Nanopartikel beflügeln Feststoffantrieb

Im US-Bundesstaat Indiana wurde ein an der Purdue University entwickelter Feststoffantrieb beim Start einer Höhenforschungsrakete getestet. Dieser verwendet als Antriebskomponenten Nanopartikel aus Aluminium und Wassereis.

Ein Beitrag von Günther Glatzel. Quelle: The Register.

Dr. Steven F. Son/Purdue University
ALICE steigt in den Himmel
(Bild: Dr. Steven F. Son/Purdue University)

Aluminium ist ein unedles Metall, das bei Kontakt mit Luft einen Oxidfilm ausbildet, der weitere Rekationen verhindert. Daher kennen wir es als silbrig glänzend und augenscheinlich nichtkorrodierend. Dabei “brennt” reines Aluminium sehr gut.

In heutigen Feststoffraketen wird Aluminiumpulver verwendet, das mit dem Sauerstoff aus Ammoniumperchlorat reagiert. Noch besser sind allerdings Nanopartikel, da hier eine größere Reaktionsoberfläche zur Verfügung steht und die schützende Oxidschicht nur wenige Atomlagen dick ist und leicht aufgebrochen werden kann. In Kontakt mit Wasser entsteht bei einer Zündtemperatur von etwa 600 °C eine sich selbst erhaltende Verbrennung und die ökologisch ungefährlichen Substanzen Aluminiumoxid (Al2O3) und Wasserstoff. Im kalten Zustand hingegen ist das Gemisch unempfindlich gegen Stöße oder elektrische Entladungen.
Aus der Mischung von Aluminium und Eis (englisch: Ice) leitet sich auch der Name der Testrakete ab: Al+Ice oder Alice. Der Testflug fand bereits Anfang des Monats statt. Dabei erhob sich die Rakete mehrere Hundert Meter in die Höhe und ging anschließend an einem Fallschirm nieder. Der Schub lag bei knapp 3 kN.

Bisher ging der entstehende Wasserstoff ungenutzt in die Umgebung. In Zukunft soll dieser jedoch durch die Beimischung eines geeigneten Sauerstofflieferanten verbrannt werden und damit einen ordentlichen Beitrag zum Schub der Rakete liefern. Dann könnte der neue Feststoff deutlich effektiver sein als bisher verwendete Mischungen.

Ein zusätzliches Plus ist, dass Aluminium und Eis im Sonnensystem recht häufig sind. Man könnte also Treibstoff für den Rückflug am Einsatzort gewinnen. Die Nanopartikel bilden sich allerdings erst bei Plasmatemperaturen um 10.000 °C im Hochvakuum. Auf der Erde ist deren Herstellung daher recht aufwändig.

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