Festtreibstoffrakete

Ein Feststoffraketentriebwerk verbrennt eine einzelne composite Treibstoffladung, genannt Körper, hergestellt durch Mischen von Metallpulvertreibstoff (typischerweise Aluminium), einem Oxidizer (Ammoniumperchlorat) und einem Bindemittel (wie Hydroxylterminierten Polybutadien) zu einer gummiartigen Masse, die in ein Motorgehäuse gegossen oder gepackt wird. Nach der Zündung brennt der Körper von innen nach außen ab, wobei die Verbrennung auf der inneren Oberflächenfläche einer sorgfältig geformten Kavität stattfindet. Die expandierenden Gase treten durch eine Düse am Heck aus und erzeugen Schub. Der Prozess kann nach der Zündung weder gedrosselt, unterbrochen noch neu gestartet werden.

Feststoffraketen sind einfacher und robuster als flüssigkeitsgetriebene Triebwerke, da sie keine Pumpen, Injektoren oder separaten Treibstofftanks haben. Sie benötigen minimale Bodeninfrastruktur und können monatelang oder jahrelang einsatzbereit bleiben. In der Luftfahrt erscheinen sie am häufigsten als raketenbefeuerte Startunterstützungssysteme (RATO) für militärische Transportflugzeuge und als angebrachte Starter für Raumfahrtfahrzeuge. Kleinere Feststoffmotoren treiben auch Schleudersitze, Notschubsysteme und Verzögerungsraketen für Landesysteme an.

Das Brennprofil und die Schubekurve werden vollständig durch die Körpergeometrie bestimmt. Ein Körper mit einer zylindrischen Kavität brennt von der Mitte nach außen ab und erzeugt abnehmenden Schub, während die innere Oberflächenfläche schrumpft. Eine sternförmige Kavität vergrößert die Oberflächenfläche mit fortschreitender Verbrennung und erzeugt zuerst ansteigenden, dann abfallenden Schub. Die Brennzeit, der Spitzendruck und der Gesamtimpuls sind bei der Herstellung festgelegt. Diese Vorhersehbarkeit ist ein Vorteil für die Fahrzeugauslegung, entfernt jedoch jede In-Flight-Kontrolle.

Strukturfehler in Feststoffraketen entstehen fast immer im Körper selbst. Risse entstehen durch thermische Zyklen, Vibrationen während des Transports oder Gießdefekte. Nach der Zündung erweitern sich diese Risse schnell, da heißes Gas in sie eindringt und die Brennoberfläche unvorhersehbar vergrößert. Entbindung, bei der sich der Körper vom Gehäusefutter trennt, erzeugt Taschen, in denen die Flamme die Gehäusewand erodiert. Aluminiumpulver verursacht auch Erosion der Düsenkehle, die aus ablativ wirkenden Materialien (Kohlenstoffphenolkomposite oder hochtemperaturbeständige Keramiken) hergestellt sein muss, die kontrolliert verkohlen und abgelöst werden.

Der Begriff Feststoff unterscheidet diese Triebwerke von flüssigkeitsgetriebenen Raketen und Hybridraketen (die einen Feststofftreibstoff mit einem flüssigen Oxidizer verbrennen). Im militärischen und luft- und raumfahrttechnischen Kontext wird ein Feststoffraketentriebwerk manchmal als Starter, Ladung oder Impulspatrone bezeichnet. Große Feststoffmotoren für Raumfahrtstarts tragen Bezeichnungen, die an ihr Schubniveau oder ihren Gesamtimpuls gebunden sind. Kleinere taktische Motoren werden oft durch ihre Brenndauer in Sekunden und ihren Spitzendruck in psi oder bar angegeben.