Sustainer-Triebwerk
Englisch: sustainer
Raketentriebwerk, das bei einem Raumfahrzeug während des Aufstiegs nach der Trennung der Booster-Triebwerke bestehen bleibt.
Oberstufen-Triebwerk: der Motor, der vollbringt, was der Booster begonnen hat
Ein Oberstufen-Triebwerk ist ein Raketentriebwerk, das zündet, nachdem Booster-Triebwerke abgeschaltet und vom Fahrzeug getrennt worden sind. Während ein Booster-Triebwerk den rohen Schub liefert, um das Anfangsgewicht und den atmosphärischen Widerstand zu überwinden, beschleunigt das Oberstufen-Triebwerk das deutlich leichtere verbleibende Fahrzeug weiter in Richtung Orbitalgeschwindigkeit oder Fluchtgeschwindigkeit. Das Oberstufen-Triebwerk ist für eine andere Flugphase optimiert: Es arbeitet in zunehmend dünnerer Luft und schließlich im Vakuum, daher hat es typischerweise einen höheren spezifischen Impuls als der Booster, dem es folgt.
Bei einer zweistufigen oder mehrstufigen Trägerrakete ist das Oberstufen-Triebwerk oft das obere Triebwerk der ersten Stufe oder die gesamte zweite Stufe. Bei Konzepten für einstufige Orbitalfahrzeuge oder atemluftgestützten Hyperschall-Fahrzeugen könnte es ein kleineres Triebwerk sein, das nach der anfänglichen Beschleunigungsphase zündet. Das Schlüssel-Erkennungsmerkmal ist, dass es an der Nutzlastmasse befestigt bleibt und weiterhin Schub beisteuert, nachdem der Booster getrennt wurde, unabhängig davon, wo in der Flugbahn dies geschieht.
Leistung und Konstruktions-Kompromisse
Oberstufen-Triebwerke sind typischerweise für höhere Expansionsverhältnisse und niedrigeren Schub als Booster-Triebwerke ausgelegt. Da sie in großer Höhe arbeiten, wo der Umgebungsdruck nahe null ist, profitieren sie von Glockenstrahlrohren mit großen Austrittsflächenverhältnissen. Ein Booster-Triebwerk, das auf Meereshöhe mit 10:1 Expansion brennt, könnte niedrigeren spezifischen Impuls haben als ein Oberstufen-Triebwerk mit 40:1 oder höher, alles andere gleich. Oberstufen-Triebwerke sind jedoch fast immer kleiner und leichter, da sie zur Höhe getragen und vom Booster beschleunigt werden müssen.
Die Grenze zwischen Oberstufen- und Booster-Triebwerk ist nicht immer scharf. Einige Fahrzeuge verwenden identische Triebwerke für beide Rollen und drosseln sie oder clustern sie unterschiedlich. Andere unterscheiden danach, ob ein Triebwerk ausgestoßen oder beim Fahrzeug bleibt: Jedes Triebwerk, das weggeworfen wird, ist per Definition ein Booster, auch wenn es bis zur Höhe brennt. Die Unterscheidung ist wichtig für die Strukturkonstruktion, die Treibstoffladung und Notfall-Szenarien, da der Verlust eines Oberstufen-Triebwerks den Verlust des Primärmittels zur Erreichung der Umlaufbahn bedeutet.
In der modernen Raumfahrt ist der Begriff weniger gebräuchlich geworden, da sich Fahrzeug-Architekturen weiterentwickelt haben. Wiederverwendbare erste Stufen wie die von Falcon 9 sind keine echten Booster, weil sie zur Startanlage zurückkehren; die Oberstufe ist das verbleibende Triebwerk, aber es als Oberstufen-Triebwerk zu bezeichnen, wirkt altmodisch. Dennoch bleiben die physikalischen Prinzipien und Konstruktionsgrundsätze zentral für jedes mehrstufige System.