Umweltfreundliche Alternativen zu Hydrazin als Raketentreibstoff
Weltweit wird an umweltfreundlichen Alternativen zu dem giftigen Hydrazin (N2H4) geforscht, das als Treibstoff für Satellitentriebwerke in der Raumfahrt Anwendung findet. Derzeit werden verschiedene Alternativen mit unterschiedlichen Technologiereifegraden (TRL) analysiert. Im Rahmen des Projektes "High Performance Propellant Development" der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) untersuchten DLR-Forscherinnen und Forscher des Instituts für Raumfahrtantriebe eine vielversprechende Kombination aus Distickstoffmonoxid (N2O) und Ethan (C2H6). Dieser Treibstoff bietet eine hohe Leistung und ein hohes Einsparpotenzial der Kosten, da günstigere Treibstoffkomponenten als Hydrazin verwendet werden und die Handhabung dieser ungiftigen Kompetenten im Vergleich zu Hydrazin erheblich vereinfacht wird.
HyNOx – gute Chancen für die Anwendung im Weltall
Zur Untersuchung der Treibstoffeigenschaften installierte das DLR-Team eine Verflüssigungs- und Mischanlage am Prüfstandskomplex M11, um die Kondensation, Druckbeaufschlagung und Mischung von N2O und C2H6 zu ermöglichen. Das so erzeugte flüssige Treibstoffgemisch „HyNOx“ wurde auf seine thermische Stabilität, seine Verträglichkeit mit verschiedenen Materialien wie Metalllegierungen oder typischen Dichtungswerkstoffen, sein Zündverhalten sowie seine Druckschlagempfindlichkeit getestet. In einer weiteren Testreihe unter Vakuumbedingungen demonstrierte das DLR-Team die Zündung des Treibstoffs bei weltraumähnlichen Bedingungen.
Ein wichtiger Aspekt in der Konzeption von Satellitenantrieben ist ein einfaches, zuverlässiges und leichtes Treibstoffsystem. Hydrazin als einzelne Treibstoffkomponente speist das Triebwerk aus nur einem Tank und kombiniert damit eine hohe Leistungsfähigkeit des Treibstoffes mit wenig Gewicht des Antriebssystems. Auf diese Anforderungen ist der „HyNOx“-Treibstoff in Heißlauftests in einem 22-Newton-Forschungstriebwerk getestet worden. Der Versuchsaufbau bestand dabei aus einem Tank, einem Ventil und dem Forschungstriebwerk und ähnelte damit einem typischen Hydrazinantriebssystem.
Das Treibstoffgemisch „HyNOx“ zeigte in allen durchgeführten Versuchsreihen durchweg positive Testergebnisse und bildet somit eine solide Grundlage für weitere Entwicklungen in Bezug auf vorgemischte, grüne Treibstoffe. Aus dem Projekt leitet das DLR-Wissenschaftlerteam zwei Handlungsempfehlungen ab: Die Empfindlichkeit und Stabilität des Treibstoffes muss tiefergehend analysiert sowie mit weiteren Standardtests untersucht werden, und die Entwicklung von Triebwerks- und Antriebssystemen mit höherem TRL muss vorangetrieben werden, um das Treibstoffgemisch mit allen Komponenten zu testen und schließlich qualifizieren zu können.