Space-Shuttle-Feststoffraketen

Übersichtsbild eines SRB

Statischer Brennversuch

Die Space-Shuttle-Feststoffraketen (englisch Solid Rocket Booster, Abkürzung SRB) waren als Booster verantwortlich für den Hauptanteil des Schubs, um das Space Shuttle in den Weltraum zu befördern. Sie sind bis heute die leistungsstärksten Raketentriebwerke, die je eingesetzt wurden.

In Zukunft sollen diese Triebwerke für das geplante SLS (Space Launch System) eingesetzt werden.

Einsatz am Space Shuttle

Die beiden wiederverwendbaren SRB produzierten den Hauptanteil des Startschubs des Space Shuttles, beginnend mit dem Abheben von der Startplattform bis in eine Höhe von ca. 45 km, wo sie abgeworfen wurden.

Jeder SRB für das Spaceshuttle bestand aus vier Treibstoffsegmenten und war 45,46 m lang und 3,71 m breit. Das Startgewicht betrug 590 t je Booster, wobei 84,7 t auf die Struktur entfielen.

Jeder Booster hatte auf Meereshöhe einen Schub von 12,45 MN, der sich kurz nach dem Start bis auf rund 14,5 MN erhöhte. Die Zündung erfolgte 6,6 Sekunden nach dem Zünden der drei Haupttriebwerke des Orbiters, sofern diese mindestens 90 % ihrer vollen Schubkraft erreicht hatten, was normalerweise innerhalb von 3 Sekunden der Fall gewesen sein sollte. Die SRB stellten 83 % des benötigten Schubes beim Start der Raumfähre zur Verfügung. 125 Sekunden nach dem Start wurden an der oberen Spitze des Feststoffboosters zwei Klappen aufgesprengt, worauf sich schlagartig der Innendruck des Treibsatzes reduzierte. Dadurch wurde gewährleistet, dass beide Booster gleichzeitig ihre Schubkraft verlieren. Hätte ein Booster mehr Schub geliefert als der andere, hätte die unsymmetrische Schubverteilung zu einem Kippen des Orbiters geführt. Erst danach wurden die Verbindungsbolzen zum externen Tank getrennt und der Booster mit Hilfe von acht kleinen Hilfsraketen vom Tank weggedrückt. 75 Sekunden nach der Trennung erreichten die SRB mit rund 65 km ihre Scheitelhöhe und sanken danach an drei Fallschirmen zur Erde zurück. Ungefähr 230 km vom Startpunkt entfernt fielen die Booster in den Atlantischen Ozean, aus dem sie geborgen, einer Überprüfung zugeführt und wiederverwendet wurden. Dafür betrieb die NASA eigens die beiden Bergungsschiffe „Freedom Star“ und „Liberty Star“.

Ein Versagen eines Dichtungsringes eines Boosters infolge ungewöhnlich tiefer Außentemperaturen in der Nacht vor dem Start war Ursache des Challenger-Absturzes, bei dem 1986 alle sieben Astronauten kurz nach dem Start ums Leben kamen.

Verwendung nach dem Space Shuttle

Constellation

Als nach dem Columbia-Unglück 2003 das Ende des Space Shuttles absehbar wurde, beschloss der damalige Präsident der Vereinigten Staaten, George W. Bush, das Constellation-Programm, welches nach dem Ende des Shuttles den bemannten Zugang zum Erdorbit sichern sowie wieder bemannte Flüge zum Mond und darüber hinaus ermöglichen sollte. Ein weiterentwickelter SRB war als Erststufe für die bemannte Trägerrakete Ares I und zwei als Booster für die Ares V, welche auch eine auf Basis des externen Tanks des Space Shuttles basierende Hauptstufe verwenden sollte, vorgesehen. Im Gegensatz zu der Version mit vier Treibstoffsegmenten für das Space Shuttle sollten die Booster für die Ares-Raketenfamilie, neben modernerer Elektronik und Avionik, aus 5 Treibstoffsegmenten bestehen. Durch den zusätzlichen Treibstoff ändert sich zwar die Brenndauer kaum, es findet aber eine deutliche Schubsteigerung statt, die verlängerten Booster erreichen nun über 16 MN und sind damit mit Abstand die stärksten Raketentriebwerke der Welt. Die SRB sind nun etwa 55 m lang und haben ein Startgewicht von rund 700 t. Es fand vor Ende des Constellation-Programmes nur ein suborbitaler Testflug mit der Mission Ares I-X statt, bei diesem Flug waren aber nur vier der fünf Segmente mit Treibstoff befüllt. Am Boden gab es aber schon drei Testzündungen der fünf-Segment-Booster im Rahmen des Constellation-Programmes.^[1][2]

Space Launch System

Nachdem durch den nachfolgenden Präsidenten Barack Obama das Constellation-Programm 2010 aus Kostengründen eingestellt wurde, beschloss der Kongress der Vereinigten Staaten jedoch teilweise Konzepte davon weiter zu verwenden, so sollen ab 2018 die SRB in weiterentwickelter Form als vorläufige Booster für die ebenfalls auf dem Trägersystem des Shuttles basierende, ähnlich wie bei Ares V, neue bemannte Trägerrakete SLS fungieren. Deren Erstflug soll mit der Mission EM-1, wobei das neue NASA-Raumschiff Orion-MPCV, in seinem zweiten unbemannten Testflug in eine Umlaufbahn um den Mond und wieder zur Erde zurück befördert wird, im Jahr 2019^[veraltet] stattfinden. Bergung und Wiederverwendung ist beim SLS nicht vorgesehen. Die Booster für das SLS wurden direkt aus dem Ares-Programm übernommen. Nach den bisherigen schon drei erfolgreichen Testzündungen für Ares erfolgten im März 2015 und im Juni 2016 weitere Tests^[3]. Diese Booster sollen aber mittelfristig durch modernere ersetzt werden, eine Ausschreibung der NASA hierzu ist derzeit (Stand 2015) im Gange. Vorschläge sind modernere Feststoffbooster mit einem leichteren Gehäuse aus Verbundwerkstoffen oder kerosinbetriebene Flüssigbooster mit modernisierten F-1-Triebwerken bzw. NK-33-Triebwerken. Die neuen Booster sollen eine deutliche Nutzlaststeigerung des SLS auf bis zu 130t in den niedrigen Erdorbit bringen.^[1][2]

Treibstoff

Der Treibstoff besteht aus einem Mix aus Ammoniumperchlorat (Oxidator, 69,6 % Gewichtsanteil), Aluminium (Treibstoff, 16 %), Eisenoxid (Katalysator, 0,4 %), einem Polymer (Butadien-Kautschuk oder Butadien als Bindestoff und zusätzlicher Treibstoff, 12,04 %) und einem Epoxidharzhärter (1,96 %). Diese Mischung wird als Ammonium Perchlorate Composite Propellant (APCP) bezeichnet und liefert einen spezifischen Impuls von 242 s auf Meereshöhe oder 268 s im Vakuum.

Weblinks

Commons: Space-Shuttle-Feststoffraketen – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• NASA: SRB Overview (englisch)
• NASA: Solid Rocket Boosters (englisch)
• NASA: Solid Rocket Booster Retrieval (englisch)
• maniacworld.com: STS-115: Booster Separation (Video)

Einzelnachweise