Chemische Raketentriebwerke

Ein chemisches Raketentriebwerk arbeitet völlig unabhängig von seiner Umgebung. Wie das Stahltriebwerk ist es eine Verbrennungsmaschine, aber im Gegensatz zu diesem nutzt es nicht den Sauerstoff der Umluft als Oxidationsmittel: Es werden alle notwendigen Betriebsmittel mitgeführt, so z. B. der zur Verbrennung des Brennstoffs notwendige Sauerstoff. Die Rakete kann deshalb auch im Vakuum (Weltall) arbeiten.
 

Feststofftriebwerk

Bei einem Feststofftriebwerk ist der Treibstofftank gleichzeitig auch die Brennkammer. Man unterscheidet zwischen Stirnbrennern, bei denen die Endfläche des zylindrischen Brennstoffblocks schichtweise abbrennt, und Zentralbrennern, bei denen ein Brennkanal durch die gesamte Länge des Treibstoffblocks verläuft und diesen von innen her abbrennt. Stirnbrenner entwickeln für längere Zeit eine geringe Schubkraft, Zentralbrenner für sehr viel kürzere Zeit eine sehr hohe Schubkraft. Daher werden Zentralbrenner als so genannte Booster zur Starthilfe der Rakete verwendet.

Durch die Konsistenz des Treibstoffes entstehen verschiedene Eigenschaften. Da sich die Reaktionsmasse bereits in der Brennkammer befindet benötigt man keine Tanks, Zuleitungen oder Steuerventile. Und weil der Treibstoff fest ist, kann man ihn leicht in der Rakete lagern und ungefährlich zu transportieren. Deshalb sind militärische Raketen fast immer Feststoffraketen. Ein großer Vorteil der Feststoffraketen ist die hohe Schubkraft. Nachteile sind dagegen die schlechte Regulierung der Schubkraft und die Arbeitsdauer. Die Verbrennung -also der Schub- kann nach der Zündung nicht mehr abgebrochen werden. Der größte Nachteil von Feststoffraketen ist jedoch das vergleichsweise schlechte Schub-Masse-Verhältnis, weshalb man sie bei Weltraumraketen nur als Hilfsantrieb beim Start einsetzt. 


Flüssigkeitstriebwerk

Der Aufbau von Flüssigkeitsraketentriebwerken ermöglicht eine Schubregulierung, lange Arbeitszeit und eine relativ günstige Wiederverwendung. Bei Flüssigkeitsraketentriebwerken sind Brennstoff und Oxidator separat von der Brennkammer gelagert. Man kann sie auch so entwickeln, dass man sie erneut zünden kann.

Häufig handelt es sich bei den Betriebsstoffen um sehr aggressive Chemikalien oder kaltverflüssigte Gase. Beides muss in speziellen korrosionsfesten bzw. isolierten Tanks aufbewahrt werden, um so ein Verdampfen der Gase oder ein Angreifen der Behälter zu vermeiden.

Da die Treibstoffe gefördert werden müssen, ist der Aufbau einer Flüssigtreibstoffrakete wesentlich komplizierter als der einer Feststoffrakete. Durch die meist hochenergetischen Treibstoffe (also stark Energie freigebende Stoffe) entstehen hoheTemperaturen von bis zu 4000 Kelvin in der Brennkammer. Dies erfordert die Verwendung von hitzebeständigen Tielen und einer starken Kühlung. Man kann aber auf Oxidator und Treibstoff als Kühlung zurückgreifen. Durch den hohen Druck, unter dem sich die Gase in flüssiger Form befinden, kann man aufgrund der dadurch entstehenden niedrigen Temperatur verschiedene Bauteile kühlen.


Hybridraketentriebwerk

In Hybridraketentriebwerken werden sowohl feste als auch flüssige Treibstoffe verwendet. Beide Treibstoffe reagieren selbstständig miteinander. Dem Festtreibstoff wird der Flüssigtreibstoff geregelt zugeführt, wodurch man mehr Kontrolle über die Geschwindigkeit und Dauer des Schubs hat.

Eines dieser Triebwerke wurde im SpaceShipOne verwendet, einer privat entwickelten Rakete, die im Jahr 2003 als erstes Privatunternehmen einen Menschen in das Weltall beförderte. Das Hybridraketentriebwerk hat sich als am Besten erwiesen, da die Mischung aus Feststoff-Brennkammer und einem einfachen Flüssig-Gas-Oxidator besonders ökonomisch ist.