Flüssigsauerstoff-Kerosin-Raketentriebwerk: Der „neue Motor“ unterstützt Chinas Raumfahrtprogramm

Autor: Huang Xianghong Duan Yuechu

Auf dem Weg der Menschheit zur Erforschung des Universums ist das Raketentriebwerk zweifellos das wichtigste „Herzstück“. Der Flüssigsauerstoff-Kerosin-Raketenmotor mit seinem einzigartigen Charme und seiner hervorragenden Leistung ist zu einem mächtigen Antrieb für Chinas Raumfahrtprogramm auf dem Weg zu den Sternen und zum Meer geworden. Rückblickend war der 19. Januar 2025 ein Tag, der die chinesischen Astronauten begeisterte. Auf dem Baolongyu-Testgelände des 165. Instituts der Sechsten Akademie der China Aerospace Science and Technology Corporation gelang meinem Land der erste „drei Test an einem Tag“ eines Flüssigsauerstoff-Kerosin-Raketentriebwerks. Auf dem Testgelände war der gewaltige Lärm ohrenbetäubend und die lodernden Flammen des Triebwerks erleuchteten den Himmel, als wollten sie der Welt einen neuen Durchbruch in der chinesischen Antriebstechnologie für die Luft- und Raumfahrt verkünden. Die Bedeutung dieser Errungenschaft kann nicht hoch genug eingeschätzt werden. Dies stellt einen qualitativen Sprung in der Test- und Verifizierungsfähigkeit der Hauptantriebsmotoren für Trägerraketen meines Landes dar, um sie an die Massenproduktion und -lieferung anzupassen, und legt zudem eine solide Grundlage für die hochdichten Starts der Raketenserie „Langer Marsch“ in der Zukunft.

1. Hervorragende Leistung, die die „harte Kernstärke“ der Luft- und Raumfahrt zeigt

Die Vorteile von Flüssigsauerstoff-Kerosin-Raketentriebwerken spiegeln sich in vielen Aspekten wider. Nehmen wir zum Beispiel den Schub. Der 120 Tonnen schwere Flüssigsauerstoff-Kerosin-Motor verfügt über das weltweit führende Hochdruck-Regenerationszyklussystem, das dem Motor eine kraftvolle „Magie“ zu verleihen scheint. Es erhöht den Triebwerksschub im Vergleich zu den bestehenden Trägerraketentriebwerken meines Landes der Serie „Langer Marsch“ um mehr als 60 %, und die Tragfähigkeit wird auf etwa das Dreifache des Originals erhöht. Stellen Sie sich vor, das wäre so, als würden Sie einen LKW, der nur eine kleine Ladung transportieren kann, durch einen superstarken Motor ersetzen, sodass er problemlos mehr Vorräte transportieren und weiter fahren kann. Mit einem derart starken Schub können die Raketen meines Landes mehr wissenschaftliche Forschungsgeräte und Raumfahrzeuge ins All befördern und so die Verwirklichung ehrgeiziger Ziele wie die bemannte Mondlandung und die Erforschung der Tiefen des Weltraums nachhaltig unterstützen.

In puncto Umweltschutz können Flüssigsauerstoff-Kerosin-Motoren als „grüne Pioniere“ bezeichnet werden. Der verwendete flüssige Sauerstoff und das Kerosin sind beides umweltfreundliche Brennstoffe und die einzigen Produkte nach der Verbrennung sind Wasser und Kohlendioxid. Im Vergleich zu herkömmlichen Raketentriebwerken ist das ein himmelweiter Unterschied. In der Vergangenheit waren Motoren, die mit hochgiftigen Treibstoffen betrieben wurden, bei der Herstellung, Lagerung und Nutzung wie „Zeitbomben“, stellten ein großes Sicherheitsrisiko dar und verursachten erhebliche Umweltverschmutzung. Dank der Entwicklung von Flüssigsauerstoff-Kerosin-Triebwerken müssen wir uns auf unserem Weg zur Weltraumforschung keine Sorgen mehr um die Umweltverschmutzung machen und können uns beruhigter in die Tiefen des Universums begeben.

Auch die Wirtschaftlichkeit ist ein großes Plus des Flüssigsauerstoff-Kerosin-Motors. Kerosin ist relativ günstig und kostet etwa 60 % weniger als herkömmliche Triebwerke. Bei jedem Start können allein beim Treibstoff über 10 Millionen Yuan eingespart werden. Für die Luft- und Raumfahrtindustrie ist das keine geringe Summe. Niedrigere Kosten bedeuten, dass wir mit dem gleichen Geldbetrag mehr Weltraumprojekte durchführen und mehr Träume verwirklichen können.

2. Einzigartige Vorteile machen ihn zum „neuen Liebling“ der Luft- und Raumfahrt

Im Vergleich zu anderen Raketentriebwerkstypen weisen Flüssigsauerstoff-Kerosin-Triebwerke viele einzigartige Merkmale auf. Aus Sicht des Treibstoffs unterscheidet es sich stark vom herkömmlichen Stickstofftetroxid/Undimethylhydrazin-Motor. Der in diesem herkömmlichen Motor verwendete Treibstoff ist hochgiftig und beim Betrieb ist äußerste Vorsicht geboten. Wenn es zu einem Leck kommt, sind die Folgen verheerend. Der Treibstoff von Flüssigsauerstoff-Kerosin-Motoren ist sicher und umweltfreundlich und reduziert die Risiken bei Produktion, Lagerung und Transport erheblich.

Auch im Vergleich zu Wasserstoff-Sauerstoff-Motoren liegen die Vorteile von Flüssigsauerstoff-Kerosin-Motoren auf der Hand. Obwohl Wasserstoff-Sauerstoff-Motoren einen höheren spezifischen Impuls haben, ist die Speicherung und der Transport von Wasserstoff ein schwieriges Problem, das Kopfzerbrechen bereitet. Es erfordert spezielle Tieftemperatur-Lagerausrüstung und extrem hohe Anforderungen an Sicherheitsmaßnahmen. Flüssiger Sauerstoff und Kerosin lassen sich bei normaler Temperatur und normalem Druck relativ einfach lagern und transportieren, was für die praktische Anwendung zweifellos einen großen Vorteil bringt.

Was die Zirkulationsmethode betrifft, ist das im Flüssigsauerstoff-Kerosin-Motor verwendete Hochdruck-Regenerationszirkulationssystem der Schlüssel zu seiner hervorragenden Leistung. Dieses Zirkulationssystem ermöglicht die vollständige Verbrennung des Treibstoffs in der Brennkammer, wodurch die maximale Energie aus jedem Tropfen Treibstoff freigesetzt wird. Allerdings ist sein Aufbau recht komplex und die Anforderungen an Design und Fertigungstechnik sind nahezu harsch. Um ein derart leistungsstarkes Triebwerk zu bauen, sind zahllose Luft- und Raumfahrtforscher erforderlich, die Tag und Nacht wichtige Probleme untersuchen und angehen.

3. Leistungsparameter, die die "Weisheit" der Luft- und Raumfahrt bezeugen

Die Leistungsparameter der Flüssigsauerstoff-Kerosin-Motoren meines Landes sind sehr beeindruckend. Am Beispiel des YF-100-Triebwerks beträgt sein Schub am Boden etwa 1200 kN (120 Tonnen), im Vakuum erhöht sich dieser Wert auf etwa 1340 kN. Der bodenspezifische Impuls beträgt etwa 2942 m/s und der vakuumspezifische Impuls etwa 3286 m/s. Der Druck in der Brennkammer beträgt bis zu 18 MPa, der Verbrauch des Oxidationsmittels erreicht 296,39 kg pro Sekunde, der Verbrauch des Kraftstoffs beträgt 113,31 kg pro Sekunde, die Gesamtdurchflussrate des Treibmittels beträgt 409,70 kg pro Sekunde und das Mischungsverhältnis des Treibmittels kann flexibel zwischen 2,6 und 2,7 eingestellt werden. Das Düsenflächenverhältnis beträgt 35 und die Düsenfläche der Schubkammer beträgt 1,406 m². Der Flüssigsauerstoff-Kerosin-Motor YF-135 ist ein Einkammermotor mit einem Schub auf Meereshöhe von 360 Tonnen, einem spezifischen Impuls von 321 Sekunden und einem Schub-Gewichts-Verhältnis von 90. Hinter diesen scheinbar kalten Zahlen stehen die Weisheit und der Schweiß unzähliger Luft- und Raumfahrtarbeiter. Sie haben die rasante Entwicklung der chinesischen Luft- und Raumfahrtindustrie im Bereich der Energietechnik miterlebt.

Als Weltraumenthusiast, der die Luft- und Raumfahrtindustrie schon lange aufmerksam verfolgt, bin ich vom Charme der Flüssigsauerstoff-Kerosin-Raketentriebwerke zutiefst fasziniert. Immer wenn ich sehe, wie eine Rakete mit einem Flüssigsauerstoff-Kerosin-Triebwerk in den Himmel abhebt, bin ich ganz aufgeregt. Es ist nicht nur ein Symbol für die Stärke Chinas in der Luft- und Raumfahrttechnologie, sondern auch ein Ausdruck des menschlichen Geistes, das Universum zu erforschen. Von den anfänglich schwierigen Erkundungen bis zu den großen Durchbrüchen heute war die Entwicklungsgeschichte der Raketentriebwerke mit flüssigem Sauerstoff und Kerosin voller Herausforderungen und Wunder. Ich bin überzeugt, dass Chinas Weltraumtraum auch in Zukunft durch den kontinuierlichen technologischen Fortschritt unterstützt wird und sich in Richtung tieferer und fernerer Bereiche des Universums bewegen wird.

Raketentriebwerke mit flüssigem Sauerstoff und Kerosin entwickeln sich mit ihren unvergleichlichen Vorteilen und ihrer herausragenden Leistung zum Rückgrat der chinesischen Luft- und Raumfahrtentwicklung. Es bringt uns den Geheimnissen des Universums einen Schritt näher und ermöglicht der Welt, den Aufstieg und die Entwicklung der chinesischen Raumfahrtindustrie mitzuerleben.