Die US-Weltraumbehörde NASA erprobt zur Zeit einen Prototypen für den Raketenmotor der geplanten Mondlandefähre Altair, die nach den bisherigen Planungen ab 2020 Astronauten sicher zum Mond befördern soll. Das Besondere an diesem Raketenmotor ist, dass sich sein Schub über einen weiten Bereich regeln lässt. Die meisten Raketenantriebe liefern nach dem Hochlaufen einen definierten festen Schub, sobald sie in Betrieb gehen.

Der getestete Raketenmotor mit der Bezeichnung CECE für "Common Extensible Cryogenic Engine" kann in seinem Schub stufenlos zwischen 10 und 100 Prozent der Nennleistung geregelt werden. Diese Regelbarkeit ist nötig, um beispielsweise sanft auf der Mondoberfläche aufsetzen zu können.

Der Test diese Woche, der von der Herstellerfirma Pratt & Whitney Rocketdyne in West Palm Beach (Florida) durchgeführt wurde, diente dem Ausloten der Grenzen von CECE. Tatsächlich ließ sich der Raketenmotor sogar zwischen 8 und 104 Prozent der Nennschubleistung von 6,3 Tonnen ohne Probleme betreiben. Damit hält CECE bezüglich der Regelbarkeit den Rekord für einen Raketenmotor, der mit flüssigem Sauerstoff und flüssigem Wasserstoff betrieben wird. Bisherige Spitzenreiter für große Raketenmotoren sind die Haupttriebwerke der US-Raumfähren, die sich im Schub zwischen 64 und 104 Prozent ihrer Nennleistung regeln lassen.

Beim Betrieb mit geringer Schubleistung traten bei vorherigen Tests in den Jahren 2006 und 2007 geringfügige Druckschwankungen im Raketenmotor auf, die als "chugging" bezeichnet werden. Die Druckschwankungen sind für den Raketenmotor unkritisch, sie erzeugen aber Vibrationen. Diese könnten dann im Zusammenhang mit der Struktur der Mondlandefähre zu Resonanzeffekten führen, woraus sich für das Raumfahrzeug oder die Astronauten Probleme ergeben könnten.

Durch Änderungen an den Einspritzvorrichtungen für die beiden Treibstoffe gelang es nun, das "chugging" zu unterbinden. Der Raketenmotor CECE wurde von dem schon seit mehr als vier Jahrzehnten im Einsatz befindlichen Antrieb RL-10 abgeleitet, welcher die Oberstufen für die Titan-, Atlas- und Delta-Raketen der USA antreibt. Er dient als Testgerät für den endgültigen Raketenmotor der Altair-Mondlandefähre. Hier sollen dann vier identische Aggregate gleichzeitig zum Einsatz kommen.

Bei der etwa 15 Tonnen schweren Mondlandefähre "Lunar Excursion Module" aus dem Apollo-Programm vor rund 40 Jahren kam ein einzelner, wesentlich leistungsschwächerer Raketenmotor zum Einsatz, der mit Stickstofftetroxid und Hydrazin betrieben wurde. Diese Treibstoffkomponenten haben den Vorteil, dass sie sich bei Kontakt selbst entzünden, so dass eine aufwändige Zündvorrichtung entfallen konnte.

Allerdings sind Stickstofftetroxid und Hydrazin chemisch aggressiv und äußerst giftig, so dass die NASA nun bei ihrer neuen und mit rund 46 Tonnen deutlich schwereren Mondlandefähre Altair lieber auf flüssigen Sauerstoff und flüssigen Wasserstoff zurückgreift. Nur so lassen sich mit vertretbarem Aufwand alle Regionen unseres Erdtrabanten erreichen.

Tilmann Althaus