Spezifischer Impuls
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Der spezifische Impuls (abgekürzt: Isp) eines Antriebssystems ist die Änderung des Impulses (Masse mal Geschwindigkeit bzw. Kraft mal Zeit) pro Masseneinheit des Treibstoffs, in SI-Einheiten m/s. Er stellt im Wesentlichen die Endgeschwindigkeit der Rauchgase beim Verlassen der Düse dar und ist ein Maß für die Effektivität eines Antriebs.
Beispiel: Ein spezifischer Impuls von 1000 m/s bedeutet, dass die Rauchgase (fast) mit dieser Geschwindigkeit die Düse verlassen und dabei pro Kilogramm Treibstoff den Schub
produzieren. Die (kleine) Diskrepanz zwischen der tatsächlichen Geschwindigkeit der Rauchgase und dem aus der Schubmessung und Massendurchfluss bestimmten Isp folgt aus einem kleinen Beitrag des Brennkammerdruckes zum Schub.
Der spezifische Impuls eines Raketentriebwerks ist von der Höhe abhängig, da die Düse auf einen bestimmten Enddruck optimiert wird. Bei Oberstufen z.B. erhält man den höchsten spezifischen Impuls im Vakuum. Beim Start von der Erde ist wegen des Atmosphärendrucks der maximal erreichbare spezifische Impuls um 10 bis 15 Prozent geringer, da man bei Unterstufen nicht unter etwa 40 Prozent des Außendrucks expandieren kann. Anderenfalls kommt es bei den normalerweise verwendeten Glockendüsen zu einem Abriss der Strömung.
Hinweis: Meist wird der spezifische Impuls bezogen auf die Fallbeschleunigung g angegeben, Isp / g und besitzt dann die Einheit Sekunde. Man kann mit dieser Zahl sehr einfach den Schub eines Triebwerks in Kilopond berechnen, wenn der Massendurchsatz in Kilogramm bekannt ist. Beispielsweise gibt die ESA für den spezifischen Impuls eines Vulcain -Triebwerks 433 s an. Für jede Tonne Treibstoff, die dieses Triebwerk pro Sekunde durchlaufen, werden demnach 433 Tonnen Schub produziert. Es ist zwar nicht SI-konform, eine Kraft in der Einheit kp anzugeben, aber hat für den Ingenieur wegen ihrer Anschaulichkeit ihre Berechtigung.
Da der spezifische Impuls in SI-Einheiten die Ausströmgeschwindigkeit der Gase darstellt, kann man zusammen mit der Voll- und Leermasse aus der Raketengrundgleichung von Ziolkowski die Endgeschwindigkeit der Rakete berechnen.
Für millitärische Raketen wichtig ist der volumenspezifische Impuls. Er wird gebildet, indem man den spezifischen Impuls mit der Dichte des Treibstoffs multipliziert.
Volumenspezifischer Impuls [VIsp] = Dichte * spezifischer Impuls
Im SI-System hat der volumenspezifische Impuls die Einheit kg / s*m². Er ist von Bedeutung, wenn für eine Rakete verschiedene Treibstoffe mit ähnlichen spezifischen Impulsen denkbar sind und man diese sehr kompakt bauen will. So ist der spezifische Impuls der Kombination von Stickstofftetroxid mit Hydrazin-Varianten kleiner als der von flüssigem Sauerstoff und Kerosin. Die Dichte ist jedoch höher und so erhält man eine kleinere Rakete. Im zivilen Raketenbau spielt der volumenspezifische Impuls keine Rolle. Theroretische Untersuchen zeigten, dass Antriebe, die zuerst Kerosin und dann flüssigen Wasserstoff verbrennen, insgesamt eine kleinere Rakete ergeben als beide Treibstoffkombinationen separat. Dies liegt auch an dem volumenspezifschen Impuls. Technisch sind solche Antriebe jedoch äußerst komplex und der Vorteil ist gering, so dass sie bislang nicht praktisch umgesetzt wurden.
