Spezifischer Impuls

Der Spezifische Impuls (Isp) ist die zentrale Kennzahl zur Bewertung von Raketenantrieben. Er gibt an, wie lange ein Kilogramm Treibstoff einen Schub von einem Kilogramm Gewichtskraft erzeugen kann. Die Einheit ist Sekunden. Alternativ kann der spezifische Impuls als Ausstoßgeschwindigkeit der Abgase in Metern pro Sekunde angegeben werden (Isp in Sekunden multipliziert mit der Erdbeschleunigung g ≈ 9,81 m/s²).

Vergleichswerte: Feststoffraketen (Space Shuttle SRB) erreichen ca. 250 s. Flüssigwasserstoff/Flüssigsauerstoff (RS-25, Haupttriebwerk des Space Shuttle) ca. 453 s. Das Raptor-Triebwerk von SpaceX (Methan/Sauerstoff) erreicht ca. 380 s auf Meereshöhe und ca. 363 s im Vakuum. Ionenantriebe (z. B. Dawn-Mission) erreichen 3.000 bis 10.000 s. Theoretische Fusionsantriebe könnten 100.000 s oder mehr erreichen.

Der Zusammenhang mit der Tsiolkowski-Gleichung ist direkt: Ein höherer spezifischer Impuls bedeutet eine höhere Ausstoßgeschwindigkeit (ve = Isp × g), und damit braucht die Rakete weniger Treibstoffmasse für dasselbe Delta-v. Der Sprung von 450 s (chemisch) auf 3.000 s (ionisch) reduziert die benötigte Treibstoffmasse für eine Marsmission um Größenordnungen.

Der Haken: Hoher spezifischer Impuls geht fast immer mit niedrigem Schub einher. Chemische Triebwerke liefern enormen Schub (Meganewton), aber ineffizient. Ionenantriebe arbeiten extrem effizient, erzeugen aber nur Millinewton Schub. Für den Start von der Erdoberfläche braucht man Schub, für interplanetare Reisen braucht man Effizienz. Deshalb werden chemische Triebwerke für den Start verwendet und effizientere Antriebe für die Reise im Weltraum.

Ein hypothetischer Antrieb mit hohem Schub und hohem spezifischen Impuls (der heilige Gral der Raumfahrt) würde interplanetare Reisen grundlegend verändern. Manche Science-Fiction-Antriebe wie der Epstein Drive in der Expanse-Serie postulieren genau das: ein Fusionstriebwerk mit sowohl hohem Schub als auch hoher Effizienz.