Ammoniumdinitramid/Glycidylazid-Polymer-Verbundtreibstoff

Ammoniumdinitramid/Glycidylazid-Polymer-Verbundtreibstoff (englisch Ammonium Dinitramide/Glycidyl Azide Polymer Composite Propellant, ADN/GAP) ist eine Art von Festtreibstoff für Feststoffraketenmotoren, welcher aktueller Gegenstand der Forschung für einen umweltfreundlichen Ersatz^[1][2] für konventionellen Ammoniumperchlorat-Verbundtreibstoff ist.

Überblick

ADN/GAP-Treibstoffe bestehen wie andere Verbundtreibstoffe primär aus einem Oxidator (Ammoniumdinitramid, ADN) und einem Bindemittel. Während bei anderen Verbundtreibstoffen das Bindemittel quasi frei nach den Anforderungen wählbar ist, können in Kombination mit ADN aufgrund dessen geringerer Sauerstoffbilanz (+25,8 % statt +34,04 % gegenüber Ammoniumperchlorat), nur hochenergetische Bindemittel wie Glycidylazid-Polymer (GAP) verwendet werden.^[1]

Ammoniumdinitramid, der Oxidator, zersetzt sich zwischen 130 °C und 230 °C über verschiedene Zersetzungsreaktionen hauptsächlich zu Stickstoffdioxid, Ammoniak, Wasser und Stickstoff. In geringen Mengen fallen Stickstoffmonoxid, Distickstoffmonoxid, Salpetrige Säure und Salpetersäure an.^[3][4]

Nachdem bei der Zersetzung von ADN kein Chlor freigesetzt wird, sinkt die Umweltbelastung durch Chlorverbindungen in Rückständen (insbesondere Aluminiumchlorid oder Chlorwasserstoff bzw. Salzsäure) gegenüber konventionellen Verbundtreibstoffen beträchtlich. Ein weiterer Vorteil ist der signaturärmere Abgasstrahl, was bei militärischen Raketen die Aufspürbarkeit mittels Radar deutlich erschwert.^[4]

Die Treibstoffe können mit und ohne metallische Komponente verwendet werden. Im Falle einer metallischen Komponente kommt vorrangig Aluminiumpulver oder Aluminiumhydrid zum Einsatz.^[5] Zur zusätzlichen Leistungssteigerung können hochenergetische Treibstoffe, wie z. B. Nitramine (z. B. Oktogen oder FOX-12) hinzugefügt werden.^[1][6]

Zusammensetzung

Beispiele für Zusammensetzungen (Versuchsraketenmotoren mit einem Durchmesser von ca. 6 bis 12 cm; Gesamtmasse von ca. 1 bis 3 kg pro Motor):^[1][2]

Bezeichnung	Oxidator	Bindemittel	Treibstoff	Sonstige Zusammensetzung, Anmerkungen	spezifischer Impuls [m/s], ca.
Al/ADN/GAP	ADN (60 %)	GAP (24 %)	Aluminium (16 %)		2698 a	2250 b
ADN/HMX/GAP	ADN (58,5 %)	GAP (25,5 %)	Oktogen (11,5 %)	Weichmacher (4,5 %)	2462 a	2250 b
ADN/FOX-12/GAP	ADN (50 %)	GAP (25,6 %)	FOX-12 (20 %)	Weichmacher (4,4 %)	2335 a	2100 b
FP10015	ADN (70 %)	GAP (30 %)			2950 a	2285 b
	ADN (80 %)	GAP (20 %)			3070 a
	ADN (70 %)	GAP (20 %)	Aluminum (10 %)		3205 a
	ADN (65 %)	GAP (20 %)	Aluminum (15 %)		3255 a
	ADN (60 %)	GAP (20 %)	Aluminum (20 %)		3285 a

^a 

thermochemische Berechnung

^b 

experimentelle Messung

Literatur

• Performance of ADN/GAP Propellants Compared to Al/AP/HTPB, V. Gettwert, M. A. Bohn, S. Fischer, V. Weiser, Fraunhofer Institut für Chemische Technologie, 18.–21. Mai 2015