wer hat Angst vor dem bösen Hydrazin?

Ja so könnte man überspitzt formulieren, wofür Hydrazin in letzter Zeit herhalten muss. Demnach ist Hydrazin ultragefährlich und man muss einen Satelliten mit 500 kg Hydrazin abschießen. Kasachstan schneidet ebenso Millionenbeträge von Russland heraus, wenn eine Trägerrakete in der Steppe niedergeht wie dies z.B. zweimal in dem letzten Jahr bei dem Fehlstart einer Dnepr und einer Proton der Fall war.

Also es ist Zeit etwas Aufklärungsarbeit zu betreiben. Es gibt zum einen einmal 3 Hydrazinderivate:

  • Zum einen das Hydrazin selbst (H2N-NH2). Es ist der einfachste Vertreter der Gruppe. Als einziges ist es auch geeignet katalytisch zersetzt zu werden, die anderen beiden Vertreter sind dazu ungeeignet. Bei der katalytischen Zersetzung wird der Treibstoff durch Heizelemente aus Platin oder anderen Katalysatoren in Wasserstoff und Stickstoff zersetzt. Diese verlassen als heißes Gas die Düse, wodurch man einen Schub erhält. In dieser Funktion findet man es oft als Treibstoff zur Änderung der Lage oder kleinen Orbitveränderungen bei Satelliten. Für größere Geschwindigkeitsänderungen ist nachteilig, das der spezifische Impuls bei der katalytischen Zersetzung etwa 2000 m/s beträgt. Da sich Hydrazin durch Wärme zersetzt ist es als Kühlung für Brennkammern nicht geeignet.
  • Gängiger als Treibstoff für Raketenstufen ist daher das unsymmetrische Dimethylhydrazin (UDMH, (CH3)2N-NH2). Es zersetzt sich nicht bei Erwärmung. Hydrazin und UDMH werden oft zusammen mit Stickstofftetroxid verbrannt. Beide Substanzen sind bei Normaltemperatur flüssig und lassen sich gut lagern. Sie entzünden sich bei Kontakt spontan und bilden keine explosiven Gemische. Das sind alles sehr gute Eigenschaften für eine Trägerrakete. Der Energiegehalt liegt in der gleichen Größenordnung wie bei der Verbrennung von Kerosin und flüssigem Sauerstoff. Ausströmungsgeschwindigkeiten um 3200 m/s werden erreicht.
  • Mischt man Hydrazin und UDMH im gleichen Verhältnis so bekommt man Aerozin-50. Diese Mischung hat den praktischen Vorteil, dass sie genau das gleiche Volumen wie Stickstofftetroxid benötigt, wenn man sie im üblichen Verhältnis von 1.9 zu 1 mischt. Das macht den Bau von Tanks billiger.
  • Das gleiche kann man auch erreichen, wenn man stattdessen Monomethylhydrazin (MMH, (CH3)HN-NH2) einsetzt. Dieses ist jedoch teurer und toxischer, bislang setzte man es daher vor allem bei Satellitenantrieben ein, wo man kleine Mengen des Treibstoffs braucht. Auch der Space Shuttle nutzt Monomethylhydrazin.

Hydrazine werden sehr oft in der Raumfahrt eingesetzt. Die Titan verwandte es in den ersten 3 Stufen, die Delta in der Oberstufe, der Space Shuttle hat etwa 10 t dieses Treibstoffs an Bord wenn er startet. Die Proton setzt es in den ersten 3 Stufen ein, die Dnepr, Rockot, Shtil, Volna Kosmos und Zyklon in allen Stufen und die Ariane 4 in den ersten zwei Boostern und den ersten zwei Stufen. Alle chinesischen Trägerraketen, die PSLV und GSLV verwenden den Treibstoff. Auch die alte Ariane 5 Oberstufe und das ATV verwenden diese Treibstoffe. Eine Proton hat beim Start etwa 200 t Hydrazin an Bord. Sie verfügt übrigens nicht über einen Selbstzerstörungsmechanismus.

Ich mache diese Aufzählung aus einem Grund: Um klar zu machen, dass schon seit fast 50 Jahren Hydrazin eingesetzt wird und es auch logischerweise immer wieder freigesetzt wurde. Bedeutender sind dabei wohl eher die vielen Starts von Militärraketen -alle sowjetischen ICBM von 1960 bis zur neuesten Generation setzten diesen Treibstoff in allen Stufen ein und davon gab es hunderte von Erprobungsstarts. Alleine die Dnepr (RS-36M) weist 140 solche Starts auf) Auch in den Orbit gelangten erhebliche Mengen. Nicht nur als Treibstoff an Bord von Satelliten, sondern vor allem auch als Resttreibstoff an Bord der Oberstufen. Erst seit etwa 20 Jahren wird zumindest in dem Westen der Treibstoff abgelassen. Bei chinesischen und russischen Oberstufen ist das heute noch die Ausnahme. Erst kürzlich explodierte eine chinesische Oberstufe als der steigende Druck in den Tanks diese zerriss.

Wenn man sich wegen 500 kg Hydrazin Gedanken macht, müsste man ehrlicherweise fast jede ausgediente Oberstufe abschießen, weil durch Sicherheitsreserven und unnutzbaren Resten viele Oberstufen mehr Hydrazin enthalten als diese 500 kg.

Wie giftig ist es nun?

  • Hydrazin schädigt Lunge, Blut und Leber und gilt als Krebspromotor. Das bedeutet, es verursacht keinen Krebs, steigert aber die Wirkung von krebserregenden Substanzen. Wenn sie dies beunruhigt, so sei gesagt, dass viele Substanzen so wirken, so Alkohol bei allen Krebsarten und die B-Vitamine bei Lungenkrebs (weshalb Raucher die Hände von Megavitaminpackungen lassen sollten). Alle Hydrazine sind darüber hinaus sehr fischtoxisch.
  • Die letalen Dosen (LD50) liegen bei Hydrazin bei 76 mg/kg, bei UDMH bei 91 mg/kg und bei MMH bei nur 15 mg/kg. Diese Dosis ist die bei der 50 % der Versuchstiere sterben. Man muss sie mit dem Körpergewicht des Individuums multiplizieren. Menschen müssen also je nach Gewicht und Hydrazin etwa 1 g – 9 g aufnehmen. Das ist schon keine kleine Dosis.
  • Es gibt durchaus giftigere Substanzen. Blausäure (Zyankali) hat eine LD50 von nur 1 mg/kg. E-605, der Handelsname von Parathion, ein inzwischen verbotenes Insektizid, mit dem in den 50 er Jahren eine frau ihre Familie vergiftete, hat eine LD-50 von 10 mg/kg. Zahlreiche Bakterientoxine und Dioxine sind noch giftiger. Nach dem Chemikaliengesetz werden sie als "giftig" eingestuft. Blausäure und E-605 dagegen als "sehr giftig". Botox, das so gerne in der Schönheitschirurgie eingesetzt wird gilt als "hochgiftig" (oder ultragiftig je nach Sprachgebrauch).

Die Gefährdung hat aber auch andere Aspekte: Wie wahrscheinlich ist es, dass man durch Hydrazine vergiftet wird? Nun es ist sicher sehr gefährlich, wenn man neben einem Satelliten steht und der Tank hat ein Loch, weshalb die Betankung auch von Männern in Schutzanzügen durchgeführt wird. Bei einem Satelliten der vom Orbit herunter kommt, müsste man schon recht genau getroffen werden, denn sobald der Stoff freigesetzt wird bildet er natürlich eine Wolke und verdünnt sich sehr stark. Das ist aber recht unwahrscheinlich, denn selbst wenn der Tank kein Druckventil hat, durch den der Treibstoff entweicht, so erhitzt er sich doch beim Wiedereintritt so stark, dass er platzt. Das war bisher bei allen Tanks die man geborgen hat so, auch beim Tank der Columbia, wie die Cartright Kommission in ihrem Bericht feststellte. Ihr Tank wies einen Riss auf, als er gefunden wurde, durch den das Hydrazin sich beim Wiedereintritt verflüchtigte. Eine Kontamination der Fundstelle konnte nicht festgestellt werden.(Es ist durchaus nicht so, dass eine Space Shuttle ohne Treibstoff landet, das erlauben schon die Sicherheitsrichtlinien der NASA nicht. Es müssen mindestens Reserven für etwa 100 m/s bleiben, das sind je nach Zuladung und Missionsdauer etwa 3 t Treibstoff wovon etwa 1 t auf das Hydrazin entfällt).

Problematischer ist Hydrazin als Umweltgift. Es ist wie schon gesagt recht fischtoxisch, wird aber recht schnell abgebaut. Die Giftigkeit des Hydrazins, aber auch des Stickstofftetroxid (das als Reinsubstanz ein Atemgift ist und Verätzungen der Lunge verursachen kann und wenn es in den Boden gelangt mit Wasser zu Salpetersäure reagiert und dadurch den Boden versauert) wird neuerdings von Kasachstan genutzt um Gelder von Russland zu bekommen. Ich sage bewusst "benutzt", denn sobald die Millionen für Umweltschäden in der Steppe gezahlt wird, sind weitere Starts möglich. Verglichen mit den vielen Raketen, die man in den 60 er und 70 er Jahren von Baikonur aus gestartet hat, sind die heutigen Starts sicher heute nicht das Problem. Zumal man ja nicht umsonst Baikonur in die unbewohnte Steppe gebaut hat.

Kerosin, der zweite Haupttreibstoff den russische Träger nutzen ist zwar akut nicht so giftig, doch viel umweltschädlicher. Dies ist wie wenn ein Heizöltanker verunglückt und das Heizöl ausläuft. Anders als Hydrazin ist Kerosin schwer abbaubar und kann noch viel größere Mengen von Trinkwasser unbrauchbar machen. Das zeigt, das es zumindest bei Kasachstan vornehmlich um Politik geht und weniger um Umweltschäden.

So nun zurück zu USA-193. Ich meine nach wie vor es gäbe keine Gefahr durch den Satelliten. Er ist nicht mal besonders schwer. Ein Progress oder Sojus Raumschiff mit diesem Treibstoff an Bord ist dreimal schwerer. Warum man ihn abschoss? Es gibt 3 mögliche Erklärungen:

  • Er enthält sensible Technologie die nicht bestimmten Nationen in die Hände fallen sollte. Nun ja wenn diese nicht besonders geschützt ist, so ist es recht unwahrscheinlich, dass sie einen Eintritt überlebt. Chancen dafür haben nur recht massive Teile. Aus einzelnen Platinenstückchen, die verschmort sind, kann man wenig rückschließen. Zudem hätte man dann den Satelliten auch abschießen können, wenn man den genauen Aufschlagsort kennt. Das weiß man einige Stunden vor dem Verglühen. Das hätte einem den Abschuss mit 70 % Wahrscheinlichkeit (soviel Fläche bedecken die Ozeane) erspart.
  • Es war  ein Test des Raketenabwehrsystems wie von Russland und China behauptet. Das ist sicher eine naheliegende Erklärung. Warum man es nicht mit einer Rakete getestet hat? Vielleicht einfach um Kosten zu sparen. Eine Interkontinentalrakete kostet schließlich auch Geld. Eventuell erprobte man den Abschuss vom Schiff aus (vorher erfolgten die Tests von festen Basen vom Land aus) auch mit einem leichteren Ziel – dem Satelliten. Einen ähnlichen Test hat man schon in den 80 er Jahren beim Solrad Satelliten gemacht, damals mit einer F-15 die eine Rakete abschoss. Wenn sich die Position und Geschwindigkeit der Startrampe ändert, ist es einfacher ein Ziel zu nehmen das sich linear bewegt, als einen Sprengkopf, der sich mit wechselnder Geschwindigkeit und Höhe bewegt. Eventuell spielt auch hier die Politik herein, schließlich wehrt sich ja Russland gegen die Stationierung dieses Systems in den Nachbarstaaten. Die bisherigen Tests waren ja durchwachsen. Vielleicht wollte man Polen und anderen Staaten in denen man die Raketen aufstellen will, einfach demonstrieren, dass es funktioniert.
  • Die letzte Möglichkeit ist das es einfach das ist was es ist: Kein Test eine Raketenabwehrsystems, aber eines Satellitenabwehrsystems. Ein solches System ist schließlich auch nützlich. Auch der Test mit dem Abschuss des Solrad diente damals der Erprobung eines Antisatellitensystems und nicht einer Raketenabwehr.

Die Militärs wissen schon was es ist. Vielleicht ist es aber auch nur mal wieder mal eine verrückte Aktion von GWB, bei dem ja die Politik im allgemein und speziellen nicht besonders rational ist.

7 thoughts on “wer hat Angst vor dem bösen Hydrazin?

  1. Moin,

    auch wenn dieser Blogeintrag schon ein Weilchen alt ist, hab ich vielleicht Glück das mein post in naher Zeit gelesen werden wird.

    Erstmal vielen Dank für den Beitrag. Bin jetzt seit über nem Jahr einer der stillen Mitleser und bin beim schmökern der website über diesen Artikel gestolpert.

    Bei einem der letzten Nachtlandungen einer der Space Shuttles konnte man während des livestreams sehen, wie an der Oberseite des Orbiters, etwa an der Vorderkante des Leitwerkes, eine pulsierende Flamme hinausschoss. Das Phänomen wurde nicht weiter kommentiert, schien also ein normaler Vorgang zu sein. Wird dort nachträglich Hydrazin verbrannt? In nächster Nähe befinden sich schließlich die Tanks fürs OMS usw. Und die ersten Mannschaften die sich dem Orbiter nähern tragen sicher nicht ohne Grund Schutzanzüge und nehmen Messeungen am Heck des Orbiters vor.

    Vielleicht kannst du mir ja weiterhelfen.

    Lieben Gruß aus dem Norden!

  2. Hallo Johan,

    Man sollte in einem Blog nie nur „stiller Mitleser“ sein.

    Allerdings ist das nicht mein Thema, zumindest nicht was alle Details der Shuttleflüge angeht die interessieren mich eigentlich gar nicht.

    Für bemannte Raumfahrt solltest Du andere Websites besuchen. Ich denke im Raumcon Forum (http://www.raumfahrer.net/forum/smf/index.php) wird man deine Frage sicher beantworten können. Wenn Hydrazin austritt, dann ist das ein kommentarwürdiges Ereignis und das kam auch schon vor. Und bei frisch gelandeten Raumfahrzeugen sollte man aus Sicherheitsgründen schon Schutzanzüge tragen, wenn Satelliten befüllt werden, tragen die Leute sogar einen Schutz der an Astronautenanzüge erinnert.

  3. Moin,

    ich weiß das ein Blog vor allem durch Diskussion und direktem Meinungsaustausch mehrerer Menschen an Qualität gewinnt, und nicht nur durch die geposteten Artikel selbst. Nur hat sich bislang noch nichts ergeben wozu ich wirklich was sagen könnte. Space-X um Elon Musk ist sicher ein diskussionswürdiges Thema, aber meinen Wissensbackground habe ich halt fast auschließlich von Dir. Es fällt ohne eigenes Wissen zb schwer zu sagen ob Du wirklich ein sog. Space-X basher bist, was ja einige anscheinend meinen, oder die Wahrheit über dieses Heiße-Luft-Projekt halt nicht zu verschönern ist und die Textbeiträge eben genau dieses objektiv darstellen. Ob das Ergebnis ein Gutes ist oder Nicht, kann man ja immer noch selbst auffassen und darüber diskutieren, um jetzt den Bogen zurück zur Qualität eines Blogs zu schlagen.

    Meine Frage hat in dem Forum bereits ein anderer gestellt gehabt. Es soll sich um den Abgasstrahl der APUs handeln welche mit Hydrazin betrieben werden, und für den notwendigen Hydraulikdruck der Stellmotoren für Fahrwerk und Flügel auch nach der Landung aktiviert sind. Danke für den Link!

    Liebe Grüße!

  4. Meine Meinung würde aber die Diskussion über Space-X aber vorran bringen. Ich fahre zur See, bzw. schreibe gerade meine Diplomarbeit um nächstes Jahr dann endlich als Offizier auf Handelsschiffen arbeiten zu können.

    Könnte ja was über die „Rena“ schreiben die vor Neuseeland gestranded und gerade groß in den Medien ist. Ich hab durch meine bisherige Seefahrtszeit und mein Studium einen gewissen Background. Manche Menschen fragen sich vllt warum das Abpumpen des Restbunkers so lange dauert.

    Wenn Interesse bestehen sollte, könnte man ja mal einen Gastbeitrag über Schiffe, den Alltag usw. schreiben.

    Liebe Grüße

  5. @Johan: Das wäre in der Tat mal interessant, warum das so lange dauert. Was mich aber auch interessieren würde ist, warum man die Container noch nicht ab montiert hat, die allem Anschein nach bald ins Meer zu fallen drohen, sobald die Schlagseite zunimmt oder die Halterungen reissen. Oder ob, bzw. warum es nicht möglich ist, beides parallel zu machen? – Soviel zum Fall der Rena.

    Ganz allgemein würde mich dann noch interessieren, was beim Entwurf und der Instandhaltung von Schiffen aller Art so berücksichtigt werden sollte. Also beispielsweise die Anordnung von „funktionalen Einheiten“ auf den Decks, wie Maschienenraum, Kombüse, Personalkabienen. Oder auch ein paar Buchtitel, die sowas beinhalten ohne dass sie gleich für angehende Schiffbauingenieure geschrieben sind.
    Bei gängigen Dokus über Kreuzfahrtschiffe erfährt man zwar viel über die Anzahl und die Ausstattung der Passagierkabinen und der Freizeitangebote, sowie der weiteren verschiedenen Möglichkeiten, wie man sein Geld an Bord noch los werden kann. Aber relativ wenig über Logistik und Infrastruktur im Hintergrund. Beispielsweise, wieviele Tonnen Proviant für eine Atlantiküberquerung nötig sind. (Natürlich hängt das auch von der Anzahl der Passagiere ab, aber da gibt es doch bestimmt auch so ein paar Erfahrungswerte, anhand der man die Lagerkapazitäten bei neuen Schiffen plant.)
    Das wäre auch bei Forschungsschiffen interessant, die beispielsweise mehrwöchige Expeditionen absolvieren können sollen.

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