Ist es möglich, Gase anstelle von Flüssigkeiten als Treibstoff in einem Raketentriebwerk zu verwenden?

Möglich: ja.

Machbar: nicht wirklich (zumindest nicht für Leistungsanwendungen).

Der Haupttrick ist die Energiedichte (pro Volumen) – Gase haben in der Regel eine deutlich geringere Dichte als Flüssigkeiten – und daher müssten die Tanks viel größer und schwerer sein – daher werden sie üblicherweise in ihrer kondensierten flüssigen Form verwendet.

Für kleine Motoren wurden Gase verwendet - sowohl als Kaltgastriebwerke als auch in Amateurexperimenten.

Ja, und es wird derzeit bei einigen Motoren durchgeführt, insbesondere bei den Raptor-Motoren von SpaceX. Sie werden mit flüssigem Sauerstoff und flüssigem Methan betrieben. Diese werden in zwei verschiedenen Mischungsverhältnissen durch Turbopumpen geleitet, wobei ein kleiner Teil des Kraftstoffs verbrannt wird, der die Pumpen dreht und den Rest des Kraftstoffs verdampft. Beim Eintritt in die Brennkammer liegen sie beide gasförmig vor. Dies verbessert die Kraftstoffmischung und damit die Verbrennung effizienter, da sich Gase schneller vermischen als Flüssigkeiten. Als solcher wird er als "Gas-Gas"-Motor bezeichnet. Beachten Sie jedoch, dass der Kraftstoff in flüssiger Form gelagert wird, da er im flüssigen Zustand viel dichter ist.

Zur Ergänzung der Antwort:

1 L contains 1141 g of liquid oxygen 
1 L contains    1 g of gaseous oxygen (at 1ATM)

Natürlich können Sie es komprimieren, aber der Behälter wird mehr Gewicht hinzufügen (höchst unerwünscht).

Aber das ist noch nicht vorbei!

Raketen verbrauchen nicht nur viel Treibstoff, sondern sie verbrauchen ihn auch schnell .

Ein Saturn V verbraucht 18000 kg pro Sekunde.

Das wären 18143 m³ pro Sekunde, etwa 20 olympische Schwimmbecken. Man kann nicht so viel Luft in einen Motor zwingen.

Als Referenz: Eine Tauchflasche ist schwer und kann einen Druck von etwa 200 atm halten – eine Größenordnung weniger als flüssiger Sauerstoff.

Sie benötigen eine Flüssigkeit, um eine große und heiße Brennkammer effizient zu kühlen. Ablative Kühlung wurde nur für kleinere Motoren verwendet. Die Wärmeübertragung von den festen Kammerwänden auf ein Gas ist zum Kühlen zu gering.

Andere Antworten konzentrierten sich auf die Tatsache, dass Sie einen Raketenmotor nicht mit Gasen betreiben möchten, da die Tanks zu groß wären. Was noch nicht erwähnt wurde, sind die Turbopumpen.

Turbopumpen bestehen aus einer Turbine, die mit verbranntem Brennstoff und Oxidationsmittel betrieben wird. Dieser betreibt eine Pumpe, die den flüssigen Kraftstoff aus einem Niederdrucktank auf den für den Brennraum benötigten Hochdruck pumpt. Wenn der Kraftstoff in gasförmigem Zustand gepumpt würde, wären die Anforderungen an die Pumpleistung viel, viel höher. Die Turbopumpen wären also viel schwerer und verbrauchen Leistung, die sonst in der Hauptbrennkammer / Abgasdüse verwendet werden könnte.

Das Verbrennen von Gasen ist ein Ziel.
Das Tragen von Kraftstoff mit maximaler Dichte ist eine andere.

Die Treibstoffdichte und damit die erhöhte Treibstoffnutzlast war (und ist) von solchem ​​Interesse, dass in den 1990er Jahren die Verwendung von "Slush Hydrogen" vorgeschlagen wurde - eine Mischung aus festem (!) und flüssigem Wasserstoff, die die Wasserstoffnutzlast um etwa 20% erhöhte. Die Probleme erwiesen sich als erheblich. Eine Zusammenfassung des Slush-Wasserstoff-Technologieprogramms für das National Aero-Space Plane – NASA, 1995

______________________

Flüssigkeiten in gut gemischte gasförmige Produkte umzuwandeln, ist ein Hauptziel von Raketentriebwerken.
Diese Fotos veranschaulichen den Aufwand dafür:

Google Fotos-Version hier

Kleine Kostprobe:

Der "Injektor" sind die vielen vielen kleinen Löcher, die die Oberfläche der Rückwand der Brennkammer auskleiden.
Als Bonus sind die Kanäle für die Düsenkraftstoffkühlung deutlich zu sehen.

Klicken Sie auf das Bild für eine höhere Auflösung: