Die Saturn V – V 2.0

Heute mal wieder ein Beitrag in der Reihe “Was wäre wenn?”. Also die heutige Fragestellung ist – was wäre wenn die NASA die Saturn V weiter entwickelt hätte. Natürlich kann man viel denken. Es gab ja auch Pläne dafür. Ich will mal folgendes skizzieren – die NASA hätte nie das Shuttle entwickelt. Alle nach 1969 entwickelten Triebwerke sind auch tabu, aber folgendes kann man einsetzen:

  • Die J-2S Triebwerke (bis 1971 fertig entwickelt, aber nie produziert)
  • Die Feststoffbooster der Titan 3C (in der für die Titan 3M propagierten 7-Segment Konfiguration, später in der Titan 4A eingesetzt)
  • Allgemeine technologische Verbesserung (leichtere Legierungen)

Schritt 1: Die Saturn V mit moderneren Triebwerken

Die J-2S wurden fertig entwickelt und sollten in einer späteren Version der Saturn V eingesetzt werden. Ihr Designziel war eigentlich die Herstellungskosten zu minimieren (S steht für Simplified). Sie haben etwa 100 kN mehr Schub und einen höheren spezifischen Impuls. Bei sonst gleichen Daten erhöhen diese die Nutzlast in den LTO Orbit von 49,5 auf 53,8 t. Nicht viel, aber bei gleichbleibenden oder geringeren Kosten etwas das man gerne mitnimmt.

Schritt 2: Feststoffbooster als Startunterstützung

Dieser Schritt war schon vorgesehen. Die 7-Segment Booster der Titan 3 sind nicht nur preiswert (die 5-Segment Booster für die Titan 3C kosteten nur 6,3 Millionen Dollar pro Paar), sie erhöhen auch die Startbeschleunigung ohne die Spitzenbeschleunigung zu beeinflussen. Ein zweiter Effekt ist dass die die Gravitationsverluste erniedrigen. Wenn ich hier einen Wert von 200 m/s ansetze steigt die Nutzlast auf 73,9 t zum Mond (bei vier Boostern).

Schritt 3/4: Moderne Legierungen / Stufenverlängerung

Als die Saturn V entwickelt wurde, nahm die NASA damals übliche Aluminiumlegierung die ach bei Flugzeugen eingesetzt wurden, wie die 7075. Später zog die 2219 ein, in der der Shuttle und Ariane 5 gefertigt wurden. Sie könnte die Strukturmasse schon etwas absenken. Heute ist Stand der Technik die Al/Li Legierung 2195, die nochmals 26% leichter bei gleichen Materialgrenzen ist.

Hier ein Vergleich von Ares V EDT und Ariane 5 EPCH155 Stufe:

S-IVB Ariane 5 H155
Startmasse 130840 kg 170300
Leermasse: 11377 kg 12200
Verhältnis 11,5 13,9

Der höhere Schub des J-2 um 110 kN erlaubt es die S-IVB und die S-II um 11 t und 55 t respektive zu vergrößern. Bei der S-IC wäre das auch möglich wegen der Booster, doch ich verzichte darauf, weil der Effekt auf die Nutzlast viel kleiner ist.

Ich habe bei der S-II 15 t für den Schubrahmen/Triebwerke und bei der S-IVB 3 t angesetzt. Dieser Anteil bleibt gleich. Und den Rest der Stufenmasse um 26% erniedrigt, das entspricht dem Gewinn beim Übergang von 2219 auf 2195. Das erhöht die Nutzlast auf 84,2 t.

Gegenüber der normalen Saturn V (49,5 t zum Mond) ist das eine Steigerung um 34,7 t, immerhin rund 69%. Morgen kommt dann dran, wofür man diese Nutzlaststeigerung einsetzen kann, Stichwort: Apollo 2.0

Rakete: Saturn 5

Startmasse
[kg]
Nutzlast
[kg]
Verkleidung
[kg]
Geschwindigkeit
[m/s]
Verluste
[m/s]
2957513 49500 0 10931 1957
Stufe Name Vollmasse
[kg]
Leermasse
[kg]
Spez.Impuls (Vakuum)
[m/s]
1 2286778 135218 2980
2 498778 39090 4160
3 122457 13095 4160

Rakete: Saturn 5 (J-2S)

Startmasse
[kg]
Nutzlast
[kg]
Verkleidung
[kg]
Geschwindigkeit
[m/s]
Verluste
[m/s]
2961818 53805 0 10931 1957
Stufe Name Vollmasse
[kg]
Leermasse
[kg]
Spez.Impuls (Vakuum)
[m/s]
1 2286778 135218 2980
2 498778 39090 4275
3 122457 13095 4275

Rakete: Saturn 5 (J-2S, UA1207)

Startmasse
[kg]
Nutzlast
[kg]
Verkleidung
[kg]
Geschwindigkeit
[m/s]
Verluste
[m/s]
4259260 73927 0 10931 1757
Stufe Name Vollmasse
[kg]
Leermasse
[kg]
Spez.Impuls (Vakuum)
[m/s]
1 1277320 204920 2658
2 2286778 135218 2980
3 498778 39090 4275
4 122457 13095 4275

Rakete: Saturn 5 (J-2S, UA1207,AL2195)

Startmasse
[kg]
Nutzlast
[kg]
Verkleidung
[kg]
Geschwindigkeit
[m/s]
Verluste
[m/s]
4335574 84219 0 10931 1757
Stufe Name Vollmasse
[kg]
Leermasse
[kg]
Spez.Impuls (Vakuum)
[m/s]
1 1277320 204920 2658
2 2286778 135218 2980
3 553800 34800 4275
4 133457 11000 4275

Übrigens, auch wenn ihr es nicht wisst, tippen könnt ihr doch beim laufenden Weltraumrätsel…. Sonst ist es doch langweilig….

 
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