Ariane 5 – sinnvolle Upgrades

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So ich hoffe ihr seid alle gut in den April gekommen und nicht auf meinen plumpen Aprilscherz mit SpaceX reingefallen. Sorry, aber ich bin nicht sehr fantasievoll in solchen Dingen. Nachdem die ESA nun ja schon die Ariane 6 plant, will ich mal als Gegenakzent skizzieren, was mit der Ariane 5 möglich ist. Einiges davon ist auch Thema des nächsten Buches und dort ausführlicher dargestellt. Ich will dies im folgenden durch einige eigene Bemerkungen ergänzen. Thema sollte sein: Wie weit kann die Nutzlast der Ariane 5 noch sinnvoll und preiswert erhöht werden?

Neues Vulcain 3 Triebwerk

Snecma und ESA haben zusammen untersucht wie ein Vulcain Mark III aussehen sollte. Ziel ist es nicht nur die Nutzlast zu steigern, sondern auch die Produktionskosten. Das Vulcain ist schon immer der wunde Punkt der Ariane 5 gewesen. Zum einen ist es der teuerste Teil der Rakete. Schon ein Vulcain 1 kostete rund 15 Millionen Euro in der Fertigung. Zum anderen wurde Ariane 5 während der Planungen immer schwerer und die Zentralstufe stieg im Gewicht von 130 auf 170 t, während der Schub des Vulcains gleich blieb. Daraus resultieren hohe Gravitationsverluste – bedingt zum einen durch die längere Zeit die Orbithöhe zu erreichen und zum anderen durch die geringe Beschleunigung nach Wegfallen der Booster. Der Hauptnutzen des Vulcains 2 ist daher durch einen höheren Schub diese zu reduzieren, der spezifische Impuls ist weitgehend gleich geblieben. Folgende Optionen wurden untersucht:

  • MC 1500G: Leichtes Upgrade des Vulcain 2 auf 1.500 kN Schub mit überschaubaren Entwicklungskosten: 700 kg mehr Nutzlast
  • MC 1700G: Neues Triebwerk mit höherem spezifischen Impuls und 1.700 kN Schub: 1.500 kg mehr Nutzlast
  • MC 2000: Sechs verschiedene Typen von Triebwerken mit 2.000 kN Schub: Zwischen 1.000 und 3.400 kN mehr Nutzlast.

ESA/SNECMA schlugen das MC 1500G vor, wahrscheinlich wegen der geringsten Entwicklungskosten. Ich würde das MC 1700G bevorzugen. Es liegt nahe des Schuboptimums und offeriert mehr Möglichkeiten eine schwerere Oberstufe zu transportieren. Zudem ist der Gewinn an Nutzlast deutlich höher. Jeder der MC 2000 Typen hat irgendwelche Nachteile. Der wohl leistungsstärkste wäre ein Triebwerk mit „staged Combustion“ Prinzip. Dies wurde jedoch bei der Vulcain Entwicklung untersucht und wegen zu hoher Kosten verworfen. Ich kenne auch kein LOX/LH2 Triebwerk mit diesem Prinzip, das preiswert wäre. Wenn dann wäre es sicher eine Option für ein mehrfach verwendbares Raumgefährt, aber nicht für Ariane. Continue reading „Ariane 5 – sinnvolle Upgrades“

Aufklärung zum Aprilscherz

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Wie die meisten bemerkt haben war der gestrige Eintrag zum Thema SpaceX ein Aprilscherz. Ein guter Aprilscherz ist ja einer der zumindest möglich sein könnte, so habe ich mir Mühe gegeben und ich hoffe es ist ein guter geworden. Daher heute mal eine kleine Aufklärung:

  • Höherer spezifischer Impuls durch andere Kohlenwasserstoffe – das ist möglich und wurde auch schon so gemacht. Das die Sojus U2 nicht mehr fliegt hat vor allem wirtschaftliche Gründe – das synthetische Benzin war erheblich teurer als normales. Ersetzt man RP-1 durch N-Pentan, den ersten bei Zimmertemperatur flüssigen Kohlenwasserstoff, so steigt bei dem Merlin z.b. der Vakuumimpuls um 70 m/s und nähert sich langsam den SpaceX Angaben….
  • Katalysator: Katalysatoren sind bei Raketen nicht ungewöhnlich: Feststofftriebwerke setzen Katalysatoren (Eisenoxid) ein. Sie sind jedoch nicht verbreitet bei flüssigen Antrieben und zwar aufgrund der geschilderten Problematik: Die besten Katalysatoren sind Metalle (Palladium ist übrigens ein solcher wirklich in der chemischen Industrie eingesetzter Katalysator, es ginge wahrscheinlich aber auch das preiswertere Silber oder Nickel) und sie lösen sich im Treibstoff nicht auf. Tatsächlich würden Katalysatoren, wenn sie praktisch eingesetzt werden könnten, viel helfen: Ein Raketentriebwerk erreicht keine vollständige Umsetzung und es ist kaum möglich die Gleichgewichtslage zu verschieben um z.B. weniger Kohlendioxid und mehr Kohlenmonoxid entstehen zu lassen. Sie hängt nur von der Temperatur ab. Spätestens wenn die Gase den Düsenhals passieren, wird es eingefroren, weil nun die Gase rapide abkühlen (Ein Fehler den viele bei der Simulation mit dem NASA Programm FCEA machen, ist hier bei der Simulation den falschen Haken zu setzen und so unrealistisch hohe Impulse zu bekommen). Nur es geht eben nicht in der Form und ein Metallgitter in der Brennkammer würde schnell bei den Temperaturen verdampfen. Continue reading „Aufklärung zum Aprilscherz“