Monat: Juni 2010

Raketentreibstoffe und die Chemie

Posted on by Bernd Leitenberger

Damit meine kleine Einführung in die Chemie nicht so trocken bleibt, will ich mal heute zeigen was man mit den schon vermittelten Kenntnissen anfangen kann. Es ist daraus nämlich schon abzuleiten, welche Elemente sich als Treibstoffe für Raketen eignen. Dazu braucht man aber noch ein bisschen Physik, in diesem Falle die Thermodynamik. In der Raketenbrennkammer wird der Treibstoff zu einem heißen Gas verbrannt, dass dann durch eine Düse expandiert wird. Welchen Schub es liefert, ist abhängig von der mittleren Geschwindigkeit der Gasmoleküle. Je schneller dieser, desto höher ist der spezifische Impuls. Die Atome prallen von den Wänden ab und erzeugen so einen Impuls und dieser ist natürlich um so höher je schneller sie sind.

Nun gibt es nur zwei Einflüsse, welche die Geschwindigkeit eines Gases beeinflussen: Die Temperatur und die Atommasse der Gase. Die Temperatur hängt wiederum von der Reaktionsenergie ab. Wir haben in der letzten Lektion durchgenommen, dass nur die äußeren Schalen an der Reaktion teilnehmen. Schauen wir uns eine Periode mal genauer an, die der Alkalimetalle: Das sind die Elemente in der vertikalen Reihe von Lithium bis Francium, wobei das letzte radioaktiv ist und nicht in nennenswerten Mengen in der Natur vorkommt. Die Energie pro Bindung ist weil sie alle ein Elektron in der äußeren Schale haben in etwa gleich. Sie ist zwar (wie man an dem Elektronegativitätsunterschied erkennen kann) etwas höher beim Cäsium als beim Lithium. Dafür wiegt ein Atom Cäsium 133 u und ein Lithiumatom 7 u (u ist eine atomare Masseneinheit entsprechend in etwa dem Gewicht eines Neutrons oder Protons). Die Energie die bei einer Bindung frei wird, verteilt sich also auf die 19 fache Masse. Daraus kann man schon eine Lehre ziehen: Die Reaktionspartner sollen möglichst leicht sein, also aus der ersten und zweiten Periode stammen, was auch bei fast allen Raketentreibstoffen der Fall ist. (Ausnahme: Chlor und Aluminium aus der dritten Periode bei festen Treibstoffen) Continue reading „Raketentreibstoffe und die Chemie“ →

Die Logik in Science Fiction

Posted on by Bernd Leitenberger

Jeder mag andere Genres beim Film. Ich mag am liebsten Komödien aber auch Filme, in den andere persifliert werden. Ich weiß, das viele Raumfahrt-Fans von Science-Fiction fasziniert sind. Das ist nicht bei mir der Fall. Das einzige was ich mir angeschaut habe war Raumschiff Enterprise, dass ich schon von meiner Jugend kannte. Allerdings habe ich dann bei den Fortsetzungen immer mehr den Faden verloren und so ab Deep Space Nine nicht mehr alle Folgen gesehen. Während die alten Folgen einen gewissen Charme versprühen, auch weil sie wenn man sie heute ansieht so wirklich billig produziert wurden (um Kosten zu sparen wurden z.b. Kulissen von Wildwest Filmen verwendet, weshalb die meisten Planeten dann auch Wüstenplaneten sind. Damit das Punblikum auch auf seine erwartung kam gab es daher jede Menge Prügelszenen – wie in Bonanza) so hatten sie doch Humor und Spannung. Bei den nachfolgenden wurde immer mehr ein Star-Trek Universum aufgebaut mit verwirrenden Handungssträngen die schwer zu verstehen sind wenn man es nicht regelmäßig anschaut und es wirkte irgendwie belehrend, weil Gene Roddenberry’s Weltbild (oberste Direktive etc.) vermittelt werden sollten. „Nummer Eins, Energie“ wurde so oft wiederholt, das das ganze mehr einem Ritual glich. Continue reading „Die Logik in Science Fiction“ →

Chemische Bindungen

Posted on by Bernd Leitenberger

In meinem lockeren Blog über Chemie möchte ich mich heute mal mit den drei elementaren chemischen Bindungen befassen. Zuerst einmal: Warum sollte man sich überhaupt binden? Diese Frage bewegt nicht nur Singles, sondern auch Atome. Allerdings haben Atome meistens eine sehr viel größere Entschlusskraft und entscheiden sich für eine dauerhafte Bindung, denn die die das nicht tun sind mit wenigen Ausnahmen alles Radikale – im wahrsten Sinne des Wortes.

Das Problem eines Atoms habe ich schon mal angesprochen: Es will in die ominöse Edelgaskonfiguration. Heute dazu etwas genauer. Jedes Atom verfügt über Elektronen, und zwar genauso viele wie Protonen im Atomkern. Sie werden gebraucht damit das Atom elektrisch neutral sind. Nun hat die Wissenschaft raus gefunden, dass diese Elektronen nicht einfach so wild den Atomkern umschwirren, sondern in Schalen angeordnet sind. Jeder Schale entspricht im Periodensystem eine Zeile. Beim Blick auf eines kann man erkennen, dass bislang sieben Schalen bekannt sind. Der Ausdruck „Schale“ trifft zwar den physikalischen Zustand nicht genau, aber er ist hilfreich beim Verständnis der chemischen Bindungen. Diese finden nämlich nur zwischen Elektronen der äußersten Schale statt. Jede Schale ist dann noch unterteilt in Orbitale die jeweils eine bestimmte Anzahl von Elektronen aufnehmen. Wenn ein Orbital gefüllt ist, so kann dies dazu führen dass diese Elektronen keine Bindungen mehr zu anderen Atomen aufbauen wollen, also einen stabilen Zwischenzustand erreicht haben. Es kann aber dazu kommen, dass auch verschiedene Orbitale einer Schale sich zu einem neuen Orbital verbinden, der Chemiker nennt dies „Hybridisierung„. Continue reading „Chemische Bindungen“ →

Braucht die NASA ein neues Triebwerk?

Posted on by Bernd Leitenberger

… und zwar für Schwerlastraketen auf der Basis von RP-1/LOX? Diese Frage stellte sich mir als ich bei Space Reviews diesen Artikel las. In dem dort verlinkten PDF der NASA ist wenig konkretes:

„This new rocket would take advantage of the new technology investments proposed in the budget – primarily a $3.1 billion investment over five years on heavy-lift R&D. This propulsion R&D effort will include development of a U.S. first-stage hydrocarbon engine for potential use in future heavy lift (and other) launch systems“.

Nun das ist doch ein Aufhänger für Spekulationen. Also spekulieren wir. Fangen wir mal technologisch an. Bei der Ares V war ja das RS-68B vorgesehen. Das RS-68 treibt die Delta 4 an. Das RS-68B ist etwas schubstärker und soll zuverlässiger sein. Die NASA hat damals recht lange beratschlagt, was die bessere Wahl ist: Das SSME oder das RS-68. Ersteres war lange Zeit die bessere Wahl, da es ja für bemannte Einsätze entwickelt wurde. Es gab aber einige Bedenken. Zum einen ist das SSME wegen der hohen Leistung auch teuer in der Herstellung. Ein RS-68 kostete deutlich weniger trotz doppelt so hohem Schub. So wären recht viele Triebwerke für eine Schwerlastrakete benötigt worden und diese recht teuer. Das ist so ein typisches fehlgeleitetes Denken: Bei einer Schwerlastrakete, die vielleicht 10-20 mal fliegt, stehen die Entwicklungskosten in keinem Verhältnis zu den Produktionskosten. Besonders, wenn sie bemannt sein soll, weil da viel mehr Tests erfolgen als bei unbemannten Trägern. Selbst wenn die NASA also mehr für die SSME zahlen müsste, wären die Gesamtinvestitionen wohl geringer gewesen. Was aber gegen das SSME sprach, war der geringe Bodenschub von nur 1.700 KN (RS-68: 2.950 kN). So wären recht viele Triebwerke nötig gewesen und dass macht das Design recht komplex, auch wenn vielleicht ein Triebwerksausfall unwahrscheinlich ist. Continue reading „Braucht die NASA ein neues Triebwerk?“ →

Vorsicht Spielverderber!

Posted on by Bernd Leitenberger

Nun ist WM und die Politik berät über Sparmaßnahmen. Irgendwie kommt mir das bekannt vor. Erinnern wir uns: Die WM vor vier Jahren. Alle haben wir uns gefreut und gefeiert und als sie vorbei war – war die Mehrwertsteuer um 3 % höher. Nun fallen wieder Beratungen über Einschnitte in die WM Zeit. Ein Schelm wer arges dabei denkt…. Hier mal die intern diskutierten Sparvorschläge: Continue reading „Vorsicht Spielverderber!“ →