Autor: Bernd Leitenberger

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Raumfahrtgrundlagen für Dummys – Tanks (1)

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Das heutige Thema ist eigentlich von der Technik her ziemlich langweilig: Die technischen Grundlagen von Tanks, wobei ich den Begriff etwas weiter sehe und auch auf die Gehäuse von Feststofftriebwerken eingehe, stammen aus dem frühen 19. Jahrhundert und wurden beim Bau der Kessel für Dampflokomotiven gefunden.

Fangen wir mit den Formen an. Das ist nun einfache Geometrie, wie sie jeder in der Schule gehabt hat. Die optimale Form ist die einer Kugel. Jeder, der mal Tropfen aus dem Wasserhahn gesehen hat, weiß das. Ein Wassertropfen ist schwerelos, der Wassertropfen formt sich so, dass die Oberfläche minimal ist, und das ist bei einer Kugel der Fall. Neben der kleinstmöglichen Oberfläche, welche die Masse pro Inhalt reduziert, hat ein Tank in Kugelform einen weiteren Vorteil: Die Wanddicke ist nur halb so groß wie bei einem Zylinder des gleichen Durchmessers, da die Kräfte nur halb so groß sind. (mehr …)

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Eine Oberstufe für das Starship

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Ich bin mir relativ sicher, dass ich das folgende Thema schon mindestens zweimal angesprochen habe, aber ich finde die Artikel im Blog nicht mehr, so denke ich, kann ich es neu auflegen.

Ich habe ja zuletzt die vierteilige Serie über das Starship, die Falcon 9 und SpaceX und die Entwicklung nach Dogma, nicht Rationalismus, geschrieben. Relativ deutlich ist auch beim V3, dass das Starship ein Gewichtsproblem hat. Mit etwas Glück kann das V4 tatsächlich auf die 100 t Nutzlast kommen, die schon für V1 angekündigt wurden, nur mit knapp 50 % höherer Startmasse. Womit das Starship übrigens einen einsamen Platz in der Reihe der nutzlastschwächsten Raketen aller Zeiten einnimmt. Nur mal zum Vergleich: Die Saturn V hatte 130 t Nutzlast bei weniger als der Hälfte der Startmasse. (mehr …)

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Raumfahrtgrundlagen für Dummys – Die Raketengrundgleichung (2)

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Der heutige Grundlagenartikel für „Dummys“ (nicht ganz wörtlich zu nehmen – echte Dummköpfe steuern den Blog ohnehin nicht an, dafür sind sie zu dumm …) beschäftigt sich erneut mit der Raketengrundgleichung. Sie ist so fundamental und greift in alle Bereiche der Raketenkonstruktion hinein, dass man sie nicht in einem einzigen Blogartikel vollständig abhandeln kann. Im ersten Teil habe ich die Theorie erklärt. In diesem Teil geht es um die Praxis, und ich möchte sie so darstellen, wie ich sie mir selbst beigebracht habe – in den achtziger Jahren mit einem einfachen Taschenrechner, ohne Zugang zu Fachliteratur.
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Raumfahrtgrundlagen für Dummys – Die Raketengrundgleichung

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Im heutigen, zentralen Teil der Grundlagen geht es um die Raketengrundgleichung, nach dem ersten, der die Raketengrundgleichung aufstellte, auch „Ziolkowski‑Gleichung“ genannt. Die Raketengrundgleichung ist verglichen mit anderen Formeln in der Raumfahrt eine recht einfache Gleichung, deren Folgen aber viele bis heute nicht richtig verstanden haben. Die Raketengrundgleichung ist einfach diese:

Geschwindigkeit einer Rakete = Ausströmgeschwindigkeit der Gase beim Verlassen der Düse × natürlicher Logarithmus (Startmasse der Rakete / Brennschlussmasse der Rakete)

Ich habe die Raketengrundgleichung einmal ausgeschrieben, mit üblichen Buchstaben für die physikalischen Größen wird daraus: (mehr …)

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Raketenentwicklung nach Dogma anstatt Wissenschaft (4)

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So, das ist jetzt der wirklich absolut letzte Teil der Auseinandersetzung mit dem Dogmatismus bei SpaceX. Er schließt inhaltlich an Teil 3 an.

Hier die Links zu allen Teilen:

  • Teil 1 beschäftigt sich mit den Falcons
  • Teil 2 beschäftigt sich mit den Raptoren
  • Teil 3 beschäftigt sich mit dem Starship
  • Teil 4 beschäftigt sich mit dem Firmenklima bei SpaceX und warum SpaceX keine Firma sondern eine Ersatzreligion ist.
  • Und alle Teile zusammen findet ihr auch auf der Website.

Das Schlimme ist: SpaceX hat sich jeden Weg das Starship zu optimieren durch „Coolness“ verbaut, die Nutzlast ohne größeren Aufwand zu steigern. Ich will nicht darauf eingehen, dass das Starship für eine Oberstufe eigentlich viel zu groß ist – das hat Frank Wunderlich‑Pfeiffer schon getan. Das ist konzeptbedingt, und wenn man sich die Zahlen auf den Abbildungen anschaut, wird das noch schlimmer: Das Starship verdoppelt fast seinen Treibstoff, bei der Superheavy sind es nur 25 % mehr.

Die einfache Lösung – auch im Hinblick auf andere Orbits als den LEO – wäre es, in der Nutzlastverkleidung eine Oberstufe mitzuführen. Da das Volumen der Oberstufe von der Nutzlast abgeht, würde ich die Oberstufe kompakt bauen, mit einem Triebwerk in der Mitte und einem Tank in Kreisringform. Das Triebwerk könnte ein Merlin oder ein Raptor sein. Eine solche Oberstufe könnte je nach Höhe 80 t bis 130 t Treibstoff mitführen und hätte selbst bei einem schlechten Voll‑/Leermasseverhältnis eine viel größere Nutzlast, weil die Oberstufe eben nicht 200 t leer wiegt, sondern vielleicht 8 t bis 12 t. (mehr …)

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