Im ersten Teil habe ich den grundsätzlichen Aufbau eines Triebwerks erläutert. In diesem Teil geht es um einen zentralen Teil, die Treibstoffförderung. Es haben sich verschiedene Verfahren eingebürgert, den Treibstoff zu fördern.
Ein Raketentriebwerk verbrennt Treibstoff unter hohem Druck. Dabei muss der Druck beim Einspritzen in die Brennkammer größer sein als der durch die Verbrennung erzeugte Druck in der Brennkammer. Der Brennkammerdruck ist nicht nur eine akademische Größe. Er bestimmt auch, wie groß die Triebwerke sind. Hier ein Größenvergleich des Apollo‑Abstiegstriebwerks und des SSME: (mehr …)
Im heutigen zweiten Teil über Tanks geht es um die Druckbeaufschlagung. Wie schon im ersten Teil erwähnt, stehen Tanks immer auf einem leichten Überdruck. Der liegt typisch bei 1–3 Bar. Das Starship hat sogar 6 Bar wegen der höheren Belastung bei der Landung. Vor dem Start sind die Tanks weitestgehend voll, nur etwa 1–2 % des Volumens entfällt auf das Druckgas. Wenn nun der Treibstoff verbraucht wird, nimmt das Volumen zu, und nach dem allgemeinen Gasgesetz nimmt der Druck proportional ab. Das bedeutet: Damit die Stabilität erhalten bleibt, muss Gas nachgefüllt werden, und dafür gibt es mehrere Möglichkeiten, die ich diskutieren will.
Doch zuerst einige Grundlagen. Nach dem allgemeinen Gasgesetz hängt der Druck nur von der Molekülzahl ab, nicht der Molekülmasse. Ein Mol Wasserstoffgas (Molmasse 2) übt in einem gegebenen Volumen den gleichen Druck aus wie ein Mol Sauerstoffgas (Molmasse 32), der Sauerstoff wiegt aber 16‑mal so viel. Daher wird man möglichst ein Druckgas mit geringer Molmasse einsetzen. So ist Stickstoff, der zu Anfang der Raumfahrt als Druckgas noch üblich war, inzwischen ganz verschwunden. (bis auf eine Ausnahme, siehe unten) 1 m³ Stickstoff wiegt bei 1 Bar Druck immerhin 1,25 kg. Würde man die Superheavy mit Stickstoff unter Druck setzen, so wöge sie 30 t mehr. (mehr …)
Bei meiner Recherche zu der Sea Dragon stieß ich auch darauf, dass man dort vorhatte die erste Stufe zu bergen. Das war 1963, also vor mehr als 60 Jahren, 50 Jahren bevor SpaceX damit begann. Als ich dann mehr lies und auf das Voll- / Brennschlussmasseverhältnis stieß, dachte ich mir „Da sind die bei SpaceX ja schön blöd“. Denn dieses Verhältnis ist besser als bei einer Falcon 9 Erststufe oder einer SuperHeavy bei der Landung. Beide Raketen sind bei dem Voll- / Leermasseverhältnis erheblich besser, aber so landen sie ja nicht, das ist die „Expendable“ Konfiguration. Real brauchen sie noch Treibstoff zum Landen. Die Falcon 9, weil sie aus Aluminium besteht zum Abbremsen, sonst würde sie den Wiedereintritt thermisch nicht aushalten, die SuperHeavy um zum Startort zurückzufliegen und beide noch zur Landung. Bei beiden Trägern wiegt dieser Treibstoff erheblich mehr als die leeren Stufen, mit der Folge, dass das Voll-/Brennschlussmasseverhältnis schlechter als bei der Sea Dragon ist. (mehr …)
Ich bekam von Vineyard ein PDF, das weiter unten wiedergegeben ist, mit der Bitte um meine Meinung. Ich muss zugeben, von der Sea Dragon habe ich noch nie vorher gehört, aber ich habe mich inzwischen informiert und die Rakete sogar durchgerechnet. Darum wird es im zweiten Teil gehen. Im ersten Teil geht es um die Stellungnahme von Vineyard und meine Erwiderung.
Aber damit ihr wenigstens wisst, wovon die Rede ist: Die Sea Dragon war ein Aerojet-Entwurf einer Riesenrakete aus zwei Stufen und einer Kickstufe. Sie war nicht nur riesig (23 m Durchmesser, über 18.000 t schwer), sondern arbeitete trotz der Größe mit Druckförderung.
Stufe 1 (12.800 t) war eine LOX/Kerosinstufe, die nur 81 Sekunden lang brannte und schon vom Start weg mit 2 g beschleunigte. Stufe 2 (4.822 t) war eine LOX/LH2-Stufe, die 260 s brannte. Dann kam noch eine „Ullage“-Stufe mit 356 t Gewicht, die ziemlich lange (116 s lang) brannte. Sie sorgte für die Lageregelung und lieferte am Schluss noch Geschwindigkeit für den Orbit. Da diese Rakete so riesig ist, wären Startanlagen an Land sehr teuer geworden. So kam man auf die Idee, die Rakete aufs Meer zu schleppen, mit Ballast zu versehen, dass der untere Teil ins Wasser ragt, und so zu zünden. Die Nutzlast hätte 550 t in einen LEO betragen. In den Zeichnungen sieht man nur eine kleine Kommandokapsel auf der Rakete.
So nun erst mal Vineyards PDF, die Antworten findet ihr darunter: (mehr …)
Ich will mal auf die Aufforderung von spacejesus eingehen, was ähnliches hatte ich mal vor, aber nach den ersten Überlegungen schon als unsinnig verworfen. Aber man kann es ja mal durchrechnen und hat es dann offiziell das es unsinnig ist. (Kann man als Jesus nicht mehr selbst rechnen? Die Religion ist auch nicht mehr das was sie mal war ….) (mehr …)
