Die Optimierung einer druckgeförderten Stufe

Nachdem ich mich mit dem Thema schon theoretisch beschäftigt habe, will ich mich mit dem Thema heute praktisch beschäftigen. Welches ist der optimale Tankdruck für eine druckgeförderte Oberstufe? Dazu will ich den Tankdruck einer Oberstufe gezielt verändern und den Einfluss auf die Performance berechnen.

Herausgesucht habe ich mir die EPS mit dem Aestus-Triebwerk, weil ich von dieser Oberstufe durch die Recherche für meine Bücher viele Daten habe. Das wichtigste was für die Berechnung notwendig ist findet sich in der folgenden Tabelle: Continue reading „Die Optimierung einer druckgeförderten Stufe“

Wernher von Braun würde im Grabe rotieren …

… Wüsste er um Deutschlands Raketenentwicklung in den letzten 40 Jahren. Die Beteiligung begann mit der Europarakete, wo Deutschland die kleinste Stufe baute. Das ist zwar der kleinste Teil an der Rakete (wenn man nur die Massen der Stufen betrachtet), aber da es die Letzte ist auch der anspruchsvolle in der Hinsicht auf die Maximierung der Nutzlast. Die dritte Stufe war auf der Höhe der Zeit, ein Mix von Neuerungen wie der Explosionsverformung von Tanks und konservativen Bauformen wie separaten Steuertriebwerken und einem fest eingebauten Haupttriebwerk. Ob die Stufe funktioniert hätte, weiß man nicht. Zweimal zerlegte es sie bei der Zündung, einmal arbeitete sie, hatte aber einen Performanceabfall und der Satellit erreichte keinen Orbit, auch weil die Nutzlastverkleidung sich nicht löste. Continue reading „Wernher von Braun würde im Grabe rotieren …“

Galileo: Musste es die Sojus sein?

Nun war der Jungfernflug der Sojus 2K (K für Kourou) vom CSG aus. Und in allen Nachrichten wurde das gefeiert. Thomas Reiter antwortete in einem Interview, dass die Ariane nicht zum Einsatz gekommen ist, weil dort vier der Satelliten auf einmal gestartet würden, was zu viele auf einmal wären. Eine Argumentation die ich nicht nachvollziehen kann, schließlich liegt man im Zeitplan zurück und die Chinesen bauen auch ihr System auf – es gibt ein Wettrennen, da beide Systeme dasselbe Frequenzband nutzen und bei Störungen wohl der nachgeben muss der noch kein operationelles System hat. Continue reading „Galileo: Musste es die Sojus sein?“

Ariane 5 – sinnvolle Upgrades

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“