Auch heute mal wieder ein Grundlagenartikel, der zwei technische Konzepte vergleicht – das der Seriellstufen-Raketen und das der Parallelstufen-Rakete. Beide Konzepte gibt es, wobei die Parallelstufenrakete sogar das ältere ist, denn der erste Satellitenträger – die R-7 war (und ist) eine Parallelstufenrakete. (mehr …)
Ich möchte heute mal zeigen, wie man mit meinem Programm „Rakete“ die verschiedenen Arten von Parallelstufen modellieren kann. Ihr findet es hier. Die Version auf dem Server ist nicht ganz aktuell, aber da ich gerade in Nesselwang bin, nachdem man endlich wieder in Bayern einreisen kann, muss ich auch auf diese Version zurückgreifen.
Das zentrale Instrument für eine echte Simulation findet ihr im Hauptmenü unter Nutzlastberechnung → Aufstiegsbahnen. Es öffnet sich nun ein Fenster mit etlichen Eingabefeldern. Die Grundlagen habe ich schon mal im Blog erklärt. Nun geht es um Parallelstufen, also Stufen die zum selben Zeitpunkt arbeiten, aber unterschiedlich lang brennen. Bei Serienstufen ist es relativ einfach – man trägt als Zündungszeitpunkt „T-0“ einfach eine Zeit ein, die länger als die Brenndauer der vorherigen Stufen ist. Es gibt auch die Hilfe, das dass Programm diesen Zeitpunkt berechnet im Menü unter „Bearbeiten“ → „Zündungszeitpunkt berechnen“. Mit der Anzahl der parallel gestarteten Stufen kann man erreichen das Booster auch bei T-0 zünden genauso wie die Zentralstufe und will man nicht die Startdaten aller Stufen ändern, so kann man dies auch nur ab einer bestimmten Stufe tun. Der Zündversatz ist die Zeit die zwischen dem Brennschluss einer Stufe und der Zündung der nächsten Stufe vergeht. Hat also z.B. die erste stufe nach 163,14 s Brennschluss und ist der Zündversatz 3,5 Sekunden so wird die zweite nach 166,54 s anfangen zu zünden. (mehr …)
Mit nur einer Stufe kommt man zwar in den Orbit, die Nutzlast ist aber dann sehr klein. Also braucht man mehrere Stufen. Neben der Serienstufung – eine Stufe zündet nach…
Es gibt ja prinzipiell zwei Arten Stufen zu zünden – nacheinander oder gemeinsam. Korolow hat angeblich beide Konzepte für die R-7 untersuchen lassen und die Serienstufenrakete war nur wenig leichter. Genau anders herum reklamiert SpaceX ihr Cross-Feeding Konzept, was im Wesentlichen auch eine Parallelstufung ist. Sie sollte 53 anstatt 45 t Nutzlast in den Orbit bringen. Später hat man das Konzept aber wieder fallen lassen. Was ist also das bessere Konzept? (mehr …)
Zeit einmal in einem Grundlagenartikel die Prinzipien der Stufung zu beleuchten. Ich will nicht bei Null anfangen und ich setze mal voraus, dass jeder weiß, das eine Rakete mehrere Stufen haben muss. Das ergibt sich aus der Ziolkowski Gleichung, nach der bei gegebener Ausströmungsgeschwindigkeit der Gase die Endgeschwindigkeit nur von dem Logarithmus der Voll/Leermasseverhältnis abhängt. Da dieses technische Grenzen hat, ist man gezwungen mehrere Stufen einzusetzen, weil sich dann die Endgeschwindigkeiten jeder Stufe addieren. Zwar muss die untere Stufe dann die vollbetankte Oberstufe zum Leergewicht hinzuaddieren, aber aufgrund der Eigenschaft der Logarithmusfunktion nur langsam anzusteigen, ist dies trotzdem günstiger, als nur eine Stufe einzusetzen.
Es gibt nun für die Stufung zwei prinzipielle Verfahren sowie einige Zwischenlösungen, genannt Parallelstufung und Serienstufung. (mehr …)