Der Wirkungsgrad einer Rakete

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Ich greife mal die Frage von Peter Schwarz nach dem Wirkungsgrad einer Rakete auf. Ich halte sie für unsinnig, denn, wenn ich nach einem Wirkungsgrad dahin gehend frage wie viel Energie der Treibstoff hat und wie viel dann noch in der Nutzlast mit ihrer kinetischen und potenziellen Energie steckt, dann lasse ich eine Menge weg. So, die letzte Stufe, die ja keine Nutzlast ist, aber auch auf Orbitalgeschwindigkeit beschleunigt wird und die Raketenstufen die nicht den Orbit erreichen, aber auch auf hohe Geschwindigkeit beschleunigt werden. Wenn ich so eine Summenbetrachtung mache, kann ich auch ohne viel zu rechnen gleich den Quotient Nutzlast/Startmasse bilden und habe einen Wert, den ich als Vergleich nutzen kann.

Aber ich will mich mal auf das Spiel einlassen. Fangen wir mit der Treibstoffwahl an. Da gibt es ja etliche. Es gibt, wenn ich seltene Kombinationen weglasse als Verbrennungsträger Aluminium, Kohlenwasserstoffe, Hydrazine und Wasserstoff und als Oxidatoren Sauerstoff, Stickstofftetroxid/Salpetersäure und Ammoniumperchlorat. Einige der Substanzen stehen für ganze Klassen so kann ich bei Kohlenwasserstoffen noch zwischen Kerosin, Methan und zig anderen Kohlenwasserstoffen unterscheiden. Kurz die Zahl der Kombinationen ist riesig. Continue reading „Der Wirkungsgrad einer Rakete“

Die 10-Prozent-Rakete

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Heute mal wieder ein Raumfahrtthema das keinen richtigen Sinn hat. Es geht nur darum eine Zahl zu erreichen: Kann man eine Rakete so konstruieren, dass sie 10% ihres Start Gewichts als Nutzlast transportiert? 10 Prozent klingen nach nicht viel, sind aber ein ehrgeiziges Ziel. Den höchsten Nutzlastanteil hatte das Space Shuttle mit etwas über 5% – der Orbiter war ja auch die Nutzlast der Rakete. Wenn man ehrlich ist, müsste man davon die Triebwerke und das Schubgerüst wieder abziehen. Trotzdem ist das noch höher als bei jeder anderen Rakete. Die Proton liegt bei 3,0%, die Sojus bei 2,6 %, die Falcon 9 bei 2,4 %. Ariane 5 bei 2,7 %. So rund 3 % sind heute also normal. Da sind 10% eine Nutzlaststeigerung um das dreifache. Die Wahl der Zahl erfolgt aus zwei Gründen. Zum einen weil ich denke man kann es erreichen, wenn auch nicht einfach. Zum andern weil es die erste zweistellige Ziffer ist. Das hat etwas. Ob es klappt weiß ich noch nicht. Während ich den Artikel schreibe mache ich erst die Berechnungen. Continue reading „Die 10-Prozent-Rakete“

Warum gibt es so wenige Triebwerke die nach dem Hauptstromverfahren arbeiten?

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… zumindest im Westen, denn in Russland gibt es viele. Zeit für einen Beitrag über die Grundlagen. Im Prinzip kann man das ja auch alles auf der Website nachlesen, doch wer macht das schon?

Fangen wir mal erst mal mit was Grundlegendem an: wie kommt der Treibstoff in die Brennkammer. Jedes Triebwerk das flüssige Treibstoffe einsetzt, muss diese (Treibstoff soll hier eine Sammelbezeichnung für Verbrennungsträger und Oxydator sein) gegen den Brennkammerdruck einspritzen. Dieser entsteht durch die Verbrennung des Treibstoffs, wenn aus Flüssigkeiten Gase werden.

Die einfachste Möglichkeit ist die Druckgasförderung, Dabei stehen die Treibstofftanks selbst unter Druck. Dieser Druck presst den Treibstoff in die Brennkammer. Mit vertretbarem Gewicht für dick Tanks beträgt bei Satelliten so der Tanndruck 20 bar, der Brennkammerdruck muss geringer sein, sonst klappt das Einspritzen nicht. Druckgas geförderte Triebwerk arbeiten daher mit niedrigem Brennkammerdruck typisch 8 bis 12 bar. Damit kann man sie kaum am Erdboden einsetzen, da hier schon der Außendruck 1 bar beträgt und die Brennkammer ist relativ groß, verglichen mit höheren Bremnnkammerdrücken bei gleichem Schub. Continue reading „Warum gibt es so wenige Triebwerke die nach dem Hauptstromverfahren arbeiten?“

Wann ist Raketentechnik veraltet?

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Schön wenn mir die Nachrichten ein Stichwort für meine Blogs liefern. Gemäß SpaceNews.com hat die ehemalige Vizeadministratorin Garver folgendes über die SLS gesagt:

Garver was not convinced. “The rocket is so similar, and it’s built off of 1970s technology. The very engines we’re going to use are space shuttle engines that were developed in the 1970s. Would you really go to Mars with technology that’s 50 years old? That’s not what innovation and our space exploration program should be all about.” Continue reading „Wann ist Raketentechnik veraltet?“

Die SSME in anderen Projekten

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So, nun als Abschluss des 110 Kbyte großen Aufsatzes über die SSME die Pläne die SSME woanders zu verwenden und natürlich die technsichen Daten. Morgen geehts dann weiter mit einem anderen Thema und vergesszt mir nicht das Musikrätsel.

Die SSME waren die leistungsfähigsten je gebauten US-Triebwerke. Sie waren wegen der hohen Anforderungen sowohl an Sicherheit, wie auch an Leistung sehr teuer. 1988 kostete ein Triebwerk so viel wie eine Delta Rakete, rund 33 Millionen Dollar. 1993 wurde ein Preis von 40 Millionen Dollar angegeben, die letzten Einsatzexemplare kosteten nach der NASA 50 Millionen Dollar. Das ist recht viel, auch wenn die Kosten inflationskorrigiert leicht gesunken sind (die 50 Millionen Dollar bei der Ausmusterung entsprechen 29 Millionen im Jahr 1988). Ein neues Triebwerk, das nicht so sehr auf Leistung optimiert ist und nicht eine so lange Lebensdauer hat wie das RS-68 ist daher trotz 50% mehr Schub deutlich billiger und wurde daher von der NASA bei der Ares V vorgezogen. Aufgrund der Kosten war ihr Einsatz in anderen Projekten nur bedingt sinnvoll. Continue reading „Die SSME in anderen Projekten“