Schlagwort: SSME

Einstufig in den Orbit

Posted on by Bernd Leitenberger

Loading

Inzwischen starten jährlich über 100 Raketen ins All, aber alle haben zwei bis drei Stufen. Ginge es nicht auch mit einer Stufe? Zusammen mit der Wiederverwendung wäre das doch der absolut günstigste Zugang ins All. Leider setzt einem die Physik diesen Träumen eine herbe Grenze. Das Ganze ist anders als viele andere Konzepte sogar mit einem Taschenrechner berechnen.

Die Basis ist nämlich ganz einfach die Raketengrundgleichung oder Ziolkowsk-Gleichung. Die erreichbare Endgeschwindigkeit einer Rakete beträgt:

v = vspez * ln (Vollmasse / Brennschlussmasse)

Man braucht also die Startmasse (in kg), die Masse beim Abschalten der Triebwerke (ebenfalls in kg) und den spezifischen Impuls in metrischen Einheiten (m/s), welcher der Ausströmgeschwindigkeit der Gase beim Verlassen der Düse entspricht.

Die Geschwindigkeit für einen niedrigen Erdorbit liegt bei etwa 7.600 m/s. Bis der Orbit aber erreicht ist, zerrt die Gravitation an der Rakete. Das führt zu einem zusätzlichen Geschwindigkeitsbedarf ebenso wie andere Faktoren wie Luftwiderstand. Umlenkung der Bahn etc. Diese „Verluste“ kann man auf Basis existierender Raketen in der Größenordnung von 1.400 bis 1.600 m/s einschätzen. Zusammen braucht man also eine Endgeschwindigkeit von 9.200 bis 9.300 m/s. Continue reading „Einstufig in den Orbit“ →

Das Space Shuttle als Trägerrakete

Posted on by Bernd Leitenberger

Loading

Es gab in der Laufe der Zeit etliche Vorschläge, aus dem bemannten Space Shuttle einen unbemannten Träger zu konstruieren, die meisten davon während der Achtziger Jahre als das SDI Programm aktiv war und klar war, dass dessen Rauminfrastruktur nicht mit dem Space Shuttle aufgebaut werden konnte weil er dafür nicht oft genug flog und eine zu geringe Nutzlast hatte.

Solche Shuttle-C (C für Carrier) habe ich schon mal hier besprochen. Aber relativ wenig weiß man über Vorschläge bei denen man auf das Space Shuttle als wiederverwendbares Raumfahrzeug ganz verzichtet hätte aber seine Technologie weiter verwendet. Continue reading „Das Space Shuttle als Trägerrakete“ →

Was waren die technischen Fehler des Space Shuttles?

Posted on by Bernd Leitenberger

Loading

Nun da sich SpaceX anschickt das vierte wiederverwendbare Gefährt zu bauen und das erste bei dem auch die Trägerrakete vollständig wiederverwendet wird möchte ich noch mal einen Blick zurück werfen auf das Space Shuttle. Als ich darüber nachdachte konnte ich es kaum glauben – es ist tatsächlich schon wieder 12 Jahre her, das es ausgemustert wurde. Die Falcon 9 hatte damals in ihrer 1.0 Version gerade mal zwei Startversuche absolviert. Noch viel länger her, nämlich über 42 Jahre ist der Jungfernflug. Zeit sich auch mal das zu vergegenwärtigen, denn wir reden natürlich über eine Zeit mit einer anderen Technik. Als das Space Shuttle am 12.4.1981 ihren Jungfernflug hatte war die aktuelle Trägerrakete Europas gerade mal die Ariane 1.

Ich habe oben in dem Titel bewusst das Wort „technisch“ genommen, denn der grundlegende Fehler des Space Shuttles ist relativ schnell zu benennen: es war bemannt. Ursprünglich war dies auch sinnvoll. Als nächster Schritt nach Apollo plante die NASA eine Raumstation in Orbit, die wie heute die ISS aus Modulen aufgebaut ist. Das Space Shuttle sollte diese Station versorgen und die Astronauten hinbringen. Dieses Shuttle in den ersten Plänen war viel kleiner. Die Nutzlast lag nur 11,34 t, beim späteren Space Shuttle war sie 2,6-mal größer. Erste, interne NASA Entwürfe hatten viel Ähnlichkeit mit dem heutigen X-37B es waren Gleiter mit kurzen Flügeln. Dieses Vehikel war nicht für kommerzielle Transporte gedacht, sondern es war Bestandteil eines bemannten Programms, so wie es die Space Shuttle auch waren, als sie dann wirklich die ISS aufbauten. Continue reading „Was waren die technischen Fehler des Space Shuttles?“ →

Der Wirkungsgrad einer Rakete

Posted on by Bernd Leitenberger

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

Posted on by Bernd Leitenberger

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“ →