Wiederverwendbarkeit

Wir bauen und ein (fast) vollständig wiederverwendbare Rakete (1)

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Nachdem wir mit dem Starship nun schon den zweiten Versuch haben, ein vollständig wiederverwendbares Trägersystem zu entwickeln, möchte ich heute mal zeigen, wie ich dies angehen würde. Aber zuerst einmal zu der Historie und wie ich zu meinen Überlegungen komme. Also dieser Blog wird wieder Grundlagenwissen vermitteln.

Als man 1969 an die Planung des Space Shuttles ging, waren die ersten Entwürfe vollständig wiederverwendbar. Die Details differierten, aber es waren immer zwei bemannte geflügelte Vehikel, das erste würde, dass zweite absetzen und dann zum Startplatz zurückfliegen. Das zweite Vehikel hätte anders als das spätere Space Shuttle einen integrierten Treibstofftank. Das Problem war, das die Entwicklung dieses voll wiederverwendbaren Systems dreimal teurer war als die später gewählte Lösung. So wurde 1972 auf die heutige Lösung umgeschwenkt, die im Wesentlichen die Neuentwicklung auf den Orbiter beschränkte und auf eine vollständige Wiederverwendung verzichtete. (mehr …)

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Die Crux mit der Wiederverwendbarkeit

Das Space Shuttle wird ausgemustert und kein Ersatz ist geplant. Eigentlich sollte es nach der Shuttle Pleite doch einfacher sein, schließlich weiß man wie es nicht geht. Doch so einfach ist es nicht. Ich will mal das Problem grundsätzlich erläutern.

Zuerst einmal die Lösung, die ohne eine zweite Stufe auskommt. Das ist äußert schwierig. Selbst wenn man den besten Treibstoff nimmt, denn man heute hat, Wasserstoff, mit einem spezifischen Impuls von 4400 (nicht der höchste heute erreichte, aber dies trägt der Tatsache Rechnung, das er beim Start bei einem Außendruck von 1 bar geringer ist, als später im Vakuum) so wird die Nutzlast klein. Eine Rakete mit 750 t Startmasse, etwa die Größe einer Ariane 5, bringt dann noch eine Gesamtmasse von 84 t in einen Orbit – das erscheint zuerst viel, doch das ist das Gesamtgewicht. Eine konventionelle Rakete dieser Größe wiegt leer etwa 66 t, woraus sich dann nur 18 t Nutzlast errechnen – weniger als eine Ariane 5, die 23 t transportiert.

Doch das ist eine konventionelle Rakete. Diese muss aber nun wieder verwendet werden. Man braucht also einen Hitzeschutzschild, weiteren Treibstoff für den Wiedereintritt und die Struktur muss so steif sein, dass sie dies übersteht (Die Tanks bei einer Ariane 5 sind z.B. nur etwa 1-2 mm dick und durch Druck von Innen versteift, sie würden nie einen Wiedereintritt überstehen). Die NASA hat solche Berechnungen für ein einstufiges Gefährt gemacht und ist zu dem Schluss geklommen, dass es einstufig nicht geht – nicht einmal ohne Nutzlast würde das Gefährt einen Orbit erreichen.

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