{"id":11111,"date":"2015-05-22T00:14:38","date_gmt":"2015-05-21T22:14:38","guid":{"rendered":"http:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/?p=11111"},"modified":"2015-05-21T09:17:43","modified_gmt":"2015-05-21T07:17:43","slug":"basteln-wir-uns-eine-ueberfluessige-rakete","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/2015\/05\/22\/basteln-wir-uns-eine-ueberfluessige-rakete\/","title":{"rendered":"Basteln wir uns eine &uuml;berfl&uuml;ssige Rakete"},"content":{"rendered":"<p>In dem USA, dem Land das angeblich sparen muss, sich aber v&ouml;llig &uuml;berfl&uuml;ssige Projekte leistet, will man einen eigenen Tr&auml;ger <a href=\"http:\/\/seradata.com\/SSI\/2013\/09\/small-and-sweet-nasa-wants-a-dedicated-launch-vehicle-for-cubesats\/\">nur f&uuml;r Cubesats bauen<\/a>. Ja Cubesats sind der NASA sehr wichtig. Geplant ist nun ja auch noch ein weiterer Deployer f&uuml;r die Raumstation, denn bisher macht die NASA das so: sie packt die Cubesats ins Inneren von Transporter. Dort laden sie Astronauten aus, und entlassen sie durch die beiden installierten Deployer: ein tolles Beispiel wie bemannte Raumfahrt billig und teuer sein kann: billig weil es f&uuml;r die Betreiber der Cubesats verr&uuml;ckterweise die billigste M&ouml;glichkeit ist sie ins All zu bekommen. Wenn\u00a0 sie sie von dem Hersteller der Tr&auml;gerrakete transportiert haben wollen, kostet das mehr Geld, dann m&uuml;ssen sie f&uuml;r den Service zahlen und auch Strukturen die man an die Rakete anmontieren muss. Die NASA macht es billiger. Nat&uuml;rlich ist es absolut gesehen teuer. Denn die NASA zahlt f&uuml;r 40 t Nutzlast zur ISS beim CRV-Abkommen 3,5 Milliarden Dollar, zwei Atlas 552 Starts die etwa 500 Millionen Dollar kosten w&uuml;rden genauso viel transportieren &#8211; nur eben nicht Netto-Nutzlast im Inneren eines Transporters. Und die Arbeitszeit eines Astronauten, die bei 12 h\/Tag rund 200.000 $\/h Stunde kostet, m&uuml;ssen die Kunden auch nicht zahlen.<!--more--><\/p>\n<p>Aber folgen wir mal der Idee und &uuml;berlegen uns &#8211; wie w&uuml;rde eine neue US-.Rakete aus dem US-Arsenal aussehen?<\/p>\n<p>Also erst mal ein paar Nebenbedingungen festlegen:<\/p>\n<ul>\n<li>Die Rakete soll nach dem Vorschlag 100 US-Pfund, rund 46 kg transportieren<\/li>\n<li>Zielgeschwindigkeit ist ein etwas h&ouml;herer Orbit der 7900 m\/s erfordern soll (100 m\/s mehr als f&uuml;r eine 200 km Bahn, das erlaubt es die Inklination anzupassen oder einen h&ouml;heren Orbit zu erreichen).<\/li>\n<li>Dazu kommen die Verluste w&auml;hrend des Aufstiegs. Die sind bei existierenden Typen mit Feststoffantrieb sehr breit gestreut und liegen zwischen 1000 und 1900 m\/s. Ich nehme mal als Mitte 1500 m\/s.<\/li>\n<li>Verwendet sollen existierende US-Stufen werden<\/li>\n<\/ul>\n<p>Wo finden wir Informationen? Nun durch die Fusion der Raketenhersteller gibt es nur noch einen Hersteller von kleinen (Feststoff)Stufen: ATK. Fl&uuml;ssige antriebe sind meistens zu gro&szlig; und auch sehr teuer. Netterweise hat die Fima einen <a href=\"http:\/\/www.ltas-vis.ulg.ac.be\/cmsms\/uploads\/File\/DataSheetSolidATK.pdf\">Katalog<\/a> mit allen technischen Daten im Web. Zum vergleich mit Otto fehlt nur noch der Preis.<\/p>\n<p>Das erste w&auml;re mal eine Absch&auml;tzung der Gr&ouml;&szlig;e. Die Nutzlast ist ein Zehntel der Pegasus XL. Also w&uuml;rde man die Startmasse auch bei einem Zehntel ansetzen, eventuell etwas h&ouml;her, sie wird ja nicht aus der Luft gestartet., Das w&auml;ren dann etwa 2,3 bis 2,4 t. Bei einer Nutzlast von 45 kg w&auml;ren die Stufen bei gleichen Stufenverh&auml;ltnissen (1:3,3216) dann 150, 500 und 1650 kg schwer.<\/p>\n<p>Passende Stufen w&auml;ren:<\/p>\n<table class=\"auto-style1\" cellpadding=\"2\">\n<tbody>\n<tr>\n<th>Name<\/th>\n<th>Vollmasse<\/th>\n<th>Leermasse<\/th>\n<th>Spezifischer Impuls<\/th>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>Star 17 (S.44)<\/td>\n<td>153,5 kg<\/td>\n<td>18,5 kg<\/td>\n<td>2807 m\/s<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>Star 30 BP (S-71)<\/td>\n<td>543 kg<\/td>\n<td>32,9 kg<\/td>\n<td>2867 m\/s<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>Star 37 FM (S.77)<\/td>\n<td>1148<\/td>\n<td>73,7 kg<\/td>\n<td>2842 m\/s<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>oder Star 48V (S.84)<\/td>\n<td>2164 kg<\/td>\n<td>138,6 kg<\/td>\n<td>2865 m\/s<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<p>Es gibt bei ATK keine Stufe die 1500 kg wiegt, daher habe ich die beiden n&auml;chst schwereren oder leichteren genommen. Als ich das durchrechnete, stellte sich raus, dass die kleinere Rakete keine Nutzlast hat und die gr&ouml;&szlig;ere nur 26 kg. Dabei habe ich noch folgende realistische Annahme gemacht: Voll- und Leermasse der zweiten Stufe steigen um 100 kg, die der dritten Stufe um 10 kg. Das Zusatzgewicht ist das Steuersystem das in der zweiten Stufe steckt (sonst w&auml;re die Nutzlast minimal) und ein Dralltisch der die letzte Stufe aufspinnt. Die dritte Stufe hat in 10 kg Zusatzmasse nur einen Telemetriesender der einige Messdaten und die GPS-Daten &uuml;ber Geschwindigkeit und Ort sendet. Also muss die Rakete etwas gr&ouml;&szlig;er werden. Zweiter Ansatz:<\/p>\n<table class=\"auto-style1\" cellpadding=\"2\">\n<tbody>\n<tr>\n<th>Name<\/th>\n<th>Vollmasse<\/th>\n<th>Leermasse<\/th>\n<th>Spezifischer Impuls<\/th>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>Star 24B (S.44)<\/td>\n<td>217,6 kg<\/td>\n<td>17,4 kg<\/td>\n<td>2774 m\/s<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>Star 30 E (S-74)<\/td>\n<td>674 kg<\/td>\n<td>37,4 kg<\/td>\n<td>2867 m\/s<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>\u00a0Star 48V (S.84)<\/td>\n<td>2164 kg<\/td>\n<td>138,6 kg<\/td>\n<td>2865 m\/s<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<p>Diese Rakete hat schon 39 kg Nutzlast. Es bringt am meisten die dritte Stufe zu modifizieren. Eine Star 30A bringt dann 41 kg. Die Rakete wiegt dann 3327 kg, genug um sie von einem Flugzeug aus abzuwerfen, es k&auml;me sogar ein Kampfjet in Frage. Beim Abwurf mit Mach 2 und Ber&uuml;cksichtigung der fehlenden Luftreibung kann man 700 m\/s abziehen, dann w&uuml;rde die Nutzlast auf 66 kg ansteigen.<\/p>\n<p>Noch ein bisschen etwas bringt eine zus&auml;tzliche vierte Stufe, hier ein Star 17A. Auch hier habe ich 10 kg zu Voll und Leermasse addiert. Diese Version kommt dann auf 50 kg ohne Starthilfe. Was die Nutzlast limitiert ist vor allem eben die schwere letzte Stufe, weil 10 kg mehr hier schon einiges ausmachen. Die letzte Stufe wiegt so 24 bzw. 38 kg &#8211; fast so viel wie die Nutzlast.<\/p>\n<h4>Rakete: Cubesat Launcher 1<\/h4>\n<table>\n<tbody>\n<tr bgcolor=\"gold\">\n<th>Startmasse<br \/>\n[kg]<\/th>\n<th>Nutzlast<br \/>\n[kg]<\/th>\n<th>Verkleidung<br \/>\n[kg]<\/th>\n<th>Geschwindigkeit<br \/>\n[m\/s]<\/th>\n<th>Verluste<br \/>\n[m\/s]<\/th>\n<\/tr>\n<tr bgcolor=\"#00F0EE\">\n<td align=\"right\">3324<\/td>\n<td align=\"right\">42<\/td>\n<td align=\"right\">20<\/td>\n<td align=\"right\">7900<\/td>\n<td align=\"right\">1485<\/td>\n<\/tr>\n<tr bgcolor=\"gold\">\n<th>Stufe<\/th>\n<th>Anzahl<\/th>\n<th>Name<\/th>\n<th>Vollmasse<br \/>\n[kg]<\/th>\n<th>Leermasse<br \/>\n[kg]<\/th>\n<th>Spez.Impuls (Vakuum)<br \/>\n[m\/s]<\/th>\n<\/tr>\n<tr bgcolor=\"#00F0EE\">\n<td align=\"right\">1<\/td>\n<td align=\"right\">1<\/td>\n<td>Star 48V<\/td>\n<td align=\"right\">2164<\/td>\n<td align=\"right\">139<\/td>\n<td align=\"right\">2865<\/td>\n<\/tr>\n<tr bgcolor=\"#00E0DE\">\n<td align=\"right\">2<\/td>\n<td align=\"right\">1<\/td>\n<td>Star 30E<\/td>\n<td align=\"right\">774<\/td>\n<td align=\"right\">138<\/td>\n<td align=\"right\">2867<\/td>\n<\/tr>\n<tr bgcolor=\"#00D0CE\">\n<td align=\"right\">3<\/td>\n<td align=\"right\">1<\/td>\n<td>Star 24B<\/td>\n<td align=\"right\">324<\/td>\n<td align=\"right\">38<\/td>\n<td align=\"right\">2863<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<h4>Rakete: Cubesat Launcher 2<\/h4>\n<table>\n<tbody>\n<tr bgcolor=\"gold\">\n<th>Startmasse<br \/>\n[kg]<\/th>\n<th>Nutzlast<br \/>\n[kg]<\/th>\n<th>Verkleidung<br \/>\n[kg]<\/th>\n<th>Geschwindigkeit<br \/>\n[m\/s]<\/th>\n<th>Verluste<br \/>\n[m\/s]<\/th>\n<\/tr>\n<tr bgcolor=\"#00F0EE\">\n<td align=\"right\">3468<\/td>\n<td align=\"right\">50<\/td>\n<td align=\"right\">20<\/td>\n<td align=\"right\">7900<\/td>\n<td align=\"right\">1477<\/td>\n<\/tr>\n<tr bgcolor=\"gold\">\n<th>Stufe<\/th>\n<th>Anzahl<\/th>\n<th>Name<\/th>\n<th>Vollmasse<br \/>\n[kg]<\/th>\n<th>Leermasse<br \/>\n[kg]<\/th>\n<th>Spez.Impuls (Vakuum)<br \/>\n[m\/s]<\/th>\n<\/tr>\n<tr bgcolor=\"#00F0EE\">\n<td align=\"right\">1<\/td>\n<td align=\"right\">1<\/td>\n<td>Star 48V<\/td>\n<td align=\"right\">2164<\/td>\n<td align=\"right\">139<\/td>\n<td align=\"right\">2865<\/td>\n<\/tr>\n<tr bgcolor=\"#00E0DE\">\n<td align=\"right\">2<\/td>\n<td align=\"right\">1<\/td>\n<td>Star 30E<\/td>\n<td align=\"right\">774<\/td>\n<td align=\"right\">138<\/td>\n<td align=\"right\">2867<\/td>\n<\/tr>\n<tr bgcolor=\"#00D0CE\">\n<td align=\"right\">3<\/td>\n<td align=\"right\">1<\/td>\n<td>Star 24B<\/td>\n<td align=\"right\">324<\/td>\n<td align=\"right\">38<\/td>\n<td align=\"right\">2863<\/td>\n<\/tr>\n<tr bgcolor=\"#00C0BE\">\n<td align=\"right\">4<\/td>\n<td align=\"right\">1<\/td>\n<td>Star 17A<\/td>\n<td align=\"right\">136<\/td>\n<td align=\"right\">24<\/td>\n<td align=\"right\">2812<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<p>Die Rakete w&auml;re so leicht konstruierbar, was nat&uuml;rlich nicht hei&szlig;t das man sie braucht. Man m&uuml;sste nur bei jedem nicht kommerziellen Start, und davon gibt es alleine im westen ja rund 20 pro Jahr einige Cubesats mitnehmen. Nat&uuml;rlich sind die Bahnen der Tr&auml;ger sehr unterschiedlich. Etwa die H&auml;lfte fliegt die ISS an von den anderen gehen die meisten in einen SSOO oder GRO. Das ist nicht so gew&uuml;nscht. Die Cubesats w&auml;ren dann zu lange im Orbit, bzw. der GTO ist f&uuml;r manche Typen auch der falsche Orbit (z.B. f&uuml;r die Erdbeobachtung). Das kann man aber l&ouml;sen indem man die Cubesats rechtszeitig absetzt. Bei einem SSO nach Erreichen der transferbahn, deren erdn&auml;chster Punkt bei rund 200 km liegt, sodass sie bald wieder vergl&uuml;hen. Etwas schwieriger wird es beim GTO. Hier m&uuml;sste man die Satelliten w&auml;hrend des Betriebs der Stufe abtrennen solange das Apog&auml;um noch nicht zu hoch ist. Doch machbar ist auch so was.<img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"http:\/\/vg03.met.vgwort.de\/na\/009f9e2724084a5b8efe541e747a8906\" width=\"1\" height=\"1\" alt=\"\"\/><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>In dem USA, dem Land das angeblich sparen muss, sich aber v&ouml;llig &uuml;berfl&uuml;ssige Projekte leistet, will man einen eigenen Tr&auml;ger nur f&uuml;r Cubesats bauen. Ja Cubesats sind der NASA sehr wichtig. 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