{"id":11408,"date":"2015-12-11T22:05:45","date_gmt":"2015-12-11T21:05:45","guid":{"rendered":"http:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/?p=11408"},"modified":"2015-12-11T22:05:45","modified_gmt":"2015-12-11T21:05:45","slug":"rechnen-wir-mal-nach-die-vorteile-von-loxmethan","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/2015\/12\/11\/rechnen-wir-mal-nach-die-vorteile-von-loxmethan\/","title":{"rendered":"Rechnen wir mal Nach: Die Vorteile von LOX\/Methan"},"content":{"rendered":"

Das Tolle an der Raumfahrt ist, dass man vieles nachrechnen kann. Auch die Vorteile von neuen Wundertreibstoffen wie Ethen oder Methan. Ich will das mal tun und zwar am Beispiel einer zwei bzw. dreistufigen Rakete. Der Vergleich sollte logischerweise LOX\/Kerosin sein. Das leistungsfähigste LOX\/Kerosintriebwerk ist das RD-0124A mit einem spezifischen Impuls von 3521 m\/s. Es ist ein Oberstufentriebwerk. Für am Boden gestartete Triebwerke sieht es schlechter aus, weil die Düsen kürzer sein müssen. Das leistungsfähigste Triebwerk bei Erststufen sind die RD-170\/180\/190 Familie mit fast identischen Vakuumimpulsen von 3308 m\/s.<\/p>\n

Dagegen hat das leistungsfähigste jemals experimentell genutzte LOX\/Methan Triebwerk hat einen spezifischen Impuls von 380 s (RD-160). Mit Erdgas, das nicht nur Methan enthält, sieht es schon schlechter aus. Hier ist das beste das RD-145 mit 374 s. Umgerechnet in das SI-System sind das 3668 und 3727 m\/s. Beides sind Oberstufentriebwerke. Sie sind also maximal 200 m\/s besser als das bisher leistungsfähigste LOX\/Kerosintriebwerk. 200 m\/s sind nicht viel, das ist in etwa das was man durch Übergang vom Neben- zum Hauptstromverfahren gewinnen kann, trotzdem hat man deswegen in den USA nicht das Antriebsverfahren gewechselt. Überträgt man den Impuls von 380 s auf den Betrieb auf Meereshöheso sinkt er auf 357 oder 3502 m\/s ab.<\/p>\n

Das zweite was man berücksichtigen muss ist, das Methan größere Tanks erfordert. Methan hat eine Dichte von 0,42 g\/cm\u00b3, Kerosin meist eine von 0,82. Berücksichtigt man die Mischungsverhältnisse von 1:2,6 (Kerosin) beim RD-191 bzw. 1:3,69 beim RD-160 so sind Tanks um 23,1% größer und auch schwerer. Bei normaler Bauweise wiegen bei LOX\/Kerosin Tanks in etwa 1,231% ihres Inhalts. Bei Methan sind es dann 1,517%. Das ist wenig, muss aber bei den bei dieser Kombination bei großen Stufen günstigen Strukturverhältnissen berücksichtigt werden.<\/p>\n

Ich habe drei Stufen vorgesehen. Bei LOX\/Kerosin mit folgenden Eckdaten:<\/p>\n

1: Voll-\/Leermasse 1\/25, spezifischer Vakuumimpuls: 3308 m\/s<\/p>\n

2: Voll-\/Leermasse 1\/20, spezifischer Vakuumimpuls: 3521 m\/s<\/p>\n

3: Voll-\/Leermasse 1\/16, spezifischer Vakuumimpuls: 3521 m\/s<\/p>\n

Das sind nicht ganz extrem gute Werte, aber gute Werte. SpaceX will bei Oberstufen 1\/25 und bei Boostern 1\/30 erreichen, hat es aber noch nicht geschafft. Die Werte sind dafür erreichbar. Für LOX\/Methan korrigiere ich diese nur um die schweren Tanks. Nebenbei bemerkt machen die schwereren Tanks um so mehr aus, je geringer der Strukturmassenanteil ist. Bei 1\/30 steigt er so schon um 10% an. So ergeben sich für LOX\/Methan folgende Eckdaten:<\/p>\n

1: Voll-\/Leermasse 1\/23,5, spezifischer Vakuumimpuls: 3502 m\/s<\/p>\n

2: Voll-\/Leermasse 1\/18,9, spezifischer Vakuumimpuls: 3727 m\/s<\/p>\n

3: Voll-\/Leermasse 1\/15,2, spezifischer Vakuumimpuls: 3727 m\/s<\/p>\n

Dann habe ich eine Optimierung laufen lassen wobei ich nur die Startmasse der ersten Stufe mit 200.000 kg vorgab. Die Zielgeschwindigkeit ist für die dreistufige Version 12.000 m\/s (GTO+1760 m\/s) für die zweistufige Version 9500 m\/s (LEO+1800 m\/s)<\/p>\n

Ergebnis: optimale LOX\/Kerosin-Rakete mit 3 Stufen:<\/p>\n\n\n\n\n\n\n
Vollmasse<\/th>\nLeermasse<\/th>\nspez. Impuls<\/th>\nGeschwindigkeit<\/th>\n<\/tr>\n
200000,0<\/td>\n8000,0<\/td>\n3308,0<\/td>\n3804,1<\/td>\n<\/tr>\n
61443,9<\/td>\n3072,2<\/td>\n3521,0<\/td>\n4493,9<\/td>\n<\/tr>\n
13547,3<\/td>\n846,7<\/td>\n3521,0<\/td>\n3702,1<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

Gesamtstartmasse: 280966,7 kg<\/p>\n

Nutzlast: 5975,4 kg = 2,2 Prozent der Startmasse<\/p>\n

und mit zwei Stufen:<\/p>\n\n\n\n\n\n
Vollmasse<\/th>\nLeermasse<\/th>\nspez. Impuls<\/th>\nGeschwindigkeit<\/th>\n<\/tr>\n
200000,0<\/td>\n8000,0<\/td>\n3308,0<\/td>\n4502,2<\/td>\n<\/tr>\n
46452,2<\/td>\n2322,6<\/td>\n3521,0<\/td>\n4998,1<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

Gesamtstartmasse: 258206,6 kg<\/p>\n

Nutzlast: 11754,4 kg = 4,8 Prozent der Startmasse<\/p>\n

nun zu LOX\/Methan: 3 Stufen:<\/p>\n\n\n\n\n\n\n
Vollmasse<\/th>\nLeermasse<\/th>\nspez. Impuls<\/th>\nGeschwindigkeit<\/th>\n<\/tr>\n
200000,0 kg<\/td>\n8620,7 kg<\/td>\n3502,0 m\/s<\/td>\n3751,8 m\/s<\/td>\n<\/tr>\n
67681,9 kg<\/td>\n3581,1 kg<\/td>\n3727,0 m\/s<\/td>\n4533,2 m\/s<\/td>\n<\/tr>\n
15811,7 kg<\/td>\n1040,2 kg<\/td>\n3727,0 m\/s<\/td>\n3715,2 m\/s<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

Gesamtstartmasse: 291093,9 kg<\/p>\n

Nutzlast: 7600,3 kg = 2,7 Prozent der Startmasse<\/p>\n

und zwei Stufen:<\/p>\n\n\n\n\n\n
Vollmasse<\/th>\nLeermasse<\/th>\nspez. Impuls<\/th>\nGeschwindigkeit<\/th>\n<\/tr>\n
200000,0 kg<\/td>\n8620,7 kg<\/td>\n3502,0 m\/s<\/td>\n4457,0 m\/s<\/td>\n<\/tr>\n
51546,4 kg<\/td>\n2727,3 kg<\/td>\n3727,0 m\/s<\/td>\n5043,3 m\/s<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

Gesamtstartmasse: 265832,4 kg<\/p>\n

Nutzlast: 14286,0 kg = 5,7 Prozent der Startmasse<\/p>\n

Der Gewinn beträgt 5,7\/4,8% = 18,7%\u00a0 und 2,7\/2.2% = 22,7%<\/p>\n

Das ist sicher ein Gewinn, aber doch ein recht kleiner. Vor allem wenn man sieht das schon der Übergang LEO \u2192 GTO die Nutzlast um den Faktor 150% absenkt. Nur deswegen also neue Raketen zu konstruieren halte ich für unökonomisch.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Das Tolle an der Raumfahrt ist, dass man vieles nachrechnen kann. Auch die Vorteile von neuen Wundertreibstoffen wie Ethen oder Methan. Ich will das mal tun und zwar am Beispiel einer zwei bzw. dreistufigen Rakete. Der Vergleich sollte logischerweise LOX\/Kerosin sein. Das leistungsfähigste LOX\/Kerosintriebwerk ist das RD-0124A mit einem spezifischen Impuls von 3521 m\/s. Es […]<\/p>\n","protected":false},"author":169,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_jetpack_memberships_contains_paid_content":false,"footnotes":""},"categories":[3],"tags":[3197,646,3191],"class_list":["post-11408","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-raumfahrt","tag-kerosin","tag-lox","tag-methan","entry"],"a3_pvc":{"activated":false,"total_views":1270,"today_views":0},"jetpack_featured_media_url":"","jetpack-related-posts":[{"id":18393,"url":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/2025\/09\/18\/die-falcon-9-eine-nachlese\/","url_meta":{"origin":11408,"position":0},"title":"Die Falcon 9 – eine Nachlese (1)","author":"Bernd Leitenberger","date":"18. September 2025","format":false,"excerpt":"Nachdem \"SimonVR\" mich darauf aufmerksam gemacht hat, dass mein Falcon 9 Artikel sowie der \u00fcber die Entwicklung der Falcon 9 doch etwas abgehangen ist, denke ich, mache ich mal einen Blog dazu. Zuerst mal, worum es hier NICHT geht: n\u00e4mlich eine Einsatzgeschichte der Falcon 9. Ebenso habe ich die wirtschaftliche\u2026","rel":"","context":"In "SpaceX"","block_context":{"text":"SpaceX","link":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/category\/raumfahrt\/spacex\/"},"img":{"alt_text":"","src":"https:\/\/vg02.met.vgwort.de\/na\/8d7fcc876a9d4ed4b27890b8d59e8e87","width":350,"height":200},"classes":[]},{"id":17895,"url":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/2025\/01\/19\/nachlese-teststart-starship-itf-7\/","url_meta":{"origin":11408,"position":1},"title":"Nachlese Teststart Starship ITF-7","author":"Bernd Leitenberger","date":"19. Januar 2025","format":false,"excerpt":"Die erste Phase lief noch nach Plan. Das Starship mit der Seriennummer S33 und die SuperHeavy mit der Seriennummer B14 hoben mit 37 Minuten Versp\u00e4tung um 4:37 nachmittags lokaler Zeit ab. Der Flug selbst hatte einen genehmigten Startzeitraum von 10. bis zum 17. Januar 2025 mit jeweils einem Startfenster pro\u2026","rel":"","context":"In "SpaceX"","block_context":{"text":"SpaceX","link":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/category\/raumfahrt\/spacex\/"},"img":{"alt_text":"","src":"https:\/\/vg06.met.vgwort.de\/na\/60231369830445f0b5712ad7af8fdc7a","width":350,"height":200},"classes":[]},{"id":18432,"url":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/2025\/10\/08\/vor-dem-starship-teststart-ift-11\/","url_meta":{"origin":11408,"position":2},"title":"Vor dem Starship-Teststart IFT-11","author":"Bernd Leitenberger","date":"8. Oktober 2025","format":false,"excerpt":"Am 13.ten Oktober plant Space den n\u00e4chsten Start eines Starships, den elften insgesamt und den letzten eines Starship V2, von dem wie vom Starship V1 sechs St\u00fcck gebaut wurden, eines wurde aber schon vor dem Start am 18. Juni bei einem Probecountdown zerst\u00f6rt, als eine Stickstoff-Druckgasflasche in der Nutzlastsektion explodierte.\u2026","rel":"","context":"In "SpaceX"","block_context":{"text":"SpaceX","link":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/category\/raumfahrt\/spacex\/"},"img":{"alt_text":"","src":"https:\/\/vg01.met.vgwort.de\/na\/54bff6c362394707a9e7b98da907e517","width":350,"height":200},"classes":[]},{"id":13317,"url":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/2018\/04\/04\/die-aufklaerung-des-aprilscherzes\/","url_meta":{"origin":11408,"position":3},"title":"Die Aufklärung des Aprilscherzes","author":"Bernd Leitenberger","date":"4. April 2018","format":false,"excerpt":"So, nun komme ich wieder mal zu einem Blog. Derzeit arbeite ich noch flei\u00dfig an der Aufstiegssimulation, nun vor allem im Pflegen der alten Daten. Rund 200 Tr\u00e4ger wollen schlie\u00dflich erg\u00e4nzt werden. Anscheinend hat es keiner gemerkt: Der letzte Blog war ein Aprilscherz. Nat\u00fcrlich w\u00fcrde unsere Regierung nie auf seinen\u2026","rel":"","context":"In "SpaceX"","block_context":{"text":"SpaceX","link":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/category\/raumfahrt\/spacex\/"},"img":{"alt_text":"","src":"\/img\/sapcex-falcons.jpg","width":350,"height":200,"srcset":"\/img\/sapcex-falcons.jpg 1x, \/img\/sapcex-falcons.jpg 1.5x, \/img\/sapcex-falcons.jpg 2x"},"classes":[]},{"id":18385,"url":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/2025\/09\/07\/spacex-splitter\/","url_meta":{"origin":11408,"position":4},"title":"SpaceX-Splitter","author":"Bernd Leitenberger","date":"7. September 2025","format":false,"excerpt":"Der heutige Blog ist nicht neu, das, was ich schreibe habe ich schon einige Male geschrieben, aber ebenso wie ich zum wiederholten Male Artikel \u00fcber den Fortschritt oder fehlenden Fortschritt in anderen Webseiten lese, denke ich kann man einiges noch mal aufkochen. Ich will das als eine Folge von fiktiven\u2026","rel":"","context":"In "SpaceX"","block_context":{"text":"SpaceX","link":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/category\/raumfahrt\/spacex\/"},"img":{"alt_text":"","src":"https:\/\/vg02.met.vgwort.de\/na\/b2e94ef07fec4d7190886846bcbb4589","width":350,"height":200},"classes":[]},{"id":18430,"url":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/2025\/10\/06\/treibstoffgewinnung-auf-dem-mars\/","url_meta":{"origin":11408,"position":5},"title":"Treibstoffgewinnung auf dem Mars","author":"Bernd Leitenberger","date":"6. Oktober 2025","format":false,"excerpt":"Bis es eine Kolonie auf dem Mars gibt wird es sicher noch Jahrzehnte dauern, wenn \u00fcberhaupt. Ich bin jetzt 60 und glaube nicht, das ich dies noch erleben werde. Chancen g\u00e4be es f\u00fcr eine Expedition, also einen Flug zum Mars, einen Aufenthalt dort, der aus himmelsmechanischen Gr\u00fcnden etwa eineinhalb Jahre\u2026","rel":"","context":"In "Chemie"","block_context":{"text":"Chemie","link":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/category\/chemie\/"},"img":{"alt_text":"","src":"https:\/\/vg01.met.vgwort.de\/na\/1098a0be1f3743bcb77eed3bd08301c5","width":350,"height":200},"classes":[]}],"jetpack_sharing_enabled":true,"amp_enabled":true,"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/11408","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/users\/169"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=11408"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/11408\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=11408"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=11408"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=11408"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}