{"id":11858,"date":"2016-08-07T00:20:30","date_gmt":"2016-08-06T22:20:30","guid":{"rendered":"http:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/?p=11858"},"modified":"2016-08-06T17:05:22","modified_gmt":"2016-08-06T15:05:22","slug":"i-dont-know-how-you-were-diverted-you-were-perverted-too","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/2016\/08\/07\/i-dont-know-how-you-were-diverted-you-were-perverted-too\/","title":{"rendered":"I don&#8217;t know how you were diverted You were perverted too"},"content":{"rendered":"<p>Ich hatte eigentlich auf ein paar Kommentare zu meinem vorletzten Beitrag gehofft, doch vielleicht habe ich die M&uuml;nchhausen-Rubrik in der letzten Zeit zu viel publiziert. Das ist ein Nebeneffekt vom t&auml;glichen Schimmern. Beim Sport kommen mir bevorzugt Ideen f&uuml;r die Rubrik, da ich schlecht dort &uuml;ber Blogs nachdenken kann die ich erst recherchieren muss. So ganz spa&szlig;ig war der Beitrag aber nicht gemeint. Seit Jahren tauchen immer wieder Pl&auml;ne f&uuml;r russische Gro&szlig;raketen auf. Umgesetzt wurde bisher keiner. Warum also nicht die N-1 wiederbeleben. Boris Tschertok der in seinen Memoiren durchaus kritisch zur N1 ist, meint auch dass man die Rakete zu Ende entwickelt haben m&uuml;sste. Wenige Jahre sp&auml;ter machte man mit Energija einen Neuanfang und der war doppelt so teuer wie die N-1.<!--more--><\/p>\n<p>Ich will in diesem Blog mal untersuchen was passieren w&uuml;rde, wenn man die N-1 heute nochmals einsetzen w&uuml;rde. Nat&uuml;rlich nicht mit den NK-33\/43. Auch wenn noch einige vorr&auml;tig sind reichen die doch gerade mal f&uuml;r zwei Starts. Zudem habe ich inzwischen Zweifel an der Zuverl&auml;ssigkeit nach 40 Jahren Lagerung, das zeigte auch der Fehlstart der f&uuml;nften Antares. Mein Ansatz ist die N1 zuerst einmal so zu &uuml;bernehmen wie sie ist und da zu modernisieren wo es n&ouml;tig und sinnvoll ist.<\/p>\n<p>Das naheliegende ist es die NK-33 durch RD-191 zu ersetzen. Wie zuverl&auml;ssig die RD-191 sind wird sich erst im Einsatz zeigen, doch ich bin zuversichtlich: Die Reduktion von 4 Brennkammern pro Triebwerk auf zwei f&uuml;hrte schon beim RD-180 zu einer viel h&ouml;heren Zuverl&auml;ssigkeit als beim RD-170\/171 der Zenit. Bei einer Brennkammer d&uuml;rfte es noch besser sein. der Grund ist dass nicht die Brennkammer Probleme macht, sondern das Treibstofff&ouml;rderungssystem und das ist nur einmal vorhanden. Wenn etwas explodiert dann sind es die Turbopumpen. So war es bei der N-1 und der Antares und f&uuml;r die Turbopumpe sind die Anforderungen so um den Faktor 4 gesunken.<\/p>\n<p>Die RD-191 sind aber mit 1922 kN Schub am Boden etwa 25% schubst&auml;rker als die NK-33. So k&ouml;nnte man die Triebwerkszahl von 30 auf 24 in der ersten und von 8 auf 6 in der zweiten verringern. Wenn man nur mit 1,25 g starten will kann man sogar noch weiter heruntergehen auf 20 bzw. 5 Triebwerke, doch dann hat man ein Symmetrieproblem. In der dritten Stufe gibt es zwei M&ouml;glichkeiten. Wenn man die Architektur von vier festen Triwebweken beibehalten will kann man ein NK-9V durch ein RD-110\/RD-0124 ersetzen. Das hat einen etwas geringere Schub doch er eicht bei diese Stufe noch aus. Das zweite w&auml;re es die Architektur aufzugeben und ein RD-191 zentral einzubauen. Das m&uuml;sste dann schwenkbar sein.<\/p>\n<p>Viel hat sich bei der Elektronik getan. Die steckte in den Sechziger Jahren noch in den Kinderschuhen. Man konnte mit dem System KORD nur vier bis f&uuml;nf Parameter der Triebwerke &uuml;berwachen und bei &Uuml;berschreiten von Grenzlinien einfach abschalten. Nicht viel besser war das beim Space Shuttle in den ersten Jahren als es zahlreiche Startabbr&uuml;che kurz vor dem Abheben gab weil Sensorwerte von den &#8222;roten Linien&#8220; abwichen. Immerhin konnte der Triebwerkskontroller damals schon die Abweichung erkennen bevor es einen Triebwerksschaden gab, das konnte KORD noch nicht. Verbesserte Triebwerkskontroller hatten ab 1990 die F&auml;higkeit Ver&auml;nderungen zu verfolgen und so falsche Sensorwerte von einem echten Problem zu unterschieden so dass es keine Abschaltungen ohne echte Ptobleme mehr gab. Die letzte Version der SSME-Elektronik, deren Entwicklung dann nach dem Verlust der Columbia abgebrochen wurde h&auml;tte diese Verfolgen noch weiter betrieben und w&auml;re f&auml;hig gewesen schon Sekunden vor einer gef&auml;hrlichen Situation ein Triebwerk abzuschalten. Als Nebeneffekt h&auml;tten sie auch die Shuttle-Triebwerke die an der Grenze des technisch m&ouml;glichen arbeiteten mit reduzierter Leistung (bs zum 65% Schublevel) weiter betrieben, anstatt sie gleich ganz abzuschalten. Ich denke mit heutigen M&ouml;glichkeiten w&uuml;rden auch 30 Triebwerke m&ouml;glich sein, weil der Triebwerkskontroller ein Triebwerk zuerst rechtzeitig herunterfahren w&uuml;rde und dann wenn das Problem immer noch vorhanden ist ganz abschalten w&uuml;rde. Eine &uuml;bergeordnete Distanz wie KORD braucht man nur, um dann die Schubsymmetrie zu erhalten.<\/p>\n<p>In meinem ersten Ansatz habe ich daher die Leistungsdaten der N1 aus dem Worst-Case Szenario (niedrigste spezifische Impulse und h&ouml;chste Strukturfaktoren genommen) und nur die Trockenmasse von sechs NK-15 in der ersten und zwei in der zweiten Stufe abgezogen und die spezifischen Impulse durch die der RD-191\/RD-0124 ausgetauscht. Bei der Nutzlast bin ich von 95 t ausgegangen weil man sonst sehr hohe Gravitationsverluste erh&auml;lt, die w&auml;ren aber gerade wegen des hohen Schubs eigentlich sehr klein. Alleine dadurch steigt die Nutzlast auf 115 t also rund 20 t an.<\/p>\n<p>Doch wenn schon die Rakete mit den vielen Triebwerken ausgelegt ist, warum das nicht nutzen? F&uuml;r die N-1F wollte man die Tanks durch zylindrische Zwischenst&uuml;cke verl&auml;ngern. Im einem zweiten Schritt habe ich die N-1 also wieder mit der urspr&uuml;nglichen Triebwerkszahl genommen und daf&uuml;r die Masse der Stufen soweit angehoben, dass man wieder auf das gleiche Schub\/Gewichtsverh&auml;ltnis kommt. F&uuml;r die Tanks habe ich einen Wert Struktur\/Startmasse von 1:75 angenommen, eine relativ geringe Sch&auml;tzung. Die dritte Stufe setzt nun ein RD-191 ein, das einen h&ouml;heren Schub als die RD-0124 hat aber einen kleineren spezifischen Impuls.<\/p>\n<p>Die Startmasse steigt so von 2722 auf 3463 t (ohne Nutzlast), doch die Nutzlast auch deutlich von 115 auf 148 t. Das ist eine &uuml;berproportionale Steigerung, weil siech die schlechten Strukturfaktoren nun deutlich bessern. Diese waren sehr schlecht f&uuml;r die Mischung LOX\/Kerosin.<\/p>\n<p>Der dritte Schritt befasst sich mit den Oberstufen. Ich sehe hier keinen Sinn diese anzupassen. Zum einen wird es schwierig ein 400 kN Triebwerk f&uuml;r Block W zu finden, zum zweiten zweiten arbeitet Russland ja nun inzwischen auch an der Nutzung der Wasserstofftechnologie. F&uuml;r die Angara A7 ist eine KTVK-2 mit zwei RD-0146 und 43 t Startmasse vorgesehen. verdoppelt man sowohl triebwerkszahl wie Masse kommt man zu einer KTVK-4 mit 86 t Startmasse. Die habe ich als vierte Stufe auserkoren. Das leitet zur letzten Version &uuml;ber die nun f&uuml;r Mondmissionen ausgelegt ist. Sie k&ouml;nnte rund 63 t zum Mond bef&ouml;rdern &#8211; das ist einiges mehr als eine Saturn V und ausreichend f&uuml;r ein komfortables Mondprogramm. W&uuml;rde man z-.B. direkt auf dem Mond landen so w&uuml;rde bei einem dV vvon 2900 m\/s und beim Einsatz von g&auml;ngigen Triebwerken mit einem spezifischen Impuls von 3150 noch 25 t direkt gelandet werden k&ouml;nnen. Zieht man rund 5 t f&uuml;r die Stufe und Landegestell ab so sind das 20 t Nettomasse, also in etwa das was ein Mir oder ISS-Modul wiegt. Damit k&ouml;nnte man mit zwei Fl&uuml;gen eine Mondstation und eine Besatzung auf den Mond bringen die sich im ersten schritt vielleicht &uuml;ber einen Montag (14 Erdtage) dort aufh&auml;lt und viel mehr unternehmen kann als bei Apollo, denn auch die bemannte Mission kann mehr Ausr&uuml;stung transportieren. Die Stufe ist mit 86 t Masse etwas klein f&uuml;r die Nutzlast ich habe daher noch eine gr&ouml;&szlig;ere mit 50% h&ouml;here Startmasse unetrsucht. Sie bringt aber nur 3 t mehr Nutzlast. Allerdings ist die Trockenmasse der KRVK auch sehr hoch. Die S-IVB hatte bei &auml;hnlicher Startmasse nur 2\/3 der Trockenmasse. Das w&uuml;rde weitere 5 t Nutzlast bringen.<\/p>\n<p>Die entscheidende Frage zum Schluss, warum sollte man die N-1 nachbauen und nicht die Energija, die letztere ist ja j&uuml;nger und erfolgreich geflogen. Nun die N-1 scheiterte weil man die erste Stufe nie testen konnte und die Triebwerke unzuverl&auml;ssig waren. Das letztere ist heute nicht mehr gegeben. Das erstere kann man nachholen. Bei der Energija haben wir dagegen in den Boostern die RD-1870 Triebwerke die in der Zenit einige Male versagten. Die Technologie f&uuml;r die Zentralstufe zu entwickeln war teuer, viel teurer als die N-1, warum also nicht zu der zur&uuml;ckkehren. Wenn man die Triebwerke austauscht hat man eine Tr&auml;gerrakete von sehr robuster Bauweise und hohen Strukturfaktoren &#8211; technisch nicht brillant, doch das war die Saturn V auch nicht. F&uuml;r wenige Mondmissionen die aber klappen m&uuml;ssen ist dies wichtiger. Zudem hat Russland immer an LOX\/Kerosin festgehalten, w&auml;hrend man die Wasserstofftechnologie nach Energija wieder aufgab. Ich halte daher die N-1 f&uuml;r die logischere Wahl.<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<p>Zuletzt noch zwei abgeleitete Raketen: Koroljow plante auch eine N-11 (ohne erste Stufe) und eine N-111 (ohne erste und zweite Stufe). Die N-11 h&auml;tte die Proton ersetzt die N-111 die Sojus. Umgesetzt wurde das nicht. Ich habe das mit dem letzten Exemplar gemacht und es kommen zwei interessante Raketen mit 15 bzw 54 t LEO-Nutzlast raus.<\/p>\n<h4>Rakete: N-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<th>Nutzlastanteil<\/th>\n<\/tr>\n<tr bgcolor=\"#00F0EE\">\n<td align=\"right\">2762920<\/td>\n<td align=\"right\">85920<\/td>\n<td align=\"right\">0<\/td>\n<td align=\"right\">7802<\/td>\n<td align=\"right\">1684<\/td>\n<td align=\"right\">3,11 %<\/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><\/td>\n<td align=\"right\">1930800<\/td>\n<td align=\"right\">180800<\/td>\n<td 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