Bei meinen Recherchen über die Saturn V bin ich auch auf zahlreiche Post-Saturn Studien gestoßen. Die größte Rakete mit 18 Triebwerken in der ersten und 3 in der zweiten Stufe mit einer Nutzlast von 567 t in einen Erdorbit und einer Masse von 6.600 t beim Start. Das brachte mich auf meine heutige Blogidee \u2013 wie groß kann man eine Rakete machen?<\/p>\n
Ich kann mich an ein Buch erinnern, in dem stand, das es im Prinzip keine technischen Grenzen für den Schub eines Triebwerks gibt und man in den Sechzigern Triebwerke mit 10.000 bis 40.000 kN Schub zumindest theoretisch untersucht und für baubar hielt.<\/p>\n
Natürlich kann man eine Rakete prinzipiell enorm groß bauen, selbst wenn es Grenzen bei den Triebwerken oder Stufen gibt, kann man diese bündeln. Das OTRAG Konzept sah ja bis zu 1.000 Stufen vor. Selbst die Saturn V würde, wenn man acht davon bündeln, würde schon auf über 1.000 t in die Erdumlaufbahn kommen. Doch ich will die Frage realitätsnäher interpretieren: Was wäre die größte Rakete, wenn wir die vorliegende Erfahrung berücksichtigen \u2013 die N-1 mit 30 Triebwerken scheiterte, bei der Falcon Heavy fehlen mit einem Start bisher noch die Erfahrungen für eine vernünftige Statistik. Dagegen flogen zahlreiche Träger mit acht bis neu Triebwerken erfolgreich, so die Saturn I+IB, Ariane 4 und Falcon 9. Wenn man Feststofftriebwerke hinzuzählt, dann kann man auch die Delta ab der 2000-er Serie hinzunehmen.<\/p>\n
Also: was ist die größte mögliche Rakete mit maximal neun Triebwerken? Auch wenn man eine Rakete prinzipiell wahrscheinlich enorm groß bauen kann, so kommt man doch beim Transport bald an Grenzen. Die S-IC und S-II Stufen konnten nur per Schiff transportiert werden. Über Land war dies unmöglich. Für Flugzeuge waren sie auch zu groß und schwer. Bei der Proton war der Durchmesser der ersten Stufe auf 4,5 m wegen der Eisenbahntunnel beschränkt. Sie erhielt daher Außentanks, um die Masse zu erhöhen. Ähnliche Beschränkungen hat SpaceX bei ihrer Falcon 9 die auch über Land transportiert wird und daher zu einem, langen Spargel wurde.<\/p>\n
Die N-1 wurde daher beim Startplatz zusammengebaut und dies würde man auch ein einer Riesenrakete so machen. Allerdings auch dann sicher nicht von Grund auf. Vielmehr wird man die leichten Strukturen wie Tanks dort fertigen. Dazu muss man \u201enur\u201c Bleche verschweißen. Es fällt schwer zu glauben, dass man die technisch komplexen Triebwerke aber vor Ort fertigen wird. Die Triebwerke sind die größten und komplexesten Einzelteile und sie sind auch relativ schwer, verglichen mit den Tanks. Daher konzentriere ich mich in meiner Betrachtung darauf, wie groß man ein Triebwerk bauen kann. Damit kennt man dessen Schub und über den Schub kann man Startmasse und Nutzlast abschätzen.<\/p>\n
Nehme ich an, dass ich ein Triebwerk per Flugzeug transportiere, so habe ich zwei Beschränkungen: im Gewicht und im Volumen. Es gibt Spezialflugzeuge mit vergrößerten Rümpfen, die für solche Transporte genutzt wurden. Das Größte das ich kenne, ist der Airbus Beluga XL, ein Airbus 300-600 mit vergrößertem Rumpf zum Transport der Tragflächen eines Airbus, der ja auch an verschiedenen Stellen in Europa in Teilen gefertigt wird Sein Rumpfdurchmesser beträgt 7,4 m und seine Nutzlastkapazität 53 t. Nimmt man 30 cm Freiheit zu allen Seiten an, so könnte man ein maximal 6,8 m breites und 53 t schweres Triebwerk mit ihm transportieren.<\/p>\n
Es gibt mehrere Möglichkeiten an die Problematik heranzugehen. Große Triebwerke erreichen im Nebenstromverfahren ein Schub\/Gewichtsverhältnis von 100:1, im Hauptstromverfahren 120:1. Die meisten Triebwerke liegen aber darunter, bei etwa 80:1. Nehmen wir das als Basis, so kommt man bei 53 t Gewicht auf rund 4240 t Schub, das sind rund 42.000 kN oder der sechsfache Schub eines F-1.<\/p>\n
Die zweite Annäherung ist über die Größe. Die Düse ist der breiteste Teil des Triebwerks. Über ihren Durchmesser, das Flächenverhältnis zwischen Düsenmündung und Düsenhals und den Brennkammerdruck kann man ebenfalls den maximalen Schub errechnen. Ich habe als Orientierung zwei gebaute Triebwerke genommen:<\/p>\n
| Parameter<\/th>\n | F-1 (Nebenstrom)<\/th>\n | NK-33 (Hauptstrom)<\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n | |||||||||||||||||||||||||||
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| Brennkammerdruck:<\/td>\n | 54 bar<\/td>\n | 145,4 bar<\/td>\n<\/tr>\n | |||||||||||||||||||||||||||
| Schub (Meereshöhe)<\/td>\n | 6.806 kN<\/td>\n | 1.543 kN<\/td>\n<\/tr>\n | |||||||||||||||||||||||||||
| Düsendurchmesser<\/td>\n | 3,53 m<\/td>\n | 1,50 m<\/td>\n<\/tr>\n | |||||||||||||||||||||||||||
| Flächenverhältnis<\/td>\n | 16<\/td>\n | 27<\/td>\n<\/tr>\n | |||||||||||||||||||||||||||
| Gewicht:<\/td>\n | 8.361 kg<\/td>\n | 1.408 kg<\/td>\n<\/tr>\n | |||||||||||||||||||||||||||
| Schub\/Masse<\/td>\n | 81,4<\/td>\n | 109,5<\/td>\n<\/tr>\n | |||||||||||||||||||||||||||
| Schub bei 53 t Gewicht<\/td>\n | 43.100 kN<\/td>\n | 58.000 kN<\/td>\n<\/tr>\n | |||||||||||||||||||||||||||
| Schub bei 6,80 m Durchmesser<\/td>\n | 25.200 kN<\/td>\n | 31,700 kN<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n Würde man also die Triebwerke einfach skalieren so käme man nicht über 31.700 kN Schub heraus.<\/p>\n Die beiden Triebwerke sind LOX\/RP-1 Triebwerke.<\/p>\n Mit neun dieser Triebwerke käme man dann auf einen Startschub von 285,5 MN. Bei einer Startbeschleunigung von 12,5 m\/s entspricht dies einer Startmasse von 22.800 t, oder siebenmal schwerer als die Saturn V. Entsprechend mehr Nutzlast könnte man transportieren. Berücksichtigt man das die Saturn V sehr konservativ ausgelegt war, so wäre mit zwei LOX\/LH2 Oberstufen wie bei der Saturn V sicher eine Nutzlast von mehr als 400 t in eine Mondtransferbahn beförderbar.<\/p>\n LOX\/LH2 Triebwerke sind schwerer und erreichen nur ein Schub\/Gewichtsverhältnis von rund 50:1.<\/p>\n
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