{"id":13560,"date":"2018-10-15T00:36:20","date_gmt":"2018-10-14T22:36:20","guid":{"rendered":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/?p=13560"},"modified":"2018-10-13T09:40:01","modified_gmt":"2018-10-13T07:40:01","slug":"otrag-2-die-fortsetzung","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/2018\/10\/15\/otrag-2-die-fortsetzung\/","title":{"rendered":"OTRAG 2 &#8211; die Fortsetzung"},"content":{"rendered":"<p>Das Thema OTRAG hat mich nicht losgelassen, deswegen schiebe ich noch einen Beitrag nach. Ich hatte ja beim letzten Artikel einen Brennkammerdruck von 85 Bar angenommen, da dies der des <a href=\"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/vega-rakete.shtml\">P80FW<\/a> war. Die OTRAG arbeitete mit 40 Bar. Daher will ich heute noch mal unterschiedliche Tankdr&uuml;cke und weitere Varianten untersuchen.<\/p>\n<p>Aber zuerst mal etwas erkl&auml;rende Einleitung, auch weil ich immer wieder Mails bekomme \u201eBernd k&ouml;nntest Du mal \u2026. <i>schnell <\/i>durchrechnen.\u201c Ja ja schnell&#8230; Ich m&ouml;chte hier mal zeigen, wie &#8222;schnell&#8220; das geht. Bei der OTRAG kann man an folgenden Stellschrauben drehen:<img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/vg08.met.vgwort.de\/na\/08d9db0949324e05a44485e152b041fd\" alt=\"\" width=\"1\" height=\"1\" \/><!--more--><\/p>\n<ul>\n<li>Tankdurchmesser<\/li>\n<li>Tankl&auml;nge<\/li>\n<li>Startschub<\/li>\n<li>F&uuml;llung<\/li>\n<li>Treibstoffmenge<\/li>\n<li>Tankdruck<\/li>\n<\/ul>\n<p>Einige andere Parameter h&auml;ngen von diesen ab. Doch schon mit sechs Parametern kann man sich leicht ausrechnen, dass man nur bei 3 Werten pro Parameter auf 3<sup>6<\/sup> = 729 Kombinationen kommt. Das Hauptproblem ist aber das die Parameter nicht unabh&auml;ngig sind. Wenn ich mit dem Tankdurchmesser runter gehe, m&uuml;ssen die Module l&auml;nger werden und das Voll-\/Gewichtsverh&auml;ltnis ver&auml;ndert sich.<\/p>\n<p>Wenn ich den F&uuml;llstand ver&auml;ndere, so ver&auml;ndere ich nat&uuml;rlich auch das Voll-\/Gewichtsverh&auml;ltnis, aber noch gravierender auch der Endschub sinkt, weil das Druckgas am Schluss ein viel gr&ouml;&szlig;eres Volumen einnimmt, wodurch der Schub absinkt. Damit muss ich den Startschub erh&ouml;hen, sonst sinkt der Endschub zum Ende der Brennzeit unter einen kritischen Wert und die Rakete f&auml;llt wieder zum Boden.<\/p>\n<p>Wenn ich den Tankdruck ver&auml;ndere, so ver&auml;ndere ich auch den Brennkammerdruck und damit den Schub bei gegebener Triebwerksgr&ouml;&szlig;e und den spezifischen Impuls. Noch bedeutender: bei gegebenem Durchmesser darf der Brennkammerdruck nicht unter ein Mindestma&szlig; sinken, sonst liefert die Brennkammer selbst, wenn sie die ganze Modulbreite einnimmt, selbst ohne D&uuml;se zu wenig Schub. Vor allem aber bedeutet ein niedriger Brennkammerdruck eine kurze D&uuml;se und damit geringen spezifischen Impuls. Kurz: mit \u201eso schnell\u201c wird\u2019s in der Regel nichts, weil alles miteinander verbunden ist und eine &Auml;nderung eine weitere nach sich zieht.<\/p>\n<p>Immerhin habe ich mir nun die Arbeit erleichtert. Einen Gro&szlig;teil der Parameter einer druckgef&ouml;rderten Stufe kann ich mit meinem Programm Rakete berechnen. Was bisher nicht ging, waren die spezifischen Impulse und die D&uuml;senm&uuml;ndungsdr&uuml;cke. Der Letztere ist wichtig, weil er beim Start von der Basis aus nicht viel kleiner als 1 bar sein darf. Sonst gibt es turbulente Str&ouml;mungen in der D&uuml;se, die bis zur deren Zerst&ouml;rung f&uuml;hren k&ouml;nnen. Das Prometheus wird auf einen D&uuml;senm&uuml;ndungsdruck von 0,4 bar ausgelegt und in der Gr&ouml;&szlig;enordnung (~ 0,5 bar liegt auch der minimale D&uuml;senm&uuml;ndungsdruck.<\/p>\n<p>Nun habe ich endlich einen Weg gefunden, <a href=\"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/2011\/08\/10\/fcea2\/\">FCEA<\/a> mit den Eingabeparametern zu f&uuml;ttern und die Ergebnisse maschinell auszuwerten. Das Problem: <a href=\"https:\/\/www.grc.nasa.gov\/WWW\/CEAWeb\/ceaguiDownload-win.htm\">FCEA<\/a> ist ein Konsolenprogramm, das eine Eingabe &uuml;ber die Tastatur erwartet und nur Eingabedateien in einem bestimmten Format parst und analog Ausgabedateien, die f&uuml;r Menschen lesbar sind, erzeugt. Das geht jetzt, wenn auch nicht schnell. Ich habe mir auch die FORTAN Source heruntergeladen und die Eingabe gel&ouml;scht und stattdessen wird eine Vorgabedatei verwendet, ob das auch noch so funktioniert, muss ich noch sehen. Idealerweise w&uuml;rde ich die Routine gerne als DLL haben, dann k&ouml;nnte man auch das Parsen der Thermo.lib nur einmal machen und h&auml;tte eine definierte R&uuml;ckgabe und wei&szlig;, wenn das Programm fertig ist, bisher muss ich warten, bis die Ausgabedatei vollst&auml;ndig geschrieben ist und dann diese auslesen. Doch bevor ich das mit einem 500 KByte langen Quelltext (eine einzige Datei!) mache, vergeht noch einiges an Zeit.<\/p>\n<p>Doch hier die Ergebnisse. Sie basieren auf folgenden gemeinsamen Daten:<\/p>\n<table width=\"331\" cellspacing=\"0\" cellpadding=\"2\">\n<colgroup>\n<col width=\"203\" \/>\n<col width=\"64\" \/>\n<col width=\"51\" \/> <\/colgroup>\n<tbody>\n<tr>\n<th width=\"203\">Druckgef&ouml;rderte Stufe<\/th>\n<th width=\"64\">Parameter<\/th>\n<th width=\"51\">Einheit<\/th>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"203\">Tankvolumen Oxidator:<\/td>\n<td width=\"64\">11,076<\/td>\n<td width=\"51\">m\u00b3<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"203\">Oxidatormenge:<\/td>\n<td width=\"64\">12.500,0<\/td>\n<td width=\"51\">kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"203\">Tankvolumen Treibstoff:<\/td>\n<td width=\"64\">6,235<\/td>\n<td width=\"51\">m\u00b3<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"203\">Treibstoffmenge:<\/td>\n<td width=\"64\">5.000,0<\/td>\n<td width=\"51\">kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"203\">Durchmesser Oxidatortank:<\/td>\n<td width=\"64\">100,00<\/td>\n<td width=\"51\">cm<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"203\">Zylindrische L&auml;nge Oxidatortank:<\/td>\n<td width=\"64\">2.048,6<\/td>\n<td width=\"51\">cm<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"203\">Durchmesser Treibstofftank:<\/td>\n<td width=\"64\">100,00<\/td>\n<td width=\"51\">cm<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"203\">Zylindrische L&auml;nge Treibstofftank:<\/td>\n<td width=\"64\">1.124,2<\/td>\n<td width=\"51\">cm<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"203\">H&ouml;he beide Tanks kombiniert<\/td>\n<td width=\"64\">3373<\/td>\n<td width=\"51\">cm<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"203\">Oxidator\/Treibstoffverh&auml;ltnis:<\/td>\n<td width=\"64\">2,5<\/td>\n<td width=\"51\"><\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"203\">D&uuml;sendurchmesser<\/td>\n<td width=\"64\">90<\/td>\n<td width=\"51\">cm<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"203\">Blowdown F&uuml;llung:<\/td>\n<td width=\"64\">66,000<\/td>\n<td width=\"51\">Prozent<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"203\">Blowdown Impuls Vakuum:<\/td>\n<td width=\"64\">2.842,5<\/td>\n<td width=\"51\">m\/s<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"203\">Blowdown Impuls Meeresh&ouml;he:<\/td>\n<td width=\"64\">2.540,5<\/td>\n<td width=\"51\">m\/s<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"203\">Blowdown D&uuml;senm&uuml;ndungsdruck:<\/td>\n<td width=\"64\">0,346<\/td>\n<td width=\"51\">bar<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"203\">Schub Meeresh&ouml;he:<\/td>\n<td width=\"64\">420<\/td>\n<td width=\"51\">kN<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<p>Die anderen Daten h&auml;ngen vom Tankdruck ab.<\/p>\n<table width=\"990\" cellspacing=\"0\" cellpadding=\"2\">\n<colgroup>\n<col width=\"66\" \/>\n<col width=\"66\" \/>\n<col width=\"117\" \/>\n<col width=\"82\" \/>\n<col width=\"77\" \/>\n<col width=\"50\" \/>\n<col width=\"126\" \/>\n<col width=\"47\" \/>\n<col width=\"47\" \/>\n<col width=\"36\" \/>\n<col width=\"71\" \/>\n<col width=\"88\" \/>\n<col width=\"66\" \/> <\/colgroup>\n<tbody>\n<tr>\n<th width=\"66\">Tankdruck bar<\/th>\n<th width=\"66\">Berstdruck bar<\/th>\n<th width=\"117\">Brennkammerdruck bar<\/th>\n<th width=\"82\">Gewicht Treibstofftank kg<\/th>\n<th width=\"77\">Gewicht Oxidatortank kg<\/th>\n<th width=\"50\">Gewicht Helium kg<\/th>\n<th width=\"126\">Expansionsverh&auml;ltnis<\/th>\n<th width=\"47\">Impuls Vac<\/th>\n<th width=\"47\">Impuls SL<\/th>\n<th width=\"36\">P exit<\/th>\n<th width=\"71\">Brenndauer<\/th>\n<th width=\"88\">SchubVakuum<\/th>\n<th width=\"66\">Schub Blowdown Vac kg<\/th>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"66\">15,000<\/td>\n<td width=\"66\">18,750<\/td>\n<td width=\"117\">12,000<\/td>\n<td width=\"82\">185,92<\/td>\n<td width=\"77\">104,03<\/td>\n<td width=\"50\">15,744<\/td>\n<td width=\"126\">1,818<\/td>\n<td width=\"47\">2.510,8<\/td>\n<td width=\"47\">2.051,8<\/td>\n<td width=\"36\">1,628<\/td>\n<td width=\"71\">120,33<\/td>\n<td width=\"88\">513,97<\/td>\n<td width=\"66\">172,17<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"66\">20,000<\/td>\n<td width=\"66\">25,000<\/td>\n<td width=\"117\">16,000<\/td>\n<td width=\"82\">246,88<\/td>\n<td width=\"77\">138,15<\/td>\n<td width=\"50\">20,992<\/td>\n<td width=\"126\">2,424<\/td>\n<td width=\"47\">2.641,9<\/td>\n<td width=\"47\">2.246,3<\/td>\n<td width=\"36\">1,382<\/td>\n<td width=\"71\">131,74<\/td>\n<td width=\"88\">493,98<\/td>\n<td width=\"66\">165,52<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"66\">25,000<\/td>\n<td width=\"66\">31,250<\/td>\n<td width=\"117\">20,000<\/td>\n<td width=\"82\">307,33<\/td>\n<td width=\"77\">171,98<\/td>\n<td width=\"50\">26,240<\/td>\n<td width=\"126\">3,029<\/td>\n<td width=\"47\">2.734,3<\/td>\n<td width=\"47\">2.376,6<\/td>\n<td width=\"36\">1,231<\/td>\n<td width=\"71\">139,38<\/td>\n<td width=\"88\">483,22<\/td>\n<td width=\"66\">161,95<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"66\">30,000<\/td>\n<td width=\"66\">37,500<\/td>\n<td width=\"117\">24,000<\/td>\n<td width=\"82\">367,30<\/td>\n<td width=\"77\">205,55<\/td>\n<td width=\"50\">31,488<\/td>\n<td width=\"126\">3,635<\/td>\n<td width=\"47\">2.803,8<\/td>\n<td width=\"47\">2.472,3<\/td>\n<td width=\"36\">1,130<\/td>\n<td width=\"71\">144,99<\/td>\n<td width=\"88\">476,33<\/td>\n<td width=\"66\">159,69<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"66\">35,000<\/td>\n<td width=\"66\">43,750<\/td>\n<td width=\"117\">28,000<\/td>\n<td width=\"82\">426,77<\/td>\n<td width=\"77\">238,84<\/td>\n<td width=\"50\">36,737<\/td>\n<td width=\"126\">4,241<\/td>\n<td width=\"47\">2.858,4<\/td>\n<td width=\"47\">2.546,0<\/td>\n<td width=\"36\">1,059<\/td>\n<td width=\"71\">149,32<\/td>\n<td width=\"88\">471,54<\/td>\n<td width=\"66\">158,11<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"66\">40,000<\/td>\n<td width=\"66\">50,000<\/td>\n<td width=\"117\">32,000<\/td>\n<td width=\"82\">485,77<\/td>\n<td width=\"77\">271,87<\/td>\n<td width=\"50\">41,985<\/td>\n<td width=\"126\">4,847<\/td>\n<td width=\"47\">2.904,1<\/td>\n<td width=\"47\">2.607,2<\/td>\n<td width=\"36\">1,000<\/td>\n<td width=\"71\">152,91<\/td>\n<td width=\"88\">467,83<\/td>\n<td width=\"66\">156,90<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"66\">45,000<\/td>\n<td width=\"66\">56,250<\/td>\n<td width=\"117\">36,000<\/td>\n<td width=\"82\">544,29<\/td>\n<td width=\"77\">304,63<\/td>\n<td width=\"50\">47,233<\/td>\n<td width=\"126\">5,453<\/td>\n<td width=\"47\">2.942,2<\/td>\n<td width=\"47\">2.657,8<\/td>\n<td width=\"36\">0,955<\/td>\n<td width=\"71\">155,88<\/td>\n<td width=\"88\">464,94<\/td>\n<td width=\"66\">155,96<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"66\">50,000<\/td>\n<td width=\"66\">62,500<\/td>\n<td width=\"117\">40,000<\/td>\n<td width=\"82\">602,34<\/td>\n<td width=\"77\">337,14<\/td>\n<td width=\"50\">52,481<\/td>\n<td width=\"126\">6,059<\/td>\n<td width=\"47\">2.975,5<\/td>\n<td width=\"47\">2.701,9<\/td>\n<td width=\"36\">0,916<\/td>\n<td width=\"71\">158,46<\/td>\n<td width=\"88\">462,53<\/td>\n<td width=\"66\">155,18<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"66\">55,000<\/td>\n<td width=\"66\">68,750<\/td>\n<td width=\"117\">44,000<\/td>\n<td width=\"82\">659,93<\/td>\n<td width=\"77\">369,38<\/td>\n<td width=\"50\">57,729<\/td>\n<td width=\"126\">6,665<\/td>\n<td width=\"47\">3.004,2<\/td>\n<td width=\"47\">2.739,8<\/td>\n<td width=\"36\">0,884<\/td>\n<td width=\"71\">160,68<\/td>\n<td width=\"88\">460,54<\/td>\n<td width=\"66\">154,54<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"66\">60,000<\/td>\n<td width=\"66\">75,000<\/td>\n<td width=\"117\">48,000<\/td>\n<td width=\"82\">717,06<\/td>\n<td width=\"77\">401,37<\/td>\n<td width=\"50\">62,977<\/td>\n<td width=\"126\">7,271<\/td>\n<td width=\"47\">3.030,1<\/td>\n<td width=\"47\">2.773,7<\/td>\n<td width=\"36\">0,855<\/td>\n<td width=\"71\">162,67<\/td>\n<td width=\"88\">458,82<\/td>\n<td width=\"66\">153,99<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"66\">65,000<\/td>\n<td width=\"66\">81,250<\/td>\n<td width=\"117\">52,000<\/td>\n<td width=\"82\">773,73<\/td>\n<td width=\"77\">433,12<\/td>\n<td width=\"50\">68,225<\/td>\n<td width=\"126\">7,876<\/td>\n<td width=\"47\">3.053,3<\/td>\n<td width=\"47\">2.804,0<\/td>\n<td width=\"36\">0,829<\/td>\n<td width=\"71\">164,45<\/td>\n<td width=\"88\">457,33<\/td>\n<td width=\"66\">153,51<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"66\">70,000<\/td>\n<td width=\"66\">87,500<\/td>\n<td width=\"117\">56,000<\/td>\n<td width=\"82\">829,96<\/td>\n<td width=\"77\">464,61<\/td>\n<td width=\"50\">73,473<\/td>\n<td width=\"126\">8,482<\/td>\n<td width=\"47\">3.073,8<\/td>\n<td width=\"47\">2.830,9<\/td>\n<td width=\"36\">0,808<\/td>\n<td width=\"71\">166,03<\/td>\n<td width=\"88\">456,04<\/td>\n<td width=\"66\">153,10<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<p>Wie man sieht, h&auml;ngen nat&uuml;rlich die Tankmassen linear mit dem Tankdruck zusammen, ebenso das zugeladene Helium, das ebenfalls tote Masse ist. Mit niedrigerem Brennkammerdruck muss die Brennkammer gr&ouml;&szlig;er werden und das Expansionsverh&auml;ltnis sinkt ab, was neben dem spezifischen Impuls der von beiden Faktoren abh&auml;ngt. Der D&uuml;senm&uuml;ndungsdruck ist in allen F&auml;llen gr&ouml;&szlig;er als 0,8 bar. Das liegt an der Schlankheit der Rakete: Schon die Tanks sind 33 m hoch. Macht man sie breiter, dann hat man ein Problem wenn man, wie bei einer Schwerlastrakete hunderte Module braucht, mit der Aerodynamik.<\/p>\n<p>Das Triebwerk soll wie bei der ersten Version 875 kg mit Schubrahmen wiegen, da es 420 kN Schub erzeugen soll. Dann macht es auch nicht so viel aus, ob die Tanks 1.200 oder 800 kg wiegen. Schauen wir daher mal auf den spezifischen Impuls. Er steigt erst rapide an dann wird der Zuwachs immer kleiner. Vor allem beim spezifischen Startimpuls ist der Anstieg sehr gro&szlig;. Er sollte nicht zu klein sein, sonst bauche ich in der ersten Stufe enorm viele Module. Als guten Kompromiss w&uuml;rde ich einen Tankdruck von 40 bis 45 Bar ansehen. Der Verlust an Impuls ist nur 170-230 m\/s, aber das Tankgewicht um 573 kg geringer.<\/p>\n<p>Ein Modul h&auml;tte dann (40 bar Tankdruck) folgende Daten:<\/p>\n<table width=\"100%\" cellspacing=\"0\" cellpadding=\"4\">\n<colgroup>\n<col width=\"128*\" \/>\n<col width=\"128*\" \/> <\/colgroup>\n<thead>\n<tr valign=\"TOP\">\n<th width=\"50%\">Vollmasse<\/th>\n<th width=\"50%\">19.170 kg<\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n<tbody>\n<tr valign=\"TOP\">\n<td width=\"50%\">Leermasse<\/td>\n<td width=\"50%\">1.660 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr valign=\"TOP\">\n<td width=\"50%\">Spez Impuls SL<\/td>\n<td width=\"50%\">2607 m\/s<\/td>\n<\/tr>\n<tr valign=\"TOP\">\n<td width=\"50%\">Spezifischer Impuls Vac<\/td>\n<td width=\"50%\">2903 m\/s<\/td>\n<\/tr>\n<tr valign=\"TOP\">\n<td width=\"50%\">Voll\/Leermasse<\/td>\n<td width=\"50%\">11,54<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<p>Eingesetzt in die Simulation ist das Ergebnis allerdings ern&uuml;chternd. Bei der Kombination 24:3:1 sinkt die Nutzlast von 13,3 auf 9,8 t ab. Das liegt allerdings an einem Rechenfehler meinerseits, denn in der ersten Version habe ich vergessen, die Tanks um das Leervolumen zu vergr&ouml;&szlig;ern. Mit 70 Bar Tankdruck steigt sie auf 10,2 t und bei 25 Bar sind es 8,4 t. In der Tendenz ist es also von Vorteil, mehr Druck zu haben. So habe ich es mal mit 100 bar Tankdruck probiert 9,4 t Nutzlast. Allerdings ber&uuml;cksichtigt diese erste Simulation nicht das ich bei niedrigem Tankdruck eine kleinere Endmasse habe, die bei hohem Tankdruck den hohen Startschub bestimmt \u2013 man kann dann mit dem Startschub runter gehen und damit sinken nicht nur Tankmasse, sondern auch das Triebwerk wird leichter.<\/p>\n<p>Zuletzt habe ich dann mal systematisch ermittelt, welche Endgeschwindigkeit ein Modul ohne irgendeine Nutzlast erhalten w&uuml;rde, und ermittelte einen Brennkammerdruck von 22,4 Bar \/ Tankdruck von 28 Bar als Optimum. Das liegt schon n&auml;her an dem Tankdruck den <a href=\"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/otrag1.shtml\">OTRAG<\/a> einsetzte.<\/p>\n<p>Nun kann man auch noch die F&uuml;llung variieren. Auch hierf&uuml;r eine Routine geschrieben und tats&auml;chlich sind die <sup>2<\/sup>\/<sub>3<\/sub> F&uuml;llung am Optimum. Bei etwas anderen Treibstoffkombinationen verschiebt sich das noch etwas auf 72 %.<\/p>\n<p>Zuletzt habe ich noch das Mischungsverh&auml;ltnis variiert und siehe da \u2013 bei LOX\/Kerosin ist das Optimum abh&auml;ngig vom Brennkammerdruck. Es verschiebt sich bei niedrigem Tankdruck zu kerosinreicheren Mischungen. Ich kam auf 2,27 zu 1. Ich habe mich dann noch an das OTRAG-Konzept erinnert. Einen Vorteil hat die Mischung Salpeters&auml;ure\/Kerosin ja \u2013 sie hat einen hohen volumenspezifischen Impuls, das hei&szlig;t, bei gegebener Treibstoffmenge sind die Tanks kleiner. Das macht nicht nur die Tanks leichter. Es hat bei diesem Konzept noch einen zweiten Vorteil: Der Startschub mus relativ hoch sein, weil er durch die Entleerung der Tanks und damit den absinkenden Tankdruck auch der Brennkammerdruck sinkt und damit der Schub. Ein leichterer Tank bedeutet eine geringere Endmasse und damit kleineren Startschub und ein leichteres Triebwerk. Mit der Kombination Stickstofftetroxid \/ Hydrazin hat man die Kombination mit der h&ouml;chsten Dichte aller Treibstoffe. Eine Simulation ergab 1,13 als optimales Verh&auml;ltnis und so komme ich zu folgendem endg&uuml;ltigen, besten Modul:<\/p>\n<table width=\"361\" cellspacing=\"0\" cellpadding=\"2\">\n<colgroup>\n<col width=\"234\" \/>\n<col width=\"64\" \/>\n<col width=\"51\" \/> <\/colgroup>\n<tbody>\n<tr>\n<th width=\"234\">Druckgef&ouml;rderte Stufe<\/th>\n<th width=\"64\">Parameter<\/th>\n<th width=\"51\">Einheit<\/th>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"234\">Tankvolumen Oxidator:<\/td>\n<td width=\"64\">9,718<\/td>\n<td width=\"51\">m\u00b3<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"234\">Oxidator:<\/td>\n<td width=\"64\">N2O4(L)<\/td>\n<td width=\"51\"><\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"234\">Oxidatormenge:<\/td>\n<td width=\"64\">9.300,0<\/td>\n<td width=\"51\">kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"234\">Tankvolumen Treibstoff:<\/td>\n<td width=\"64\">12,169<\/td>\n<td width=\"51\">m\u00b3<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"234\">Treibstoffmenge:<\/td>\n<td width=\"64\">8.200,0<\/td>\n<td width=\"51\">kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"234\">Treibstoff:<\/td>\n<td width=\"64\">N2H4(L)<\/td>\n<td width=\"51\"><\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"234\">Durchmesser Oxidatortank:<\/td>\n<td width=\"64\">100,00<\/td>\n<td width=\"51\">cm<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"234\">Zylindrische L&auml;nge Oxidatortank:<\/td>\n<td width=\"64\">1.170,7<\/td>\n<td width=\"51\">cm<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"234\">Dicke Wand Oxidator-Kugelabschluss:<\/td>\n<td width=\"64\">1,463<\/td>\n<td width=\"51\">mm<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"234\">Dicke Wand Oxidator Zylinder:<\/td>\n<td width=\"64\">2,893<\/td>\n<td width=\"51\">mm<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"234\">Durchmesser Treibstofftank:<\/td>\n<td width=\"64\">100,00<\/td>\n<td width=\"51\">cm<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"234\">Zylindrische L&auml;nge Treibstofftank:<\/td>\n<td width=\"64\">1.482,7<\/td>\n<td width=\"51\">cm<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"234\">Dicke Wand Treibstoff Kugelabschluss:<\/td>\n<td width=\"64\">1,463<\/td>\n<td width=\"51\">mm<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"234\">Dicke Wand Treibstoff Zylinder:<\/td>\n<td width=\"64\">2,893<\/td>\n<td width=\"51\">mm<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"234\">H&ouml;he beide Treibstofftanks kombiniert<\/td>\n<td width=\"64\">2.853,4<\/td>\n<td width=\"51\">cm<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"234\">Masse Treibstofftank:<\/td>\n<td width=\"64\">250,80<\/td>\n<td width=\"51\">kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"234\">Masse Oxidatortank:<\/td>\n<td width=\"64\">199,76<\/td>\n<td width=\"51\">kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"234\">Oxidator\/Treibstoffverh&auml;ltnis:<\/td>\n<td width=\"64\">1,134<\/td>\n<td width=\"51\"><\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"234\">Heliummenge:<\/td>\n<td width=\"64\">37,158<\/td>\n<td width=\"51\">kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"234\">Startgewicht:<\/td>\n<td width=\"64\">18.612,7<\/td>\n<td width=\"51\">kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"234\">Brennschlussgewicht:<\/td>\n<td width=\"64\">1.112,7<\/td>\n<td width=\"51\">kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"234\">Brennkammerdurchmesser:<\/td>\n<td width=\"64\">37,697<\/td>\n<td width=\"51\">cm<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"234\">Expansionsverh&auml;ltnis:<\/td>\n<td width=\"64\">5,700<\/td>\n<td width=\"51\"><\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"234\">Triebwerksmasse:<\/td>\n<td width=\"64\">625,00<\/td>\n<td width=\"51\">kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"234\">Spez. Impuls Vakuum:<\/td>\n<td width=\"64\">2.923,5<\/td>\n<td width=\"51\">m\/s<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"234\">Spez. Impuls Meeresh&ouml;he:<\/td>\n<td width=\"64\">2.673,2<\/td>\n<td width=\"51\">m\/s<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"234\">D&uuml;senm&uuml;ndungsdruck:<\/td>\n<td width=\"64\">0,537<\/td>\n<td width=\"51\">bar<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"234\">Schub Meeresh&ouml;he:<\/td>\n<td width=\"64\">250,00<\/td>\n<td width=\"51\">kN<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"234\">Schub Vakuum:<\/td>\n<td width=\"64\">273,41<\/td>\n<td width=\"51\">kN<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"234\">Blowdown F&uuml;llung:<\/td>\n<td width=\"64\">66,000<\/td>\n<td width=\"51\">Prozent<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"234\">Blowdown Impuls Vakuum:<\/td>\n<td width=\"64\">2.902,2<\/td>\n<td width=\"51\">m\/s<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"234\">Blowdown Impuls Meeresh&ouml;he:<\/td>\n<td width=\"64\">2.652,3<\/td>\n<td width=\"51\">m\/s<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"234\">Schub Blowdown Meeresh&ouml;he:<\/td>\n<td width=\"64\">84,335<\/td>\n<td width=\"51\">kN<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"234\">Schub Blowdown Vakuum:<\/td>\n<td width=\"64\">92,280<\/td>\n<td width=\"51\">kN<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"234\">Brenndauer:<\/td>\n<td width=\"64\">195,96<\/td>\n<td width=\"51\">sec<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"234\">Voll\/Leermasse:<\/td>\n<td width=\"64\">16,727<\/td>\n<td width=\"51\"><\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<p>Der spezifische Impuls ist etwas schlechter als bei LOX\/Kerosin, doch man kommt bei diesem niedrigen Brennkammerdruck und kleinen Tanks auf einen tollen Strukturfaktor, zudem kann so auch das Triebwerk schub&auml;rmer sein, es reichen dann 250 kN weil dann immer noch die Untergrenze von 90 kN, die man wegen des leichteren Moduls (1,1 anstatt 2,8 t) zu Brennschluss ben&ouml;tigt &uuml;berschritten werden. Der Lohn: eine Nutzlast von 12,4 t in den LEO und 4,3 t in den GTO beim 24:3:1 Konzept.<\/p>\n<p>Den geringen spezifischen Impuls kann man steigern, wenn man die Module breiter und weniger schmal macht. Bei 1,10 m Durchmesser kommt man auf 2974 m\/s \u2013 daf&uuml;r sind die Tanks um 5 m k&uuml;rzer, viel mehr geht nicht will man nicht den D&uuml;senm&uuml;ndungsdruck unter 0,4 bar absinken lassen.<\/p>\n<p>W&uuml;rde man diese Module f&uuml;r 1 Million Dollar pro St&uuml;ck herstellen, so w&auml;re sie billiger als SpaceX. Nicht unm&ouml;glich, soll doch das Prometheus mit dem 5-fachen Schub nur 1 Million Euro kosten und bei ULA entfallen zumindest bei der ersten Stufe 2\/3 der Kosten nur auf das Triebwerk. Doch das Prometheus ist dann schon wieder relativ schubkr&auml;ftig und Thema eines weiteren <a href=\"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/2018\/10\/17\/das-modulkonzept-mit-dem-prometheus\/\">Aufsatzes<\/a>.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Das Thema OTRAG hat mich nicht losgelassen, deswegen schiebe ich noch einen Beitrag nach. Ich hatte ja beim letzten Artikel einen Brennkammerdruck von 85 Bar angenommen, da dies der des P80FW war. Die OTRAG arbeitete mit 40 Bar. Daher will ich heute noch mal unterschiedliche Tankdr&uuml;cke und weitere Varianten untersuchen. Aber zuerst mal etwas erkl&auml;rende [&hellip;]<\/p>\n","protected":false},"author":169,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_jetpack_newsletter_access":"","_jetpack_dont_email_post_to_subs":false,"_jetpack_newsletter_tier_id":0,"_jetpack_memberships_contains_paywalled_content":false,"_jetpack_memberships_contains_paid_content":false,"footnotes":""},"categories":[3],"tags":[4290,355,4268],"class_list":["post-13560","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-raumfahrt","tag-fcea","tag-otrag","tag-prometheus","entry"],"a3_pvc":{"activated":false,"total_views":716,"today_views":0},"jetpack_featured_media_url":"","jetpack-related-posts":[{"id":18781,"url":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/2026\/07\/20\/wir-konstruieren-einen-kryogenen-mondlander\/","url_meta":{"origin":13560,"position":0},"title":"Wir konstruieren einen kryogenen Mondlander","author":"Bernd Leitenberger","date":"20. 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