{"id":149,"date":"2008-04-21T13:08:36","date_gmt":"2008-04-21T11:08:36","guid":{"rendered":"http:\/\/bernd-leitenberger.de\/blog\/?p=149"},"modified":"2008-05-28T10:56:43","modified_gmt":"2008-05-28T08:56:43","slug":"energijas-versaumte-chancen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/2008\/04\/21\/energijas-versaumte-chancen\/","title":{"rendered":"Energijas vers&auml;umte Chancen"},"content":{"rendered":"<p>Derzeit arbeite ich an einer Erweiterung des Energija Aufsatzes, nachdem  \tich letzte Woche einen neuen Aufsatz &uuml;ber die Buran ins Web gestellt habe.  \tWas mir dabei auff&auml;llt ist die geringe Nutzlast von Energija. Das  \tDatenmaterial ist nicht sehr gut. Es gibt weitaus mehr Infos &uuml;ber Buran als  \t&uuml;ber Energija, und so liegen Nutzlastangaben zwischen 88 und 105 t. Das verwunderte mich  \tetwas, denn se gibt einige Gr&uuml;nde warum sie h&ouml;her ein sollte:<\/p>\n<ul>\n<li>Das Space Shuttle als Vergleich, hat eine maximale Startmasse von 115 t<\/li>\n<li>Das Space Shuttle System wiegt aber mit 2022 t weniger als die  \t\tEnergija  \tmit 2400 t<\/li>\n<li>Dabei hat die Energija leistungsf&auml;higere Triebwerke in den Boostern und  \tdiese haben eine geringere Leermasse<\/li>\n<li>Die Leistungsdaten der Haupttriebwerke sind vergleichbar.<\/li>\n<\/ul>\n<p>Nach diesen Fakten sollte die Nutzlast h&ouml;her liegen, auch wenn man die  \tRakete z.B. mit der Saturn V vergleicht, die in etwa dieselbe Technologie  \teinsetzt, allerdings mit noch schlechteren Werten bei den spezifischen  \tImpulsen, also der Energieausbeute.<\/p>\n<p><!--more--> \t<\/p>\n<p>Der Schl&uuml;ssel liegt in der Leermasse die in den Orbit bef&ouml;rdert wird. Bei  \tden Space Shuttles sind dies (LWT Version):<\/p>\n<ul>\n<li>Space Shuttle 115 t + Tank 29 t = 144 t.<\/li>\n<li>Energija: Buran 105 t + Zentralstufe 85 t = 190 t<\/li>\n<\/ul>\n<p>In Wirklichkeit ist also Energija, wie zu erwarten leistungsf&auml;higer. Das  \tProblem liegt in der Leermasse des Zentralblocks (Block A)&nbsp; und die ist bei etwa  \t905 t  \tVollmasse zu hoch. Man kann es mit dem Space Shuttle als direktem Gegenst&uuml;ck  \tvergleichen: 29 t f&uuml;r den LWT und 14.2 t f&uuml;r die Triebwerke (die  \tTreibstoffmenge ist fast dieselbe). Selbst wenn man sie S-II als Gegenst&uuml;ck  \tnimmt, ist die Zentralstufe sehr &quot;massiv&quot;.<\/p>\n<p>Daher sehe ich sehr gro&szlig;e Entwicklungsm&ouml;glichkeiten. Die Zentralstufe der  \tEnergija ist so etwas, wie die erste Ausgabe mit einer neuen Technologie.  \tF&uuml;r die sowjetische Raumfahrt war der Einsatz von Wasserstoff als Treibstoff  \tneu und es gab auch nicht wenige Probleme eine Stufe zu bauen, welche den  \tTreibstoff k&uuml;hl h&auml;lt. Das auch die USA nicht aus dem Stand so etwas  \tentwickelt haben, zeigt recht deutlich die Entwicklung der S-II und des  \tSpace Shuttle Systems. Die S-II Stufe wurde nach der S-IVB entwickelt und  \tbei Apollo war sie der Hauptangelpunkt bei den Bem&uuml;hungen die Nutzlast zu  \tsteigern. Das zeigt der Vergleich von der Saturn V von Apollo 8 und der von  \tApollo 15.. <\/p>\n<p>Das STS unterscheidet sich nat&uuml;rlich von der S-II. Schon alleine die  \tUnterbringung der Triebwerke im Orbiter und das ver&auml;nderte  \tMischungsverh&auml;ltnis von Wasserstoff und Sauerstoff ergeben eine andere  \tMassenbilanz. Doch auch hier sieht man die Tendenz zur Gewichtsreduktion, in  \tden Schritten normaler Tank, Leichtgewichtiger Tank (ab STS-7) und  \tSuperleichtgewichtiger Tank. Die Tabelle informiert &uuml;ber die Verbesserungen  \tdes Masseverh&auml;ltnisses bei beiden Tr&auml;gern und stellt Energija als Vergleich  \tan die Seite<\/p>\n<table>\n<tr>\n<td>&nbsp;<\/td>\n<th>S-II Apollo 8<\/th>\n<th>S-II Apollo 15<\/th>\n<th>STS normaler Tank<\/th>\n<th>STS LWT<\/th>\n<th>STS SLWT<\/th>\n<th>Energija Block A<\/th>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>Vollmasse<\/td>\n<td>469,686 kg<\/td>\n<td>499,413<\/td>\n<td>768000&nbsp; kg<\/td>\n<td>761175 kg<\/td>\n<td>768180 kg<\/td>\n<td>905000<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>Leermasse<\/td>\n<td>40188 kg<\/td>\n<td>35381 kg<\/td>\n<td>46.600&nbsp; kg<\/td>\n<td>43795 kg<\/td>\n<td>40660 kg<\/td>\n<td>85000<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>Sauerstoff: Wasserstoff<\/td>\n<td>5.2:1<\/td>\n<td>5.2:1<\/td>\n<td>6.0:1<\/td>\n<td>6.0:1<\/td>\n<td>6.0:1<\/td>\n<td>6.0:1<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>Schub\/Gewicht<\/td>\n<td>1.09<\/td>\n<td>1.05<\/td>\n<td>0.823<\/td>\n<td>0.839<\/td>\n<td>0.823<\/td>\n<td>0.882<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>Voll\/Leermasse<\/td>\n<td>11.86<\/td>\n<td>14.11<\/td>\n<td>16,45<\/td>\n<td>17,47<\/td>\n<td>18,89<\/td>\n<td>10,64<\/td>\n<\/tr>\n<\/table>\n<p>In ihrer technischen Auslegung ist der Block A mit dem Space Shuttle  \tvergleichbar, er wiegt jedoch 40-45 t mehr als der externe Tank und  \tTriebwerke. Es sollte m&ouml;glich sein, davon 30-40 t einzusparen, was voll der  \tNutzlast f&uuml;r einen Orbit zu gute k&auml;me, die dann auf 130-140 t ansteigen  \tw&uuml;rde. Was w&uuml;rde dies an Nutzen bringen?<\/p>\n<p>Nun f&uuml;r Buran prim&auml;r nicht so viel. Es ist davon auszugehen, dass Buran  \twie das Space Shuttle ausgelegt ist eine bestimmte Nutzlast zu  \ttransportieren und man nicht einfach diese beliebig steigern kann. Beim  \tSpace Shuttle sind etwa 5 t mehr m&ouml;glich, nimmt man dies auch bei Buran an,  \tso kann man Energija nur dazu nutzen die Bahn anzuheben. Die MIR befand sich  \tauf einer erdnahen Bahn um die Nutzlast f&uuml;r die Sojus Raumschiffe zu  \tmaximieren. Bei der ISS war es eher die rasch absinkende Nutzlast des Space  \tShuttles. Sobald man eine Raumstation aber aufgebaut hat, ist diese niedrige  \tBahn von Nachteil, man muss laufend Treibstoff zur Station bef&ouml;rdern um sie  \tanzuheben. ohne sie w&uuml;rde die ISS in einem Jahr 100 km an Bahnh&ouml;he verlieren  \tund nach 2 Jahren wieder in die Atmosph&auml;re eintreten. Nur 100 km mehr H&ouml;he  \thebt die &quot;&Uuml;berlebenszeit&quot; auf 5 Jahre an, und weitere 100 km steigert sie  \tauf mehr als ein Jahrzehnt. Man kann die zus&auml;tzliche Nutzlast von Energija  \tnutzen um Buran&nbsp; in eine elliptische Bahn zu bringen die in der  \tgew&uuml;nschten H&ouml;he liegt. Die Treibstoffreserven des Orbiters werden dann  \tnicht ben&ouml;tigt um die Bahn auf diese H&ouml;he anzuheben. Eine 500 km hohe Bahn  \tmit 35 t Nutzlast w&auml;re so m&ouml;glich. Die zweite M&ouml;glichkeit w&auml;re es die Anzahl  \tder Booster zu reduzieren. Mit 2 Boostern w&auml;re die heutige Nutzlast  \tstartbar. Das w&uuml;rde die Kosten nat&uuml;rlich senken. <\/p>\n<p>Viel mehr Sinn w&uuml;rde die Energija als Schwerlastrakete f&uuml;r  \tMarsunternehmen machen. In der Tat gab es in NASA Pl&auml;nen von 1997 auch die  \tIdee, sie dazu einzusetzen. Heute ist davon keine Rede mehr. Nicht nur weil  \tdie NASA mit der Ares V selbst eine Rakete in diesem Nutzlastbereich  \tentwickelt. Sondern auch weil es heute illusorisch ist die Produktion der  \tEnergija wieder aufzunehmen. 20 Jahre Produktionsstipp haben ausgereicht, um  \tdie Fertigungsanlagen zu demontieren und die Startanlagen verfallen zu  \tlassen. Vor allem haben sich die Russen in den letzten Jahren als sehr  \twackeliger B&uuml;ndnispartner erwiesen. Die ersten zwei russischen Module &#8211; von  \tder NASA bezahlt &#8211; wurden zu sp&auml;t geliefert und mussten bald gewartet  \twerden, weil Teile schlecht gefertigt waren. Eigene Module Russlands wurden  \tgestrichen und stattdessen nutzte man die Sojus Kapseln um Touristen oder  \tAstronauten von Drittnationen wie jetzt die s&uuml;dkoreanische Astronautin gegen  \tBares zu starten. <\/p>\n<p>Eine andere Frage ist es, wie es mit der Zuverl&auml;ssigkeit der Energija  \taussieht. Schlie&szlig;lich werden beim Start 8 Triebwerke mit 12 Brennkammern  \tgez&uuml;ndet. Da es nur zwei Starts gab, kann man dar&uuml;ber nur spekulieren. Zum  \teinen zeigte das geplante Buran Testprogramm mit zahlreichen unbemannten  \tTestfl&uuml;gen die sowjetische vorsichte Haltung. Zum anderen sind leicht  \tmodifizierte Triebwerke der Booster bis heute im Einsatz bei der Zenit  \tTr&auml;gerrakete und dort die Ursache zahlreicher Fehlstarts. doch auch dies ist  \tnicht 1:1 &uuml;bertragbar, denn wiederum modifizierte Triebwerke der Zenit  \ttrieben seit einigen Jahren die amerikanische Atlas an &#8211; bislang ohne einen  \tFehlstart, Aufgrund meiner Erfahrungen mit Triebwerkstechnologien w&uuml;rde ich  \tdazu tendieren die Zuverl&auml;ssigkeit niedriger anzusetzen als beim Space  \tShuttle. Feststofftriebwerke sind nach dem Start nicht mehr abschaltbar,  \taber sie sind recht zuverl&auml;ssig. Viel h&auml;ufiger gab es das Versagen der  \tkomplizierten Maschinerie von Gasgeneratoren, Turbinen, Turbopumpen,  \tBrennkammern bei Tr&auml;gern mit fl&uuml;ssigen Treibstoffen. Oftmals kann man  \trechtzeitig reagieren &#8211; das war auch der Hintergrundgedanke bei der  \tKonzeption der Energija, aber nicht immer. Man denke nur an die Explosion  \teiner Zenit auf der Startrampe im Januar letzten Jahres.<\/p>\n<p>Energija konnte nicht zeigen wozu sie f&auml;hig ist, positiv oder negativ.  \tSchade eigentlich. \t<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Derzeit arbeite ich an einer Erweiterung des Energija Aufsatzes, nachdem ich letzte Woche einen neuen Aufsatz &uuml;ber die Buran ins Web gestellt habe. Was mir dabei auff&auml;llt ist die geringe Nutzlast von Energija. Das Datenmaterial ist nicht sehr gut. 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