{"id":18879,"date":"2026-08-26T07:02:29","date_gmt":"2026-08-26T05:02:29","guid":{"rendered":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/?p=18879"},"modified":"2026-08-26T08:46:43","modified_gmt":"2026-08-26T06:46:43","slug":"raumfahrtgrundlagen-fuer-dummys-tanks-2","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/2026\/08\/26\/raumfahrtgrundlagen-fuer-dummys-tanks-2\/","title":{"rendered":"Raumfahrtgrundlagen für Dummys \u2013 Tanks (2)"},"content":{"rendered":"
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Im heutigen zweiten Teil über Tanks<\/a> geht es um die Druckbeaufschlagung. Wie schon im ersten Teil erwähnt, stehen Tanks immer auf einem leichten Überdruck. Der liegt typisch bei 1\u20133\u202fBar. Das Starship hat sogar 6\u202fBar wegen der höheren Belastung bei der Landung. Vor dem Start sind die Tanks weitestgehend voll, nur etwa 1\u20132\u202f% des Volumens entfällt auf das Druckgas. Wenn nun der Treibstoff verbraucht wird, nimmt das Volumen zu, und nach dem allgemeinen Gasgesetz nimmt der Druck proportional ab. Das bedeutet: Damit die Stabilität erhalten bleibt, muss Gas nachgefüllt werden, und dafür gibt es mehrere Möglichkeiten, die ich diskutieren will.<\/p>\n

Doch zuerst einige Grundlagen. Nach dem allgemeinen Gasgesetz hängt der Druck nur von der Molekülzahl ab, nicht der Molekülmasse. Ein Mol Wasserstoffgas (Molmasse 2) übt in einem gegebenen Volumen den gleichen Druck aus wie ein Mol Sauerstoffgas (Molmasse 32), der Sauerstoff wiegt aber 16\u2011mal so viel. Daher wird man möglichst ein Druckgas mit geringer Molmasse einsetzen. So ist Stickstoff, der zu Anfang der Raumfahrt als Druckgas noch üblich war, inzwischen ganz verschwunden. (bis auf eine Ausnahme, siehe unten) 1\u202fm\u00b3 Stickstoff wiegt bei 1\u202fBar Druck immerhin 1,25\u202fkg. Würde man die Superheavy mit Stickstoff unter Druck setzen, so wöge sie 30 t mehr.<\/p>\n

Das zweite ist, dass der Druck auch linear von der Temperatur (absolut, also in Kelvin) abhängig ist. Sauerstoff verdampft z.\u202fB. bei 90\u202fK. Leitet man 100\u202f\u00b0C heißen Sauerstoff in die Tanks (293\u202fK), so übt ein Mol den dreifachen Druck eines nur knapp über dem Siedepunkt befindlichen Gases von 97\u202fK aus.<\/p>\n

Daraus ergeben sich zwei Merkregeln: Das Gas sollte eine möglichst geringe Molmasse haben, und das Gas sollte möglichst vor dem Einleiten aufgeheizt werden (im Tank kühlt das Gas sich aber wieder ab).\"\"\/<\/p>\n

Bevor ich aber zu den großen Tanks komme, zuerst einmal zu Tanks bei druckgeförderten Triebwerken. Bei diesen wird der Treibstoff durch den Tankdruck in das Triebwerk befördert. Typisch ist ein Tankdruck von 20\u202fBar. Damit sind nicht nur die Tanks schwerer, man braucht auch viel mehr Druckgas. Bei Oberstufen, aber auch beim ATV<\/a> oder dem Artemis\u2011Servicemodul, ist dazu Helium als Druckgas üblich. Helium selbst ist das leichteste eingesetzte Gas. Es hat die Atommasse 4. Wasserstoff wäre mit Atommasse 2 noch leichter, aber Wasserstoffgas ist ein so kleines Molekül, dass Wasserstoffgas leicht durch Wände diffundieren kann, und speziell in die Tanks von Oxidatoren sollte man Wasserstoffgas nicht leiten, weil Wasserstoffgas mit den Oxidatoren reagieren kann.<\/p>\n

Helium ist leicht. Aber man muss das Gas in einer Druckgasflasche speichern. Standard sind heute COPV (composite overwrapped pressure vessel). Das sind Druckgasflaschen, innen aus einer abdichtenden Aluminiumschicht, außen mit einer dem Druck standhaltenden CFK\u2011Schicht überzogen. Bei Helium wiegt die Druckgasflasche typisch das Dreifache des Inhalts. Das klingt nicht nur schlecht, das ist schlecht. Aber da die Masse der Flasche nur vom Druck und dem Volumen abhängt, nicht vom Gas, würde die Flasche bei Sauerstoff genauso viel wiegen, nur der Inhalt wiegt achtmal mehr.<\/p>\n

Dieser Tatsache ist zu verdanken, dass Drcukgas-Xenontanks (Atommasse 131,3) so günstig abschneiden. Ein L\u2011XTA\/900\u2011Tank von MT Aerospace hat ein Volumen von 900\u202fLitern, nimmt bei 187\u202fBar Betriebsdruck bis zu 985\u202fkg Xenon auf und wiegt selbst nur 85\u202fkg. Würde man Helium tanken, so würden aber nur 30\u202fkg hineingehen.<\/p>\n

Das Helium wird durch ein Ventil expandiert und gleicht den absinkenden Druck im Tank aus. Diese Methode ist auch bei größeren Raketen üblich. Bei Ariane\u202f5 sieht man an der Unterseite der Zentralstufe eine runde Heliumdruckgasflasche. Das Helium wird für die Aufrechterhaltung des Drucks im Sauerstofftank genutzt. Beim Wasserstofftank nutzt man am Triebwerk verdampfenden Wasserstoff. Warum nicht so beim Sauerstoff? Ganz einfach: Sauerstoff hat Atommasse 32, Helium 4. Selbst mit dem Gewicht der Druckgasflasche spart man so Gewicht ein. Ariane\u202f5<\/a> ist noch ein Vertreter der auf maximale Nutzlast, weniger auf Kosten optimierten Raketen. Heliumdruckgasflaschen werden beim Sauerstoff noch immer häufig eingesetzt.<\/p>\n

Zurück zu Tanks unter hohem Druck. Bei Satelliten, die anders als Oberstufen Jahrzehnte aktiv sind, hat sich ein anderes Verfahren eingebürgert. Dort wird in den Tank eine Gummimembran eingezogen. Beim Start ist der Tank nur zu zwei Dritteln oder zur Hälfte gefüllt. Der Rest ist mit Druckgas gefüllt. Die Membran wird so gegen den Treibstoff gedrückt. So kann in der Schwerelosigkeit keine Gasblase im Treibstoff entstehen, die in die Leitungen gerät und zu Problemen im Triebwerk führt. Zudem wird der Treibstoff so in die Leitungen gedrückt, sonst würde der Treibstoff unter Schwerelosigkeit eine mitten im Tank schwebende Kugel bilden.<\/p>\n

Der Preis: Man nutzt einen Teil des Volumens des Tanks nicht, die Tanks sind sowieso erheblich schwerer als Tanks großer Stufen, der Innendruck ist schließlich etwa zehnmal höher. Und: Da der Schub und auch der spezifische Impuls vom Brennkammerdruck abhängen und der Brennkammerdruck parallel zum Tankdruck sinkt, nimmt die Performance des Triebwerks ab. Aber die Methode ist sehr zuverlässig und funktioniert über Jahre hinweg.<\/p>\n

Kommen wir zu den großen Tanks. Hier gibt es drei große Technologien:<\/p>\n