{"id":3320,"date":"2010-09-02T06:46:07","date_gmt":"2010-09-02T04:46:07","guid":{"rendered":"http:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/?p=3320"},"modified":"2010-09-02T09:37:43","modified_gmt":"2010-09-02T07:37:43","slug":"die-saturn-v-v-2-0","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/2010\/09\/02\/die-saturn-v-v-2-0\/","title":{"rendered":"Die Saturn V &#8211; V 2.0"},"content":{"rendered":"<p>Heute mal wieder ein Beitrag in der Reihe &#8222;Was w&auml;re wenn?&#8220;. Also die heutige Fragestellung ist &#8211; was w&auml;re wenn die NASA die Saturn V weiter entwickelt h&auml;tte. Nat&uuml;rlich kann man viel denken. Es gab ja auch Pl&auml;ne daf&uuml;r. Ich will mal folgendes skizzieren &#8211; die NASA h&auml;tte nie das Shuttle entwickelt. Alle nach 1969 entwickelten Triebwerke sind auch tabu, aber folgendes kann man einsetzen:<\/p>\n<ul>\n<li> Die J-2S Triebwerke (bis 1971 fertig entwickelt, aber nie produziert)<\/li>\n<li> Die Feststoffbooster der Titan 3C (in der f&uuml;r die Titan 3M propagierten 7-Segment Konfiguration, sp&auml;ter in der Titan 4A eingesetzt)<\/li>\n<li> Allgemeine technologische Verbesserung (leichtere Legierungen)<!--more--><\/li>\n<\/ul>\n<h3>Schritt 1: Die Saturn V mit moderneren Triebwerken<\/h3>\n<p>Die J-2S wurden fertig entwickelt und sollten in einer sp&auml;teren Version der Saturn V eingesetzt werden. Ihr Designziel war eigentlich die Herstellungskosten zu minimieren (S steht f&uuml;r Simplified). Sie haben etwa 100 kN mehr Schub und einen h&ouml;heren spezifischen Impuls. Bei sonst gleichen Daten erh&ouml;hen diese die Nutzlast in den LTO Orbit von 49,5 auf 53,8 t. Nicht viel, aber bei gleichbleibenden oder geringeren Kosten etwas das man gerne mitnimmt.<\/p>\n<h3>Schritt 2: Feststoffbooster als Startunterst&uuml;tzung<\/h3>\n<p>Dieser Schritt war schon vorgesehen. Die 7-Segment Booster der Titan 3 sind nicht nur preiswert (die 5-Segment Booster f&uuml;r die Titan 3C kosteten nur 6,3 Millionen Dollar pro Paar), sie erh&ouml;hen auch die Startbeschleunigung ohne die Spitzenbeschleunigung zu beeinflussen. Ein zweiter Effekt ist dass die die Gravitationsverluste erniedrigen. Wenn ich hier einen Wert von 200 m\/s ansetze steigt die Nutzlast auf 73,9 t zum Mond (bei vier Boostern).<\/p>\n<h3>Schritt 3\/4: Moderne Legierungen \/ Stufenverl&auml;ngerung<\/h3>\n<p>Als die Saturn V entwickelt wurde, nahm die NASA damals &uuml;bliche Aluminiumlegierung die ach bei Flugzeugen eingesetzt wurden, wie die 7075. Sp&auml;ter zog die 2219 ein, in der der Shuttle und Ariane 5 gefertigt wurden. Sie k&ouml;nnte die Strukturmasse schon etwas absenken. Heute ist Stand der Technik die Al\/Li Legierung 2195, die nochmals 26% leichter bei gleichen Materialgrenzen ist.<\/p>\n<p>Hier ein Vergleich von Ares V EDT und Ariane 5 EPCH155 Stufe:<\/p>\n<table style=\"width: 100%;\">\n<tbody>\n<tr>\n<td><\/td>\n<td>S-IVB<\/td>\n<td>Ariane 5 H155<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>Startmasse<\/td>\n<td>130840 kg<\/td>\n<td>170300<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>Leermasse:<\/td>\n<td>11377 kg<\/td>\n<td>12200<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>Verh&auml;ltnis<\/td>\n<td>11,5<\/td>\n<td>13,9<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<p>Der h&ouml;here Schub des J-2 um 110 kN erlaubt es die S-IVB und die S-II um 11 t und 55 t respektive zu vergr&ouml;&szlig;ern. Bei der S-IC w&auml;re das auch m&ouml;glich wegen der Booster, doch ich verzichte darauf, weil der Effekt auf die Nutzlast viel kleiner ist.<\/p>\n<p>Ich habe bei der S-II 15 t f&uuml;r den Schubrahmen\/Triebwerke und bei der S-IVB 3 t angesetzt. Dieser Anteil bleibt gleich. Und den Rest der Stufenmasse um 26% erniedrigt, das entspricht dem Gewinn beim &Uuml;bergang von 2219 auf 2195. Das erh&ouml;ht die Nutzlast auf 84,2 t.<\/p>\n<p>Gegen&uuml;ber der normalen Saturn V (49,5 t zum Mond) ist das eine Steigerung um 34,7 t, immerhin rund 69%. Morgen kommt dann dran, wof&uuml;r man diese Nutzlaststeigerung einsetzen kann, Stichwort: Apollo 2.0<\/p>\n<h4>Rakete: Saturn 5<\/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<\/tr>\n<tr bgcolor=\"#00F0EE\">\n<td align=\"right\">2957513<\/td>\n<td align=\"right\">49500<\/td>\n<td align=\"right\">0<\/td>\n<td align=\"right\">10931<\/td>\n<td align=\"right\">1957<\/td>\n<\/tr>\n<tr bgcolor=\"gold\">\n<th>Stufe<\/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><\/td>\n<td align=\"right\">2286778<\/td>\n<td align=\"right\">135218<\/td>\n<td align=\"right\">2980<\/td>\n<\/tr>\n<tr bgcolor=\"#00E0DE\">\n<td align=\"right\">2<\/td>\n<td><\/td>\n<td align=\"right\">498778<\/td>\n<td align=\"right\">39090<\/td>\n<td align=\"right\">4160<\/td>\n<\/tr>\n<tr bgcolor=\"#00D0CE\">\n<td align=\"right\">3<\/td>\n<td><\/td>\n<td align=\"right\">122457<\/td>\n<td align=\"right\">13095<\/td>\n<td align=\"right\">4160<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<h4>Rakete: Saturn 5 (J-2S)<\/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<\/tr>\n<tr bgcolor=\"#00F0EE\">\n<td align=\"right\">2961818<\/td>\n<td align=\"right\">53805<\/td>\n<td align=\"right\">0<\/td>\n<td align=\"right\">10931<\/td>\n<td align=\"right\">1957<\/td>\n<\/tr>\n<tr bgcolor=\"gold\">\n<th>Stufe<\/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><\/td>\n<td align=\"right\">2286778<\/td>\n<td align=\"right\">135218<\/td>\n<td align=\"right\">2980<\/td>\n<\/tr>\n<tr bgcolor=\"#00E0DE\">\n<td align=\"right\">2<\/td>\n<td><\/td>\n<td align=\"right\">498778<\/td>\n<td align=\"right\">39090<\/td>\n<td align=\"right\">4275<\/td>\n<\/tr>\n<tr bgcolor=\"#00D0CE\">\n<td align=\"right\">3<\/td>\n<td><\/td>\n<td align=\"right\">122457<\/td>\n<td align=\"right\">13095<\/td>\n<td align=\"right\">4275<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<h4>Rakete: Saturn 5 (J-2S, UA1207)<\/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<\/tr>\n<tr bgcolor=\"#00F0EE\">\n<td align=\"right\">4259260<\/td>\n<td align=\"right\">73927<\/td>\n<td align=\"right\">0<\/td>\n<td align=\"right\">10931<\/td>\n<td align=\"right\">1757<\/td>\n<\/tr>\n<tr bgcolor=\"gold\">\n<th>Stufe<\/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><\/td>\n<td align=\"right\">1277320<\/td>\n<td align=\"right\">204920<\/td>\n<td align=\"right\">2658<\/td>\n<\/tr>\n<tr bgcolor=\"#00E0DE\">\n<td align=\"right\">2<\/td>\n<td><\/td>\n<td align=\"right\">2286778<\/td>\n<td align=\"right\">135218<\/td>\n<td align=\"right\">2980<\/td>\n<\/tr>\n<tr bgcolor=\"#00D0CE\">\n<td align=\"right\">3<\/td>\n<td><\/td>\n<td align=\"right\">498778<\/td>\n<td align=\"right\">39090<\/td>\n<td align=\"right\">4275<\/td>\n<\/tr>\n<tr bgcolor=\"#00C0BE\">\n<td align=\"right\">4<\/td>\n<td><\/td>\n<td align=\"right\">122457<\/td>\n<td align=\"right\">13095<\/td>\n<td align=\"right\">4275<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<h4>Rakete: Saturn 5 (J-2S, UA1207,AL2195)<\/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<\/tr>\n<tr bgcolor=\"#00F0EE\">\n<td align=\"right\">4335574<\/td>\n<td align=\"right\">84219<\/td>\n<td align=\"right\">0<\/td>\n<td align=\"right\">10931<\/td>\n<td align=\"right\">1757<\/td>\n<\/tr>\n<tr bgcolor=\"gold\">\n<th>Stufe<\/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><\/td>\n<td align=\"right\">1277320<\/td>\n<td align=\"right\">204920<\/td>\n<td align=\"right\">2658<\/td>\n<\/tr>\n<tr bgcolor=\"#00E0DE\">\n<td align=\"right\">2<\/td>\n<td><\/td>\n<td align=\"right\">2286778<\/td>\n<td align=\"right\">135218<\/td>\n<td align=\"right\">2980<\/td>\n<\/tr>\n<tr bgcolor=\"#00D0CE\">\n<td 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Sonst ist es doch langweilig&#8230;.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Heute mal wieder ein Beitrag in der Reihe &#8222;Was w&auml;re wenn?&#8220;. Also die heutige Fragestellung ist &#8211; was w&auml;re wenn die NASA die Saturn V weiter entwickelt h&auml;tte. Nat&uuml;rlich kann man viel denken. Es gab ja auch Pl&auml;ne daf&uuml;r. Ich will mal folgendes skizzieren &#8211; die NASA h&auml;tte nie das Shuttle entwickelt. 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