{"id":5476,"date":"2011-10-23T00:40:40","date_gmt":"2011-10-22T22:40:40","guid":{"rendered":"http:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/?p=5476"},"modified":"2011-10-21T12:41:33","modified_gmt":"2011-10-21T10:41:33","slug":"eine-oberstufe-fur-die-vega","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/2011\/10\/23\/eine-oberstufe-fur-die-vega\/","title":{"rendered":"Eine Oberstufe für die Vega"},"content":{"rendered":"

Die Vega mag ja einige Nachteile haben, aber sie hat einen Vorteil: sie ist sehr flexibel. Durch die rund 500-600 kg Treibstoff in der VEB kann die Rakete auch höhere Bahnen erreichen, ohne das wie bei anderen Modellen mit Feststoffantrieben die Nutzlast aufgrund dann notwendiger langer Freiflugphasen stark abnimmt. Was sie allerdings nicht leisten kann, ist eine nennenswerte Nutzlast auf Fluchtgeschwindigkeit zu beschleunigen, weil dann die rund 500 kg schwere VEB praktisch die Nutzlast gegen Null gehen lassen würde.<\/p>\n

Also als heutige Übung – wir konstruieren eine zusätzliche Oberstufe, welche die Aufgabe hat kleine Raumsonden auf ihren Kurs zu bringen. Fangen wir zuerst mal an nach passenden Exemplaren zu suchen. Es gäbe im US-Arsenal den Star 48 und Star 37 Antrieb mit Startmassen von 1.100 bzw. 2.200 kg, die passen würden. Eine Recherche, was diese Antriebe aber kosten, war ernüchternd. Für den Star 48 habe ich 11 Millionen Dollar gefunden – das würde den Transport deutlich verteuern. Er wäre auch so schwer, dass er noch vor Erreichen der Umlaufbahn gezündet werden müsste, was dann nur noch direkte Einschüsse mit kleinen Startfenstern erlaubt.<\/p>\n

Sinnvoller wäre eine Oberstufe, welche zuerst in einen Parkorbit gebracht wird und dann gezündet. Da findet sich leider kein Exemplar, das derzeit geeignet ist. In Europa ist die Auswahl an möglichen Antrieben begrenzt. Es gibt eigentlich nur Satellitenantriebe und das Aestus Triebwerk. Letzteres ist aber schon zu schubstark und schwer. Anstatt nun nach einem Antrieb in Russland umzusehen, habe ich mich für Satellitenapogäumsantriebe entscheiden. Da diese recht schubschwach sind, werden aber mehrere benötigt.<\/p>\n

Also werden wir mal langsam konkret. Eingesetzt sollten zwei Triebwerke des Typs EAM-500<\/a> sein. Zwei weil der Schub nur 500 N beträgt und man so auf Betriebszeiten von mehreren Stunden kommt. Das macht mehrere Zyklen notwendig, um die Endgeschwindigkeit zu erreichen, ohne allzustarke Gravitationsverluste in Lauf zu nehmen.\u00a0 Damit es nur zwei bis drei sind habe ich zwei Triebwerke angesetzt.<\/p>\n

Bei einem spezifischen Impuls von 325 s (3188 m\/s) kann man nun die Treibstoffmenge errechnen. Die Stufe soll ausgelegt sein, Raumsonden zum Mond (v=3.200 m\/s relativ zur Parkbahn) bis Mars (v=3.950 m\/s relativ zur Parkbahn) zu bringen. Die Maximalnutzlast der Vega in eine 200 km hohe LEO Bahn beträgt 2.500 kg. Um eine kleine Reserve zu haben, soll die Stufe mit Nutzlast maximal 2.400 kg wiegen. Daraus errechnet sich bei der höheren Zielgeschwindigkeit von 3.950 m\/s eine maximale Treibstoffzuladung von 1705 kg. Sie wird bei kleineren Geschwindigkeiten kleiner.<\/p>\n

Bei der Mischung für das Triebwerk von 1,65 sind das bis zu 644 kg Hydrazin und 1061 kg Stickstofftetroxid. Bei den gegebenen Dichten der Treibstoffe von 0,88 (MMH) und 1,34 (NTO) sind das 731 bzw. 723 l. Also schauen wir mal an, welche Tanks es dafür gibt. Ich habe mich für vier Tanks entschlossen, also muss jeder Tank maximal 366 l aufnehmen. Passend dazu ist der Tank OST 01\/X<\/a>. Er fasst ind er gewählten Konfiguration bis zu 420 l wiegt 29 kg und hat einen maximalen Durchmesser von 875 mm bei 420 l Volumen.<\/p>\n

Nun braucht man noch Heliumdruckgas für den Tankdruck. Dieser beträgt 17,5 bar. Das Helium steht unter einem Druck von 400 bar. Das bedeutet, dass man für die 4 x 420 l einen Druckgastank von 74 l Volumen benötigt um das Helium aufzunehmen. Ein 80 l Tank wiegt 17,7 kg. Dazu kommt noch das Helium mit 5,7 kg Gewicht. Ich habe zwei dieser Tanks vorgesehen.<\/p>\n

Nun benötigen wir noch die Triebwerke: Neben zwei Haupttriebwerken (je 5 kg) kommen noch 8 Triebwerke in zwei Gruppen zu je vier Triebwerken mit 10 N Schub zur Lageregelung (je 700 g). Dazu benötigen wir noch Tankleitungen mit Ventilen (2 x 11 kg ). Das macht dann folgende Leermasse die benennbar ist:<\/p>\n