Nun da ja so gerne am oberen Ende des Spektrums neue Raketen konstruiert werden, hier meine Vision einer Rakete am unteren Spektrum. Ziel ist es sehr kleine Mini Satelliten von unter 100 kg zu starten.<\/p>\n
eine so kleine Rakete werfen wir am besten vom Flugzeug ab. Sie ist so licht, dass wir dazu kein Passagierflugzeug brauchen, daher habe ich ein Kampfflugzeug ausgesucht: die Mig-31. Sie hat eine Spitzengeschwindigkeit von Mach 2,85. Ich habe nur Mach 2 angesetzt, weil die Rakete(n) ja noch Luftwiderstand bedeuten. Damit es keine Probleme gibt sind es nämlich zwei die simultan abgeworfen werden und die Rolle der Zusatztanks einnehmen. Damit ist die Startmasse auf 2500 kg beschränkt, denn diese transportieren 2500 l Kerosin und die Tanks wiegen auch noch was.<\/p>\n
Die Pegasus braucht beim Abwurf mit Mach 0,8 nur noch 850 m\/s um den Orbit zu erreichen. Ein Start bei mach 2,0 reduziert die Verluste dann auf 450 m\/s. Das wäre mit zwei Feststoffstufen oder drei zu erreichen. Ich will beide mal projektieren. Ich bevorzuge die drei Stufen Lösung, da wir ohne aktive Steuerung auskommen müssen. Sonst bleibt nicht viel von der Nutzlast übrig. Eine passive Steuerung ist recht einfach. Die erste Stufe setzt Flügel ein, das stabilsiert sie aerodynamisch und lässt sie in einem flachen Winkel ansteigen. Die beiden oberen Stufen werden vor der Trennung von der Unterstufe zuerst in einen vorgegeben Winkel zur Horizontalen gedreht und dann aufgespinnt zur Spinnstabilsierung. Bei nur zwei Stufen muss man eine recht lange Freiflugphase zwischen Brennschluss erster und Zündung zweiter stufe einschieben, was energetisch ungünstig ist, zudem ist die Leermasse der zweiten Stufe relativ hoch.<\/p>\n
Dreistufige Variante:<\/p>\n
Erste Stufe: voll: 1620 kg, leer 220 kg, spezifischer Impuls: 2850 (abgeleitet von dem Star 50)<\/p>\n
zweite Stufe voll: 540 kg, leer 34 kg, spezifischer Impuls 2833 m\/s (abgeleitet vom Star 30C)<\/p>\n
dritte Stufe voll: 170 kg, leer 22 kg, spezifischer Impuls 2845 (abgeleitet vom Star 17)<\/p>\n
Nutzlastverkleidung: 20 kg (wird nach erster Stufe abgeworfen). Wie man sieht haben die Stufen ein Gewichtsverhältnis von 3. Das ergibt ungefähr gleiche Start(Endmasseverhältnisse und damit die maximale Nutzlast.<\/p>\n
Zielgeschwindigkeit (mit Verlusten): 8250 m\/s brutto, 7800 m\/s netto<\/p>\n
Es errechnet sich eine Nutzlast von 67 kg. Will man das Startgewicht von 2500 kg ausnutzen so kann man die zweite Stufe um 80 kg erhöhen und die dritte um 20 kg, dann resultiert gerade eine Nutzlast von 70 kg<\/p>\n
zweistufige Variante<\/p>\n
Erste Stufe: voll: 2110 kg, leer 286 kg, spezifischer Impuls: 2850 (abgeleitet von dem Star 50)<\/p>\n
zweite Stufe voll: 350 kg, leer 35 kg, spezifischer Impuls 2846 m\/s (abgeleitet vom Star 17\/30C)<\/p>\n
Die Nutzlast beträgt hier nur 44 kg.<\/p>\n
Die dreistufige Variante ist also deutlich besser. Was diese Rakete aufweisen wird, sind sehr große Schwankungen der Bahnparameter. Der Satellit sollte daher ein eigenes, kleines Antriebssystem beinhalten. Das muss nicht groß sein. Bei einer so kleinen Masse reichen Triebwerke 10 N Schub, diese kann man ohne Druckgastanks alleine durch den Treibstoff der sich durch die Oberflächenspannung ansammelt zünden. Damit sind auch höhere Orbits leichter erreichbar.<\/p>\n
Was kostet es? Nun wenn man nicht so hohe Ansprüche stellt gar nicht mal so viel. Die Scout war recht einfach aufgebaut und als sie noch relativ häufig gestartet wurde, so 1970 kosteten ihre stufen zwischen 213.000 und 288.000 Dollar, das wäre inflationskorrigiert heute 1,28 bis 1,7 Millionen Dollar. Allerdings sind unsere Stufen noch kleiner und haben keine aktive Steuerung. So sollten die drei Stufen für 3 Millionen Dollar herstellbar sein, wenn es eine genügend hohe Startrate von >6 Starts pro Jahr gibt.<\/p>\n
Dazu kommen noch die Startkosten. Wenn man einen Mitflug auf einer Mig für 15000 Euro pro 45 Minuten buchen kann, dann sollte es kein Problem seinen einen Flug mit Abwurf der beiden Raketen zu buchen. Da die meisten Satelliten in einen SSO gehen, müssen diese Flugzeuge auch nicht Russland verlassen. Nehmen wir noch weitere 500.000 Dollar für den Start und den Transport nach Russland, dann sind wir bei 3,5 Millionen Dollar pro Start oder 50.000 $ pro Kilogramm. Die Vega ist dreimal billiger mit 32-42 Millionen Euro je nach Startrate pro Kilogramm, aber der zweite Testflug zeigt schon ihren Nachteil: Nutzlast war die nur 140 kg schwere Proba V sowie zwei weitere Satelliten. Jeder wog 1.33, 115 und 140 kg, alle drei zusammen 258 kg.<\/p>\n
Für kleine Satelliten ist der Transport mit der Vega also unökonomisch, außer man findet einen Hauptsatelliten der die Nutzlast weitgehend ausnutzt. Okay, die 70 kg dieser Rakete sind nochmals um die Hälfte kleiner. Limitierend ist das bei Kampflugzeugen die Außenlast sich auf viele Punkte verteilt. Ob dies konstruktionstechnisch bedingt ist oder daran liegt das es besser ist 8 kleine Lenkkörper als einen großen mitzuführen kann ich nicht beurteilen. Auf die MIG 31 kam ich wegen der zweimal 2500 l Zusatztanks, die also diese Tragfähigkeit aufweisen. Etwas höher liegt die Su-34, die aber wahrscheinlich noch zu neu ist, als dass man sie westlichen Ländern für Starts zur Verfügung steht (3400 l entsprechend 95 kg Nutzlast) und die Mig 25BP mit einem 5800 l Tank, von der aber nicht sicher ist ob es noch Exemplare gibt. Wenn ja so wäre sie aufgrund der hohen Geschwindigkeit und Tragfähigkeit sehr geeignet. Die Flugzeit muss nicht lang sein. Es reicht aufzusteigen zu beschleunigen, abzuwerfen und zum Flugplatz zurückzukehren. Bei 5800 l Zuladung wären 160 kg Nutzlast möglich – ausreichend für viele kleine Satelliten.<\/p>\n
Doch wenn man auf die Mig 29 wechselt, die 5,5 t Außenlast tragen kann, dann landet man schon bei 140 kg und man hätte die drei Satelliten einzeln starten können – für vielleicht 4 Millionen pro Start oder wesentlich weniger als der Transport mit der Vega.<\/p>\n
Und wenn’s Frankreich stört: Zumindest nach Wikipedia sollte die Jagdbomber Version der Mirage 2000 auch die kleine Rakete starten können, aber nur eine pro Start. Der Eurofighter wäre vielleicht auch möglich, nur finde ich hier keine Daten über eine größere Last anstatt der vielen kleinen (maximal 1500 kg).<\/p>\n
Da es eine Reihe von Satelliten dieser Größe gibt (zumindest für die etwas größere Version von 100-150 kg Nutzlast) würde sich eine solche Rakete lohnen. Bei der Vega gibt es zwei Einschränkungen für die Nutzlast in der VESPA (nein kein Scherz, so heißt die Doppelstartstruktur die beim letzten Start zum ersten mal getestet wurde): der begrenzte Platz und wenn sie einen anderen Orbit braucht der Treibstoffverbauch – das AVUM wiegt leer noch 494 kg und muss mitbewegt werden. Kein Problem wenn wie beim letzten Start die Orbits nahe beianderliegen. Doch auch hier wurden für eine Nutzlast von unter 120 kg eine Gesamtbrennzeit von 86 s für Orbitänderungen benötigt, was 68 kg Treibstoffverbrauch entspricht – viel für eine so kleine Nutzlast. Ist die Nutzlast größer so relativiert sich dies und auch die Kosten werden geringer – diesmal hatte die Vega nur 638 kg Nutzlast wovon nur 258 kg auf die Satelliten und der Rest auf Adaptieren und VESPA entfielen.<\/p>\n
So was kleines wäre ja was für Deutschland, dann könnte man sich auch mal an die Technologie leichter FW-Feststoffgehäuse heranwagen, die man ja noch nicht beherrscht und Astrium Bremen hat ja gute Kontakte zu Russland, die DLR hat bisher auch russische träger exklusiv genutzt und die Bundeswehr auch, also gäbs vielleicht die Chance das Projekt so umzusetzen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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