Die weltkleinste Rakete
Da ich mal als Rätsel die größte Rakete als Aufgabe vergeben habe, bin ich durch die Idee der NASA einen eigenen Träger für Cubesats zu schaffen (man sollte ja meinen bei dem Einfrieren des Budgets müssten sie sparen, aber sie scheinen immer noch genügend Geld für solche überflüssigen Projekte zu haben – bald startet eine Minotaur mit 28 Cubesats als Sekundärnutzlast und die NASA will einen eigenen Träger für dieselbe Nutzlast entwerfen….) bin ich auf eine Idee gekommen.
Gesucht wird die leichteste Rakete die mindestens 1 kg auf eine Geschwindigkeit von 9400 m/s (niedriger Erdorbit + Verluste) beschleunigt. Eine 1 kg schwere Nutzlastverkleidung soll vor Zündung der zweiten Stufe abgeworfen werden. Steuerung, VEB oder ähnliches sollen nicht berücksichtigt werden (ist nicht realitätsgerecht, doch es soll ja nur ein Gedankenspiel sein).
Als Stufen sind alle Antriebe zulässig die zumindest einmal im Design fertiggestellt wurden (ich weiß bei den meisten leichten Antrieben nämlich nicht wann und wo sie eingesetzt wurden). Vielleicht beteiligt sich ja diesmal mehr als einer am Rätsel.
Hier mein Vorschlag:
1. Stufe: Altair 3A (von der Scout E)
Vollmasse: 309 Kg
Leermasse: 32 Kg
Spezifischer Impuls (Boden): 2501 m/s
2. Stufe: Altair 3A (von der Scout E)
Vollmasse: 309 Kg
Leermasse: 32 Kg
Spezifischer Impuls (Vakuum): 2765 m/s
3. Stufe: Cestus (von der Blue Scout)
Vollmasse: 50 Kg
Leermasse: 10 Kg
Spezifischer Impuls (Vakuum): 2256 m/s
4. Stufe: Sergeant (von der Juno II)
Vollmasse: 27 Kg
Leermasse: 6 Kg
Spezifischer Impuls (Vakuum): 2300 m/s
Gesamte Rakete
Startmasse: 697,54 Kg
Nutzlast: 1,54 Kg
Wird etwas mehr Nutzlast gefordert, läßt sich die recht einfach steigern mit zwei Altair 3A statt einem als Erste Stufe.
Startmasse: 1009,77 Kg
Nutzlast: 4,77 Kg
Ich denke das kann ich geringfügig unterbieten, hier mein Vorschlag:
1. Stufe: Altair 3A (von der Scout G)
Vollmasse: 301 kg
Leermasse: 25 kg
spez. Impuls: 2.501 m/s (Meereshöhe)
2. Stufe: Altair 3A (von der Scout G)
Vollmasse: 301 kg,
Leermasse: 25 kg
spez. Impuls: 2.670 m/s (Vakuum)
3. Stufe: Cestus
Vollmasse: 50 Kg
Leermasse: 10 Kg
spez. Impuls: 2256 m/s (Vakuum)
4. Stufe: NOTS 8
Vollmasse: 10 Kg
Leermasse: 3 Kg
spez. Impuls: 2200 m/s (Vakuum)
Nutzlast: 1kg
Nutzlastverkleidung: 1kg
Startmasse: 664kg
Endgeschwindigkeit für 1kg Nutzlast: 10443 m/s
Ich hab ich noch ein paar Variationen durchgerechnet die noch leichter sind, leider fehlen mir da immer 200-300 m/s am Ende.
Da ist noch etwas Luft in richtung kleinere Masse. Tipp: schaut mal nach neueren Antrieben mit geringerem Leegewicht.Bei NOTS 8 wiegt die letzte Stufe leer dreimal so viel wie die Nutzlast bei den Sergeant sechsmal so viel.
Bei den neueren Raketen sind kaum noch so kleine Stufen zu finden. Der Trend geht ja zu immer größeren Geräten.
Trotzdem noch eine Verbesserung:
1. Stufe: FW-4D (von der Delta E1)
Vollmasse: 300 kg
Leermasse: 25 kg
spez. Impuls: 2.452 m/s (Meereshöhe)
2. Stufe: FW-4D (von der Delta E1)
Vollmasse: 300 kg
Leermasse: 25 kg
spez. Impuls: 2.815 m/s (Vakuum)
3. Stufe: Sergeant
Vollmasse: 27 Kg
Leermasse: 6 Kg
spez. Impuls: 2305 m/s (Vakuum)
4. Stufe: NOTS 8
Vollmasse: 10 Kg
Leermasse: 3 Kg
spez. Impuls: 2200 m/s (Vakuum)
Nutzlast: 1,75kg
Nutzlastverkleidung: 1kg
Startmasse: 639,75kg
Endgeschwindigkeit für 1kg Nutzlast: 9701 m/s
Ok, ich hab noch was besseres gefunden, der nächste Versuch….
1. Stufe: Star17A
Vollmasse: 126 kg
Leermasse: 14 kg
spez. Impuls: 2813 m/s
2. Stufe: Star13A
Vollmasse: 38 kg
Leermasse: 5 kg
spez. Impuls: 2808 m/s
3. Stufe: Star 6
Vollmasse: 6,11kg
Leermasse: 1,25kg
spez. Impuls: 2813 m/s
ganze Rakete: 172,11kg (mit 1kg Nutzlastverkleidung und 1kg Nutzlast)
Endgeschwindigkeit: 9888 m/s
Die Liste mit Feststoffantrieben ist unübersichtlich groß, mit beliebig viel Zeit kann man evtl. noch Kombinationen finden die das schlagen.
Es gibt ja nicht nur Stufen für Raketen ….
Ich mach mal einen letzten Versuch,
Für die ersten beiden Stufen eine Star 13B (Voll 47kg / leer 6kg / 2803m/s), dann wieder Star 13A / Star 6
Das ergibt dann 140,11 kg Startmasse und 9550 m/s Endgeschwindigkeit.
Ich habe jetzt keine Zeit nach den passenderen kleineren Antrieben/Stufen im nicht Raumfahrtbereich (Modellbau?) zu suchen.
Aber ich schätze das man damit in die Nähe der 100kg kommt und Bernd sowas als Musterlösung ausgeknobelt hat.
Da ist allerdings ein Fehler dabei: Ihr habt bei der ersten Stufe den Spezifischen Impuls im Vakuum verwendet, am Boden ist der aber wesentlich kleiner. Beim Star 17 sind beide Werte angegeben, wenn man das als Vergleich heranzieht müßte der am Boden bei etwa 2150m/s liegen. Damit reicht es nicht für eine Umlaufbahn. Bei der geringen Startmasse sollte aber ein Start vom Flugzeug aus kein Problem sein. Damit sollte es dann trotzdem reichen.
Es gibt auch einen Star 5 mit 2kg Voll- und 0,3kg Leermasse, aber leider ist der Isp. mit 1854m/s sehr schlecht.
Hier gibt es eine Übersicht solcher Stufen: http://space.skyrocket.de/directories/engines_usa.htm
Es gibt einige Varianten des Star 5, auch welche mit besseren Leistungsdaten….