Ein Vorschlag für Blue Origin

Ich hatte mir mal überlegt wie die USA wohl heute, wenn sie Tabula Rasa machen würden, ein Trägersystem entwerfen würden, wobei das in Anbetracht der neueren Entwicklungen möglichst wiederverwendbar sein sollte. Zuerst dachte ich an eine Zentralstufe mit dem RS-25, dessen Treibwerke geborgen werden und Booster mit dem BE-4 die weich auf einem Droneship landen. Dann suchte ich nach einer Oberstufe, die nicht geborgen wird. Sie sollte daher möglichst günstig sein. Ich dachte daher an ein Methan-Triebwerk im Bereich von 100 bis 200 kB. So was existiert aber nicht. Das RL-10 scheint relativ teuer geworden zu sein. So lag es nahe, das nächste verfügbare Triebwerk, das BE-3 zu nehmen. Doch das ist mit 490 kN schon zu schubstark. Man könnte dann die Zentralstufe einsparen oder durch eine weniger leistungsfähige ersetzen. Dann hat man aber nur noch Triebwerke von Blue Origin. Also ging ich daran, ein System auf Basis der Triebwerke von Blue Origin zu konstruieren.

Dazu braucht man nur zwei Grundstufen:

• Eine Erststufe mit dem BE-4. Dessen Bodenschub ist unbekannt. Im Vakuum soll er 2.400 kN betragen. Da es ein Hochdrucktriebwerk ist, setze ich den Bodenschub zu 10% niedriger. Bei einer Beschleunigung mit 12,5 m/s kann das Triebwerk so 175 t heben. Ich habe die Masse der Stufe nur auf 130 t angesetzt. Jeder Booster kann so 45 t Masse als Oberstufe oder Treibstoff in der Zentralstufe transportieren. Die geschätzte Trockenmasse beträgt dann 8 t. Spezifischer Impuls 3200 m/s. Beides sind konservative Werte.
• Eine Oberstufe mit dem BE-3. Bei 490 kN Schub müsste man, wenn man derzeitige Oberstufen und ihr Schub/Gewichtsverhältnis nimmt, enorm schwere Stufen transportieren können. Die Centaur auf der Atlas hat 100 kN Schub wiegt aber mit Nutzlast bis zu 40 t. Die ESC-A bei 65 kN Schub bis zu 37 t. Das auszunutzen ist praktisch nicht möglich. Ich habe daher nur eine Stufe mit 20 t angesetzt. (leer 2,5 t). Der spezifische Impuls beträgt ebenfalls konservative 4400 m/s.

Diese beiden Stufen mit je 4 m Durchmesser kann man nun noch verlängern. Wenn man den Tank in je zwei Segmenten fertigt, dann kann man 50 % oder 100 % mehr Treibstoff zuladen. Die Zuladung ist dann möglich, wenn weitere Erststufen als Booster verwendet werden. Bei der Maximalkonfiguration (6 Booster) kann man dann die Zentralstufe um 100% verlängern und die Oberstufe auch. Die Stufen werden schwerer, aber der Strukturfaktor günstiger. Ich habe gängige Werte für Tankmassen angesetzt.

Es sind dann sehr viele Konfigurationen möglich. Schon bei 2 Boostern kann man zwei unterschiedliche Oberstufen einsetzen. Bei 3 dann drei Oberstufen. Ab drei Boostern kann man dann alternativ auch die Zentralstufe um 50% verlängern und bei vier Boostern auch um 100%. Dann brennt die Zentralstufe entsprechend länger und man hat eine „zweieinhalbstufige“ Rakete. Ich will gar nicht alle Konfigurationen aufzeigen, es sind 27 Stück. Sondern nur die Kleinste und größte: Das sind 7 und 50 t Nutzlastmasse – die letzte Angabe passt auch gut zur New Glenn die ja auch 45 t Nutzlast haben sollte, nur ohne zusätzliche BE-4 Oberstufe. Den Effekt der geringeren Aufstiegsverluste habe ich durch niedrige Verluste bei den unterschiedlichen Oberstufen berücksichtigt.

Gut die Kombinationen sind wirtschaftlich unterschiedlich sinnvoll. Alle 27 wird man nicht nutzen, doch wenn es nur ein Drittel also 9 sind, dann hat man doch schon eine gute Abdeckung des Nutzlastbereiches zwischen 7 und 45 t. Da man so auch andere Märkte erschließt, nämlich für mittelgroße Nutzlasten in SSO und LEO und die New Glenn, sofern sie keine Doppelstarts macht, mit 13 t auch für GTO zu überdimensioniert ist halte ich das Konzept für besser als die New Glenn mit monolithischer erster und zweiter Stufe mit sieben bzw. einem Triebwerk. Das lehnt sich zwar an das Konzept von SpaceX an, aber SpaceX hat keine andere Wahl. Blue Origin hat dagegen ein geeignetes Oberstufentriebwerk.

Der Grund für die Konzeption der New Glenn ist für mich die ebenfalls geplante Bergung: Das ist eben mit einer Stufe einfacher als mit sieben. Ich halte trotzdem mein Konzept für eine sinnvolle Alternative, vor allem im Hinblick auf den Markt: Die New Glenn ist schon wieder zu groß für GTO-Transporte und der Markt ist umkämpft. USAF und NASA haben leichtere Nutzlasten, und bei gleicher Zuverlässigkeit wie etablierte US-Träger wäre ein Träger mit weniger Modulen preislich günstiger und damit konkurrenzfähiger.

Rakete: 6A+A+a

Startmasse [kg]	Nutzlast [kg]	Verkleidung [kg]	Geschwindigkeit [m/s]	Verluste [m/s]	Nutzlastanteil
1130939	50939	3000	7802	1500	4,60 %
Stufe	Anzahl	Name	Vollmasse [kg]	Leermasse [kg]	Spez.Impuls (Vakuum) [m/s]
1	1		910000	48000	3200
2	1		130000	10000	3200
3	1		37500	3200	4400

 

Rakete: A+a

Startmasse [kg]	Nutzlast [kg]	Verkleidung [kg]	Geschwindigkeit [m/s]	Verluste [m/s]	Nutzlastanteil
158074	7074	1000	7802	1500	4,47 %
Stufe	Anzahl	Name	Vollmasse [kg]	Leermasse [kg]	Spez.Impuls (Vakuum) [m/s]
1	1		130000	8000	3200
2	1		20000	2500	4400