Schlagwort: Fluor

Der Wirkungsgrad einer Rakete

Posted on by Bernd Leitenberger

Ich greife mal die Frage von Peter Schwarz nach dem Wirkungsgrad einer Rakete auf. Ich halte sie für unsinnig, denn, wenn ich nach einem Wirkungsgrad dahin gehend frage wie viel Energie der Treibstoff hat und wie viel dann noch in der Nutzlast mit ihrer kinetischen und potenziellen Energie steckt, dann lasse ich eine Menge weg. So, die letzte Stufe, die ja keine Nutzlast ist, aber auch auf Orbitalgeschwindigkeit beschleunigt wird und die Raketenstufen die nicht den Orbit erreichen, aber auch auf hohe Geschwindigkeit beschleunigt werden. Wenn ich so eine Summenbetrachtung mache, kann ich auch ohne viel zu rechnen gleich den Quotient Nutzlast/Startmasse bilden und habe einen Wert, den ich als Vergleich nutzen kann.

Aber ich will mich mal auf das Spiel einlassen. Fangen wir mit der Treibstoffwahl an. Da gibt es ja etliche. Es gibt, wenn ich seltene Kombinationen weglasse als Verbrennungsträger Aluminium, Kohlenwasserstoffe, Hydrazine und Wasserstoff und als Oxidatoren Sauerstoff, Stickstofftetroxid/Salpetersäure und Ammoniumperchlorat. Einige der Substanzen stehen für ganze Klassen so kann ich bei Kohlenwasserstoffen noch zwischen Kerosin, Methan und zig anderen Kohlenwasserstoffen unterscheiden. Kurz die Zahl der Kombinationen ist riesig. Continue reading „Der Wirkungsgrad einer Rakete“ →

Die 10-Prozent-Rakete

Posted on by Bernd Leitenberger

Heute mal wieder ein Raumfahrtthema das keinen richtigen Sinn hat. Es geht nur darum eine Zahl zu erreichen: Kann man eine Rakete so konstruieren, dass sie 10% ihres Start Gewichts als Nutzlast transportiert? 10 Prozent klingen nach nicht viel, sind aber ein ehrgeiziges Ziel. Den höchsten Nutzlastanteil hatte das Space Shuttle mit etwas über 5% – der Orbiter war ja auch die Nutzlast der Rakete. Wenn man ehrlich ist, müsste man davon die Triebwerke und das Schubgerüst wieder abziehen. Trotzdem ist das noch höher als bei jeder anderen Rakete. Die Proton liegt bei 3,0%, die Sojus bei 2,6 %, die Falcon 9 bei 2,4 %. Ariane 5 bei 2,7 %. So rund 3 % sind heute also normal. Da sind 10% eine Nutzlaststeigerung um das dreifache. Die Wahl der Zahl erfolgt aus zwei Gründen. Zum einen weil ich denke man kann es erreichen, wenn auch nicht einfach. Zum andern weil es die erste zweistellige Ziffer ist. Das hat etwas. Ob es klappt weiß ich noch nicht. Während ich den Artikel schreibe mache ich erst die Berechnungen. Continue reading „Die 10-Prozent-Rakete“ →

Meine Alternative zu 20% mehr Nutzlast durch LOX/Methan

Posted on by Bernd Leitenberger

Aaron Kurz hat ja eine kleine Diskussion entfacht ob man wegen 20% mehr Nutzlast (bei gleicher Startmasse) eine neue Rakete konstruieren soll. Ich bin der Meinung wie die meisten: es lohnt sich nicht und zwar, weil die Entwicklungskosten einer Rakete so hoch sind. Selbst wenn wir SpaceX als Beispiel, das es deutlich billiger geht, nehmen: Die Falcon 9 kostete bis zur ersten Version 600 Millionen Dollar Entwicklungskosten. Seitdem hat man sie noch zweimal gestreckt und die Triebwerke getunt. Das hat sicher auch Geld gekostet. Vier Flüge (die ersten beiden der Falcon 9 und jeweils der erste der v1.1 und 1.2) waren Qualifikationsflüge wo man nur in zwei Fällen Geld bekam und das war nicht viel (Cassiope brachte 10 Millionen Dollar ein, Orbcomm zahlt für zwei Starts 42 Millionen Dollar). So ist es sicher nicht abwegig 1 Milliarde Dollar als Entwicklungskosten bis zur V1.2 anzusetzen. Lockheed Martin hat in den letzten Jahren zwischen 10 und 15% des Umsatzes als Gewinn verbuchen können (von SpaceX gibt, es da nicht börsennotiert ist, keine verpflichtend veröffentlichten Angaben). Übertragen wir das auf SpaceX und nehmen 15% Gewinn am Umsatz als höhere Zahl so macht der Konzern pro Falcon 9 Start (61,2 Millionen Dollar) 9,18 Millionen Dollar Gewinn. Die Firma müsste also 109 Falcon 9 starten (1000 / 9,18 Millionen) bis sie die Entwicklungskosten wieder hereinbekommt – und dies ohne Berücksichtigung von Verzinsung, die ein privates Unternehmen bei einem Kredit bezahlen müsste bzw. die es erhalten würde wenn es das Geld nicht für die Entwicklung ausgibt sondern anlegt. Bei staatlichen Entwicklungen ist das Verhältnis noch viel schlechter. Heute geht der Trend daher nicht dahin die Nutzlast zu steigern, sondern die Startkosten zu senken. Ariane 6 hat ja keine höhere Nutzlast als Ariane 5 aber sie soll eben preiswerter in der Herstellung sein.

So aber nun zum eigentlichen heutigen Thema. Ich lasse mich mal auf die Argumentation ein: „20% mehr Nutzlast sind ein berechtigter Grund eine neue Technologie einzuführen“ und will zeigen, dass dies auch einfacher geht indem ich nur eine einzige Stufe leicht umrüste. Wer es spannend liebt, wartet nun bis er den Artikel ganz aufmacht und überlegt was ich meinen könnte… Continue reading „Meine Alternative zu 20% mehr Nutzlast durch LOX/Methan“ →

Die technisch optimale Rakete

Posted on by Bernd Leitenberger

Eines ist das schöne an der Technik: Man kann sie durchrechnen und erhält exakte Zahlen. Bei konkreten Raumfahrtprojekten spielen dann immer auch wirtschaftliche Aspekte eine Rolle und dann wird es kompliziert. Mich interessiert folgende Frage: Welche Nutzlast ist mit der heutigen vorhandenen Technologie erreichbar? Das Ziel sollte es sein 10% der Raketenmasse als Nutzlast in einen LEO-Orbit zu befördern.

Damit wir einen Vergleich haben: Das bisher leistungsfähigste System ist das STS mit 114 t Nutzlast bei 2032 t Startmasse (5,6%). Ariane 5 liegt bei 2,7% In dieser Region um maximal 3% Nutzlast liegen viele der heutigen Trägerraketen. Ich will nun zeigen, dass es möglich ist doppelt so viel Nutzlast in den Orbit zu hieven.

Die Fragestellung ist simpel: Was ist mit der heutigen Technik an Nutzlast möglich? Also nicht mit exotischen Lösungen sondern State of the Art oder zumindest theoretisch untersuchten Lösungen. Continue reading „Die technisch optimale Rakete“ →

Halogene

Posted on by Bernd Leitenberger

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In meiner locken Reihe über Chemie heute wieder ein Blog. Diesmal geht es um eine Gruppe von Elementen mit ähnlichen Eigenschaften. Der Aufbau des Periodensystems ist ja kein zufälliger. Es wurde so gruppiert, weil Elemente mit ähnlichen chemischen Eigenschaften untereinander stehen. das kann man bei den Gruppen 3-6 schwerer sehen, weil dort der Unterschied zwischen der ersten Periode sehr ausgeprägt ist, aber bei den Alkalielementen (Gruppe I), Erdalkalielemente (Gruppe II), Edelgasen (Gruppe VIII) und eben den Halogenen ist die Ähnlichkeit in der Chemie sehr ausgeprägt.

Zuerst mal zu den physikalischen Eigenschaften wie im Periodensystem allgemein üblich steigen Schmelz- und Siedepunkte mit jeder Periode an. Fluor und Chlor sind bei Normaltemperatur gasförmig. Brom ist flüssig, Iod ist fest, verdampft aber leicht. Charakteristisch für die Halogene sind nur schwache Bindungen unter den Elementen, was diese relativ niedrigen Schmelz- und Siedepunkte erklärt. Continue reading „Halogene“ →