Benutzer:ThCHeMP/rakete
geplante Änderungen:
Geschichte
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Vorgeschichte
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Die Firma SpaceX wurde von Musk von Beginn weg mit dem Ziel gegründet, einen anderen Planeten zu besiedeln.[1] Alle Erfolge, die die Firma bisher vorweisen kann, betrachtet Musk lediglich als Zwischenschritte hin zur Kolonisierung des Mars.[2]
Mögliche Entwürfe für Raketen für sehr große Nutzlasten präsentierte SpaceX erstmals 2010 an einer Tagung der AIAA. Dort wurde auch bekanntgegeben, dass die Firma an einem vergrößerten Merlin-Triebwerk arbeite, welches die Falcon 1 und Falcon 9-Raketen antreibt. Dieses Triebwerk sollte wie das Merlin mit RP-1 betrieben werden und wurde schlicht Merlin 2 bezeichnet. Es sollte die Erststufen dieser Raketen antreiben. Für die Oberstufen war ein Triebwerk namens Raptor geplant, welches mit flüssigem Wasserstoff (LH2) betrieben werden sollte.[3]
Mars Colonial Transporter
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]2012 gab Musk geänderte Entwürfe für das Raptor-Triebwerk bekannt. Es sollte nun mit flüssigem Methan betrieben und sowohl an der Erst- wie auch der Zweitstufe verwendet werden. Dazu wurde das Triebwerk vergrößert. Das Projekt Merlin 2 wurde fallengelassen.[3]
Im Jahr 2013 gab SpaceX erstmals bekannt, an Konzepten für ein Transportsystem zum Mars zu arbeiten, damals unter dem Namen MCS (Mars Colonial Transporter). Es handelte sich dabei um Studien, die in den folgenden Jahren mehrfach stark überarbeitet wurden.[4]
Die ersten Tests an Komponenten des Raptor-Triebwerks begannen 2014.
Interplanetary Transport System
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Am 27. September 2016, am 67. Internationalen Astronautischen Kongress, stellte SpaceX-Vorstandschef Elon Musk mit dem Interplanetary Transport System (ITS) das Grundkonzept vor, mit dem erstmals ein bemannter Flug zum Mars ermöglicht werden soll.[5] Das gesamte ITS-Vehikel sollte eine Höhe von 122 m haben und bis zu 550 t Nutzlast in einen niedrigen Erdorbit transportieren können, das Raumschiff einen Durchmesser von 17 m aufweisen. Mit dem System würden 100 Menschen in durchschnittlich 115 Tagen zum Planeten Mars befördert. Die erste bemannte Marsmission soll nach Plänen von Musk frühestens im Jahr 2024 starten.
Im selben Monat wurde erstmals ein Raptor-Triebwerk auf einem Teststand gezündet.
Big Falcon Rocket
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Am 29. September 2017 präsentierte Musk auf dem 68. Internationalen Astronautischen Kongress in Adelaide, Australien[6] ein überarbeitetes Konzept des ITS namens Big Falcon Rocket (BFR).[7] Das BFR-Konzept wurde gegenüber dem ITS-Entwurf erheblich verkleinert, wäre bei Realisation aber immer noch die größte je gebaute Rakete.
Die folgende Tabelle zeigt die beiden Entwürfe von 2010 (Falcon X und Falcon XX) sowie die neueren Konzepte im Vergleich zur Saturn V, der Rakete des Apollo-Mondprogramms.
| Saturn V | Falcon X[3] | Falcon XX[3] | ITS[8] | Big Falcon Rocket[9] | |
|---|---|---|---|---|---|
| Höhe | 110 m | 93 m | 100 m | 122 m | 106 m |
| Durchmesser | 10.1 m | 6 m | 10 m | 12 m | 9 m |
| Startmasse | 2.934 t | k.A. | k.A. | 10.500 t | 4.400 t |
| Nutzlast (LEO) | 133 t | 38 t | 140 t | 300 t (550 t) | 150 t (250 t) |
| Startschub | 33.851 kN | 16.000 kN | 45.360 kN | 128.000 kN | 52.700 kN |
| Besatzung | 3 | k.A. | k.A. | 100 | 100 |
Im Rahmen dieser Änderungen wurde auch das Raptor-Triebwerk nach unten skaliert. Statt der bisherigen Leistung von 3.050 kN (3.500 kN im Vakuum) soll das Triebwerk nur noch 1.700 kN (1.900 kN Vakuum) leisten.[8][9]
Im Oktober 2017 wurde bekanntgegeben, dass die Oberstufe drei statt nur zwei Triebwerke mit Atmosphären-Ausströmdüsen verwenden soll, um höhere Nutzlasten landen zu können.[10]
Konzept
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Treibstoff
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Obwohl flüssiger Wasserstoff (LH2) in Verbindung mit flüssigem Sauerstoff (LOX) einen höheren spezifischen Impuls liefert als Methan und LOX und auf dem Mars einfacher herzustellen wäre, hat sich SpaceX gegen diesen Treibstoff entschieden. LH2 besitzt eine geringere Dichte als verflüssigtes Methan und ist schwieriger zu handhaben, z.B. beim Transfer von Treibstoff zwischen Schiffen. Der bei der Falcon 9 verwendete Treibstoff RP1 wäre auf dem Mars äusserst schwierig herzustellen und führt zu stärkerer Verrussung der Triebwerke, was dem Ziel einer möglichst häufigen Wiederverwendung entgegenläuft.[3]
Flüssiges Methan und LOX verbindet die Vorteile eines hohen spezifischen Impulses, geringer Verrussung der Triebwerke und relativ einfacher Produktion auf dem Mars, und wurde darum von SpaceX bevorzugt. Die beiden Treibstoffe sollen supergekühlt werden, weil die Kühlung nahe an den Gefrierpunkt die Dichte erhöht und es ermöglicht, bei gleichem Tankvolumen 10-12 % mehr Treibstoffmasse unterzubringen, was wiederum die mögliche Nutzlast erhöht.
Der für den Rückflug vom Mars benötigte Treibstoff muss vor Ort produziert werden. Dazu soll das auf dem Mars vorkommende Wassereis abgebaut und mittels Wasserelektrolyse in Sauerstoff und Wasserstoff aufgespalten werden:
Der Sauerstoff wird danach verflüssigt und eingelagert. Der molekulare Wasserstoff wird zusammen mit Kohlendioxid aus der Marsatmosphäre dem Sabatier-Prozess zugeführt:
Das so produzierte Methan wird ebenfalls verflüssigt und gelagert. Das beim Sabatier-Prozess entstehende Wasser wird wiederum der Elektrolyse zugeführt.[8] Als Energiequelle soll Solarenergie verwendet werden. Langfristig soll die Gewinnung mittels Solarenergie auch auf der Erde angewandt werden, um die Rakete umweltfreundlich zu betreiben.
Mond- und Marsflug
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Um eine Oberstufe auf Fluchtgeschwindigkeit zu beschleunigen, muss zusätzlicher Treibstoff aufgetankt werden. Die folgende Tabelle stellt verschiedene Nutzlasten und maximal mögliche Geschwindigkeitsänderungen Δ über die erste kosmische Geschwindigkeit im LEO (7,8 km/s) hinaus dar. Gelb hinterlegt sind Fluchtgeschwindigkeit und höher.
| Nutzlast: | 25 t | 50 t | 100 t | 150 t |
|---|---|---|---|---|
| ohne auftanken | 2,4 km/s | 1,8 km/s | 0,8 km/s | - |
| 1x auftanken | 4,5 km/s | 3,8 km/s | 2,7 km/s | 1,9 km/s |
| 2x auftanken | 5,6 km/s | 5,0 km/s | 3,9 km/s | 3,0 km/s |
| vollgetankt | 8,4 km/s | 7,8 km/s | 6,9 km/s | 6,1 km/s |
Für einen Flug zum Mond soll die Zweitstufe in einen hohen elliptischen Erdorbit gebracht und dort mindestens einmal betankt werden. Für einen Marsflug ist vorgesehen, das Schiff auf einem niedrigen Erdorbit vollständig aufzutanken.
Während des Reiseflugs wird das Schiff die Nase gegen die Sonne ausrichten, damit der gekühlte Treibstoff in den Tanks nicht aufgewärmt wird.[10] Die Landung auf einem Himmelskörper soll vollständig autonom stattfinden. Die Bremstriebwerke sind dreifach Redundant vorhanden. Die Rückkehr zur Erde ist mit eigenem Antrieb möglich. Bei der Rückkehr zur Erde wird das Schiff zum Abbremsen direkt in die Erdatmosphäre eintauchen um so Geschwindigkeit abzubauen.
Technische Daten
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]| Ganze Rakete | Erststufe | Zweitstufe (Raumschiff) | |
|---|---|---|---|
| Nutzlast (LEO) | wiederverwendbar: 150 t Einfachnutzung: 250 t | ||
| Nutzlast für Landung | 50 t | ||
| Rumpfdurchmesser | 9 m | ||
| Länge | 106 m | 58 m | 48 m |
| Leergewicht | 85 t | ||
| maximale Gesamtmasse | 4.400 t | 3.065 t | 1.335 t |
| Triebwerke | 31 Raptor-Triebwerke | 3 Raptor für Atmosphäre + 3 Vakuum-Raptor | |
| Schub | 52.700 kN | 5.100 kN (Meereshöhe)
5.700 kN (Vakuum) | |
| Tankkapazität | 1100 t: 240 t CH4 + 860 t O2 | ||
Kritik
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Kritik an Machbarkeit, Finanzierung, Zeitplan, Treibstoffproduktion, Fähigkeiten und Skills zur Besiedelung des Mars.
Quellen Generell:
http://www.leonarddavid.com/musk-on-musk-making-life-multiplanetary/ (nicht zitieren)
https://spaceflightnow.com/2017/09/29/elon-musk-revises-mars-plan-hopes-for-boots-on-ground-in-2024/
[7][5][11][8][4] [12][6][1][10][13] [2][9][3]
Einzelnachweise
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]- ↑ a b Max Chafkin: The Companies of Elon Musk. ( vom 3. Januar 2008 im Internet Archive). In: Inc.com, 1. Dezember 2007, Datenblatt zu Musks Firmen.
- ↑ a b Tim Urban: How (and Why) SpaceX Will Colonize Mars, 16. August 2015.
- ↑ a b c d e f Spaceflight101.com: SpaceX – Launch Vehicle Concepts & Designs. Abgerufen am 21. Oktober 2017.
- ↑ a b Robert Zubrin: A Critique of the SpaceX Interplanetary Transport System, The New Atlantis, 21. Oktober 2016.
- ↑ a b SpaceX: Making Humans a Multiplanetary Species, 27. September 2016 (YouTube-Video).
- ↑ a b 68. International Astronautical Congress (IAC), 2017.
- ↑ a b Präsentation von Elon Musk vom 29. September 2017 am 68. International Astronautical Congress in Adelaide, Australien (YouTube-Video).
- ↑ a b c d Musk Elon. New Space. June 2017, 5(2): 46-61. (pdf).
- ↑ a b c d e SpaceX: Making Life Multiplanetary (pdf). Abgerufen am 19. Oktober 2017.
- ↑ a b c Antworten von Elon Musk an einer Reddit-Fragerunde, 14. Oktober 2017.
- ↑ Elon Musk’s Plan: Get Humans to Mars, and Beyond, New York Times, 27. September 2016.
- ↑ The Moon, Mars, and around the Earth – Musk updates BFR architecture, plans, nasaspaceflight.com, 29. September 2017.
- ↑ SpaceX bringt Touristen zum Mond. Abgerufen am 27. Februar 2017.