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Raumfahrt => Konzepte und Perspektiven: Raumfahrt => Thema gestartet von: H.J.Kemm am 27. August 2009, 12:37:06
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Moin,
die NASA und die US Air Force starteten eine Testrakete, die dank neuer Aluminium-Nanopartikel nur noch Wasser als Reaktionspartner benötigt. Auch auf Mond und Mars ließe sich das Gemisch produzieren. Der neue Raketentreibstoff *ALICE* ist ein Gemisch von nAl und Wassereis (Al + Ice).
(http://www.astronomie-heute.de/sixcms/media.php/912/thumbnails/ALICEinflight.jpg.631472.jpg)
Bild: © 2009 Dr. Steven F. Son, Purdue University/Sterne und Weltraum
Der Testflug für die neuen Treibstoff aus Aluminium-Nanopartikeln und Wassereis (Al + Ice, kurz ALICE) fand mit einer meteorologischen Höhenrakete statt. Nach wenigen hundert Metern Aufstieg landete der Flugkörper sicher an einem Fallschirm. Der Start erfolgte in der Nähe der Purdue University im US-Bundesstaat Indiana, wo Forscher den neuen Treibstoff entwickelten. Die US Air Force und die NASA beteiligten sich als Geldgeber.
Mehr darüber hier >>> (http://www.smiley-channel.de/grafiken/smiley/technik/smiley-channel.de_technik013.gif) (http://www.astronomie-heute.de/sixcms/detail.php?id=1005595&_z=798889&_druckversion=1)
Jerry
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Faszinierend. Wenn sie es jetzt auch schaffen, für den bei der Reaktion von Aluminium-Nanopartikeln und Wassereis entstehenden Wasserstoff noch eine zusätzliche Sauerstoffquelle zum Treibsatz hinzuzufügen, und das direkte Verbrennen des Wasserstoffs einen zusätzlichen Beitrag zum erzeugten Schub leisten kann, wird das eine wunderbare Sache.
Gruß Thomas
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Wie sieht bei diesem Treibstoff denn die Reaktionsgleichung aus?
Al + H2O -> AlO + H2?
Dann könnte ein zusätzlicher Oxidator für den Wasserstoff tatsächlich interessant sein. Das Problem dürfte aber darin bestehen, dass der Oxidator auch das Aluminium oxidieren würde, und damit die ursprüngliche Reaktion flöten geht.
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Interessannt... welche Ausströmgeschwindigkeit hat den dieser Treibstoff? Und wie groß ist der spezifische Impuls?
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@Crest:
Aluminiumoxid gibt es nur als Al2O3, also:
2Al + 3H2O -> Al2O3 + 3H2
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Das mit dem zusätzlichen Oxidator für den freien Wasserstoff steht ja auch schon im Artikel:
Bei den bisherigen Tests verbrannte der Wasserstoff ungenutzt in der Luft. Die beteiligten Forscher der Purdue University im US-Bundesstaat Indiana wollen dem Gemisch in Zukunft Stoffe beigeben, die zusätzlichen Sauerstoff erzeugen, so dass auch der Wasserstoff verbrennt und weiteren Schub liefert. Nach ersten Berechnungen könnte die Schubleistung von ALICE dann deutlich über der von bekannten Festbrennstoffen liegen.
Mehr Leistung von Festbrennstoffen? Hey, da kann Orion auf Ares I ja doch noch ein bischen schwerer werden ;)
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Wenn man ALICE bis zu den ersten Starts der bemannten Ares 1 in den Boostern hat, dann könnte man ja auch das Missionsspektrum ändern (Damit werden auch die Booster der Ares V leistungsfähiger -> Altair kann mehr Nutzlast zum Mond bringen.)
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Naja, das war eher ein Scherz ... bis sowas Einsatzbereit ist dauert es ewig.
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Wie hält man das Eis da drin? Wenn das Wasser in gefrorener Form im Booster ist, dann müsste man sofort nach dem Befüllen zünden, und starten, sonst tropft das Wasser raus. Oder bekommen die Booster dann Kühlaggregate eingebaut. Das würde aber doch erhebliches Mehrgewicht bedeuten.
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@Crest:
Aluminiumoxid gibt es nur als Al2O3, also:
2Al + 3H2O -> Al2O3 + 3H2
Wie müste den die Formel aussehen wenn man die 3H² noch mit verbrennen möchte?
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@Crest:
Aluminiumoxid gibt es nur als Al2O3, also:
2Al + 3H2O -> Al2O3 + 3H2
Wie müste den die Formel aussehen wenn man die 3H² noch mit verbrennen möchte?
Naja das hängt wohl recht stark damit zusammen WAS man zum Oxidieren benutzt ;)
Also:
2Al + 3H2O + X -> Al2O3 + xH20 + X
Aber da ja auch nicht einfach das Al wegoxidiert werden soll ist es sicher nicht so einfach.
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Macht das denn einen unterschied? Im Grunde ist es doch wichtig, daß AL und H vollständig Oxydiert sind. Woher das Oxyd jewels kommt, dürfte doch letztlich egal sein, solange alles kontroliert abläuft.
Am effektivsten ist es doch sicher, wenn neben AL2O3 und H2O möglichst wenig X übrig bleibt. Oder hab ich da gerade einen Denkfehler?
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Jedes Al-Atom, das durch den zusätzlichen Oxidator oxidiert wird, steht nicht mehr für die Reaktion mit dem Wasser zur Verfügung. Reagiert das Wasser nicht, gibt es keinen Wasserstoff, und damit keinen zusätzlichen Schub. Ich habe dann im Gegenteil nutzloses Wasser als Ballast mitgeschleppt.
Ich kenne mich mit Triebwerkstechnik nicht genügend aus, daher ist das Folgende reine Spekulation: Das Aluminium wird im Innenraum der Stufe verbrannt. Dort entsteht auch das Wasserstoff. Um nur den Wasserstoff zu oxidieren, müsste man den Oxidator in der Düse zugeben und dort eine Art Nachverbrennung einleiten. Frage an die Spezialisten: Würde das etwas bringen?
@sf4ever: Danke für die Korrektur. ich hatte die Formel für Aluminiumoxid nicht mehr parat.
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Um nur den Wasserstoff zu oxidieren, müsste man den Oxidator in der Düse zugeben und dort eine Art Nachverbrennung einleiten. Frage an die Spezialisten: Würde das etwas bringen?
Hätte dann den Vorteil das man den Schub in gewissen Rahmen auch direkt Steuern kann. :)
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Würde das dann nicht den Strahl sogar evt abbremsen statt beschleunigen? Denn die Ernergie geht ja wieder in alle Richtungen, daru kann man auch bei einem Vasimr hinten keinen Nachbrenner (z.b. LO2) einsetzen...
Denke ich
Wenn ich falsch liege bitte korrigieren
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Eine Nachverbrennung fände schon noch in einer Düse statt, nicht außerhalb, wie beim Flugzeug eben auch, bzw. zwischen Brennkammer und Düse wäre eine weitere Brennstufe/kammer.
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Wobei bei einem Feststoffmotor die komplette Raketenstufe die Brennkammer ist, wie zum Beispiel bei den Shuttle-Boostern. Die Nachverbrennung müsste dann also in einer zusätzlichen Kammer vor der Austrittsdüse erfolgen.
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Das meinte ich ja:
zwischen Brennkammer und Düse wäre eine weitere Brennstufe/kammer
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Wieviel Prozent des Treibstoffes müste man denn dan mitnehmen - wieviel könnte man eben einsparen?
Bei Benzinautos nehmen wir ja nur ~ 20 % der Masse mit, der Rest ist bekanntlich freier Sauerstoff aus der Luft...
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Bei Raketen schleppt man immer 100% Treibstoff und Oxidator mit. Das sind ja eben keine luftatmenden Triebwerke.
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Eine solche Technik zur Verbrennung in der Düse wurde schon von Aerojet getestet. Das ganze nennt sich Thrust Augmented Nozzle oder kurz TAN. Dabei werden allerdings Treibstoff und Oxidator in der Düse eingespritzt und verbrannt. Ich denke aber, dass es auch möglich wäre nur den Oxidator zuzuführen und mit dem Wasserstoff zu verbrennen.
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Bei Raketen schleppt man immer 100% Treibstoff und Oxidator mit. Das sind ja eben keine luftatmenden Triebwerke.
Ja, aber wenn ich das richtig verstanden haben sollte,
dann nimmt man das Wasser vom Mond. Ergo Masseeinsparungen beim Launch von der Erde
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Es geht nicht um Wasser, sondern Aluminium, das einen guten Anteil der Mondkruste ausmacht:
http://de.wikipedia.org/wiki/Mond#Chemische_Zusammensetzung_der_Mondkruste (http://de.wikipedia.org/wiki/Mond#Chemische_Zusammensetzung_der_Mondkruste)
Lass uns erst mal Wasser auf dem Mond finden ... die Chancen stehen heute (nach den asiatischen Missionen) wieder schlechter als noch vor ein paar Jahren.
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Am Äquator wird es schwer sein, Wasser zu finden, da geb ich dir recht.
Wo sind die asiatischen Sonden denn eingeschlagen?
Hab mal von 'durch Sonnenwind eingelagertem Wasserstoff' gehört... Bindet sich im Gestein, gewichtsmäßig zwar klein, aber man hat dafür ja eine große Fläche
Wie will man Alu-Nanopartikel am Mond erzeugen??
Allein das herausschmelzen von ziemlich reinem Aluminium dürfte sich als technisch nicht gerade einfach erweisen...
Und dann irgendwie lasern?
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Im Artikel oben wird ja geschrieben, dass Wasser und Aluminium im Sonnensystem nicht gerade selten sind und so dieses Konzept für interplanetare Antriebe dienen könnte, die ihren Treibstoff vor Ort erzeugen.
Wenn ich schon Wasser "überall" habe, wäre es dann nicht die effizientere Treibstoffkombination Wasserstoff und Sauerstoff direkt zu nutzen? Diese kryogene Kombination hat den höchsten spez. Impuls bzgl. chemischer Antriebe. Durch "Vermengung" mit Aluminium erhält man einen Feststoffantrieb. Damit habe ich hohen Schub, aber wieder mal im Allgemeinen einen bescheidenen spez. Impuls. Für Manöver im Sonnensystem ist aber normalerweise der spez. Impuls wichtiger als Schubstärke. Die spielt bei "schnellen" Manövern (also mit kleinen Zeitfenstern) eine Rolle.
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Naja... Laut BerndLeitenberger bringen Metalle beigemengt zu kyrogenem Treibstoff eine größere Steigerung des Impulses...
Es gibt auch BH3 oder so eine Bor-Wsserstoffverbindung, die alle dagewesenen spezif. Impulse übertreffen sollte... Besonders mit Fluor oder Ozon
Wenn ich schon Wasser "überall" habe, wäre es dann nicht die effizientere Treibstoffkombination Wasserstoff und Sauerstoff direkt zu nutzen?
Naja, das ginge doch leichter? Nur in eine reversible brenstoffzelle einfüllen -> 2H2 +O2 statt Nanopartikel zu erzeugen...
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Moin,
Naja... Laut BerndLeitenberger bringen Metalle beigemengt zu kyrogenem Treibstoff eine größere Steigerung des Impulses...
Naja... der schreibt auch viel wenn der Tag lang ist!
Jerry
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... in eine reversible Brenstoffzelle einfüllen ...
Elekrolyseur
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Das Aufbrechen von Wasser in seine Bestandteile ist relativ energieintensiv (wenn ich mich nicht irre), bei der Verbrennung wird ja umgekehrt ordentlich Energie freigesetzt. Gleichzeitig sind die kryogenen Bestandteile nur aufwändig zu lagern. In der Form von Wasser(eis) hingegen ist das ganze relativ stabil und einfach zu lagern. Das könnte eine Argument zu Nutzung von Wassereis zusammen mit Al sein, rein aus "Handhabungsgründen".
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Moin,
Naja... Laut BerndLeitenberger bringen Metalle beigemengt zu kyrogenem Treibstoff eine größere Steigerung des Impulses...
Naja... der schreibt auch viel wenn der Tag lang ist!
Tut er, in dem Punkt hat er allerdings recht. Nur versuch mal kryogenen Treibstoff mit Metallsplittern durch Treibstoffleitungen und Turbopumpen mit 60000 Umdrehungen zu jagen.
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Hallo Nitro,
aber wer spricht von Metallsplittern? Ich glaube nicht, dass man bei diesen Kombinationen eine "Metallstange" klein-schnibbelt. Wobei ich mir auch nicht sicher bin, wie man das Ganze ordentlich mischen und verarbeiten soll.
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Da hast du natuerlich recht Daniel. Man wuerde allerdings immer noch mit Feststoffpartikeln arbeiten und das bereitet immer noch ziemliche Korossionsprobleme. Also speziell fuer wiederverwendbare Triebwerke ist das nichts.
Vor allem ist es leider so, dass die Metalle welche den hoechsten Impuls unter Beimischung erzeugen bei der Verbrennung hochgiftig wirken. Soweit ich mich entsinne ist Barium da der Nummer 1 Kandidat gewesen.
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Ja, bei dem Begriff klingelt was ... aber in dem Thema bin ich nicht trittfest.
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So weit ich weiß würde beigemischtes Beryllium am meisten spez. Impuls bringen. Aber das Zeug kostet leider ich glaub über 1500€/kg, wenn die Raumfahrt das Zeug auch noch verbrauchen würde dann würde der Preis sicher richtig utopisch werden, da könnte man gleich Platin als Hitzschild verbauen :D.
Zurück zu ALICE:
Wäre doch sicher auch interessant als Hybridtriebwerk. Flüssiges Wasser braucht nicht soviel Platz wie Eis, daher könnte man auch Masse am Tank sparen.
Na gut, man nimmt wohl auch wegen der vergleichsweise einfachen Bauweise Feststofftriebwerke her, da kann ein Hybridentriebwerk nicht gerade Punkten.
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So weit ich weiß würde beigemischtes Beryllium am meisten spez. Impuls bringen.
Ach Mist, meint ich doch. Verwechsel das immer mit Barium. :-\
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... wenn die Raumfahrt das Zeug auch noch verbrauchen würde ...
Tut sie doch schon! ;) Wenn auch nicht für Antriebszwecke.
Laut SZ (http://www.sueddeutsche.de/wissen/989/324855/text/3/) ist im JWST fast eine gesamte Weltjahresproduktion von Beryllium verbaut.
Mehr dazu: http://www.jwst.nasa.gov/mirror.html
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http://www.spiegel.de/wissenschaft/technik/0,1518,656774,00.html
Hey, hier steht endlich was ausführliches:
Es soll den Gleichen Impuls liefern wie H2 + O 2 nur logischerweise braucht es Größenordnung 0° statt -180° Lagertemperatur.
Als Feststoff könnte es somit in Boostern zum Einsatz kommen und wäre auch einfach zu bedienen.
Eis findet man darüber hinaus am Mond/Mars/ Asteroiden, dann könnte man einen Teil des Treibstoffes einsparen
Das begeistert mich :o
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Für die Redoxreaktion sollen hier feinste Partikel aus AL eingesetzt werde, die das Wasser reduzieren. Der springende Punkt ist die Oberfläche des reduzierten Metalls. Dadurch daß es extrem viele kleinste Teilchen sind kann das ganze Gemisch explosionsartig reagieren.
Aluminium ist in der Herstellung das wohl energieintensivste Metall der Welt. Es ist mir im Moment unklar, wie es auf dem Mond hergestellt werden kann.
Als Alternativen zu Al eignet sich auch Magnesium. Magnesium ist als Metall so reaktionsfreudig, daß es sogar als Unterwasserfackel benutzt werden kann.
Ein Wort noch zum Wassereis. Ich gehe davon aus, daß die Redoxreaktion mit flüssigem oder gasförmigen Wasser erfolgt.
Wasser (und Eis) haben die unangenehme Eigenschaft sich bei Temperaturen unter 4°C auszudehnen (Akkumulation des Wassers). Wenn man Wasser in einer Flasche gefrieren läßt, wird diese durch den Druck auf die Außenwände aufgesprengt. Daher wird es wohl mehr Sinn machen flüssiges Wasser, statt Eis zu benutzen.
Wenn die Komponenten der Rakete aus Edelstahl bestehen, sollte es auch keine gefährliche Korrosion geben.
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Hallo
Wasser (und Eis) haben die unangenehme Eigenschaft sich bei Temperaturen unter 4°C auszudehnen (Akkumulation des Wassers).
Akkumulation des Wassers? Ich kenne das bisher unter dem Begriff: (Dichte-)Anomalie des Wassers.
Tanks müssen nicht zwingend bis zum Rand gefüllt sein, macht man auch heute nicht.
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Ein Wort noch zum Wassereis. Ich gehe davon aus, daß die Redoxreaktion mit flüssigem oder gasförmigen Wasser erfolgt.
Das Ganze war mit festem Wasser, also Eis, s. Quelle der Meldung am Anfang des Threads. Aufbau und Funktion entsprechen einem normalen Triebwerk mit Festtreibstoff, also mit einer langen "Brennröhre in der Mitte" und Ablauf der Reaktion auf dieser Brennfläche.
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Aluminium ist in der Herstellung das wohl energieintensivste Metall der Welt.
Das würde ich stark bezweifeln... z.B. Titan liegt weit darüber.
Es ist mir im Moment unklar, wie es auf dem Mond hergestellt werden kann.
Genauso wie auf der Erde...
Du meinst vielleicht "wo kommt die viele Energie her?"
Für den Fall: Es muss ja nicht in den riesigen Mengen wie auf der Erde hergestellt werden. Laut Wiki braucht man "13 bis 15 kWh pro produziertem Kilogramm Roh-Aluminium". Die Solarpannel der ISS liefern bei voller Sonneneinstrahlung ungefähr 260kW. Das wären also ~17kg Aluminium pro Stunde. Bis man mal so viel Aluminium auf dem Mond braucht hat man sicher viel mehr Solarfläche auf dem Mond oder vielleicht gar einen Atomreaktor da stehen.