Guten Abend,
Dies ist das Open Source Konzept für den LEO20Sat.
Der LEO20Sat ist je nach Ausbaustufe
- eine experimentelle suborbitale Weltraumrakete zum Test von Hardware und Software im Höhenbereich von 100 km und mehr.
- eine orbitale Raketenoberstufe mit integrierter Nutzlast
- eine Mondlandefähre zum Transport einer Rovernutzlast auf den Mond
Dieses Open Source Projekt fügt u.a. ein paar Ideen der GLXP Teams FREDNET Euroluna und der von Team Selene gesponsorten Initiative Sugar Shot to Space zusammen.
Thesen:
1.)Die Verwendung einheitlicher flexibler undoffener Standards fördert den technischen Standard.
2.)Durch die Entwicklung des Cubesatstandards wurde die kleine Raunfahrt wesentlich gefördert.
3.)Die Cubesattechnik und die Möglichkeit des Mitfluges sind optimal für die kleine Raumfahrt. Sie versagen jedoch wenn es um Missionen geht, die die Mitnahme fester oder flüssiger Treibstoffe erfordern. Die Gefährdung der mitfliegenden anderen Nutzlasten - und die Höhe eventueller Versicherungsprämien - machen einen eigenständigen Start vermutlich günstiger als einen Mitflug.
4.)Die Neptune 30
http://www.interorbital.com/Neptune%20Page_1.htm von IOS
http://en.wikipedia.org/wiki/Interorbital_Systems ist zwar noch nicht geflogen, aber möglicherweise funktioniert sie ja. Es ist zwar das alte Konzept der berüchtigten OTRAG, aber inzwischen verfügt sie ja über eine amerikanische Startlizenz und startet nicht bei berüchtigten Diktatoren wie Mobuto oder Gaddafi. Inzwischen hat es ja einen weiteren technischen Fortschritt gegeben und spätesten nach ein paar Fehlschlägen wird es schon klappen. Jedenfalls ist sie zumindest virtuell auf dem Markt. Deswegen sollte eine private Orbitalrakete von Nutzlast und Preis her betrachtet deutlich kleiner sein. Der LEO20Sat soll je nach Ausbaustand d.h. seiner Raketenunterstufen den Transport von realen Nutzlasten von etwa 1 kg bis 20 kg in den niedrigen
Erdorbit "LEO" umfassen. Im ersten Fall handelt es sich um eine interne Nutzlast z.B. ein Cubesat, die sich innerhalb einer mit Solarzellen an der Aussenseite bestückten Oberstufe befindet. Neben der Nutzlast enthält die Hülle dann im wesentlichen leere Treibstofftanks z.B. für etwa 20 Liter Treibstoff. Das Maximalgewicht von 20 kg ist passend, da dies etwa 2/3 der Nutzlast einer Neptune 30(kg) entspricht und bei Beibehaltung der technischen Linie selbst Mondlandemissionen möglich sind. Bei Verwendung eines Ionentriebwerkes - wie vom GLXP Team Euroluna geplant - für den Flug vom LEO in die niedrige Mondumlaufbahn LLO bleibt noch genug chemischer Treibstoff für eine weiche Mondlandung übrig. Dies gilt jedoch selbstverständlich nur wenn der LEO20Sat durch einen entsprechend kräftigen Unterbau an Unterstufen und Oberstufen ins All befördert wurde. Das Volumen vom LEO20Sat beträgt etwa 40-80 Liter. Dadurch wird ein aufwendiges "Einquetschen" der realen Nutzlast vermieden. Eine ärodynamische Spitze kann später ggf. im Orbit abgeworden werden.
5.)Auf eine konventionelle fehleranfällige Nutzlastverkleidung sollte verzichtet werden. Sie wird ja vor allem benötigt um Solarflügel beim Überschallflug durch die Atmossphäre zu schützen. Aber es bedarf keiner besonderen Solarflügel, wenn die Solarzellen sich auf der ausreichend grossen Oberfläche befinden. Ein paar aufgeklebte Folien reichen zum Schutz der Solarzellen aus. Hierzu bedarf es nur der Wahl abstossen Oberflächen, die durch einen im All schnell rückstandslos verdunstenden Kleber verklebt sind. Die Folien unterliegen dann aufgrund ihrer grossen Oberfläche und des geringen Gewichtes der Restreibung im LEO und verglühen sehr schnell rückstandslos. Kompaktere feste Teile können aus irgendeinem Material gefertigt werden, dass im Weltall einfach zu Staub zerbröselt. Dies könnte durch Entgasung, UV-Strahlung oder Temperaturwechsel erfolgen.
6.)Das eingebaute Triebwerk verwendet irgend eine lagerfähige hypergole und ungiftige Treibstoffkombination. Diese Kombination sollte auch für eine weitere untere Rakenstife verwendet werdenn können.
7.)Für den Flug in den LEO werden etwa 3 bis 4 Stufen benötigt. So plant das rumänische GLXP Team ARCA
http://www.googlelunarxprize.org/lunar/teams/arca den Bau einer dreistufigen nur durch die katalytische Zersetzung von Wasserstoffperoxid (mit einer Bitumenbeimischung) angetriebenen Rakete. Diese soll allerdings erst nach Abwurf vom Flugzeug in etwa 15km Höhe (48.000 Fuss) gestartet werden. Dadurch steigert sich ja die Effizienz von jedem Raktenmotor und der Luftwiderstand wird ja auch verringert.
8.)Bereits in wenigen Monaten wird SS2S
http://sugarshot.org/project_description.html nit einer wiederverwendbaren Zuckertreibstoffrakete (KNSB) eine Höhe von 100lm überschreiten.
Die Konstuktion besteht aus einem Raketenmotor mit genau einer Düse. Am Boden wird nur der hintere Teil des Treibstoffes gezündet. Nach einer Brennpause erfolgt dann die Zündung des restlichen Treibstoffes in der Stratossphäre.
9.)Aus dieser Rakete kann dann eine wiederverwendbare Basisrakete entwickelt werden, der die wieverwendbare Version des LEO20Sat in die Hochatmossphäre trägt. Von dort können dann Testflüge bis in Höhen über 100km erfolgen.
10.)Durch die schrittweise Vergrösserung der Basisstufe - wie SS2S üblich - können dann weitere Zwischenstufen eingeschoben werden um dann mit Hilfe des Triebwerkes den Orbit zu erreichen. Die reale (interne) Nutzlast ist dann zunächst sehr klein. Sie kann aber durch Vergrösserung der Unterstufen schrittweise gesteigert werden. Am LEO20Sat verringert sich dann ggf. nur der mitgeführte Treibstoffanteil bzw. die Tankgrösse.
11.)In einer letzten Stufe kann LEO20Sat dann zur Mondlandefähre mit einer Rovernutzlast umgebaut werden. Dazu muss er nur noch ein Ionentriebwerk erhalten und die Unterstufen müssen dann so vergrössert werden, dass er mit etwa 10kg Flüssigtreibstoff im Erdorbit ankommt um dann mit dem elektrischen Ionentriebwerk und den Solarzellen in die Mondumlaufbahn zu fliegen. Danach wird dann das chemische Triebwerk eingesetzt um weich auf dem Mond zu landen. Ähnliches plant es das Team Euroluna. Dieses will aber mit einem 4U-Cubesat und einem Huckepackflug starten.
Verfahrensweise:
Es werden zwei Teams gebildet.
Das Team "LEO" baut den LEO20Sat und testet ihn am Boden.
Das Team "Basis" baut die Basisrakete und testet sie am Boden.
Danach fliegen beide Teams gemeinsam den LEO20Sat mit der Basisrakete als Unterstufe in den Bereich über 100km.
Danach beginnt das Basisteam mit der wiedserholten Vergrösserung der Basisrakete. Ziel dabei ist der Einsatz einer mit Zuckertreibstoffen betriebenen Mittelstufe.
Gleichzeitig entwickelt das Team LEO aufgrund der Erfahrungen mit dem LEO20Sat eine flüssigkeits getriebene Oberstufe, die natürlich unterhalb des LEO20Sat eingebaut wird.
Irgendwann treffen sich dann beide Teams in der Mitte und starten die erste rein private Orbitalrakete.
Diese könnte z.B. bestehen aus:
1. Eine integrierte "1.5 Stufenrakete" mit Zuckertreibstoffen, die beim Bodenstart nur einen Teil des Treibstoffes verbraucht und den Rest erst effizienter in der Stratossphäre einsetzt.
2. Eine konventionelle Raketenstufe mit Zuckertreibstoffen
3. Eine Rakenstufe mit Flüssigmotor
4. Ein LEO20Sat mit maximaler Treibstoffzuladung, der mit leeren Tanks und geringer Nutzlast im LEO ankommt.
Im weiteren Verlauf werden die erste und zweite Stufe immer mehr vergrössert und dabei Treibstoff durch Nutzlast ersetzt. Es findet also nur eine Vergrösserung bei den eher einfachen Feststoffraketen statt.
Dann erfolgt eine Aufteilung der LEO20Sat in zwei Richtungen. Es gibt dann zwei Versionen.
1.)Version ohne Triebwerk als simpler Erdsattellit.
2.)Version mit Rakentriebwerk, mittelgrossem Treibstofftank, Ionenmotor, Landebeinen und Mondrovernutzlast.
Das Desgin des LEO20Sat:
1.)Maximalgewicht 20kg
2.)Zylinder mit aerodynamischer Spitze, die ggf. abgeworfen werden kann.
3.)Volumen ca. 40 - 80 Liter
4.)In der Experimentalversion Fallschrimkammer mit Fallschritrm
5.)In der Experimentalversion GPS-Peilsender(wo Platz ist=
6.)Flüssigkeitstriebwerk mit Zubehör
7.)Treibstofftanks für hypergole lagerfähige Treibstiffe z.B. Wasserstoffperoxid/Kerosin oder Salpetersäure/Terpentin abgeschmeckt mit 2-furylmethanol. Es gibt da ja viele verschiedene Alternativen.
8.)Einem Lagekontrollsystem mit Schwungrädern
9.)Bordcomputer. Funkgerät und Stromversorgung sind in der Oberstufe eher verzichtbar.
10.)Halterung für einen intern montierten Cubesat oder eine andere interne Nutzlast
11.)Cubesat oder ähnliches als Nutzlast mit notwendigen Dingen wie Bordcomputer, Funkgerät und Stromversorgung. Die Nutzlast kann die Rakete während des Starts ruhig mit solchen Funktionen versorgen. Es gibt ja eh nur eine Nutzlast.
Das ist also mein Open Source Konzept für eine selbstgebastelte Orbitalrakete. Leider gibt es hier in Deutschland keine geeigneten Raketenstartgelände. Aber möglicherweise liest ja jemand vom SS2S hier mit.
Stellt mal ruhig hier im Forum Fragen und gebt Hinweise auf andere Lösungswege innerhalb eines auf SS2S basierten Konzeptes. Der Vorteil von SS2S liegt in seiner grossen Flexibilität und Scalierbarkeit.
Achim
PS: Der Username Pinawoda ist eine Anspielung auf einen gerade populär werdenden Raketentreibstoff.
