MRKN - Wiederverwendbarer russischer Träger

Nochmal ein paar kleine Infos zum RD-0162 Triebwerk, dass die Booster verwenden sollen:

Von 2002 bis 2005 gab es eine Kooperation zwischen KbKhA und europäischen Institutionen, um ein 2000kN-Methantriebwerk zu konzipieren (Projekt Wolga - ist glaub ich auch irgendwo unter "zukünftiger europäischer Träger" zu finden im Forum). Seit 2006 arbeitet KbKhA alleine an diesem Triebwerk. Die Daten laut Entwickler:

Schubkraft: 2000kN
spez. Impuls (Bodenhöhe): 3149m/s
spez. Impuls (Vakuum): 3492m/s
Brennkammerdruck: 172bar
Wiederverwendbarkeit: 25 Einsätze
Brenndauer: 200s (pro Einsatz)
Masse: 2100kg
Höhe: 3550mm
Durchmesser (max): 1650mm

Die ersten Erfahrungen mit LNG/LOX als Treibstoff hat KbKhA mit dem RD-0110MD (MD wie Methan-Demonstrator) gesammelt

Hier noch Bilder:

RD-0162	RD-0110MD	RD-0110MD in Aktion

Inzwischen wird die Entwicklung eines Technologiedemonstrators MRKS-1 geplant, dass als wiederverwendbares Vehikel die Funktionsfähigkeit des Konzepts demonstrieren soll, bevor das große MRKS-2 für operativen Einsatz gebaut werden soll. Für diesen Demonstrator soll es auch ein herunterskaliertes Methantriebwerk geben, das RD-0162SD.

Es ist ein weniger effizientes Triebwerk und mit 416,9kN nur gut ein fünftel so stark wie das eigentliche RD-0162. Es ist auch nicht ganz so effizient wie das ausgewachsene Triebwerk, soll aber schließlich nur dazu dienen, die Wiederverwendbarkeit zu demonstrieren in kleinerem Format. Die Entwicklung des RD-0162SD hat vor kurzem begonnen.

Wäre es eigentlich machbar, oder wird es so gemacht, daß die Triebwerke der zentralen Stufe aus den Tanks der Booster versorgt werden? Dann wäre der Tank der zentralen Stufe bei der Trennung noch voll.

Das würde allerdings voraussetzen, daß an dem Punkt die Triebwerke der zentralen Stufe genug Schub für das Gewicht erzeugen. Aber an dem Punkt der Flugbahn wäre ja ein großer Teil des Schubes schon waagerecht. Die senkrechte Komponente des Geschwindigkeitsvektors könnte ja schon in der Boosterphase aufgebaut werden.

Sicher ein Rechenexempel, ob sich das lohnen würde.

Dürfte aber zumindest beim aktuellen Entwurf etwas schwierig werden - die Booster sollen Methan verwenden, die Zentralstufe Wasserstoff. Sinnvoller wäre wohl, die Zentralstufe erst nach Ausbrennen der Booster zu zünden. Ich kann dir aber nicht sagen, ob es wirklich so geplant wird derzeit

Ich nehme es allerdings nicht an, dass diese serielle Zündung erfolgt, da dies stark versionsabhängig sein dürfte (wie viele Module welchen Typs werden verwendet, wo passt das Verhältnis? Vermutzlich wäre das nur bei der 35t-Version machbar)

Wiederverwendbare Raketenmodule und Methoden der Rückführung auf dem Kosmodrom.
Patent Nr. 2442727, veröffentlicht am 20,02.2012

Für alle Technikfreaks noch ein Patent im Zusammenhang mit den MRKN Trägern. Bei Chrunischew werden neben Drehflügeln noch Festflügeln in betracht gezogen. Ein fester Flügel wie bei Buran hat natürlich Nachteile da die Belastungen durch die Fläche stark zunehmen und zwingen die Struktur zu verstärken. Das hat zu Folge das die Gravitationsverluste beim Start auch zunehmen. Ein Drehflügler entfaltet seine Flügeln erst nach der Abtrennung von der zweiten Stufe. Ein mechanisches Element kann aber leicht auch versagen. Es werden aber umfangreiche Test mit einer Flugattrappe von der AN-124 als auch von der Angara durchgeführt.   

Ein weiteres Problem wäre die Verwendung von Lufttriebwerken für die sichere Landung auf dem Kosmodrom. Persönlich bin ich dagegen, hebt nur die Kosten nach oben. Es geht wie gesagt um die Senkung der Startkosten. Auch zu Methan gab es für die Rakete keine Alternative. Kerosin hätte nach der Verbrennung einen Film sowie Treibstoffreste hinterlassen die bei der Rückkehr zu erhitzen und zum Brand drohen. Nach der Landung wären auch die Leitungen verstopft, die zu umfangreichen Säuberung für den nächsten Flug zwingen.
Methan verflüchtigt sich vollständigt und die Boostern landen mit sehr saubren Leitungen und ohne einen Tropfen an Treibstoff.
Die Boostern sind in der ersten Etappe bis zu 25 und später mit neuen Technologien bis zu 200 mal wiederverwendbar.

http://www.freepatent.ru/patents/2442727

Wäre es eigentlich machbar, oder wird es so gemacht, daß die Triebwerke der zentralen Stufe aus den Tanks der Booster versorgt werden? Dann wäre der Tank der zentralen Stufe bei der Trennung noch voll

Es ist für Angara geplannt und für MRKN möglich. Darüber hat Birkin sehr ausführlich mit allen möglichen Varianten im Januar 2012 informiert. Bis zu Einführung bedarf es aber seine Zeit . 

Wenn mir die Zeit erlaubt werde sämtliche Varianten und Berechnungen mit Patentauszügen präsentieren. Nur so, die Berechnungen als auch Computersimulation die wir gemacht haben, bringen die Effektivität der Träger auf ein ganz neues Niveu.

Für alle Technikfreaks noch ein Patent im Zusammenhang mit den MRKN Trägern. Bei Chrunischew werden neben Drehflügeln noch Festflügeln in betracht gezogen.

Mir ist nicht klar, welche Vorteile ein Drehflügler hätte? (zb. im Vergleich zu einem Fallschirm, denn die Funktion wäre ja auch nur die des sanften Sinkens.)

Es geht darum ob die Flügel zur Rückkehr von Anfang an in Flugposition sind, oder erst flach zusammengeklappt sind und erst nach dem Ausbrennen in die Flugposition geklappt werden.

Es geht aber in jedem Fall nicht um eine ungesteuerte Landung irgendwo, sondern um eine gesteuerte automatische Landung auf einer Landebahn nahe der Startanlage !

Nennen wir das Ding dann Schwenkflügler ...

Zitat von: Gast-N am 25. Oktober 2012, 23:04:24

Für alle Technikfreaks noch ein Patent im Zusammenhang mit den MRKN Trägern. Bei Chrunischew werden neben Drehflügeln noch Festflügeln in betracht gezogen.

Mir ist nicht klar, welche Vorteile ein Drehflügler hätte? (zb. im Vergleich zu einem Fallschirm, denn die Funktion wäre ja auch nur die des sanften Sinkens.)

Wie der Name schon sagt, es ist ein Schwenkflügler der beim Start die Flügel  am Rumpf zusammengefahren hat und fungiert als eine normale Raketenstufe die auch hohe Belastungen aushalten kann. Nach der Abtrennug haben wir mit dem Ausgefahrenen Flügel ein Flugzeug der vollautomatisch auf dem Kosmodrom landet, wie ein Buran. 
Beim einem  Festflügler erhöhen sich die Belastungen beim Start erheblich und hat Konseguenzen auf die Effektivität des Systems.

Im Rahmen des Russischen Raumfahrtprogrammes 2006-2015, begannen im Dezember 2011 die offiziellen Arbeiten an MRKN der ersten Etape. Der Auftrag hat einen Wert von 250 millionen Rubel mit einer Laufzeit bis September 2013.

Obwohl der Träger noch in der Entwicklung, hier die vorsichtigen Daten:

Gesamthöhe des Trägers : 70,5 Meter
Gesamtbreite mit 2 Boostern : 25,39 Meter
Zentralstufe : 5 Meter in Durchmesser, Länge mehr als 43 Meter

Landebooster:

Gesamtlänge : 42,6 Meter
Durchmesser : 4,25 Meter
Breite mit ausgefahrenen Flügeln bei der Landung : 27,5 Meter
Breite bei Start : 14,07 Meter
Treibstoff : Methan
Triebwerke : 4X RD- 0162

Der MRKN – 35 Tonnen hat eine Startmasse von 921 Tonnen und 2 Landebooster.
Die moralisch verschliessne Angara A7P hat eine Startmasse von 1125 Tonnen und 6 Booster bei der gleicher Nutzlast. Zusammengefast: bei der Variante wird bei MRKN nur ein Triebwerk abgeschrieben, bei Angara-7 alle 7 Triebwerke.

Die Sicherheitskriterien wurden bei der Analyse so hoh angelegt wonach die heutigen Proton und Sojus Träger nicht mehr starten dürften. Dazu zählt auch der sehr hohe Schubspektrum der Triebwerke von 30 bis 135 Prozent. Die umfangreiche ZAGI Analyse hat auch gezeigt, das die Verwendung von 4 Methantriebwerken je Booster und 200 Tonnen Schub das Optimum wäre. Computersimulationen mit anderen Triebwerken, wie RD- 180 als auch andere Kombinationen, war für das Konzept nicht optimal.

Laut Birkin ist es damit möglich die Starkkosten um 30 % zu senken. Die Zahlen als auch meine Analysen im Zeitraum von 20 Jahren sprechen schon Bände.

Also man hat keine Jettriebwerke oder ähnliches zur Landung, sondern man gleitet nur (quasi wie das Shuttle) zum Landeplatz, hab ich das jetzt richtig verstanden?

Noch etwas zu den Anfängen von Angara und Baikal, nur kurz.

Anfangs wurde ein Konzept ausgearbeitet um die Booster per Falschirm zu bergen. Es wurden ausführliche Analysen als auch Berechnungen der beteiligten Firmen auch gemacht.
Danach wurde ein Konzept von Buran Entwickler vorgestellt, basierend von Energia-2, für die Angara. Der Entwickler, NPO Molnija, bekamm den Zuschlag und die Angara sollte die Baikal erhalten. Aber nach der Perestrojka und keine Gelder für die Raumfahrt, hat sich Angara erheblich verzögert als auch das Thema Baikal. Der Vertrag mit NPO Molnija wurde gekündigt und die Angara bekamm so eine zweite Chance und etwas mehr Gelder.

Persönlich bin ich aber froh das es so kam wie es kam. Obwohl die Angara nicht der letzte Schrei ist, war die Zeit für die Baikal nicht reif. Heute mit neuartigen Technologien und Materialien hat MRKN die Möglichkeit auch die Angara zu verdrängen.
 


 
Quelle: Chrunischew

Das Bild zeigt ganz deutlich das Baikal Konzept das für die MRKN übernommen wurde.

Also man hat keine Jettriebwerke oder ähnliches zur Landung, sondern man gleitet nur (quasi wie das Shuttle) zum Landeplatz, hab ich das jetzt richtig verstanden?

Das steht wohl noch nicht ganz fest. Präferiert wird aber sicherlich die Variante ohne zusätzliches Triebwerk

Also man hat keine Jettriebwerke oder ähnliches zur Landung, sondern man gleitet nur (quasi wie das Shuttle) zum Landeplatz, hab ich das jetzt richtig verstanden?

Ja, das korrekt. Insbesondere die heutigen technologischen Möglichkeiten geben uns die Möglichkeit so zu Bauen.
Möchte aber auch betonen das die Arbeiten sind im gange und wir haben noch kein Ergebnis für die Öffentlichkeit und der erste Flug steht erst um 2028 an. Mit einen Versuchsmodell werden zunächst umfangreiche Daten gesamelt.

Bezüglich der Kosten und Effektivität kommt nur die Folgende Variante in Betracht:

1. Drehflügler
2. Keine Lufttriebwerke

Die Arbeiten gehen aber langsam voran. Es wird sogar erwogen die Methantriebwerke nach 25 und mehr Starts für H2O umzurüsten und so zu ihren letzen Reise zu schicken ( Information aus der ersten Hand). Abwarten, aber hoch interessant um die Kosten zu senken.

Die Entwicklung der GK-175 begann 1987 und die Kosten wurden auf 600-650
millionen Rube beziffert, also nur 5% der Gesamtkosten des Energia-Buran Systems. Interessant die damaligen Berechnungen, das auch mit zwei grossen landenden Booster, wäre es möglich Nutzlasten bis 200 Tonen zu beförden. Selbst eine Variante mit 500 Tonnen Nutzlast war auf dem Brett. 

Mit MRKN ist die weitere Entwicklung schon vorprogramiert. Ausgehend von einen zentralen Blok mit einen Durchmesser ab 8 Meter wäre es möglich bis zu 4 Boostern zu verwenden und die damaliegen Berechnungen zu erreichen.
Bei einer Nutzlast von 65 Tonnen sind die zwei zusätzliche Booster bei MRKN nicht wiederverwendbar.

In Rahmen des Programms Triebwerk-2100 bei NPO Energomasch, wurden die Arbeiten an drei komponenten Triebwerken wieder aufgenomen. Damit wäre es möglich einstufige als auch einstufige wiederverwendbare MON Raketen  zu entwickeln.   

Zu MON Trägern möchte ich ein russisches Patent, veröffentlicht am 10.1.2003, präsentieren.
Patent Nr:2196078

MON= МНОГОРАЗОВЫЙ ОДНОСТУПЕНЧАТЫЙ НОСИТЕЛЬ

http://ru-patent.info/21/95-99/2196078.html

Dazu gab es vor 2 Wochen auch bei Space.com eine Meldung: http://www.space.com/18046-russia-reusable-rockets-2020.html.

Thema - Baikal

Hier noch ein Link für die technischen Daten des Baikal Boostern mit der Angara.

http://a402-bgtu.narod.ru/baikal.htm

Thema - Rossijanka

Für die Ausschreibung eines wiederverwendbaren Trägers war auch das Konstruktionsbüro von Makaejew mit der Rossijanka beteiliegt. Auf der MAKS 2007 war der Träger eine Sensation. Wir sehen eindeutigt die spätere RUS-M.
Der Methan Träger hatte eine Nutzlast von 21,5 bis 35 Tonnen. Heute ist es nur Museumwert. Ja, die Konzepte als auch Technologien ändern sich schnell und gehen ihren sicheren Weges.


Quelle: Makajew

http://makeyev.ru/printpage/31

Thema - landende Boostern der Angara-M am Fallschirm

Habe schon kurz erwähnt über die Technologie. Dazu ein Link und umfangreiche technische Daten als auch Zeichnungen und Analysen.


http://a402-bgtu.narod.ru/angara.htm

Möchte noch die neusten MRKN und VRB Bilder, entnommen von einer TSINMASCH Präsentation, hier vorstellen. Das unternehmen fungiert als Gehirn der russischen Raketentechnolgien.



Die ganze MRKN Familie bis 65 Tonnen. Der Schwerlastträger bis 180 Tonnen basiert auf deren Technologien, ist aber nur ein Konzept. Ob er kommt ist sehr fraglich.



Der Vergleich der VRB mit Methan und Kerosin. Das die Strukturmasse einer Methanstufe grösser ist, ist nicht neu. Methantreibstoff ist um 30 Tonnen geringer. Die Kerosintriebwerke sind nur 10 mal wiederverwendungsfähig.





Bei den Entwicklungsarbeiten, im gegensatz zu Buran Landung, werden Technologien und Algorithmen ausgearbeitet die die gleichzeitige Landung von zwei VRB Booster ermöglichen.   



Die Erprobung eines Technologie- als auch eines Systemmusters werden mit Flugzeugen durchgeführt. Da ich die Abschrift des Vortrages noch nicht erhalten habe, kann ich noch nicht näher darauf eingehen.
Nur so, für die Gesamtentwicklung der Landetechnologien kommen Flugzeuglaboratorien auf Basis der Jak-40 und IL-76 zum Einsatz.

VRB= возвращены ракетный блок

Demzufolge sollen die Stufen 330 t Treibstoffe (Methan & LOX) bzw. 360 t (Kerosin & LOX) enthalten, 50 bis 100 Mal zum Einsatz kommen, wobei die Triebwerke nach 25 bzw. 10 Einsätzen ausgetauscht werden, die Stützmasse um 50 bzw. 49 t liegen, man im Rückflugmodus etwa 500 km zurücklegen kann, mit 300 km/h gelandet wird und die Landebahn eine Länge von wenigstens 2,5 km haben sollte.

An GG

1. Das ist der Vergleich Methan zu Kerosin
2. Zum Einsatz kommen Methantriebwerke
3. VRB ist in der ersten Phase wie auch Triebwerke bis zu 25 wiederverwendbar. Mit neuen Technologien später bis 200 mal.
4. Die neue Landebahn im Kosmodrom werde 4,5 km lang sein, also absolut ausreichend als auch für zukünftige kosmische Lander. 
5. Ja, die Landemasse ist bei Methan VRB 50,3-50,9 tonnen

Noch eine schematischer Ablauf von MRKN Start und die Landung eines VRB


Qulle: Roskosmos

Die Technologie ist so ausgelegt, das sie ermöglichen eine sehr hohe Startfreugenz. Bei einen bemannten Mondflug nur auf der MRKN Basis müssen innerhalb kurzer Zeit (einer Woche) 4 Starts erfolgen.

Auf einer Konferenz zum Jahrestag des Fluges von Gagarin im April 2011, wurden auch zukünftige Konzepte für das neue Kosmodrom erläutert. Das Ziel ist die Schaffung von vollständig wiederverwendbaren kosmischen Flugzeugen als auch von Trägersystemen. Solche Systeme kommen aber erst wahrscheinlich nach 2075 zum Einsatz. Ein Link mit Bildern und Grafiken habe ich momentan nicht bereit.


Quelle: Roskosmos

Die Analysen zeigen das bei grosen VRB nur Festflügel zum Einsatz kommen.