SpaceX ITS (MCT) - Diskussion

Die Turbopumpen arbeiten sicher mit dem flüssigen Akregatzustand und das was verbrannt ist, ist sicher ein sehr heißes Gas, aber wo wird das ganze bei den Trubinen und Triebwerken zum Gas und wie ist das im ersten Moment beim Start?

Hallo,

eine Flüssigkeit brennt zumindest unter Normalbedingungen (Raumtemperatur, Atmosphärendruck und Atmosphärensauerstoff) nicht, sondern das verdampfte Gas darüber.

Ob beim Einsatz von flüssigem Sauerstoff bei ca. -200 °C auch notwendig ist, dass der Brennstoff verdunstet weiß ich jetzt gerade nicht. Methan und erst recht RP1 verdampft beim Kontakt mit diesen Temperaturen bestimmt nicht von selbst (gefrieren ehr). Deshalb könnte ich mir vorstellen, dass ein flüssiges Gemisch aus LOX und extrem kaltem Treibstoff auch schon brennbar und damit entzündbar ist. Das Triebwerk wäre dann so was wie ein LOX/RP1 bzw. LOX/Methan "Flammenwerfer", bei dem ein Strahl flüssiges Gemisch bei extremem Druck entzündet wird und sich in der Düse dann ausdehnt und vollständig verbrennt.

Soweit die Spekulationen eines Chemikers

Viele Grüße

Mario

Die Turbopumpen arbeiten sicher mit dem flüssigen Akregatzustand und das was verbrannt ist, ist sicher ein sehr heißes Gas, aber wo wird das ganze bei den Trubinen und Triebwerken zum Gas und wie ist das im ersten Moment beim Start?

Die Pumpen transportieren Flüssigkeit. Unterhalb der Verdampfungstemperatur, um Kavitation zu vermeiden. Methan geht dann flüssig durch die Kühlkanäle in der Brennkammer und der Düse.

Die Turbinen arbeiten mit Gas aus den beiden Vorverbrennern. Injektion in die Brennkammer erfolgt als Gas.

Meine Frage, gibt es an irgend einer Stelle die Situation das einer der beiden Bestandteil erst beim verbrennen flüssig werden?

Zitat von: Klakow am 26. Juli 2017, 07:56:35

Die Turbopumpen arbeiten sicher mit dem flüssigen Akregatzustand und das was verbrannt ist, ist sicher ein sehr heißes Gas, aber wo wird das ganze bei den Trubinen und Triebwerken zum Gas und wie ist das im ersten Moment beim Start?

Die Pumpen transportieren Flüssigkeit. Unterhalb der Verdampfungstemperatur, um Kavitation zu vermeiden. Methan geht dann flüssig durch die Kühlkanäle in der Brennkammer und der Düse.

Die Turbinen arbeiten mit Gas aus den beiden Vorverbrennern. Injektion in die Brennkammer erfolgt als Gas.

Nicht ganz.

Die Pumpen erhöhen den Druck des flüssigen Treibstoffs von weit unterhalb des kritischen Drucks auf hohen Druclk (meistens oberhalb des kritischen Drucks). Am Pumpeneintritt muss eine Mindestdifferenz zwischen Eintrittsdruck und Sättigungsdruck herrschen um Kavitation zu vermeiden.

Kühlkanal und Gasgenerator bekommen Treibstoffe im überkitischen Zustand, da kann man thermodynamisch nicht zwischen flüssig und gasförmig unterscheiden.

Die Turbinen arbeiten mit verbranntem Gas, bzw. im Expanderkreislauf mit überkritischem Treibstoff.

Der Einspritzkopf der Brenkammer bekommt Treibstoff aus der Pumpe plus aufgewärmten Treibstoff aus der Kühlung, beides überkritisch, bzw. Gas aus der Turbine.

Im Detail hängt das vom thermodynamichen Kreislauf des Triebwerk-Systems ab.  Siehe Grundlagen-Vorlesungen zu Raumfahrtantrieben.

Meine Frage, gibt es an irgend einer Stelle die Situation das einer der beiden Bestandteil erst beim verbrennen flüssig werden?

Nur wenn es vorher fest ist und durch Erwärmung geschmolzen wird. Das kann man sich eventuell als Zwischenzustand bei Festtreibstoffen vorstellen, falls diese nicht sublimieren.

Topic?!

Ist ja alles ganz interessant aber gar nur ganz am Rande was mit MCT zu tun.

(Wobei man das Thema hier bis auf weiteres eh schließen kann. Wir haben ja schon einen Threads für die neue MCT Version und zwei Threads zum Stöbern Thema sind niemals gut)

Topic?!

Korrekt, seit Post #1169 auf der vorletzten Seite (47) geht es nur noch um Triebwerkszündung usw., hat so gut wie nichts mehr mit dem Thema zu tun

Warum muss das ITS Raumschiff mehrere Male aufgetankt werden?
Das Betankungsraumschiff ist doch genau so groß, hat aber viel mehr Platz für Treibstoff, weil es keine Crew Kabienen und Lebenserhaltungssysteme braucht. Es müsste also viel mehr Treibstoff laden können als das Crew Raumschiff

Sowohl Tanker, als auch Passagierschiff operieren auch als Oberstufe beim Start von der Erde.

Der Tanker hat daher das meiste seines Treibstoffs verbrant. Er gibt also an das Passagierschiff ab, wass er übrig hat, abzüglich Treibstoff für seine eigene Landung.

Grüße aus dem Schnee

Meine Frage, gibt es an irgend einer Stelle die Situation das einer der beiden Bestandteil erst beim verbrennen flüssig werden?

Darauf wollte ich ja eigentlich hinweisen, aber gut, mach ich's halt: Das Triebwerk ist vor dem Zünden sehr kalt. Nach dem Anschalten fließen die Treibstoffe erstmal flüssig durch die (stehende) Pumpe, und werden im Vorbrenner in Kontakt gebracht und gezündet. Das entstehende Gas wärmt recht flott den Gasgenerator (ist eigentlich ein kleines Triebwerk) auf, die Gase bringen die Turbinen auf Drehzahl, welche wieder die Pumpen antreiben. In der Regel kühlt der Sprit (H2, Kerosin, Methan etc.) Brennkammer und Gasgeneratoren - das natürlich erst wenn die Dinger schon ein bisschen (ms oder s?)m laufen.
Zumindest das Merlin ist durch das Face Shutoff so gebaut, dass das Ventil zur eigentlichen Brennkammer erst dann öffnet, wenn der Systemdruck (97 bar) erreicht ist. Da die Brennkammer aber noch kalt ist, wird das durchfließende Kerosin nicht aufgewärmt. Die Treibstoffe treffen also auch in der Brennkammer kalt aufeinander. Bei der Brennkammer wie beim Gasgenerator wird aber zuerst nur LOX mit TEA-TEB eingespritzt. TEA-TEB entzündet sich spontan mit Sauerstoff, das Kerosin später hält die Flamme am brennen und das Merlin spuckt Feuer. Erst dann wird das Kerosin so langsam warm.

Warum muss das ITS Raumschiff mehrere Male aufgetankt werden?
Das Betankungsraumschiff ist doch genau so groß, hat aber viel mehr Platz für Treibstoff, weil es keine Crew Kabienen und Lebenserhaltungssysteme braucht. Es müsste also viel mehr Treibstoff laden können als das Crew Raumschiff

Ein Wort: Nutzlast!

Ein MCT Tanker sollte 380t Treibstoff in den Leo bringen können.
Ein MCT Transporter sollte 1950 t Treibstoff fassen. Dieser muss im Leo durch Tanker wieder aufgefüllt werden..

Der Rest ist Mathematik...
Wenn der Crew MCT trocken im LEO ankommen würde, dann würde es 5,1 Nachfüllstarts brauchen!

Ich bin schwer enttäuscht über die aktuellen Abkündigungen. 
Kein ITS, keine Red-Dragon, keine Landlandung der Crew-Dragon.
Elon Musk sollte sich halt doch etwas zurückhalten mit seinen Ankündigungen.

Die Enttäuschung kann zumindest ich gut nachvollziehen, den Ruf nach Zurückhaltung jedoch nicht.
Zum Zeitpunkt der Ankündigung waren das ja durchaus ernstgemeinte Ziele, in welche auch nicht unbeträchtlicher Entwicklungsaufwand gesteckt wurde. Wenn sich aber zwischenzeitlich Rahmenbedingungen aus den unterschiedlichsten Gründen vollkommen verändert haben, muss man einem Unternehmen doch auch die Freiheit einräumen, einmal angekündigte Pläne streichen (raketengestützte bemannte Landlandung, Red Dragon) bzw. modifizieren (ITS) zu dürfen.

Die Alternative, d.h. ein SpaceX, das sich möglichst bedeckt hält und eventuell sogar nur vor vollendete (Hardware-)Tatsachen stellt, würde wohl so einige SpaceX-Fans maßgeblich ihrer größten Freude berauben (jedes veröffentlichte EM-Wort durchdiskutieren und wo genauere Infos fehlen leidenschaftlich spekulieren).

Solange SpaceX es schafft die Wiederverwendung in der Raumfahrt zu etablieren, bin ich vollständig zufrieden. Alles andere ist Bonus.

Leider ist die Wiederverwendung noch lange nicht etabliert und es gilt noch vieles zu tun.

Erinnert euch: Elon hat ja die FH schon 2011 angekündigt, jetzt soll sie im November endlich starten, nach 6 Jahren, vorausgesetzt der Termin hält...

das ITS war ja nur für den Mars-Flug zu gebrauchen, und mit dem kleineren Ableger kann man dann irgendwann in 6, 7 Jahren Lasten starten, die heute ja unvorstellbar sind. Das spült wieder Cash in die Kassa und so kann SpaceX dann das Mars-Abenteuer finanzieren. Inzwischen haben wir uns ja schon an die Elon-Time gewöhnt, daß da die Zeiträume viel zu klein gesteckt werden. Dann wird Elon von den Raketen- und sonstigen Technikern wohl wieder mal auf den Boden der Tatsachen runtergeholt.

Die Ankündigung des kleineren ITS hat mich jetzt nicht wirklich überrascht, muß ich sagen.

Doc +1, genau meine Meinung.

Zu viel zu versprechen und dann die Hälfte zu halten (was immer noch wesentlich mehr ist als die meisten hin bekommen) finde ich immer noch besser als gar nichts zu verraten bis endlich etwas fertig ist.
BO ist halt das direkte Gegenbeispiel. Und da ist mir das hin und her bei SpX lieber.

Solange SpaceX es schafft die Wiederverwendung in der Raumfahrt zu etablieren, bin ich vollständig zufrieden. Alles andere ist Bonus.

Leider ist die Wiederverwendung noch lange nicht etabliert und es gilt noch vieles zu tun.

Was meinst du mit dem letzten Satz?
Meinst du Wiederverwendung der Booster,
Fairing und Oberstufe?
Dann würde ich dir recht geben, aber abgesehen von der Oberstufe, ist vom Weg einer Wegwerfrakete zur Booster vermutlich über 80% der Arbeit getan.
Sobald Block 5 Ready ist, gehe ich von einem halben Jahr aus bis technisch alle großen und mittelgroßen Problemen gelöst sind und kommerziell wird wenn es zu keinem RUD kommt auch ab 2019 kaum mehr jemand einen unerprobten Booster haben wollen.
Vielleicht noch nicht weil man diese für zuverlässiger hält, aber günstiger und man einen Startslot bekommen.
@AndjJe:
Stimmt das hat lange gedauert und sicher haben sie die technischen Probleme sehr unterschätzt, aber von der Abwicklung haben sie es dann doch richtig gemacht, erstmal die F9 soweit weiter zu entwickeln bis man all die vielen Verbesserungen umgesetzt hat.
Nun ist die F9 heute schon soweit wie eine FH für 2011 gedacht war und man bekommt die Seitenbooster fast um sonst.
Man hat auch kommunikativ dazugelernt, indem man nach weniger als einem Jahr bei der ITS die Erwartungen nach neuen Erkenntnissen revidiert hat.

Zitat von: tobi am 04. August 2017, 13:43:12

Solange SpaceX es schafft die Wiederverwendung in der Raumfahrt zu etablieren, bin ich vollständig zufrieden. Alles andere ist Bonus.

Leider ist die Wiederverwendung noch lange nicht etabliert und es gilt noch vieles zu tun.

Was meinst du mit dem letzten Satz?
Meinst du Wiederverwendung der Booster,
Fairing und Oberstufe?

Hallo,

ich denke Tobi meint den letzten Satz "Global", sprich er denkt an so tolle Träger wie Ariane 6 und SLS.

Antwort hierher verschoben.

Mein Tipp die ITS kommt früher als gedacht und man hat hinter verschlossenen Türen schon Verhandlungen geführt wie eine ITS aussehen muss damit die NASA da zukünftig Flüge buchen würde.
Mich würde es nicht wundern wenn diese ITS eher wie das Space Shuttle in der Lage ist auf einer Landebahn zu landen, ohne Triebwerksunterstützung bei der Erde. Das muss nicht unbedingt ein Nachteil sein, anders als das Space Shuttle damals muss SpaceX hier nicht mehr am Technisch gerade noch machbaren rummachen und das man heute leichtere Raumschiffe bauen kann, ist auch klar.
Ehrlich gesagt habe ich meine Zweifel ob es die NASA jemals akzeptieren abhängig von Triebwerken auf der Erde zu landen.

Ich schließe aus, daß ITS auf dem Mars vertikal und auf der Erde horizontal landet. Bis es so weit ist, daß Crew und Passagiere darauf fliegen, wird das System eher 100 als 50 Landungen auf der Erde und einige auf dem Mars und wahrscheinlich auch auf dem Mond durchgeführt haben.

NASA ist dann herzlich eingeladen, gegen Bezahlung mit ITS die Mars-Basis zu besuchen, oder das Wissenschaftlern von Universitäten zu überlassen. Ich glaube, die Wahl wird ihnen nicht schwerfallen.

Ich schließe aus, daß ITS auf dem Mars vertikal und auf der Erde horizontal landet.

Da stimme ich zu, der Aufwand wäre zu groß, zudem hat das gewaltige Nachteile da man mit 2 Unterschiedlichen Richtungen arbeiten müsste von welcher die Schwerkraft wirkt.

SpaceX hat anscheinend Robert Zubrin als Berater für das Marskonzept zumindestens ist er unter einem NDA:
https://www.reddit.com/r/spacex/comments/713kq8/this_is_definitely_going_to_be_my_favourite/

Noch 7 Tage bis zu Musks Präsentation.

Ich freue mich schon auf Neuigkeiten zum Raptor.

Headed to Adelaide soon to describe new BFR planetary colonizer design in detail @IAC2017. This should be worth seeing. Design feels right.

https://twitter.com/elonmusk/status/912829943301754880

Musk ist auf dem Weg nach Australien.

Aber aus "ITS" ist jetzt "BFR planetary colonizer" geworden. Mal wieder ein neuer Name?

Viel wichtiger natürlich: Gibt es ein neues Raptor-Video?

Yes

https://twitter.com/elonmusk/status/912470245318656000

SpaceX ist gerade dabei Nuklearmaterial zu besorgen. Offenbar möchte man auch nukleare Antriebskonzepte verfolgen.

https://www.reddit.com/r/spacex/comments/72vluq/gwynne_shotwell_speaking_at_mit_road_to_mars/

Da bin ich aber gespaltener Meinung.  Ein nukleares Triebwerk ist teuer in der Entwicklung, politisch schwierig und wenn was schiefgeht, dann könnte es zu einer lokalen Kontamination kommen.

Bei reddit steht was von nuklearen Thermalantrieben mit niedrig angereichertem Uran. Naja mal schauen.

Naja es gibt ja die Meinung, dass man für die Treibstoff produktion auf dem Mars erstmal einen nuklear reaktor brauchen könnte. Von daher ist das nicht total überraschend für mich.

Es ging ausdrücklich um nukleare Antriebe. Tom Mueller hat das auch schon erwähnt. Aber er hat dazu gesagt, daß ein geeigneter Teststand für SpaceX zu teuer wäre. Sie würden aber gerne einen NASA Teststand benutzen, wenn die einen bauen würden.

Edit: Es stimmt aber, daß sie auch für die Versorgung der Basis und der Treibstoffherstellung auf dem Mars gerne nukleare Lösungen hätten. Das wären aber Megawatt-Reaktoren. Die Kilopower Reaktoren der NASA wären dafür zu klein. Die wären geeignet für die Energieversorgung einer Basis, wie NASA sie plant.