Russische Raketentechnologien

Ausschreibung für Kompositmaterialien, Teil 4


Entwicklung von Technologien für Feststofftriebwe als auch von Elementen für kosmische Fahrzeuge aus Polymeren Verbundwerkstoffen.   

Chiffre: Smart-PK, Zeitraum bis 2013, Auftragswert: 24,7 Millionen Rubel

http://www.roscosmos.ru/main.php?id=15&did=1587

Tests von neuen Kompositmaterialien

Spezialisten in Reshentjew führen Qualifikationstests für neue Polymeren Verbundwerkstoffen mit hohen spezifischen physikalisch-mechanischen Eigenschaften für die Raumfahrt. In naher Zukunft werden die ersten mechanischen Prüfungen der Proben beginnen. 

http://www.iss-reshetnev.ru/images/File/newspaper/2012/318.pdf

In Teil 2 läuft also eine Ausschreibung über die Entwicklung einer Triebwerksbrennkammer aus Verbundwerkstoff (nichtmetallisch). Das Ganze geht bis zur Fertigung von Prototypen und zu Vorschlägen, wie man diese Technologie bei der Fertigung verbesserter existierender Triebwerke wie RD0124A, RD191 oder RD0146 verwenden kann. 2011 bis 2013 bedeutet, dass man da schon mittendrin steckt.

Obinsker NPP Technologia Unternehmen

Das Obinsker Forschung und Produktion Unternehmen (NPP) entwickelte eine neuartige Waben-Verbundwerkstoffe für Flugzeuge, Raketen und Raumfahrt, so der Pressedienstes des RT-Chimkompozit.

Die Kombination von hoher Festigkeit, Hitzebeständigkeit und dielektrischen Eigenschaften macht die Entwickelt und Herstellung von Verkleidungen für vielversprechende Flugzeuge, Raketen als auch für Radar-Antennensysteme möglich.

Das Unternehmen NPP Technlogia entwickelt und produziert aus Polymeren Verbundwerkstoffen Einheiten für Trägerraketen Proton, Angara und Elemente für die fünfte Generation der Abfangjägern. Für die zivile Luftfahrtindustrie werden schallabsorbierenden Platten für die Sam146 Triebwerke des Suchoj Superjet 100, als auch nichtmetallische Teile das Leitwerk für das MS-21 Flugzeug entwickelt und produziert.

http://vpk.name/news/79267_sozdayutsya_noveishie_kompozicionnyie_materialyi.html

Proton-M und Komposite





Link zur den PDF Dokumenten ist bei mir leider nicht vorhanden.

Gut, eine Composite Nutzlastverkleidung setzte Ariane beispielsweise schon 1988 ein. Seit wann sind denn die Protons damit im Einsatz?

Gruß, Klaus

Komposite und Effektivität

Die folgenden Bilder stammen von einer Präsentation die sich auf folgende Stoffe beziehen:


1) C-C
2) C-SiC
3) SiC-SiC




Durch die Verwendung von YYKM im 11D58M Triebwerk erhalten wir eine Senkung an Masse von 12kg, was zu einen um 4-5s hoheren Impuls führt.



Dazu folgendes, durch die Senkung der Trockenmasse des Triebwerks erhalten wir eine Steigerung der Nutzlast bis 100kg. Das hat einen ökonomischen Effekt von 75 Millionen Rubel.

Transportkosten und innovative Transportsysteme

An der Notwendigkeit der Entwicklung von innovativen Beförderungsmittel für die Raumfahrt und die damit verbundene Kostensenkung führt kein Weg vorbei.

Neben TEM der Megawattklasse werden in Russland auch Transportsysteme von 150 bis 500 KW auf Basis von Sollarzellen als auch der Kerntechnologie entwickelt. Die Daten aus der Tabelle sprechen Bände. Für den Transport einer 3,3 Tonnen schweren Nutzlst mit Proton-M auf eine GEO Bahn, haben wir Kosten von 29000$/kg. Transportkosten mit MB liegen bei nur 8700$/kg und einer um 400 Prozent höheren Nutzlast.




Technischer Vergleich der konventionellen Transportsysteme mit SMT auf Grundlage der MB (Raumschlepper).

                                     Transportkosten auf GEO Bahn         Nutzlast auf eine GEO Bahn
                                                       In Tausend $/kg                            in Tonnen
                                                 
Prtoton-M, DM                                         29                                        2,9-3,3
Zenit-3SL, DM                                         41                                           1,6
Sojus-ST, Kourou                                    43                                           1,39

Transportsysteme mit wiederverwendbaren Raumschlepper (MB) mit elektrischen Triebwerken und einer elektischen Leistung von 600 KW.
                                       
Zenit, Baikonur                                       13,3                                          7
Proton-M                                                  8,7                                          13,4
Angara-5A , Wostotschny                        7,4                                          16,3
Angara-5A, Plessezk                                9,6                                          12,2

Für die Transportdauer der angegebnen Nutzlasten auf eine GEO Bahn erhalten wir folgende Daten, in Tagen:

Zenit, Baikonur                                      126                   
Proton-M                                                167 
Angara-5A , Wostotschny                      189
Angara-5A, Plessezk                              166

Während einer 5 Jährigen Betriebsdauer eines MB, ist er in der Lage Nutzlasten von 100 bis 114 Tonnen auf eine GEO Bahn zu Transportieren, bezogen auf die Angara-5A und Kosmodrom Plessezk und Wostotschny.

Zusammenfassung:

Mit Hilfe der MB erhalten wir eine Nutzlaststeigerung auf eine GEO Bahn von 300 bis 500 Prozent bei gleichzeitiger Senkung der Transportkosten von 300 bis 400 Prozent.

SMT = средств межорбитальной транспортировки
MB  = многоразовый  буксир   

http://ivdon.ru/magazine/archive/n3y2012/915

NPO Energomasch Fahrplan bis 2020



Quelle: NPO Energomasch

Informationen zu der ersten Seite der NPO Publikaton habe ich schon gepostet, darunter Infos zu RD-175, RD-193 und Acetam. Interessant ist auch die zweite Seite mit folgenden Punkten:

  8. Forschung und Entwicklung neuartiger Triebwerke mit geschlossen Kreislauf, bis 2017.

10. Arbeiten mit dem Ziel die energetische Daten von Triebwerken zu erhöhen, bis 2015 und mit 161 Milionen Rubel.

12. Entwicklung neuartiger Diagnosesysteme für Brennversuche, bis 2016.

13. Mit Hilfe eines Supercomputers sollen die Arbeitsprozesse in Brennkammer, Turbopumpen untersucht und optimalisiert, bis 2013.

20. Forschung und Entwicklung von komplexen Methoden für die physikalische-mechanische Kontrolle von Materialien für Triebwerke, bis 2020. Zusammen mit der russischen und weissrussischen Akademie der Wissenschaften.

Kbkha Entwicklungen


1) RD-0125A für die dritte Stufe der Angara-A5, Beginn der Arbeiten 2012. Auf Basiss des RD-0124A wird der Einkammer Triebwerk mit einen Schub von 29,5 Tonnen und einen Spez. Impuls von 353s entwickelt.

 



2) RD-0124DR mit Schubdrosselung von 30 bis 18 Tonnen für Sojus-2-3 Träger. Beginn der Arbeiten ab 2013.



 
Quelle: Kbkha Publikation

Beim RD-0125 ist die Motivation offensichtlich -  ein Einkammertriebwerk ist günstiger zu produzieren als ein Vierkammertriebwerk.

Aber kannst du erklären, welchen Sinn das RD-0124DR haben soll? Im gedrosselten Modus sinkt schließlich auch die Effizienz ab. Also muss die Drosselung irgendwelche Vorteile bieten, die das mehr als ausgleichen. Welche könnten das sein?

Drosselung des RD-0124RD


1) Wir erreichen eine höhere Nutzlast in den Umlaufbahnen zwischen 450 und etwas über 800 km.
2) Bei der Drosselung erreichen wir eine längere aktive Phase um 200 Sekunden
3) haben auch gewisse Gravitationsverluste, 
3) senkt aber Verluste bei der Steuerung.
4) Damit wäre in einigen Fällen auch möglich, ohne einen zusätzlichen RB (BW) auszukommen. Mit anderen Worten, wir senken damit auch die Startkosten.

5) Bedenke, jede Entwicklung hat einen Sinn, mitunter für einen Aussenstehenden schwer zu verstehen. Heute, ohne einen signifikanten Grund um die Effektivität zu erhöhen, werden die Gelder nicht freigegeben!

Gut das klingt verständlich. Durch die längere Brenndauer erreicht Block I größere Höhen und kann dadurch höhere Umlaufbahnen zirkularisieren. Wenn man dadurch auf eine Oberstufe (der von dir genannte Bereich wäre wohl am ehesten Aufgabenbereich des RB Wolga) verzichten kann, spart man natürlich deutlich Kosten.

5) Bedenke, jede Entwicklung hat einen Sinn, mitunter für einen Aussenstehenden schwer zu verstehen. Heute, ohne einen signifikanten Grund um die Effektivität zu erhöhen, werden die Gelder nicht freigegeben!

Ich habe nicht den Sinn der Entwicklung in Frage gestellt, sondern nach dem Grund dafür gefragt. Eine Belehrung dieser Art ist hier überflüssig 

websquid:

Ich habe nicht den Sinn der Entwicklung in Frage gestellt, sondern nach dem Grund dafür gefragt. Eine Belehrung dieser Art ist hier überflüssig

Das war keine Belehrung, sondern meine Meinung für alle Leser!

RD-0125A

Beim RD-0125 ist die Motivation offensichtlich -  ein Einkammertriebwerk ist günstiger zu produzieren als ein Vierkammertriebwerk.

Ausserdem:

1) In der weiteren Zukunft wäre sehr einfach den Triebwerk auf Acetam umzurüsten. Dadurch erhalten wir eine um 30% grössere Nutzlast.

2) Mit zwei RD-0125A Triebwerken erhalten wir eine Startmasse der 3 Stufe von rund 45 Tonnen und Nutzlasten von 27 Tonnen für Wostotschny. Aus Plessezk wäre etwas weniger.

RD-180 für Atlas-5

Das russische NPO Energomasch Unternehmen werde in den nächste 5 Jahren etwa weitere 30 RD-180 Triebwerke an die USA verkaufen, so die Worte vom Geschäftsführender Direktor W. Solncew. Der Vertrag über einen Zeitraum von 5 Jahren wurde im Dezember unterschrieben.

1) Das RD-180 Triebwerk wird in NPO Energomasch zusammengebaut.
2) Die Brennkammer kommen aus Samara, Khimki.
3) Spezialstahl ist aus Tscheljabinsk.
4) Der Zusammenbau des Triebwerks dauert im Durchschnitt 16 Monate.

http://www.vz.ru/news/2012/12/30/614435.print.html

Schubdrosselung




Zu den Vorteilen einer Drosselung habe ich kurz berichtet. Die obige Tabelle zeigt uns die Berechnungen die für Sojus-2.1w gemacht wurden. Ganz links bezogen auf die Höhe der Bahn und daneben die Daten für:

1) Nutzlast ohne Drosslung
2) Mit ständiger Drosselung
3) Optimierung der Drosselung erst nach x Sekunden

Der Unterschied trotz der Gravitationsverluste ist schon recht beträchtlich. Bezogen auf eine 600 km hohe Bahn erreichen wir eine Nutzlaststeigerung von 500 bis 600 kg.

Diagramm zur Schbdrosselung
Als Ergänzung zur Tabelle von Gast-N hier die zugehörige Grafik:



1) Blau Nutzlast ohne Drosslung
2) Rot  Mit ständiger Drosselung
3) Grün Optimierung der Drosselung erst nach x Sekunden

Gruß, HausD

Welches Triebwerk ist da überhaupt gemeint, dass mit Drosselung betrieben werden soll. Das der zweiten Stufe?

Schubdrosselung und Nutzlaststeigerung

Welches Triebwerk ist da überhaupt gemeint, dass mit Drosselung betrieben werden soll. Das der zweiten Stufe?

Die energetischen Berechnungen zu dem von mir geposteten Diagramm beziehen sich auf das neue RD-0124DR Triebwerk und Sojus-2.1w. Es handelt sich um eine Private ballistische Berechnung um die Effektivität einer Drosselung zu Analysieren.

Nach kbkha Information wird das neue Triebwerk zunächst in der dritten Stufe der Sojus-2-3 eine Verwendung finden.

Die Nutzlast einer zweistufigen Trägerrakete können wir mitunter auch ohne einer dritten Stufe einer Trägerrakete kostengünstig erhöhen. Dazu haben wir prinzipiell zwei Möglichkeiten:

A) Ballistische Pause in der Startphase
B) Schubdrosselung

Interessante Berechnungen zu A wurden auf einer Konferenz bezogen auf einer einstufigen Trägerrakete präsentiert. Bezogen auf eine 600 km hohe Bahn in Verbindung mit einen 140 Tonnen Träger, erhalten wir mit einer ballistischen Pause von 877 Sekunden eine Nutzlast von rund 920kg. Ohne einer Pause nur 687kg, der Unterschied ist ja offensichtlich.

Die Schubdrosselung ist eine weitere effiziente Möglichkeit, dazu werden auch die neuen Triebwerke entwickelt.

Eine andere Verwendung der Schubdrosselung ist die Optimierung beim start einer Trägerrakete. So wurden beim Start der Energia-Buran die RD-0120 Triebwerke schon nach 30 Sekunden automatisch um 30%  runtergefahren.

RKC - russiches Unternehmen für Quantentechnologie

Das RKC Unternehmen erhielt für Grundlagenforschung einen Zuschuss von 1,33 Mrd. Rubel von der Skolkovo Stiftung. Dabei handelt sich um folgende Arbeiten:

1) bei der Forschung in der Quantenphysik
2) auf dem Gebiet der Quantenoptik
3) Quanteninformationsverarbeitung
4) Quanten-Projektierung 

Das russische Quantum Zentrum gegründet im Jahr 2010, ist eine internationale Forschungsorganisation auf dem Gebiet der Quantenphysik.
Weltweit gibt es nur etwa 10 solcher Organisationen.

http://marchmont.ru/Finance-Business/Central-regions/19258-Skolkovo-supports-quantum-technologies.html

Methan & Kerosin

Sehr umfangreiche Informationen zu Methan als über die begrenzten Vorräte an Kerosin, wurden in Russland publiziert. Dazu die NPO Energomasch Stellung:

1) Um 2030 kommt eine Trägerrakete mit Methantriebwerk (ohne Details).
2) Methan ist billiger und große Motorenhersteller der Welt entwickeln aktiv neue Designs von Methantriebwerken.

3) Feststofftriebwerke sind einfach und die Startvorbereitung ist sehr kurz. Nur, hocheffektiver Pulver sind sehr teuer.

4) Die Methan Trägerrakete ist in erster Linie für kommerzielle Starts von Satelliten als auch für ISS bestimmt.

5) Es sind umfangreiche Arbeiten bezüglich der Erstellung aller  Vorschriften und Dokumenten erforderlich. 

6) Methan verlangt eine neue Kultur des Managements, denn der Treibstof hat auch seine Eigenarten, ist sehr explosiv (dazu habe ich schon gepostet).

7) Erfordert neue Infrastruktur für das neue Kosmodrom als auch Klärung der Frage im Zusammenhang mit der Herstellung oder Lieferung des Treibstoffes.

8. Ein noch ungelöstes Problem ist die Russbildung bei der Verbrennug im Triebwerk und insbesondere bei den wiederverwendbaren Triebwerken (MRKN).

9) Methan als Treibstoff für Trägerraketen wurde noch nicht zertifiziert, die Arbeit werde aber in 5 Jahren beendet sein.

http://rus.ruvr.ru/radio_broadcast/no_program/100636287.html

Zu 1:

Neben den MRKN Trägern mit Methan, sei auch eine kleine kostengünstige Trägerrakete mit den gleichen Triebwerken möglich.

Russische H2 Technologien

Hier noch eine kurze Zusammenfassung über die bevorstehenden Arbeiten mit der Einführung von neuen Trägerraketen und der Wassserstoftechnologie. Die Aufgabe ist gigantisch, da alles neu geschaffen und erbaut werden muss. Dazu folgendes:

1) Konstruktion von H2 Trägerraketen und RB. Bedarf neuartige Werke, hocheffiziente Technologien und Materialien.
2) Erarbeitung von Technologien und Fertigungslinien für Tanks und Trägerraketen mit folgenden Durchmesser:

 a. 5,1 Meter, für Beschleunigungsstufen
 b. 5,7 Meter, für Trägerraketenstufen
 c. 7,2 Meter, für Nutzlastverkleidung
 d. 10  Meter, für eine Schwerlastträgerrakete bis 200 Tonnen in weiteren Zukunft.
     Der Träger wird auf dem Kosmodrom montiert, bedarf sehr grosses Gebäude.

3) Grundlage für die Mondflüge sei das Energia RD-0122 Triebwerk. Das Triebwerk werde fast neu entwickelt mit neuen Materialien und verbesserten Lösungen.

4) Beendigung der Arbeiten an dem RD - 0146D Triebwerk

5) Generalüberholung der Versuchsanlagen und Transportmöglichkeit von H2 für die Brennversuche.

6) Bau von Startkomplexen mit der H2 Infrastruktur für folgende Träger
 a. Angara-A7.2W
 b. MRKN
 c. Jenisej-5

7) Erarbeitung von Technologien für die Herstellung von Wasserstoff auf dem Wostotschny. Die Rede ist von 2000 Tonnen Jährlich.

8. Auf Grundlage des IL-96T Flugzeugs wird eine russischer Beluga für die Raketentransporte entstehen.

9) Erarbeitung von Technologien für die Gewinnung von Sauerstoff als auch H2 auf dem Mond.
 
Das ist nur ein Teil der Arbeiten und auf alle Aspekte und Nuancen ist mir aus Zeitgründen hier nicht möglich zu posten ( wie der technologien für die Raketenstufen, Treibstoffsicherung, Materialien, Algorithmen für MOB-2 usw.). 

Quellennachweis: KB Saljut, als auch Gast-N

Mal wieder eine dumme Frage: Warum wird vor allem in der russischen Raumfahrt so stark zwischen Trägerrakete (RN) und Beschleunigungsblock (RB) unterschieden? Ein Beschleunigungsblock ist, soweit er nicht dauerhaft mit der Nutzlast verbunden bleibt, doch nur eine zusätzliche Oberstufe der Trägerrakete?
Gruß

@ Hegen

Wir unterscheiden:

1) BW - блок выведения, wie Wolga, Ikar für eliptische Bahnen.
2) RB  - разгонный блок, wie Persej, Briz-M, DM für GEO Bahnen und weiter.

Hat sich so bewährt und daran wird sich nichts ändern.