Russische Raketentechnologien

Mir liegt es fern an der bewährten Russischen Raumfahrt etwas ändern zu wollen, dafür machen mir die Erfolge viel zu viel Freude . Trotzdem verwirren mich Bezeichnungen deren Logik nur schwer oder gar nicht (wie der GRAU-Index) durchschaubar sind  . Daher versuche ich manchmal an etwas simplere Systematik zu erinnern . Gruß

Mir liegt es fern an der bewährten Russischen Raumfahrt etwas ändern zu wollen, dafür machen mir die Erfolge viel zu viel Freude . Trotzdem verwirren mich Bezeichnungen deren Logik nur schwer oder gar nicht (wie der GRAU-Index) durchschaubar sind  . Daher versuche ich manchmal an etwas simplere Systematik zu erinnern . Gruß

Dazu mein Rat, erlerne die russische Sprache.
Um Goethe zu verstehen musste ich auch die deutsche Sprache lernen.

Strahlungsschutz und bemannter Marsflug

Es gibt eine ganze Reihe von pasiven als aktiven Möglichkeiten um die Strahlung für die Besatzung in grenzen zu halten.

1) Flug zum Mars sollte während des Höhepunkt der Sonnenaktivität durchgeführt werden, wenn die Strömung der Galaktischen kosmischen Strahlung sich auf 2 Teilchen pro Quadratzentimeter/Sekunde reduziert.
Die erhöhte Sonnenstrahlung bedarf aber eine Abschirmung der Besatzung.


2) Durch die Wahl des Zeitpunkts der Expedition  können wir die jährliche Gesamtdosis der Strahlung für die Kosmonauten auf etwa 40 Röntgen begrenzen. Diese Dosis überschreitet nicht die Standarts eines jährlichen Fluges in der Erdumlaufbahn.
 
3) Um einen Strahlung Fallout bei einen interplanetaren Flug zu verhindern, bedarf es gesonderte Schutzräume für die Besatzung. Berechnungen haben gezeigt das dafür ein massiver Metall von 30-35 Gramm pro Quadratzentimeter erforderlich sei. Bei den heutigen Raumfahrzeugen haben wir Werte von 5-15 Gramm pro Quadratzentimeter.

4) Entsprechende Wahl der Kosmonauten. Um Spätfolgen eines solchen Fluges zu verringen, müssen die Raumfahrer über 40 Jahre alt sein.

5) Mit neuartigen technologischen Antrieben, wobei so ein Marsflug kann nur 30 Tage dauern, senken wir sehr deutlich die Strahlenbelastung der Besatzung.

6) Durch magnetische Felder wird das bewohnter Modul effektiv bei sehr langen Reisen abgeschirmt. Sind aber sehr hohe Energien erforderlich.

7) Eine andere Art die wir schon vorgeschlagen haben, ist das anbringen von Treibstofftanks um den Wohnmodul. Teilchen gelangen in H2/O2 und werden stark abgeschwächt.

Quellennachweis:

Institut für medizinische und biologische Probleme (IMBP)
Gast-N

Titanoxid in der Raumfahrt

Eine interessante Entwicklung auf dem Gebiet der Nanotechnologie haben russische Forscher von der FGUP TSNIIMASH erziehlt.

Während des gesamten Fluges der Orbitalstation Mir haben sich fast 200000 Generationen an Mikroorganismen herausgebildet.

All diese Bakterien, Viren, Pilze können schnell mutieren. Wenn auf der Mir im Jahr 1990 etwa 94 Arten gab, waren schon 1997 bereits 140. Darunter können auch möglicherweise gefährliche für die Kosmonauten sein. Auf der Mir als auch auf der ISS werden die Besatzungen ausgetauscht. Ganz andere Herausforderungen ergeben sich bei autonomen Flügen zum Mars, Asteroiden und noch weiter.

Zunächst ist es notwendig eine bakterizide Atmosphäre in Wohn- und Arbeitsmodulen der  Raumstationen als auch in bemannten Ruamschiffen bei sehr langen Reisen zu schaffen. Als Lösung dieser Probleme könnte die Verwendung von Titanoxid sein, der eine keimtötende Eigenschaft hat.   

Titandioxid und vor allem seine Nanostruktur erregte die Aufmerksamkeit von vielen Forschern und wissenschaftlicher. Besonders durch die ultravioletter Bestrahlung bei einer Wellenlänge unterhalb 385 nm in Gegenwart von Wasserdampf bilden sich radikale die mit natürlichen organischen Inhaltsstoffen aktiv interagieren.

Die neu entdeckte Fähigkeit von Titanoxid durch ultraviolette Strahlung erzeugten freie Radikale, ist tödlich für Mikroorganismen und einschließlich für Influenza-Viren.

Quellennachweis: Doktor der technischen Wissenschaften, Artur Krassilnikow

Arbeiten des KB Saljut

Noch eine Zusammenfassung von H2 Technologien, die auch für Proton vorgesehen waren als auch die nächste Zukunft.



Von Oben nach unten:

1) RB Schtorm, vorgesehen für Proton
2) Projekt einer dritten H2 Stufe für Proton
3) 12 KRB für GSLV-2
4) RB KVTK für Angara-A5, die Fertigstellung ist für Mitte 2015 vorgesehen.



1) RB für 20-25 Tonnen Nutzlast.
2) RB für 35 Tonnen.
3) RB für 50 Tonnen.
4) MOB2 für 20 Tonnen Nutzlast auf eine Mondumlaufbahn.
 
Bei RB MOB2 handelt sich um Raumschlepper für Mondflüge, seine Funktionsdauer wurde bis auf 6 Tage ausgedehnt. Durch seinen Impuls kommt das PTK  Raumschiff  auf eine Bahn zum Mond. Bei der Abbremsung mit einen Delta von 900m/s schwenken die Mondfahrer in die Mondumlaufbahn. Durch dieses Verfahren in Verbindung mit einen Impuls von 470s (Weltrekord), ergibt sich eine Treibstoffsenkung für den PTK von rund 4,4 Tonnen. Insgesamt senkt sich damit auch die energetische Leistung des Trägers für den bemannten Start, was einen äquivalent von rund 13 Millionen Dollar entspricht.

Quelle: KB Saljut

NPO Energomasch Bilanz: 2012



Auf der Hauptversammlung des Unternehmens erfolgte eine Berichterstattung durch den Geschäftsführer W.Solncew über die vergangenen zwei Jahre. Berichtet wurde über alle Aktivitäten, darunter die serielle Produktion von RD-191, Tests an dem RD-193 sowie Arbeiten um die Energieeffizienz des Triebwerks zu verbessern, als auch über Arbeiten an dem neuen Acetam Treibstoff. Es wurden 17 Triebwerke, genau wie 2011, fertiggestellt.

1) 7 Stück von RD-171M
2) 4 Stück von RD-180
3) 6 Stück von RD-191

4) Brennversuche 2010: 16
5) Brennversuche 2012: 40

Das Unternehmen das noch 2009 einen Verlust von 875 Millionen Rubel eingefahren hatte, sprechen die Zahlen für 2012 von einen Gewinn von 105 Millionen Rubel.

Quelle: NPO Energomasch

Elektrische Triebwerke, Teil 1



Das obige Bild zeigt russische Raumflugkörper wo elektrische Triebwerke zum Einsatz kammen, darunter auf Jamal-100, Arkon-2M, Ekspress-AM und Kanonus-W.



Technische Daten der verwendeten Triebwerke.



Die zukünftge Entwicklung sei vielversprechend, es geht ja schliesslich um die Senkung der Kosten als der Transportkosten. Um die Effektivität der Antriebe zu erhöhen, laufen Arbeiten an neuen Triebwerken als auch an Solarzellen mit einen Wirkungsgrad von 40 Prozent. Die finden eine Verwendung in neuen Raumschlepper MSB-1 mit hoher Leistung als auch bei einen solaren Kraftwerk der für 2017/18 vorgesehen ist.

Klassifizierung der elektrischen Triebwerke:

1) ERD kleiner Leistung

- 1 bis 3 KW
- ISP: 2000 bis 3000s

2) ERD mittleren Leistung

- ab 5 KW
- ISP 3000s und mehr

3) ERD hoher Leistung

- bis 100 KW
- ISP: bis 10000s

Zu Punkt 3:

Die Entwicklung solcher Triebwerke stellt gegenwärtig die grösste Herausforderung an die Forscher und noch mehr an die Belastung der Materialien und insgesamt an die Zuverlässigkeit bei einen bemannten Flug zum Mars. Es ist auch wirklich fraglich das eine Fertigstellung um 2035 erfolgen kann.

Dazu bedarf es neuartige nicht konventionelle Lösungen um die hohe Leistung von 100KW als auch von 1-5 MW in einen Modul zu erreichen. Einer der adäquatesten Lösungen ist ein elektroden freies Plasmatriebwerk mit Schubregulierung, bei Verwendung einer Hochfrequenz-Methode zur Erstellung und Heizung des Plasma in axial-symmetrischen Magnetfeld mit einer speziellen Verteilung der Spannung entlang der Achse.

Bei den Forscher herscht noch eine kontroverse Meinung, darunter auch die Unmöglichkeit einer Verwendung eines Hall Thruster bei dem TEM-1MW Projekt. In zwei Jahren werden wir mehr wissen, da Endet die Ausschreibung der elektirischen Triebwerke.


Quelle: Roskosmos/Kurtschatow Institut-Fachvorträge

Technologische Veränderungen bei ZSKB Progress

Die Raketenbauer sind jetzt dabei zusammen mit Vebzavod, das bestehende Systems der elektronischen Dokumentenzirkulation auf die Docsvision 5 Platform umzurüsten.

Das gesamte Projekt hat die Risiken im Zusammenhang mit der Verwendung des neuen Systems auf Testserver geprüft, analysiert als auch aktualisiert. Die Migration soll im ersten Quartal 2013 abgeschlossn sein. Nach Informationen von Docvision ergeben sich mehr Möglichkeiten zum Anpassen der Funktionalität des Systems, beschleunigte und gleichzeitige Arbeit mit mehreren Dokumenten.

Leztes Jahr wurde die Version 4,5 mit zwei Subsystmen eingeführt. Das Subsystem Kancelaria soll Geschäftsdokumente erstellen sowie die Automatisierung der wichtigsten Verfahren für den Kunden ermöglichen. Darunter auch Integrationslösung für Veröffentlichung und Verteilung von Roskosmos und ZSKB Dokumenten auf dem Portal für Anzeigen der betroffenen Mitarbeiter. Im System werden gleichzeitig 16000 verschiedene Aufgaben für Dokumente überwacht.

Das System ist eng verbunden mit dem Kooperationportal basierend auf Microsoft Office Share Point Server.

Quelle: Samara segodnja

KbKhA hat auf dem 6. Woronesch Industrie Forum dieses Teil hier präsentiert:

Ein magnetoplasmadynamisches Triebwerk. Die elektrische Leistung des Systems soll bei 10kW liegen, die Schubkraft bei 0,15N. Als Treibstoff sollen verschiedene Gase verwendet werden. Für Stickstoff liegt der spezifische Impuls bei 39.240m/s, bei Wasserstoff bei 98.100m/s. Das Triebwerk soll 24kg wiegen. Leistung und spezifischer Impuls sind regelbar. Tests sind für diesen Sommer geplant.

Im Prinzip ist das Teil also ein russisches VASIMR, nur noch etwas kleiner (wobei gesagt wird, dass dieser Entwurf bis auf 1MW Leistung hochskaliert werden kann)

Überschlagsmäßig würde ein einziges dieser Triebwerke reichen, um die ISS oben zu halten, Dauerbetrieb vorausgesetzt. Sehe ich das richtig?

Dürfte hinkommen, wäre aber vollkommen sinnlos. Jeder Triebwerkseinsatz zerstört die Qualität der Mikrogravitation komplett (die auf der ISS eh schon bescheiden ist)

Hm, ca. 40 ng (Nano-g)? Liegt das nicht eh schon im Bereich des gravitativen "Rauschens" auf der ISS?

Kurze Information zur Block-DM-Familie:

Derzeit arbeitet man bei Energia daran, das System zu vereinheitlichen und bald nur noch 2 Varianten im Einsatz zu haben: Die Block-DM-SLB für mittlere Träger (Zenit, Angara-A3 (?))
Block-DM-03 für schwere Träger (Proton, Angara-A5, "Amur")

Dürfte hinkommen, wäre aber vollkommen sinnlos. Jeder Triebwerkseinsatz zerstört die Qualität der Mikrogravitation komplett (die auf der ISS eh schon bescheiden ist)

Ein Triebwerk, das gerade genau die Reibungsverluste ausgleicht, müßte doch theoretisch sogar die Mikrogravitation verbessern. Luftbremsung ist doch auch eine ungewollte Beschleunigung.

Kann man denn diese Beschleunigung (in Echtzeit) überhaupt genau genug bestimmen? Also nicht über einen größeren Zeitabschnitt gemittelt.

Hallo Liftboy,

man kann das messen, aber nicht "einfach". GOCE z.B. nutzt (mehrere) hochpräzise GPS-Empfänger, um ständig alle "nicht-gravitativen" Beschleunigungen zu erfassen. Außerdem kann man noch (abschnittsweise) die Bewegung per Laser vom Boden hochgenau vermessen.

NPO Energomash wird einen Demonstrator eines Pulsdetonations-Triebwerks entwickeln. Mit dieser Technik lässt sich der spezifische Impuls von Raketentriebwerken insbesondere beim Start um 10-15% erhöhen.

http://www.npoenergomash.ru/about/news/news2_1081.html

Dürfte hinkommen, wäre aber vollkommen sinnlos. Jeder Triebwerkseinsatz zerstört die Qualität der Mikrogravitation komplett (die auf der ISS eh schon bescheiden ist)

Manchmal dauert es ein bisschen länger bis der Groschen fällt.
Bahnanhebung wird gemacht, weil die Rest-Atmosphäre die ISS abbremst und sie dadurch tiefer sinkt. Diese Abbremsung beeinträchtigt die Mikrogravitation. Ein Triebwerk, das kontinuierlich dieser Abbremsung exakt entgegenwirkt, würde die Mikrogravitation verbessern.

Manchmal dauert es ein bisschen länger bis der Groschen fällt.
Bahnanhebung wird gemacht, weil die Rest-Atmosphäre die ISS abbremst und sie dadurch tiefer sinkt. Diese Abbremsung beeinträchtigt die Mikrogravitation. Ein Triebwerk, das kontinuierlich dieser Abbremsung exakt entgegenwirkt, würde die Mikrogravitation verbessern.

Das sehe ich auch so, hab es oben ja schon geschrieben. Aber mit theoretisch, weil es in der Praxis ziemlich schwierig sein dürfte. Man dürfte ja nicht auf tatsächliche Bremsung durch die Atmosphäre warten und die dann ausgleichen. Man müßte ein ziemlich genaues Modell der Atmosphärendichte über die Flugbahn hinweg haben und danach die momentane Beschleunigung bestimmen. Vielleicht könnte man die Daten des vorhergehenden Umlaufes nehmen, gekoppelt mit Kenntnissen von tageszeitlich bedingten Änderungen der Atmosphärendichte.

Schwierig, aber mit heutiger Rechnerleistung und vorhandenen Meßdaten vielleicht nicht unmöglich. Es würde aber auch gute Modulation der Triebwerksleistung über einen ziemlich großen Bereich voraussetzen.

Es müsste zur Überwindung des Bremswiderstands ein Mini-Triebwerk zur Anwendung kommen, das dafür zusätzlich mit garantiert jahrelanger Dauerzuverlässigkeit ausgestattet ist.

Ein Ionentriebwerk. Klein, wenig Leistung, perfekt für Dauerbetrieb.

Hallo,

unmöglich ist das nicht. Das wird sogar schon gemacht: Europas Gravitationsmission GOCE. Der Satellit misst seine aktuelle Beschleunigung sehr genau und regelt sein dauernd schiebendes Ionentriebwerk passend.

Cool wäre es, wenn als Treibgas die Restatmosphäre benutzt werden könnte

Nutzlast und Nutzlastverhältnis

Die technischen Angaben von Trägerraketen beziehen sich immer auf die Startorte, somit ist ein Vergleich untereinander nicht korrekt. Interessant wäre ein Vergleich von einem fiktiven Kosmodrom bei 0 Grad oder z.B. von Kourou für alle Trägerraketen. Hier noch der Vergleich zu Angara-5 bei 758 Tonnen Startmasse, Ariane-5 ES bei 775 Tonnen und Proton-M bei 705 Tonnen.  Die Angabe von 25,8 Tonnen Nutzlast vom Kosmodrom Plessezk bezieht sich mit Nutzlastverkleidung, ohne mit 24,5 Tonnen.


PLESSEZK
Angara-5, Nutzlast, (ohne Nutzlastverkleidung) – 24,5 Tonnen, 3,23%

BAIKONUR
Angara-5, Nutzlast – 25,4 Tonnen, 3,35%
Proton-M, Nutzlast – 23 Tonnen, 3,26%

KOUROU
Angara-5, Nutzlast – 27,5 Tonnen, 3,62%
Ariane-5 ES, Nutzlast – 20 Tonnen, 2,58%

Wir sehen das die Angara-5 Spitzenwerte aufweisen kann. Ein anderer Wert bei russischen Ingenieuren ist das Verhältnis der Trockenmasse zu Nutzlast einer Trägerrakete. Auch hier hat die Angara Spitzenwerte.

http://aviapanorama.ru/wp-content/uploads/2014/08/35.pdf

Weltbester Kerosintriebwerk

Wenn ich richtig liege, so hat das verwendete Kerosin RD-0124A Triebwerk in der Angara die besten Eigenschaften bezogen auf den Impuls von allen Triebwerken weltweit. Selbtst das Methantriebwerk für die Angara Oberstufe hat nur mässige 362s. Heute mit neuen technologischen Lösungen hat ein Methantriebwerk einen Impuls von 385s.

Schub 30 Tonnen oder 294,3 KN
Impuls 359s = 3521,8 m/s
Masse 548kg
Brenndauer bis 424s
Brennkammerdruck  160 Bar


Bei der Entwicklung und Zertifizierung des RD-0124 Triebwerks ab 2006, wurden 225 Brennversuche mit einer Brenndauer von über 55000 Sekunden durchgeführt. Bei einen Triebwerk wurden bis 5 Brennversuche unternommen, entspricht 12 Flüge mit einer Sojus-2.1b und 8 Flüge mit Angara. Mit Hilfe des Triebwerks wurde die Nutzlast bei Sojus-2 um 18% gesteigert.

Quelle: russische Publikationen