Raptor - SpaceXs Methantriebwerk

Zitat von: Quetzalcoatl am 14. April 2017, 19:55:28

... Die russischen Triebwerke werden mit Sauerstoff gekühlt (zumindest beim NK-33 ist das so), ...

Nein. Für die Hauptbrenrkammer nimmt auch das NK-33 Kerosin zum Kühlen.

"All  of  the oxidizer is provided to  the preburner, while most of  the fuel is provided to the main combustionchamber coolant jacket."

Ja, den Vorbrenner kühlen sie mit Sauerstoff.

 "The preburner walls are cooled with liquid oxygen which is then injected at  the chamber periphery before the entrance into the turbine nozzles."

Quelle: http://lpre.de/resources/articles/AIAA-1998-3361.pdf

Danke für für die Info. Also immerhin kühlen sie bereits seit den 60er Jahren mit füssigem Sauerstoff. Mehr hatte ich ja auch nicht behauptet. Aber auch die Hauptbrennkammer kann man mit LOX kühlen, zumindest finden sich dazu zwei Artikel:

https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19900013289.pdf
https://arc.aiaa.org/doi/abs/10.2514/3.57826?journalCode=jsr

Die Düse vom Raptor ist komplett regenerativ gekühlt:

Will be full regen cooled all the way out to the 3 meter (10 ft) nozzle diameter. Heat flux is nuts & radiative view factor is low.

https://twitter.com/elonmusk/status/877341165808361472

Die Düse vom Raptor ist komplett regenerativ gekühlt:

Das Bemerkenswerte daran ist, er redet von der Vakuum-Düse. Das erklärt auch, wie die Vakuum-Düse den Wiedereintritt übersteht. Sie ist robust gebaut, nicht wie die hauchdünne Vakuum-Erweiterung von Merlin vac.

Hmm, das beantwortet die Frage die ich hier schon gestellt hatte

https://twitter.com/NASASpaceflight/status/897929588965113856

Raptor mäht den Rasen.

Steve Jurvetson ist auch Privat noch in der Raumfahrt unterwegs: https://flic.kr/p/H1iq1x
Auf dem Foto ist er zu Besuch auf einem "geheimen Testgelände" und es handelt sich um eine Düse die in Kürze verwendet wird (Ende November). Da Jurvetson nur Investor bei SpaceX und nicht Blue Origin ist könnte es sich doch um Raptor handeln. Oder?

Auf dem Foto sieht man eine Person in einem Wellblech-Rohr, welches mit vielen Schrauben montiert wurde. Ich würde das für ein Belüftungsrohr halten. Für Flüssigkeiten stehen die Schrauben zu weit vor, Dreck würde sich hier verfangen. Außer man hat klares Wasser ohne Fremdteile, dann könnte das auch zum Durchleiten von Wasser verwendet werden.

Steve Jurvetson ist auch Privat noch in der Raumfahrt unterwegs: https://flic.kr/p/H1iq1x
Auf dem Foto ist er zu Besuch auf einem "geheimen Testgelände" und es handelt sich um eine Düse die in Kürze verwendet wird (Ende November). Da Jurvetson nur Investor bei SpaceX und nicht Blue Origin ist könnte es sich doch um Raptor handeln. Oder?

Der Artikel erwähnt 3D Druck der Duese. Ich vermute, es ist bei Elektron.

Für mich sieht der Röhre ein bisschen zu klein aus, um darin ein Full-Scale Raptor zu testen. Auch die Brennkammer die darin getestet werden soll - in den Kommentaren hat er ein Foto davon - sieht relativ klein aus. Ist der Typ (wer auch immer das ist) eventuell Investor bei einer der Start-Ups die aktuell an nem Mikro-Launcer arbeiten? Das würde für mich von der Größe eher passen

BTW: beim zweiten Bild "Cool art in mission control" ist [imo] recht deutlich eine BFR auf dem Mars zu sehen


aber es sagt ja noch niemand dass es ein full scale Raptor sein muss, oder?

Das müsse SpaceX sein die verwenden Inconel.
Ich habe eine andere Idee was es ust: Steuerdüse der BFR. diese sollen Druckbetrieben sein aber den gleichen Treibstoff wie das Raptor verwenden.

Ist der Typ (wer auch immer das ist) eventuell Investor bei einer der Start-Ups die aktuell an nem Mikro-Launcher arbeiten?

Der "Typ" ist ein Großinvestor und "Best Buddy" von Elon Musk mit den Namen Steve Jurvetson. Wenn Musk kein Geld hatte, dann hat er geholfen. Er hat immer einer der ersten Teslas bekommen, war bei der Explosion von Grasshopper 2 dabei (von ihm ist das Video mit der Aufnahme der Explosion), ist selber Raketen(Model)Bauer und sammelt alte Raumfahrtreliquen. Darum war die Vermutung groß das es sich um Raptor handelt. Er ist auch Investor bei Planet, Planetary Ressources und halt den Firmen von Musk. Meines Wissens ist er aber nicht bei Micro-Launchern involviert.

Das müsse SpaceX sein die verwenden Inconel.
Ich habe eine andere Idee was es ust: Steuerdüse der BFR. diese sollen Druckbetrieben sein aber den gleichen Treibstoff wie das Raptor verwenden.

Ja, aber nicht bei Brennkammer oder Düsen. Die sind beim Raptor zu groß für Druck. Für die RCS Düsen wäre möglich. Jurvetson ist aber ziemlich überall willkommen als potentieller Investor.

Zitat von: NotTheAndroidYouSearching am 15. Dezember 2017, 19:09:36

Das müsse SpaceX sein die verwenden Inconel.
Ich habe eine andere Idee was es ust: Steuerdüse der BFR. diese sollen Druckbetrieben sein aber den gleichen Treibstoff wie das Raptor verwenden.

Ja, aber nicht bei Brennkammer oder Düsen. Die sind beim Raptor zu groß für Druck. Für die RCS Düsen wäre möglich. Jurvetson ist aber ziemlich überall willkommen als potentieller Investor.

Ja mit Steuerdüsen habe ich die RCS gemeint. Die sollen ja ziemlich Schubstark sein, wenn SpaceX Mitte 2018 anfangen will die BFR zu bauen sollten die zu mindestens schonmal getestet werden können.

Ich verfolge in den Foren die verschiedenen Diskussionen, besonders auch bezüglich der verschiedenen Treibstoff-Kombinationen und habe diesbezüglich Fragen, die hier (vielleicht) reinpassen...
Für mich (bin da Laie) gibts die grundsätzliche Unterscheidung in kryogene und nicht-kryogene Kombinationen. Beispielsweise haben Satelliten bis vor kurzer Zeit primär mit hoch-toxischen, aber nicht kryogenen Treibstoffkombinationen gearbeitet (UDMH und die dazu passenden Oxidatoren, beispielsweise).
Damit wurden/werden diese Satelliten jahrelang/jahrzehntelang betrieben. Das Zeug heisst nicht umsonst "lagerfähig"...

Diese Stoffe sind damit wohl auch (derzeit) erste Wahl bei Tiefenraum-Missionen -wenn wir mal von elektrisch induzierten Antrieben absehen. Hierbei primär wohl zur Lagekontrolle.
Was mich nun interessiert: wie verhält es sich mit kryogenen Stoffen: LOX, LH2, LNG, etc. bezüglich der Lagerfähigkeit ausserhalb eines Erdorbits ?

Kann das Zeugs überhaupt "vernünftig" isoliert werden, sodass es nicht verdampft ?

Ich erinnere mich da an die Apollo-Zeit; länger als 10-12 Tage mussten die Stoffe wohl nicht verflüssigt durchhalten -dann war die Mission vorbei. 
Limitiert das nicht von vornherein die erreichbaren Missionsziele ? Ist, bis man am Mars (beipielsweise) ankommt, nicht schon der letzte Kryo-Tropfen "verdampft" ? Und ist (mit kryogenen chemischen Antrieben) der Jupiter unerreichbar (im Sinne von Abremsung durch Triebwerk, falls kein Flyby geplant ist) ?

Ich habe da noch die Bilder/Animationen der Elon-Kreationen im Kopf, welche ja, am Zielort angekommen, in irgendeiner Form einen Landing-Burn hinkriegen müssen...
...womit ich dann zum Schluß noch den Bogen zum Raptor hingekriegt habe...

Die Treibstoffe des Apollo Commando und Mondmodule waren die lagerfähig (CMS: MMH/N2O4, LM: UDMH/N2O4). Flüssigsauerstoff war nur für die Versorgung der Crew mit Atemsauerstoff (mit Heizung, daher wurde es so schweinekalt bei Apollo 13) sowie zur Stromerzeugung mittels Brennstoffzelle da. Der Wasserstoff wurde auch flüssig gelagert. Garantiert haben beide, aber insbesondere der Wasserstoff, gut abgedampft. Der Sauerstofftank ist hier ganz gut dargestellt: https://arstechnica.com/science/2015/04/apollo-13-the-mistakes-the-explosion-and-six-hours-of-live-saving-decisions/

Die beste Lagerung von kryogenen Flüssigkeiten ist mit einem Dewargefäß, also vakuumisoliert. Das ist im Weltraum einfach, das Vakuum ist umsonst. Die mechanisch notwendige Abstützung des Innengefäß leitet auch Wärme, kann aber mit zunehmender Größe vernachlässigt werden, da über die langen Verbindungen kaum noch Wärme transportiert wird.

Im Vakuum gibt es ausschließlich Wärmestrahlung, keine Wärmeleitung. Im Gegensatz zu Wärmeleitung und insbesondere Konvektion ist das mittels des Stefan-Boltzmann-Gesetz relativ leicht abzuschätzen, da nur Temperatur sowie Oberfläche zählen. Das kann mittels vieler Lagen von isolierender, verspiegelter Folien ('MLI') weiter optimiert werden. Der englische Artikel dazu ist viel lehrreicher, deep.com ist übrigens ein sehr guter (deutscher) Übersetzungsservice.

Beispielrrechnung: (Ich hoffe das stimmt alles  )
BFS (9m) mit internen Header Tanks (ca. Ø3m x 3,7m, je ca. 22m³) mit Landetreibstoffen (Methan 10t @ -164ºC, LOX 25t @ -182ºC). Die Sonnenstrahlung ist der Wärmeeintrag (5800K) und wirkt auf den Fueltank von nur einer Seite, es hat die Fläche von ca. 9m x 13m = ~117m². Auf der anderen Seite wird Wärme in den 3K kalten Weltraum abgestrahlt, aber das vernachlässige ich jetzt.


Mithilfe dieser Formel lässt sich nun der Wärmefluss abschätzen:

Der Emissionsgrad ? von der Gold/Aluminium Schicht der MLI sei 0.03. Mittlere Temperatur der Lagen ist 300K (geraten), Anzahl der Lagen sei 50, ergibt einen Wärmefluss von 1140 Watt.
Die Verdampfungswärme von LOX ist 213 kJ/kg, LNG hat 511 kJ/kg. Der kältere Sauerstoff verdampft zuerst (ist eine konservative Annahme, da LOX eine geringere Verdampfungswärme hat), womit pro Sekunde ca. 5g LOX verdampft (oder je ca 1.5g/s LOX und LNG). Es dauert damit ca. 135 Tage bis 35t Treibstoff verschwunden sind - sofern keine Gegenmaßnahmen ergriffen werden.

Das Verdampfen zu verhindern ist weiter draußen, außerhalb der Erdbahn für Sauerstoff und Methan ziemlich einfach, da man die Sonnenstrahlung einfach reflektieren kann. Das All ist ja sehr kalt, nicht umsonstfriert RP-1 ziemlich schnell ein.
Vermutlich kann man LCH4 und LOX nahezu ohne Kühlvorrichtung flüssig, zumindest dann wenn man nicht zusätzlich von der Erde angestrahlt wird.
Bei Wasserstoff funktioniert das aber nicht, der ist zu kalt.

SX 300 & soon SX 500. Kind of a modern version of Inconel superalloys. High strength at temperature, extreme oxidation resistance. Needed for ~800 atmosphere, hot, oxygen-rich turbopump on Raptor rocket engine.

https://twitter.com/elonmusk/status/1008385171744174080

SpaceX entwickelt eigene Legierungen SX300 und SX500, die temperaturresistent und oxidationsresistent sind. Die Oxidatorpumpe von Raptor hat ~800 bar Druck.

EM hat vor einer Zeitlang gesagt das sie das Problem mit dem Material bei der sauerstoffreichen Verbrennung gelöst haben, aber sie dürfen wegen ITER darüber nichts (weiter) sagen.
Die 800bar sind sehr krass das lässt beim Raptor auf eine ähnliche Entwicklung wie beim Merlin hoffen, vielleicht sehen wir irgendwann nicht nur 250bar, sondern 500bar.
Allerdings wäre dann der Booster wirklich sehe sehr lang.
Am ende bringt das Ding dann 300t ins LEO.
SpaceX ist immer wieder für Überraschungen gut, egal ob man denke "jetzt ist aber mal Freierabend"

EM hat vor einer Zeitlang gesagt das sie das Problem mit dem Material bei der sauerstoffreichen Verbrennung gelöst haben, aber wie dürfen sie wegen ITER nicht sagen.
Die 800bar sind sehr krass das lässt beim Raptor auf eine ähnliche Entwicklung wie beim Merlin hoffen, vielleicht sehen wir irgendwann nicht nur 250bar, sondern 500bar.
Allerdings wäre dann der Booster wirklich sehe sehr lang.
Am ende bringt das Ding dann 300t ins LEO.
SpaceX ist immer wieder für Überraschungen gut, egal ob man denke "jetzt ist aber mal Freierabend"

Sind ja vermutlich nicht mal statische 800bar. Will net wissen, welche Spitzen da auftreten.. Hatte frueher viel mit Hydraulik zu tun. Moderne Hochdruckhydraulik operiert bei 250-315bar. 800bar in so einem dynamischen Umfeld ist die Hoelle und dann soll das auch noch wiederverwendbar und moeglichst wartungsarm sein. Respekt!

EM hat vor einer Zeitlang gesagt das sie das Problem mit dem Material bei der sauerstoffreichen Verbrennung gelöst haben, aber wie dürfen sie wegen ITER nicht sagen.

Welcher Zusammenhang besteht hier mit ITER, kannst du das bitte mal erläutern?

Zitat von: Klakow am 18. Juni 2018, 12:59:01

EM hat vor einer Zeitlang gesagt das sie das Problem mit dem Material bei der sauerstoffreichen Verbrennung gelöst haben, aber wie dürfen sie wegen ITER nicht sagen.

Welcher Zusammenhang besteht hier mit ITER, kannst du das bitte mal erläutern?

Er meinte wohl ITAR und nicht ITER. 

Zitat von: Klakow am 18. Juni 2018, 12:59:01

EM hat vor einer Zeitlang gesagt das sie das Problem mit dem Material bei der sauerstoffreichen Verbrennung gelöst haben, aber wie dürfen sie wegen ITER nicht sagen.

Welcher Zusammenhang besteht hier mit ITER, kannst du das bitte mal erläutern?

Da liegt der Hase im Pfeffer

https://www.bundesanzeiger-verlag.de/aw-portal/exportkontrolle/hintergruende-und-fachwissen/archiv/itar-bestimmungen-im-konflikt-mit-dem-deutschem-allgemeinen-gleichbehandlungsgesetz.html

Es waere auch irrwitzig und ein Armutszeugnis fuer den Rest der Raumfahrtbranche, wenn SpaceX derartige Dinge auch noch im Alleingang loesen wuerde. Die Regierung hat ja SpaceX Geld angboten, wenn man selber mehr Geld in die Raptorentwicklung steckt. Ich hoffe, man kann jetzt die Triebwerke 1:1 bauen und testen. Materialtechnisch erscheint mir das sowieso als kleine Sensation.

https://www.bundesanzeiger-verlag.de/aw-portal/exportkontrolle/hintergruende-und-fachwissen/archiv/itar-bestimmungen-im-konflikt-mit-dem-deutschem-allgemeinen-gleichbehandlungsgesetz.html

Es waere auch irrwitzig und ein Armutszeugnis fuer den Rest der Raumfahrtbranche, wenn SpaceX derartige Dinge auch noch im Alleingang loesen wuerde. Die Regierung hat ja SpaceX Geld angboten, wenn man selber mehr Geld in die Raptorentwicklung steckt. Ich hoffe, man kann jetzt die Triebwerke 1:1 bauen und testen. Materialtechnisch erscheint mir das sowieso als kleine Sensation.

Also sind bei der Entwicklung des Triebwerks deutsche Firmen beteiligt, verstehe ich das richtig?
Bzw. dieses geheimnisvolle Material stammt aus Deutschland.