Triebwerke - Unterschiede in Bau und Bewertung in Hinsicht der Verwendung

Aber die Atlas 5 ist häufiger geflogen, zudem stammt das RD-180 von einem für den bemannten Einsatz entwickelten Triebwerk ab.

Welche Unterschiede muß ein Triebwerk für bemannt oder unbemannt haben? Bei der Rakete mag es ja Unterschiede geben, LAS sowieso, aber das Triebwerk muß doch nur losröhren ? Andererseits - weniger Zuverlässig bei unbemannt ist doch auch nicht erstrebenswert?

Das hat sicher mit der berechneten und getesteten Zuverlässigkeit zu tun. Geld kostet natürlich in beiden Fällen ein Verlust. Das eine ist schlecht für die Presse, das andere echter Scheißes Mist. Vor allem wo es um die Verwendung von Steuern geht macht es sich verdammt schlecht wenn die Helden anstatt den Mars zu betreten, schon den Start hier nicht überleben sollten. Es gibt nix schlimmeres als tot Helden, bevor sie Helden wurden.

Wieso Steuern? Ich dachte immer, die Marskolonie ist ein rein privat finanziertes Unternehmen?

Zitat

Aber die Atlas 5 ist häufiger geflogen, zudem stammt das RD-180 von einem für den bemannten Einsatz entwickelten Triebwerk ab.

Welche Unterschiede muß ein Triebwerk für bemannt oder unbemannt haben? Bei der Rakete mag es ja Unterschiede geben, LAS sowieso, aber das Triebwerk muß doch nur losröhren ? Andererseits - weniger Zuverlässig bei unbemannt ist doch auch nicht erstrebenswert?

Ich bin kein Triebwerksexperte. Aber es geht um mehr als Zuverlässigkeit. Triebwerke können je nach Konstruktion potentiell die Eigenschaft haben, ohne meßbare Vorwarnung zu explodieren. Dann hat auch ein LAS kaum eine Chance, die Astronauten zu retten. Ein solches Triebwerk würde als nicht geeignet für bemannte Flüge betrachtet, selbst wenn sie in der Praxis hohe Zuverlässigkeit bewiesen haben.

Guten Morgen

...Triebwerke können je nach Konstruktion potentiell die Eigenschaft haben, ohne meßbare Vorwarnung zu explodieren. Dann hat auch ein LAS kaum eine Chance, die Astronauten zu retten. Ein solches Triebwerk würde als nicht geeignet für bemannte Flüge betrachtet, selbst wenn sie in der Praxis hohe Zuverlässigkeit bewiesen haben.

Das ist zu pauschal und zu unbestimmt. Was heißt "explodieren"? Fehlermoden können vielfältig sein, in der Düse, in der Vektorsteuerung, in den dynamischen Komponenten der Treibstoffförderung, .... Dass ein Triebwerk sich bei vielen Fehlermoden optisch spektakulär zerlegen kann, liegt in der Natur der Sache: Es ist eine Verbrennungsmaschine unter hohen Druck. Das heißt aber nicht, dass das Triebwerk einfach so explodiert. Wie gesagt, dieser Blick auf "das Triebwerk" ist zu global/grob, "explodieren" ist zu unbestimmt.

Und da wir bei vielen Fehlermoden sind, gibt es auch viele Wege, auf denen sich ein Versagen ankündigt. Komplett überraschend (also ohne Daten) passiert das praktisch nie. Sonst könnte man die Unfälle ja auch nicht im Nachgang auswerten, sondern müsste "das Explodieren" als gegeben hinnehmen. Man muss nur wissen, welche Komponenten man wie überwachen muss ... FMECA lässt grüßen.

Zumal, selbst wenn sich ein Triebwerk zerlegt, zerlegt sich nicht im selben Moment die gesamte Rakete. Selbst bei Challenger kam das Cockpit weitgehend intakt aus der Wolke heraus.

Guten Morgen

Zitat von: Führerschein am 11. März 2014, 07:54:03

...Triebwerke können je nach Konstruktion potentiell die Eigenschaft haben, ohne meßbare Vorwarnung zu explodieren. Dann hat auch ein LAS kaum eine Chance, die Astronauten zu retten. Ein solches Triebwerk würde als nicht geeignet für bemannte Flüge betrachtet, selbst wenn sie in der Praxis hohe Zuverlässigkeit bewiesen haben.

Und da wir bei vielen Fehlermoden sind, gibt es auch viele Wege, auf denen sich ein Versagen ankündigt. Komplett überraschend (also ohne Daten) passiert das praktisch nie.

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Wir verlassen die allgemeine SpaceX-Diskussion ...

Stimmt.

Trotzdem möchte ich noch kurz darauf antworten. Wie gesagt, bin ich kein Triebwerksexperte. Aber ein Beispiel: Staged Combustion Triebwerke mit nur einem Vorbrenner haben eine kritische Dichtung zwischen der Sauerstoff- und der Treibstoffpumpe. Wenn diese Dichtung versagt, gibt es spontan und praktisch ohne Vorwarnung eine heftige Explosion. So ein Triebwerk würde als ungeeignet für bemannte Flüge betrachtet, auch wenn es eine sehr gute Flughistorie hat.

Welche Unterschiede muß ein Triebwerk für bemannt oder unbemannt haben? Bei der Rakete mag es ja Unterschiede geben, LAS sowieso, aber das Triebwerk muß doch nur losröhren ? Andererseits - weniger Zuverlässig bei unbemannt ist doch auch nicht erstrebenswert?

Ein Triebwerk für den bemannte Einsatz muss langlebig und extrem zuverlässig sein. Zudem sollte es möglichst tolerant auf Fehler reagieren, auch wenn das schwierig ist. Im Falle eines Problems sollte es sich schnell aber immer noch kontrolliert abschalten lassen. Die Forderungen widersprechen sich zum Teil und sind auch nicht ganz einfach umzusetzen. Die Zuverlässigkeit lässt sich nur durch Tests absichern. Als beste Beispiele kann man hier F-1 und SSME sehen. Beide Triebwerke wurden nicht nur sehr sorgfältig entwickelt, sondern auch für ein mehrfaches der nötigen Betriebsdauer ausgelegt. Beim SSME klar, es sollte ja wieder verwendbar sein, aber auch das F-1 wurde vor dem Flug mehr als zweimal so lange getestet wie es beim eigentlichen Flug brannte, sowohl einzeln als auch in der Stufe selbst.

Grundsätzlich gilt: Ein Triebwerk stellt mit seinen zahlreichen beweglichen Teilen eine sehr starke Fehlerquelle dar. Deswegen versucht man heute eigentlich, Raketen mit so wenig Triebwerken wie möglich zu entwerfen bzw. zuverlässige Feststoffbooster mit zu verwenden. Anders als in der Luftfahrt gibt es kaum Redundanz, fällt ein Triebwerk aus, scheitert die Mission. SpaceX bricht hier mit zahlreichen Regeln: 9 Triebwerke in der Startstufe sind keine gute Idee, da hier das Risiko, das ein Triebwerk ausfällt, sehr hoch ist. Je nach Ausfallzeitpunkt kann die Mission gerade noch gerettet werden (stabiler LO) oder das Rettungssystem muss einspringen. Bei GTO-Missionen dürfte ein Triebwerksausfall aber in fast jeder Phase einen Verlust der Nutzlast bewirken.

Ein Triebwerk für den bemannte Einsatz muss langlebig und extrem zuverlässig sein.

Ist das also so, daß manche Triebwerke schon bei der Entwicklung nicht so sehr auf Zuverlässigkeit entworfen werden? "Nur" für den Einsatz bei Satelliten oder Fracht? Dadurch billiger? Nur so würde es für mich Sinn machen.

Das Thema ist hier nicht ganz optimal angesiedelt, aber vlt. besser als woanders.
Ausführlich :  Unterschiede in Bauweise/Entwicklung und daraus resultierende Unterschiede in der Bewertung und Nutzung.

Der Thread sollte als relativ kompakte Sammlung von Informationen / Dokumenten verstanden werden, die letztlich als Arbeitsmittel brauchbar wären.

(Sorry, weiß nicht, warum dieser Text hierher gerutscht ist. War erst am Anfang)

Zitat

Ein Triebwerk für den bemannte Einsatz muss langlebig und extrem zuverlässig sein.

Ist das also so, daß manche Triebwerke schon bei der Entwicklung nicht so sehr auf Zuverlässigkeit entworfen werden? "Nur" für den Einsatz bei Satelliten oder Fracht? Dadurch billiger? Nur so würde es für mich Sinn machen.

Nein, hohe Zuverlässigkeit wird immer gebraucht, die Nutzlasten sind oft teuerer als die Rakete. Wie schon gesagt, machen potentielle Fehlermodes den Unterschied aus. Das LAS braucht Vorwarnung, um die Astronauten in Sicherheit zu bringen. Bei unbemannten Raketen ist das unwichtig. Hoffentlich sind Raketen irgendwann zuverlässig genug, daß man kein LAS mehr braucht. Aber so weit sind wir noch nicht.

Hoffentlich sind Raketen irgendwann zuverlässig genug, daß man kein LAS mehr braucht. Aber so weit sind wir noch nicht.

So weit sind wir noch lange nicht. So lange wie Raketen von hochgezüchteten Verbrennungsmaschinen angetrieben werden, so lange geht es ohne LAS nicht. Dafür kann gerade bei Triebwerken einfach zu viel passieren. Wenn man sich die Startsequenz des SSME ansieht so sieht man, das schon 0,1 s den Unterschied zwischen erfolgreicher Zündung und Explosion der Turbopumpe ausmachen können. Insofern war schon der Space Shuttle ein extremes Risiko, weil man schon vorher wusste, das die SSME das kritischste Teilsystem waren. Zwar gab es am Ende keine großen Probleme mit den Triebwerken, aber verglichen mit den Tests hatten die Shuttles im Einsatz auch durchaus Glück.

Die Aussage mit der schlechter Zuverlässigkeit weil so viele bewegliche Teil in einem Triebwerk drin sind, halte ich für zu kurz gegriffen.
Zunächst einmal ist es natürlich schon so, das bewegliche Teile Probleme bereiten können, aber hier automatisch zu sagen das sowas nicht sehr lange stabil laufen kann stimmt offensichtlich nicht, wenn man sich z.B. Turbinen in Kraftwerken anschaut. Diese laufen teils Jahrzehnte mit relativ wenig Wartung.

Die eigentliche Frage ist die, wie kann man mit insgesamt wenig Teilen auskommen und wie kann man die Standzeiten hochschrauben ohne die Betriebsmasse ins Uferlose hochzutreiben?
Bei Verbrennungskraftmaschinen für Raketen geht das eigentlich nur über folgende Verfahren:
1) Reduktion von Schwingungen über den kompletten Betriebsbereich und wo nicht in jedem Betriebspunkt möglich, diesen Betriebspunkt schnell durcheilen.
2) Temperaturen an den Oberflächen reduzieren
3) Betriebsdrücke möglichst klein halten.
4) Reduktion der geometrischen Abmessungen so klein wie möglich halten bei denen hohe Drücke und Temperaturen nötig sind.
5) Zug- und druckbelastete Bauteile bei ihrer optimalen Betriebstemperatur betreiben und wo nicht immer möglich (z.B. Kaltstart), dafür sorgen das Bauteile dann nicht hochbelastet werden.
6) Neue Materialien einsetzen oder entwickeln.
7) Reduktion der Komponenten die zusammengefügt werden müssen durch Fertigungsverfahren die es möglich machen solche Teile in einem Stück herzustellen. (z.B. 3D-Druck)
Neue Verfahren für Funktionen entwickeln, wenn dadurch die Möglichkeit besteht das Komponenten dadurch z.B. leichter, effizienter, zuverlässiger oder kostengünstiger werden.

Die Liste ist sicher nicht vollständig und mir ist natürlich klar das alle Punkte sowohl von den Kosten wie von der Entwicklungszeit, sehr anspruchsvoll sein können.