Konzeption thermische Speicherrakete für die Raumfahrt?

Das Konzept einer thermischen Speicherrakete wandelt gespeicherte thermische Energie in eine Schubkraft um.

Die ersten Überlegungen dazu gab es mit Heisswasserraketen.
Diese Raketen haben ein schlechtes Masse-Leistungsverhältnis.

Das neue Raketenkonzept könnte ein besseres Kosten/Nutzlastverhältnis als chemische Raketen haben.
Die verwendeten Baugruppen könnten deutlich billiger und einfacher sein.
Die Rakete führt getrennt ein Speichermedium und ein Expansionmedium bei geringem Druck mit.
Über eine Turbopumpe werden beide Medien in die Düsenkammer eingespritzt.
Das Triebwerk soll einen Kammerdruck von 50 bar und einen Massedurchsatz von 3t/min haben.

Gruß,
Jens
         

Das neue Raketenkonzept

Und wie sieht das aus?

3 Tonnen / Minute ?

Kauf ich nicht....

Gibt es irgendeine Quelle für dieses Konzept, die man sich man ansehen könnte?

Gruß
roger50

Klingt interessant, aber ist sowas wirklich machbar? Bei einer Wasserrakete denke ich erstmal an Einwegflaschen. 

Hallo zusammen,

mein Konzept ist neu und eine Weiterentwicklung der Heisswasserrakete der TU Berlin.
Sie ist keine Wasserrückstoßrakete.
Die Rakete arbeitet nach dem Rückstoßprinzip und wird mit der Raketengrundgleichung berechnet.

Der Zweck ist die Kostenreduzierung in der Raumfahrt.
Die aktuellen Kosten liegen ca. bei 20000€/kg.
Chemische Treibstoffe sind sehr teuer und gefährlich in der Handhabung.

Die Kostenreduzierung soll durch einen einfachen und billigen Raketenaufbau und
die billigen Stützmassekosten erzielt werden.

Für eine hohe Schubkraft braucht man einen möglichst hohen Kammerdruck und Massedurchsatz im Triebwerk.
In das Triebwerk wird ein sehr heisses ab 950°C flüsiges Speichermedium und Expansionsmedium ca.90°C heiss eingespritzt.
In der Triebwerkskammer gibt das Speichermedium die Wärme an das Expansionsmedium ab.
Das Mischungsverhältnis beträgt 1:2 oder 1:3 je nach Speichertemperatur.
Es wird ein sehr hoher Kammerdruck aufgebaut.
Einen Massedurchsatz von 3t/min sollte mit je einer Turbopumpe pro Medium möglich sein.
Im Prinzip ganz einfach.

Gruß,
Jens

   
 

Mit einer Turbopumpe willst du die Stützmasse vom Tank in die Düsen pumpen? Braucht eine Turbopumpe aber nicht einen Antrieb? Womit willst du deine hypothetische Pumpe also antreiben?

Es wird also ein 950° heißer flüssiger "Energieträger" in einen Tank gefüllt und dort bereitgehalten, bis es es losgeht? Aus einem Vorrats- bzw. Herstellungstank heraus? Über eine Tankeinrichtung, die 150% sicher sein muß? Notfalls auch zurück zu pumpen möglich, gibt ja immer mal Verzögerungen.
Da scheint mir Kerosin, ja selbst flüssiger Wasserstoff beherrschbarer.
Und 3 Tonnen pro Minute sind verdammt wenig angesicht von Triebwerken die 1...2 Tonnen pro Sekunde liefern (müssen), um was Brauchbares hochzubringen.

Die Turbine arbeitet im Nebenstromverfahren.
Ein Teil des Speicher- und Expansionsmediums werden in den Wärmetauscher gepumpt.
Das unter Druck stehende Medium treibt die Turbine an.
Der Abdampf geht ins Freie.
Das Speichermedium geht zurück in den Tank.
Die Turbine wird mit einem Anlasser gestartet.

Der Massedurchsatz von 3t/min ist für eine kleine Versuchsrakete gedacht, um praktische Erfahrung zu sammeln.
Später sollen es dann 1 bis 20t/Sekunde sein.

Das Speichermedium wird extern aufgeheizt und gelagert.
Erst vor dem Start wird die Rakete befüllt.
Bei einem Startabbruch wird die Rakete geleert.

Eine Rakete die nicht explodieren kann, hat einen entscheidenden Sicherheitsvorteil.
Die Geschichte zeigt viele Unglücke.

Gruß,
Jens   

   

Die Geschichte zeigt viele Unglücke.

Das ist richtig..............................

Eine Rakete die nicht explodieren kann, hat einen entscheidenden Sicherheitsvorteil.
Die Geschichte zeigt viele Unglücke.

Wieso soll diese Rakete nicht explodieren können?

Das sehe ich ähnlich. Dieses Konzept kann zwar nicht "chemisch explodieren", aber diese Rakete ist trotzdem ein Energiespeicher, der unter Druck steht und bersten kann ... und diese Energie umsetzt. Und während bei chemischen Raketen die Treibstoffkomponenten inert in den Tanks lagern, bis sie zur Arbeit ins Triebwerk befördert werden, ist hier der Speicher ständig "geladen".

Noch eine andere Frage: Was passiert mit dem Speichermedium? Schleppt die Rakete das die ganze Zeit mit sich? Wie viele (am Ende tote) Masse soll das sein? Klassische Raketen entledigen sich ja (systembedingt) ihrer Treibstoffmasse, nachdem sie ihre chemisch gebundene Energie umgesetzt hat.

Wasser kocht schon bei 100 Grad C, es gibt natürlich Stoffe, die einen höheren Siedepunkt haben, aber ein Medium, daß sogar 950 Grad C flüssig übersteht, kenn ich überhaupt nicht, da hab ich wohl in Physik geschlafen, war leider ein recht langweiliges Fach... wär es vermessen, nach dem Namen und die Zusammensetzung des tollen Speichermediums zu fragen oder ist das top secret?

Und wenn ich schon frage: könnts ihr in der TU Berlin den Versuch filmen und hier reinstellen?

Wasser siedet bei 100°C unter Standardbedingungen (quasi auf Meereshöhe unter dem hiesigen Luftdruck). Unter mehr Druck (im Kessel eingeschlossen), siedet Wasser später. Unter weniger Druck (auf einem Berg), früher.

ja, ich weiss, aber welches Material kann bis zu 950 Grad flüssig überstehen? Egal ob auf Meereshöhe oder im Druckkochtopf...

Meine letzte Frage zum Verbleib des Speichermediums ziehe ich zurück. Jens hat ja oben geschrieben, dass es mit eingespritzt und mit der Stützmasse vermischt wird.

Der Thread ist kein Scherz oder Fake ? Oder ein Test?

Wieso, ist doch auch nicht abgehobener als diverse Antriebstechnik / Marsthreads 

Sehe ich auch so. Immerhin lässt sich das hier schön technische diskutieren ... anstatt (wie in anderen Themen) locker zu spekulieren. Wenn sich zeigen sollte, die Idee bringt nichts, ist das eine Erkenntnis.

Hallo,

vielleicht habe ich die Fragestellung nicht richtig verstanden, aber Thermal Energy Storage (TES) ist nicht sehr effizient. Im besten Fall kann man da so 100 kWh/t speichern, also 360 MJ pro Tonne Material. Um mit einer Rakete etwas in den Orbit zu transportieren werden etwa 10 MJ/kg benoetigt, also 10000 MJ pro Tonne Material (ein Shuttle Start waren so um die 20 TJ bei einer Energieeffizienz von ~20%).  So kommt die Rakete also nicht vom Boden hoch, selbst wenn wir mal einen Wirkungsgrad von 100% annehmen, mit der die Energie aus dem Speichermedium herausgeholt werden kann.

Oder anders gesagt: wenn TES ein guter Energiespeicher für Transportmittel waere, dann laege hinten im Auto ein heisser Stein und ab ginge die Post...

Gruss,
Volker

ja, ich weiss, aber welches Material kann bis zu 950 Grad flüssig überstehen? Egal ob auf Meereshöhe oder im Druckkochtopf...

Wie wärs mit simplem Kochsalz? Das schmilzt bei 800 Grad und verdampft bei knapp 1500 Grad Celsius. Es gibt aber sicher besser geeignete Materialien.

Hallo,

das Speichermedium und das Expansionsmedium sind gleichzeizg alle, dann wird die Stufe abgeworfen.
Die zweite chemische Stufe fliegt dann mit der Nutzlast weiter.

Das Problem für die Raumfahrt wäre die geringe Energiedichte des Speichermediums.

Gruß,
Jens

     

Sicher, nur mit Druck und Hitze bekommt nicht allzuviel Energie in so eine Rakete hinein gequetscht. Und das ist ja der entscheidende Punkt: Wozu soll man so etwas machen? Die heutigen Lösungen wie LH2, Kerosin oder zukünftig CH₄ plus fester Treibstoffe vor allem in der Startphase liefern eine Referenz, die es zu schlagen gilt. Ein neuer Ansatz sollte schon besser sein als diese.

Wie groß wäre der speziefische Impuls und die Schubkraft einer thermischen Speicherrakete bzw. Triebwerk?
Unter welchen Gravitationsbedingungen macht das Raketenkonzept Sinn?

gegebene Größen:
Kammerdruck:               50bar
Massedurchsatz:            15t/s
Energiedichte des
Speichermedium:          350MJ pro Tonne
Mischungsverhältnis:      1:2
Thermische Triebwerks-
wirkungsgrad:              99%
Düsentyp:                    verstellbare Aerospeak Düse
Schubkraftausnutzung
bei jedem Druck:          optimal

Gruß,
Jens

Hallo,

Unter welchen Gravitationsbedingungen macht das Raketenkonzept Sinn?

Bei einem Energieaufwand von 10,000 MJ/Tonne, um etwas in den Orbit zu schicken, ergibt ein Energiespeicher von 350 MJ/Tonne wohl keinen Sinn.
Was meinst Du mit Gravitationsbedingungen ? Auf dem Mond benoetigst Du offensichtlich weniger Energie, um etwas in den Weltraum zu befoerdern.

Gruss,
Volker