Starship/Super Heavy (ehemals BFR/ITS/MCT)

Das nächste Problem ist, dass die Reparatur aufwendig ist,

Oh ja. Ich sehe das, wenn unsere Zelle-Leute am Kundenflieger mal einen GFK-Weißbruch reparieren müssen. Vorrausetzung ist, daß die Reparatur nach sorgfältiger Prüfung an dem Ort und mit Wiederherstellung der Kraftflüsse laut Vorschrift überhaupt zulässig ist. Und in jedem Fall ist dann etwas mehr Gewicht vorhanden.
Und dann geht das Schleifen und Vorbereiten und Legen und Tempern los.
Bei großen Strukturen kommt man dann schnell zu "Aus der Struktur lösen, Wegschmeißen und ein neues Teil her".

Da Stimme ich komplett zu, gerade weil die Starship mal auf dem Mond oder Mars will, spielt eine mögliche Reparatur oder eine Änderung an der Rakete eine Rolle.
Man stelle sich nur mal vor das man beschließt ein älteres Frachtschiff (BFS) einfach als zusätzlichen Lebensraum umzubauen, also Triebwerke vielleicht als Ersatzteile ausgebaut, in die Tanks eine Schleuse eingebaut und innen Zwischendecken eingezogen, das geht vermutlich mit einem Schweißgerät ziemlich problemlos, bei CFK wäre sowas kaum machbar.
Das einzige was dann vielleicht ne Herausforderung wird, ist das Ding vielleicht von aussen mit dunkler Farbe anzustreichen.

O.K., aus Stahl ist ja nur die Außenhaut, aber wie sieht es innen aus, z.B. im bedruckten Bereich oben?
Welches Material wird man hier verwenden?

Crewbereiche haben als Außenwände eigentlich immer ein Multilayer Design: Mikrometeoritenschlutz, Thermische Isolierung, Druckhülle, Innenwand
 .. etc. Und alles aus verschiedenen Materialien.

Sicher aussen auch Stahl, innen kommt sicher noch eine Isolierung drauf und vermutlich eine härterer Oberfläche. Vermutlich wird es noch zwischendecken die mit der Außenhaut verbunden sind.

Das einzige was dann vielleicht ne Herausforderung wird, ist das Ding vielleicht von aussen mit dunkler Farbe anzustreichen.

An der Spitze braucht man deshalb unbedingt einen Dorn, um sich mit dem Farbeimer abseilen zu können. Bitte umgehend Herrn M. informieren

Oder man holt Mister Bean mit seiner Methode
Sollte mit temporärem Zelt auch für außen klappen.

Mir ging es vor allem darum das man eine Starship aus Stahl relativ leicht auch auf dem Mars umbauen kann, mit GFK dürfte das viel schwerer sein.
Wenn die Dinger an ihr Lebensende kommen sind die Dinger auf der Erde kaum noch was wert, auf dem Mars oder Mond aber sehr wertvoll.
Deswegen auch die Farbe, aber eher nur für den Mars aber nur dann wenn man mehr wärme braucht.

Deswegen auch die Farbe, aber eher nur für den Mars aber nur dann wenn man mehr wärme braucht.

Schon klar, war nur'n Scherz
Und es könnte nicht schaden, die Farbe auch außen als Iso-Schaum zu kombinieren.

Es gibt mittlerweile Details zum Starship Heatshield von Elon:

https://www.popularmechanics.com/space/rockets/a25953663/elon-musk-spacex-bfr-stainless-steel/

... What that means is that for a steel structure, the leeward side of the back shell does not need any heat shielding.

On the windward side, what I want to do is have the first-ever regenerative heat shield. A double-walled stainless shell—like a stainless-steel sandwich, essentially, with two layers. You just need, essentially, two layers that are joined with stringers. You flow either fuel or water in between the sandwich layer, and then you have micro-perforations on the outside—very tiny perforations—and you essentially bleed water, or you could bleed fuel, through the micro-perforations on the outside....

demnach besteht die Wand auf der Eintrittsseite aus einer Sandwichstruktur durch die Wasser oder Methan geleitet wird. Durch kleine Öffnungen tritt die Flüssigkeit nach Außen und verdampft dort (Transpirationskühlung). Auf der abgewandten Seite ist wegen der Stahllegierung keine weitere aktive Kühlung notwendig.

Also regenerative Kühlung jetzt beim Hitzeschild. Hauptsache das Kühlmittel geht nicht aus.

Wasser wäre hier ein besseres Kühlmittel, da es aufs Gewicht bezogen eine deutlich höhere Verdampfungsenthalpie als Methan hat. Ausserdem kann es auch im flüssigen Zustand mehr Wärme aufnehmen und hat einen größeren Erwärmungsbereich bevor es verdampft (100°C Wasser vs 20°C Methan)

Wasser wäre hier ein besseres Kühlmittel, da es aufs Gewicht bezogen eine deutlich höhere Verdampfungsenthalpie als Methan hat. Ausserdem kann es auch im flüssigen Zustand mehr Wärme aufnehmen und hat einen größeren Erwärmungsbereich bevor es verdampft (100°C Wasser vs 20°C Methan)

Das Methan wird aber flüssig getankt bei -160°C oder weniger  und das Wasser bei mindestens 0°C, sonst wäre es ja Eis... Wasser verdampft bei 100°C und Methan bei -160°C.

Die Verdampfungsenthalpie von Wasser ist 2257 kJ/kg und bei Methan 481 kJ/kg, beide jeweils am Siedepunkt. Also ist Wasser 4,7 mal besser als Methan.
https://en.wikipedia.org/wiki/Enthalpy_of_vaporization

Nur was ist auf dem Rückflug vom Mars? Woher kommt das Wasser für die Landung auf der Erde?

Die Frage wäre jetzt. Wieviel muss man von was mitnehmen?

Zitat von: Steppenwolf am 22. Januar 2019, 16:38:43

Wasser wäre hier ein besseres Kühlmittel, da es aufs Gewicht bezogen eine deutlich höhere Verdampfungsenthalpie als Methan hat. Ausserdem kann es auch im flüssigen Zustand mehr Wärme aufnehmen und hat einen größeren Erwärmungsbereich bevor es verdampft (100°C Wasser vs 20°C Methan)

Das Methan wird aber flüssig getankt bei -160°C oder weniger  und das Wasser bei mindestens 0°C, sonst wäre es ja Eis... Wasser verdampft bei 100°C und Methan bei -160°C.

Die Verdampfungsenthalpie von Wasser ist 2257 kJ/kg und bei Methan 481 kJ/kg, beide jeweils am Siedepunkt. Also ist Wasser 4,7 mal besser als Methan.
https://en.wikipedia.org/wiki/Enthalpy_of_vaporization

Wenn man das maximale Temperatur Delta nimmt bleiben zwischen Side und Taupunkt bei Methan 21°C an nutzbarem Bereich und 100°C bei Wasser. Dazu hat Methan auch im flüssigen Zustand eine lausige Wärmeenthalpie gegenüber Wasser. Es erwärmt sich schneller und verdampft früher. Eine Verdampfung bereits in der Struktur wird man unbedingt vermeiden wollen. Das einzige was die Verdampfung verzögern könnte ist Bedruckung. Das schließt sich aber mit einer perforierten Sandwichstruktur aus.

Interessant sind auch die Kosten:

RD: Because it’s easier to work with?
EM: Yes. Very easy to work with steel. Oh, and I forgot to mention: The carbon fiber is $135 a kilogram, 35 percent scrap, so you’re starting to approach almost $200 a kilogram. The steel is $3 a kilogram.

... Kohlefaser kostet 135 US-Dollar pro Kilogramm, davon 35 Prozent Schrott, also fast 200 US-Dollar pro Kilogramm. Der Stahl kostet 3 Dollar pro Kilogramm.

Zitat von: Steppenwolf am 22. Januar 2019, 16:38:43

Wasser wäre hier ein besseres Kühlmittel, da es aufs Gewicht bezogen eine deutlich höhere Verdampfungsenthalpie als Methan hat. Ausserdem kann es auch im flüssigen Zustand mehr Wärme aufnehmen und hat einen größeren Erwärmungsbereich bevor es verdampft (100°C Wasser vs 20°C Methan)

Das Methan wird aber flüssig getankt bei -160°C oder weniger  und das Wasser bei mindestens 0°C, sonst wäre es ja Eis... Wasser verdampft bei 100°C und Methan bei -160°C.

Die Verdampfungsenthalpie von Wasser ist 2257 kJ/kg und bei Methan 481 kJ/kg, beide jeweils am Siedepunkt. Also ist Wasser 4,7 mal besser als Methan.
https://en.wikipedia.org/wiki/Enthalpy_of_vaporization

Nur was ist auf dem Rückflug vom Mars? Woher kommt das Wasser für die Landung auf der Erde?

Na Wasser gibts doch auf dem Mars reichlich (ich glaube mehrere 100km3 nur die bekannten Vorkommen) und das muss man sowieso anzapfen. Wenn man da Treibstoff herstellt, kann man auch Wasser tanken.

Das mit den Kapillaren klingt fuer mich hochinteressant. Mit ausreichend Wasser duerfte man so die Huellentemperatur wirklich nur knapp ueber 100 Grad halten koennen. Zuverlässig kriegt man sowas auch gebaut, es sei denn, die Astronauten sind zu durstig und trinken die aktive Kuehlung.

Interessant sind auch die Kosten:

Zitat

RD: Because it’s easier to work with?
EM: Yes. Very easy to work with steel. Oh, and I forgot to mention: The carbon fiber is $135 a kilogram, 35 percent scrap, so you’re starting to approach almost $200 a kilogram. The steel is $3 a kilogram.

Stahl ist aber schwerer als Kohlefaser. Also reden wir von vergleichsweise 20 zu 200 Dollar.

... Kohlefaser kostet 135 US-Dollar pro Kilogramm, davon 35 Prozent Schrott, also fast 200 US-Dollar pro Kilogramm. Der Stahl kostet 3 Dollar pro Kilogramm.

3 Dollar/kg für richtig guten zähen korrosionsarmen Luftfahrtstahl ? Wirklich?

Interessant sind auch die Kosten:
... Kohlefaser kostet 135 US-Dollar pro Kilogramm, davon 35 Prozent Schrott, also fast 200 US-Dollar pro Kilogramm.

Rechne ich falsch, oder passen die Zahlen nicht zusammen:

135 Dollar / 1 kg * ( 1 kg / ( 100% - 35%) ) = 207,69 Dollar. Also sind es über 200 Dollar, nicht "Knapp unter".

Wenn ich falsche Prozentrechnung mache:

135 Dollar / 1kg * (1 kg * (100% + 35%) ) = 182,25 Dollar. Das ist deutlich unter 200 Dollar, und nicht knapp unter. Und es ist falsch gerechnet. Also das kann es nicht sein.

Plus minus Hugo. Es sind ungefähr 135$/kg, Ausschuss ungefähr 35%. Das sind alles gerundete Zahlen.

Welche Dichte hat Kohlenfasern?

Die Frage wäre jetzt. Wieviel muss man von was mitnehmen?

Die Verdampfung erzeugt den Löwenanteil der Kühlung. Dagegen ist die Wärmeaufnahme durch Erwärmung der flüssigen Phase zu vernachlässigen. Grob geschätzt bräuchte man mit Methan also mindestens das 4,7fache an Gewicht um die gleiche Kühlleistung (genau genommen Kühlenthalpie) wie mit Wasser zu erzeugen.

Es gibt neben Gewicht noch andere Argumente die für Wasser sprechen: Erwärmung und Verdampfung finden zb auf einem höheren Temperaturniveau als bei Methan statt (Strahlungskühlung steigt; geringere Temperaturgradienten zu der ungekühlten Seite). Der Sicherheitsaspekt bei Wasser dürfte auch besser aussehen. Wenn sich in der Kühlschicht eine Leckage zum O2 Tank entwickelt wird bei Methankühlung das Starship zu Amos v2.

Der große Vorteil des Methan ist dass man es schon dabei hat. Ob das die Nachteile aufwiegt?

Kann man Wasser nicht auch als Strahlenschutz anwenden? Das wäre über die lange Transit-Phase zum oder vom Mars bestimmt hilfreich.

Kann man Wasser nicht auch als Strahlenschutz anwenden? Das wäre über die lange Transit-Phase zum oder vom Mars bestimmt hilfreich.

Das klingt in der Tat sehr hilfreich. Die Hülle um die Passagiere ist einfach ein großer doppelwandiger Wassertank, der die Reisenden schützt und bei der Landung auf der Erde als Kühlmitteltank dient.

Auffüllen könnte man das ganze außerhalb der Erde, womit man sich den Transport des Wassers aus dem Schwerefeld der Erde ersparen würde. Wörner soll schon mal eine Tankstelle für Mondwasser bei seinem Lunar-Village einplanen.