Einstufiges Raketenkonzept

Hallo zusammen,

für ein Spielprojekt habe ich versucht, mir Gedanken zu einem einstufigen Raketenkonzept, das Fluchtgeschwindigkeit erreichen kann, zu machen. Das endete in einer LibreOffice-Datei, [die ich noch überarbeiten muss].

Angenommen habe ich eine Austrittsgeschwindigkeit von 4000 m/s und ein Verhältnis vom Schub zu Gewicht (trocken) für die Rakete von 70 N pro Kg. Auch ansonsten habe ich versucht, nah an reale existieremnden Raumfahrzeugen zu bleiben.

Sind diese Annahmen so einigermaßen plausibel?

Frage 1: Wie viel Treibstoff hast du an Bord.
Frage 2: Von Wo startest du.
GEO? da brauchst du kaum Schub.
LEO? Da brauchst du auch kaum schub.
Erde? Da wird es kompliziert.

Fluchtgeschwindigkeit von der Erde sind 11,2km/s + Graviationsverlust + Luftreibung - Erdrotationsbonus.
4000m/s  im Vakuum oder am Erdboden?

Wenn du mit 4000m/s überall rechnest, mit 70N Schub pro kg Trockenmasse kannst du aus dem Erdorbit locker auf Fluchtgeschwindigkeit kommen, da nichts gesagt ist über Treibstoffmenge und das Verhältnis dort oben Egal ist.
Startest du mit gleichen Werten von der Erde aus hättest du ca. 6kg Treibstoff pro kg Trockenmasse. Damit kommst du auf knapp 7,8km/s.

Ps: Dies gehöhrt eigentlich nach "Fragen und Antworten Raumfahrt", bei "Projekte und Perspektiven" landet nur ganz offizielle Projekte von den richtigen Raumfahrtunternehmen oder allgemeine Technologiediskusionen.

Grüße aus dem Schnee

Ok, dann verschiebe man es bitte.

Ich meine durchaus eine einstufige Rakete, die auf dem Erdboden startet und Fluchtgeschwindigkeit (oder auch etwas mehr, so ca, 12km/s delta V wären wohl gerade noch machbar) erreichen kann.

Wichtig wäre mir, dass da nichts abgeworfen wird, sondern dass die Rakete in einem Stück bleibt - auch, damit man sie ggf. jenseits des Erdorbits wieder auftanken kann.

Danke für den Hinweis mit der Abhängigkeit der Austrittsgeschwindigkeit vom Außendruck. Wichtiger Punkt, den ich so nicht überblickt hatte!

Leider ist es etwas friemeliger als erwartet, die genauen Zahlen in einer Tabellenkalkulation ausrechnen zu lassen, weil sich ja Werte aufeinander beziehen. Aber ich arbeite dran, damit ich anhand konkreter Zahlen zeigen kann, was ich meine.

Probier es mal hiermit: http://www.strout.net/info/science/delta-v/

Auch kannst du es mit verschiedenen Antrieben versuchen.
Ein Haupttriebwerk, welches für den Flug in den LEO genutzt wird und von dort geht es mit einem Ionentriebwerk weiter.
Dieses hätte einen Höheren Isp (damit eine höhere Austrittsgeschwindigkeit). Hacken hierbei wäre ein längerer Flug, Zusatzgewicht für die zusätzlichen Treibwerke+Stromquelle, aber vielleicht etwas Treibstoff eingespart. zusätzlich währe bei einem Ionentriebwerk das Problem, das man sich Aufspiralen müsste, dieses Flugmanöver kostet deutlich mehr dV und Zeit.

Ps: Wenn du überall mit 4000m/s rechnest und von der Erde aus startest bräuchtest du für 11,2km/s ca. 162N Schub pro kg Trockenmasse und 15,5km Treibstoff. Du würdest kaum vom Pad Wegkommen. Mit dem nötigen extra dV wird es natürlich noch schlimmer.
Auch ist es zu empfehlen Vollgetankt eine Bschleunigung von 1,2G vielleicht sogar etwas mehr zu schaffen, da sonnst die Verluste vor allem am Anfang des Fluges sehr hoch sind.

PPS.: Eine Betankung außerhalb des Erdorbits ist schwierig, da Tanker und Schiff sich nun im freien Raum treffen müssen, im Erdorbit ist es dank der Umlaufbahnen um die Erde um vielles einfacher, da man nicht Zeitnah starten muss, bzw bzw wenn doch einen Treffpunkt weniger aufwendig bestimmen kann.

Grüße aus dem Schnee

Danke - meine Intention ist aber, auf jeglichen "Schnickschnack" zu verzichten und nur und ausschließlich mit einem chemischen Triebwerk (LOX/LH) zu arbeiten.

Mit "jenseits des Erdorbits" kann ja ggf. auch ein anderer Orbit (Mond, Mars, Venus, oder auch nur Sol) gemeint sein.

Wenn ich das richtig sehe, dann ist die effektive Austrittsgeschwindigkeit auf Meeresniveau normalerweise so ca. die Hälfte, richtig? Gibt's da ne Formel?

Es gibt dafür keine Einfache Formel, da hierfür viele Faktoren eine Rolle spielen, etwa die Geometrie des Triebwerks. Und von der Annahme mit der hälfte nimm lieber rasch abstand.
Hier die Schuttletriebwerke, gehöhren zu den besten Wasserstofftriebwerken: https://en.wikipedia.org/wiki/Space_Shuttle_main_engine

Beim Treibstoff ist zu beachten, das verscheidene Treibstoffe verschiedene Anforderungen an die Tanks stellen, zb Volumen, zb Dichtigkeit. Wasserstoff ist schlecht lange Lagerbar.

Was ist deine hauptintention mit den Überlegungen? Also was soll diese Rakete die du dir überlegst alles können?

Grüße aus dem Schnee

Ah, ich hatte mich an

https://en.wikipedia.org/wiki/Rocketdyne_J-2

orientiert.

Die Absicht ist, wie gesagt, eine komplett einstufige, nichts abwerfende Rakete zu bauen, die etwas mehr als Fluchtgeschwindigkeit (oder genauer, ein Delta V von etwa 12 km/s). Eine Art "echtes Raumschiff". Das wird dann wahrscheinlich zu 95% der Masse aus Treibstoff bestehen, grob überschlagen, und damit wird die Rakete entsprechend riesig werden müssen, um noch sinnvolle Nutzlast zu transportieren. Aber mich interessieren da die genauen, realistischen Zahlen, weswegen ich damit gerade herumbastele.

So, hier ist mal so ein Entwurf, wie ich ihn meine:

(Ist nur eine Näherungslösung und lächerlich groß, aber hinreichend gut, um meine Absicht zu illustrieren):

Komponente	Leistung	Masse	Prozent
Rumpf	21.895  m³	363.386 kg	1,38 %
Triebwerk	400.000.000 N Schub	800.000 kg	3,05%
Treibstoff	12.000  m/s dV	25.027.846 kg	95,32%
Nutzlast		10.000  kg	0,04%
Hitzeschild	9.085m²	72.677 kg	0,28 %
Gesamt		26.273.909kg	100,06 %

                                               
                                               
Anfangsbeschleunigung   15,2    m/s²   
Endbeschleunigung       321,0   m/s²

ungefähre Länge: 99,9 m
ungefährer Durchmesser: 16,6 m

So ne Rakete geht wegen der Strukturmassenverhältnisse nicht. Wenn es Science Fiction sein soll, könnte es gehen, wenn man höhere Treibstoffgeschwindigkeiten annimmt z.b. wie bei vasimr

Was wäre denn die maximale heute machbare Größe?

Ich würde Dir die Websites von Bernd Lleitenberger empfehlen. Da ist sehr viel beschrieben und es gibt viele Beispielrechnungen. Man kann somit immer alles selber nachrechnen.

Beispiel für den Einstieg:
https://www.bernd-leitenberger.de/raketengrundgleichung.shtml
https://www.bernd-leitenberger.de/stufen.shtml

Unter dem Strich wird man keine 1-Stufige Rakete bauen können.

Och bauen können, dürfte schon gehen, aber für den Zweck einstufig von der Erde aus den Gravitationseinfluss der Erde zu verlassen ist es schlicht weg zu verschwenderisch im Moment. Mindestens 2 Stufig, damit die Rakete kein Megamonster ist, oder Im Erdorbit nachtanken.

Grüße auf dem Schnee

Danke für die Links, aber die Raketengrundgleichung und der Impulssatz sind in dem obigen Ausschnitt aus meiner Tabellenkalkulation natürlich schon eingebaut.

Ich fürchte, ich kann hier gerade keine Argumente vorbringen als "ich will aber, egal wie teuer". 

Also, wie groß könnte man heute eine Rakete bauen?

Danke für die Links, aber die Raketengrundgleichung und der Impulssatz sind in dem obigen Ausschnitt aus meiner Tabellenkalkulation natürlich schon eingebaut.

Ich fürchte, ich kann hier gerade keine Argumente vorbringen als "ich will aber, egal wie teuer". 

Also, wie groß könnte man heute eine Rakete bauen?

Das ist eine Frage es Materials und auch der Bauausführung, da gibt es dann eine grenze über der das ganze sein Eigengewicht nicht mehr tragen kann... neue Materialien z.b. Nanoröhren schieben diese natürlich nach oben....
An der Physik ändert das natürlich nix, das heißt ein mit vergleichbarer Technik gebautes mehrstufiges Raumschiff wird eine deutlich höhere Nutzlast haben!
MFG S

Aber auch mit konventionellen baumethoden Düfte da noch einiges drin sein. Sowohl in der Breite (problem ist meist nur der Transport) als auch durch wasserstart.
Aber zum einen sind die 5% Nutzlast viel zu hoch. Das schafft man ja kaum dreistufig. Und zum anderen ist es eine - seltsame Annahme so etwas mit einem normalen Triebwerk bauen zu wollen.
Die Projekte die SSTO Träger gehen enger in die richtig luftatmender Triebwerke oder gleich nuklear..

wasserstart.

meinst du jetzt eine schwimmende Rakete? Oder den Start von einer Plattform im Wasser?

Start aus dem Wasser heraus. A la Sea Dragon/biggest Rocket ever designed.

 

Start aus dem Wasser heraus. A la Sea Dragon/biggest Rocket ever designed.

Ui, das kante ich noch nicht:https://de.wikipedia.org/wiki/Sea_Dragon
Und das nicht mal von SpaceX
Stellen sich mir die 2 Fragen ersten Triebwerkzündung unter Wasser ist sicher ein Hochgradig nicht Triviales Problem. Schwimmt so eine Rakete Überhaupt? die Dichte der meisten Treibstoffe außer Wasserstoff liegt ja in der nähe von 1 und dann eine Struktur die Druck Förderung der Treibstoffe zulässt...

MFG S

Zitat von: Sensei am 30. Juli 2017, 16:39:38

Start aus dem Wasser heraus. A la Sea Dragon/biggest Rocket ever designed.

Ui, das kante ich noch nicht:https://de.wikipedia.org/wiki/Sea_Dragon
Und das nicht mal von SpaceX
MFG S

Hallo,

als Erststufe fürs ITS aber doch wie geschaffen. Und wenn das Teil schon vor dem Start schwimmt, kann man es zur Landung ja einfach wieder ins Wasser schmeißen

Zitat von: Stefan307 am 30. Juli 2017, 19:25:43

Zitat von: Sensei am 30. Juli 2017, 16:39:38

Start aus dem Wasser heraus. A la Sea Dragon/biggest Rocket ever designed.

Ui, das kante ich noch nicht:https://de.wikipedia.org/wiki/Sea_Dragon
Und das nicht mal von SpaceX
MFG S

Hallo,

als Erststufe fürs ITS aber doch wie geschaffen. Und wenn das Teil schon vor dem Start schwimmt, kann man es zur Landung ja einfach wieder ins Wasser schmeißen

Die Idee hat was keine Frage, auch wenn meine Einwende bestehen bleiben.

MFG S

PS:
Ich muss jetzt an dauernd an einen Sciencefiction Film? Serie? denke wo die Raumschiffe auch grundsätzliche im Wasser landeten. Das waren natürlich keine Raketen mehr, sondern Waagrecht auf dem Wasser Schwimmenden Gebilde die dann Senkrecht  startenden. Weiß jemand was das Gewesen sein könnte ?

Raumpatrolie Orion. Aber zum einen landen sie nicht wirklich auf der Oberfläche und zum anderen ist das OT.
----

Hier in dem Video ab min 4:00 geht es konkret um die großen Vorteile die Raketenstarts aus dem Wasser heraus speziell bei sehr schweren Raketen haben.

Raumpatroille Orion

Des war salzwasserfest

Raumpatroille Orion

Des war salzwasserfest

Ne das war Bunt und in den Achtzigern. Könnte Zeichentrick gewesen sein...

Aber die Idee ist schon stimmig, wie soll man ein riesiges Raumschiff auf dem Boden sonnst Handhaben? 

Last uns doch einen Thread zum Wasserstart aufmachen ich finde das Thema sehr spannend...

Ne das war Bunt und in den Achtzigern. Könnte Zeichentrick gewesen sein...

Ach....ja? 

Aber interessant insofern für Heute - Salzwasser und auch die Luft im unmittelbaren Oberflächenbereich (>Bargenlandung >Pads an der Küste) kriecht ja in alle Ecken und Ritzen. Gibt es da schon Betrachtungen/Veröffentlichungen, inwiefern sich da selbst bei schnellster Bergung Langzeitschäden kleiner aber heimtückischer Art einstellen können? Bislang brauchte man da ja noch nicht drüber nachdenken.