Orbital Starship - Prototyp in Boca Chica (TX) und Cocoa (FL)

Zitat von: holleser am 15. Januar 2021, 07:09:04

Ja das stimmt, aber die erhitzten Kacheln geben genau so vie Strahlungshitze nach innen ab wie nach außen. Nach innen kommt halt noch die Wärmeleitung hinzu. Dadurch wird der größere Anteil im Schiff landen.

O.o
Nein, natürlich nicht?!

Dazu müssten die Kacheln hinten genau so heiß werden wir vorne? Dazu bräuchten sie eine sehr starke Wärmeleitfähigkeit - aber gerade diese Kacheln sollten eher das Gegenteil sein (oder?).

Ja, natuerlich doch!

Beim Space Shuttle war genau das aber der Fall. Daher musste das Shuttle nach jeder Landung mit Kuehlfluessigkeit gespuehlt werden. Man sieht das auf Videos: Da faehrt ein Fahrzeug von hinten an das Shuttle heran und verbindet sich mit langen Schlaeuchen am Heck.

Ohne dieses Vorgehen waere das Shuttle nach der Landung buchstaeblich geschmolzen.

Es gibt wenig Gruende anzunehmen, dass die Kacheln hier sich physikalisch anderweitig verhalten sollten.

Kann sein das ich es nicht ganz verstehe, aber schützen die Kacheln nicht komplett vor Hitze die diese nicht durchdringt?
Ist es nicht so das das Oberflächenmaterial leicht abgetragen wird und die Hitze abgeleitet wird?

Ich habe mal ein Video von der Nasa gesehen wo an einem Praktischen Beispiel ein Hitzeschutzmaterial präsentiert wurde. Ist dies nicht vergleichbar?


https://www.youtube.com/watch?v=CchPemGaEmw

Daher verstehe ich nicht, wie dennoch so viel Hitze durch die Kacheln kommt.

Nochmal:

Beim Aerobreaking kann man die thermische Belastung sehr genau einstellen, die ersten Atmospären-Durchflüge finden dabei in einer Höhe von über 100 km statt. Bei den jeweils nachfolgenden Orbitstrecken auf der langen Ellipse wird die Wärme abgestrahlt, bevor der nächste Durchgang durch die Atmosphäre stattfindet. Eine aktive Kühlung von bestimmten Bauteilen ist daher nicht erforderlich.

Kann sein das ich es nicht ganz verstehe, aber schützen die Kacheln nicht komplett vor Hitze die diese nicht durchdringt?
Ist es nicht so das das Oberflächenmaterial leicht abgetragen wird und die Hitze abgeleitet wird?

Ich habe mal ein Video von der Nasa gesehen wo an einem Praktischen Beispiel ein Hitzeschutzmaterial präsentiert wurde. Ist dies nicht vergleichbar?

(Video)

Daher verstehe ich nicht, wie dennoch so viel Hitze durch die Kacheln kommt.

Hallo rkpoldie,

das Prinzip was du meinst ist ablativer Hitzeschutz (Verdampfendes Material/chemische Veränderung beim Verdampfen nimmt Wärma auf und gibt sie so wieder ab).

Beim SpaceShuttle war dies wegen der angestrebten Wiederverwendung aber gerade nicht der Fall, und nach allem was wir wissen, soll es beim Starship ähnlich sein.

Dort nehmen die Kacheln die Wärme auf (es wurde mal Bildlich davon gesprochen dass diese Wärme quasi aufsaugen wie ein Schwamm) ohne dabei zu verdampfen.

Die gesamte Wärmemenge muss dann wieder abgegeben werden (allerdings verzögert, da sie eine hohe kapazität/niedrige Leitfähigkeit haben. Deswegen konnte man die SpaceShuttle Kacheln aus dem ofen hinterher an den Ecken anfassen, obwohl sie in der Mitte glühend waren).

Wärmeabgabe ist nur möglich an die Umgebung (im Weltraum durch Strahlung, falls Aerobraking, dann reentry, nach Landung durch Konvektion) oder eben in das Raumschiffinnere.

Daher hier die Diskussion, wann und wohin es wohl bei den Starshipkacheln welche Wärme abgeben würde (und immer wieder als Vergleich, wie dies beim SpaceShuttle war)

SN9 unter den Sternen.


https://twitter.com/johnkrausphotos/status/1349743604059807746

Zitat von: rkpoldie am 15. Januar 2021, 12:46:12

Kann sein das ich es nicht ganz verstehe, aber schützen die Kacheln nicht komplett vor Hitze die diese nicht durchdringt?
Ist es nicht so das das Oberflächenmaterial leicht abgetragen wird und die Hitze abgeleitet wird?

Ich habe mal ein Video von der Nasa gesehen wo an einem Praktischen Beispiel ein Hitzeschutzmaterial präsentiert wurde. Ist dies nicht vergleichbar?

(Video)

Daher verstehe ich nicht, wie dennoch so viel Hitze durch die Kacheln kommt.

Hallo rkpoldie,

das Prinzip was du meinst ist ablativer Hitzeschutz (Verdampfendes Material/chemische Veränderung beim Verdampfen nimmt Wärma auf und gibt sie so wieder ab).

Beim SpaceShuttle war dies wegen der angestrebten Wiederverwendung aber gerade nicht der Fall, und nach allem was wir wissen, soll es beim Starship ähnlich sein.

Dort nehmen die Kacheln die Wärme auf (es wurde mal Bildlich davon gesprochen dass diese Wärme quasi aufsaugen wie ein Schwamm) ohne dabei zu verdampfen.

Die gesamte Wärmemenge muss dann wieder abgegeben werden (allerdings verzögert, da sie eine hohe kapazität/niedrige Leitfähigkeit haben. Deswegen konnte man die SpaceShuttle Kacheln aus dem ofen hinterher an den Ecken anfassen, obwohl sie in der Mitte glühend waren).

Wärmeabgabe ist nur möglich an die Umgebung (im Weltraum durch Strahlung, falls Aerobraking, dann reentry, nach Landung durch Konvektion) oder eben in das Raumschiffinnere.

Daher hier die Diskussion, wann und wohin es wohl bei den Starshipkacheln welche Wärme abgeben würde (und immer wieder als Vergleich, wie dies beim SpaceShuttle war)

Super, danke für die Erklärung!

Die gesamte Wärmemenge muss dann wieder abgegeben werden (allerdings verzögert, da sie eine hohe kapazität/niedrige Leitfähigkeit haben. Deswegen konnte man die SpaceShuttle Kacheln aus dem ofen hinterher an den Ecken anfassen, obwohl sie in der Mitte glühend waren).

Siehe hier, da kommen die fast weißglühend aus dem Ofen und können trotzdem angefasst werden:

https://www.youtube.com/watch?v=Pp9Yax8UNoM
Schon echt faszinierend

Zitat von: rkpoldie am 15. Januar 2021, 12:46:12

Kann sein das ich es nicht ganz verstehe, aber schützen die Kacheln nicht komplett vor Hitze die diese nicht durchdringt?
Ist es nicht so das das Oberflächenmaterial leicht abgetragen wird und die Hitze abgeleitet wird?

Ich habe mal ein Video von der Nasa gesehen wo an einem Praktischen Beispiel ein Hitzeschutzmaterial präsentiert wurde. Ist dies nicht vergleichbar?

(Video)

Daher verstehe ich nicht, wie dennoch so viel Hitze durch die Kacheln kommt.

Hallo rkpoldie,

das Prinzip was du meinst ist ablativer Hitzeschutz (Verdampfendes Material/chemische Veränderung beim Verdampfen nimmt Wärma auf und gibt sie so wieder ab).

Beim SpaceShuttle war dies wegen der angestrebten Wiederverwendung aber gerade nicht der Fall, und nach allem was wir wissen, soll es beim Starship ähnlich sein.

Dort nehmen die Kacheln die Wärme auf (es wurde mal Bildlich davon gesprochen dass diese Wärme quasi aufsaugen wie ein Schwamm) ohne dabei zu verdampfen.

Die gesamte Wärmemenge muss dann wieder abgegeben werden (allerdings verzögert, da sie eine hohe kapazität/niedrige Leitfähigkeit haben. Deswegen konnte man die SpaceShuttle Kacheln aus dem ofen hinterher an den Ecken anfassen, obwohl sie in der Mitte glühend waren).

Wärmeabgabe ist nur möglich an die Umgebung (im Weltraum durch Strahlung, falls Aerobraking, dann reentry, nach Landung durch Konvektion) oder eben in das Raumschiffinnere.

Daher hier die Diskussion, wann und wohin es wohl bei den Starshipkacheln welche Wärme abgeben würde (und immer wieder als Vergleich, wie dies beim SpaceShuttle war)

Wobei man dazu sagen muss, dass man die Waerme verzögert und langsam ins Schiff weiterleiten kann, wo die Energie u.U. anderweitig genutzt werden kann.

Siehe hier, da kommen die fast weißglühend aus dem Ofen und können trotzdem angefasst werden:

Aber auch nur an den Kanten. An den Flaechen wuerde man sich dennoch die Haende verbrennen. Wurde im Video auch noch einmal erwaehnt.

Zu dem Thema "Wärmetransport ins Innere" noch ein Punkt, die hier meines Wissens noch nicht erwähnt wurde: Beim Shuttle waren die Bausteine vollflächig verklebt, beim SpaceShip sind sie aber "aufgeständert". Ergebnis - größere Oberfläche zur Atmosphäre hin, geringere Wärmeleitung. Das sollte doch die Wärmeabgabe ins Schiff verringern. Man könnte vieleicht im Ringbereich zwischen den Kacheln und dem Mantel einen gewissen Kamineffekt erreichen. (Nach der Landung.) Oder auf einem Rost landen, mit starkem Gebläse darunter, jedenfalls auf der Erde

Die Pins auf denen die Platten montiert werden sollten natürlich aus einer Stahlsorte mit niedriger Wärmeleitung bestehen und mit "thermischen Übergangswiderständen" ausgestattet sein, also partiell kleinen Querschnitten.

@MilleniumPilot: Für was soll man die Wärme nutzen?
Im Passagierabteil will man diese Wärme auf keinen Fall haben.
An den meisten stellen liegen diese Kacheln auch noch direkt über den einwandigen Tanks. Weder Methan noch Sauerstoff möchte man zu früh gasförmig haben.
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@holleser: können wir uns darauf einigen, dass wohl wesentlich weniger Energie in das Schiff geleitet als nach draußen abgegeben wird?

Das ist ein wenig anders Leute, die Luft trifft mit hoher Geschwindigkeit auf die Kacheln, dabei wird die Luft stark kompremiert und wird dabei sehr heiß. Diese heiße Luft, oder als Plasma, berührt die Kacheloberfläche und gibt Wärmestrahlung ab. Etwa die Hälfte der Strahlung wird direkt weg vom Schiff abgestrahlt und dieser Anteil ist ein sehr großer Teil der abgebauten Bewegungsenergie des Raumschiffs. Zusätzlich wird ja auch die Luft erwärmt und strömt am Raumschiff vorbei was wiederrum einen Teil der Bewegungsenergie abbaut. Ein sehr kleiner Teil der Energie erhitzt die Kacheln und fliesst nun durch die Kacheln nach innen.
Da die Keramik aber ein sehr schlechter Wärmeleiter ist, fliest nur wenig Energie nach innen (die Temperaturdifferenz ist sehr hoch).
In erster Näherung kann man den Temperaturabfall von aussen nach innen als Linear annehmen, ist nun ein Großteil der Bewegungsennergie abgebaut, sinkt die Aussentemperatur sehr schnell ab. Da aber ein kleiner Teil noch in den Kacheln steckt (die wurden ja heiss), muss der Teil abgeführt werden.
Typischerweise kann das keramikmaterial nicht viel Wärmeenergie aufnehmen, da kann man in erster Näherung sagen das schlechte Wärmeleiter meist auch sehr wenig Wärmeenergie speichern können.

Mal naiv gefragt: Warum verwendet man bei einem wiedervendbaren Raumschiff keinen ablativen Wärmeschutz? Dann wirft man die "Kacheln" nach jedem Start weg und kachelt neu. Der Rest des Raumschiffes wird wiederverwertet (auch die Triebwerke sind Verschleißteile und werden nicht beliebig oft wiederverwertet, sondern öfters mal getauscht). Warum dann nicht auch die Kacheln? Dann wäre das Konzept doch sehr viel einfacher?

Kacheln dauert lange, ist personalaufwändig, Teuer an Material und Personalkosten.

Ein Starship Tanker soll schon alle 24h fliegen können. So schnell kachelt man ein Schiff aber nicht neu.

Die Hitzeschutzkacheln sind superempfindlich gegen jede Art von Druck. Da reicht es schon mal feste mit dem Fingelknöchel drauf zu tippen und schon ist die schöne Kachel kaputt.

Ich habe gerade ein etwas älteres Video bei Youtube gefunden mit einer Weiterentwicklung von Aerogel. Da frage ich mich ob es vielleicht sogar dieses Material sein könnte was gerade am Starship getestet wird. Das Zeug ist fast unkaputtbar und lässt sich sehr gut bearbeiten


https://www.youtube.com/watch?v=k8OhJKR3AA4

Wenn das nachfolgende Bild der neue Testtank mit 3mm Wandstärke sein soll,
sieht man gegenüber dem linken Ringstapel wesentlich mehr Beulen.
Das dünne Material hat weniger Eigenstabilität. Aber auch das werden sie in den Griff bekommen.


Quelle: StarshipBocaChica  Youtube

https://www.youtube.com/watch?v=dyuPipfRJBY&t=452s
 

Mal naiv gefragt: Warum verwendet man bei einem wiedervendbaren Raumschiff keinen ablativen Wärmeschutz?

Für ein wieder verwendbares Raumschiff verwendet man einen wieder verwendbaren Hitzeschild.
Für ein Einmal-Raumschiff verwendet man einen Ablativen Hitzeschild.

Man kann dieses zu vertauschen, in beide Richtungen, aber es wäre nie sonderlich zielführend.

@MilleniumPilot: Für was soll man die Wärme nutzen?
Im Passagierabteil will man diese Wärme auf keinen Fall haben.

Warum nicht? Wenn das Schiff auf dem Mars landet, hat’s da vielleicht minus 20 Grad und nicht 30 Grad wie in Florida. Man koennte damit Wasser aufwärmen und dann die Temperaturen im Schiff ueber einen laengeren Zeitpunkt auf angenehmen Level halten.

Warum nicht? Wenn das Schiff auf dem Mars landet, hat’s da vielleicht minus 20 Grad und nicht 30 Grad wie in Florida. Man koennte damit Wasser aufwärmen und dann die Temperaturen im Schiff ueber einen laengeren Zeitpunkt auf angenehmen Level halten.

Vermutlich kann man so viel Energie nicht in Wärme speichern. Zumindest nicht so, dass die Energie zwar im Raumschiff aber nicht in den Passagieren gespeichert wird.

Die Hitzeschutzkacheln sind superempfindlich gegen jede Art von Druck. Da reicht es schon mal feste mit dem Fingelknöchel drauf zu tippen und schon ist die schöne Kachel kaputt.

Ich habe gerade ein etwas älteres Video bei Youtube gefunden mit einer Weiterentwicklung von Aerogel. Da frage ich mich ob es vielleicht sogar dieses Material sein könnte was gerade am Starship getestet wird. Das Zeug ist fast unkaputtbar und lässt sich sehr gut bearbeiten

Ganz so empfindlich sind Hitzeschutzkacheln auch wieder nicht.
Und, nein, SpaceX verwendet hier kein Airloy.

Insgesamt muss man mit Werbevideos vorsichtig sein. Es gibt zig Eigenschaften, auf die hin Werkstoffe optimiert werden.

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@Hugo: ach, du bist gedanklich auf dem Mars

Dort kann man wärme natürlich gut gebrauchen. Aber wie immer - aufwand gegen kosten.
Die frage wäre da, wie leicht man die Wärmeenergie aus den Kacheln raus bekommt und sie Sinnvoll wo anders speichern kann. Und wie viel Energie man dabei zurück erlangt.

Ich glaub nicht dass es sich lohnt. Zumal eine solche Wärmequelle alle 2 Jahre schlecht mit einplanen kann.
Man braucht über die ganze Zeit Wärme und Energie. Dann lieber für 10% des Gewichts der nötigen Anlagen PV-Module und einen Durchlauferhitzer mehr zum Mars bringen.

Ganz so empfindlich sind Hitzeschutzkacheln auch wieder nicht.

Wenn sie wie beim Shuttle aus Keramik sind, dann ja. Hatte mal eine in der Hand, die Dinger sind wie Rigips.

Ganz so empfindlich sind Hitzeschutzkacheln auch wieder nicht.

Als Referenz galten hier wohl die vom Space Shuttle:
https://en.wikipedia.org/wiki/Space_Shuttle_thermal_protection_system#Materials

Fragile: The only known technology in the early 1970s with the required thermal and weight characteristics was also so fragile, due to the very low density, that one could easily crush a TPS tile by hand.

Man konnte sie also schon einfach mit der Hand zerstören.

Warum nicht? Wenn das Schiff auf dem Mars landet, hat’s da vielleicht minus 20 Grad und nicht 30 Grad wie in Florida.

Hierzu fällt mir gerade ein:
Wie ist das eigentlich mit den Anforderungen für ein Hitzeschild Mars vs. Erde?
Auf dem Mars ist die Luft viel dünner.
- Muß man also wesentlich flacher in die Athmosphäre eintreten als auf der Erde und länger diese durchfliegen, um die selbe Gesamt-Verzögerung zu generieren? Oder ist das in der ersten Phase nicht relevant, weil die Hochathmosphäre der Erde genauso dünn ist wie die beim Mars tiefer kurz nach dem Eintritt?
- Durch das Beinahe-Vakuum auf dem Mars ist die Wärmeableitung an die Athmosphäre wesentlich ineffektiver als auf der Erde.
- oder gleicht sich das am Ende irgendwie alles aus?

Unter'm Strich ist die Frage eigentlich: Sind Hitzeschutzschilde von Mars-Landern irgendwie anders ausgelegt als solche von "Erd-Landern"? Oder kann man hier einfach für die selbe Masse und Eintrittsgeschwindigkeit das selbe Hitzeschutzschild verwenden?

Es wird im Moment am Austausch der Raptor-Triebwerke gearbeitet. Raptor SN44 wurde schon enternt

Raptor SN44 was a naughty Raptor.

Unter'm Strich ist die Frage eigentlich: Sind Hitzeschutzschilde von Mars-Landern irgendwie anders ausgelegt als solche von "Erd-Landern"? Oder kann man hier einfach für die selbe Masse und Eintrittsgeschwindigkeit das selbe Hitzeschutzschild verwenden?

Puhh, aus dem Stehgreif würde ich sagen: eine Mischung aus beidem.
Ein Wiedereintritt erfolgt bei der Erde, je nach Flugprofil, wohl zwischen 120 und 70 km Höhe. Ähnliche Atmosphäredichten findet man auch auf dem Mars.
Es werden ja auch Wiedereintrittskörper, die für den Mars gedacht sind in hohen Schichten der Erdatmosphäre getestet (z.b. Mars 2020?).

Grundsätzlich wird das bei der Erde und dem Mars schon ähnlich ablaufen und auch mit ähnlichen Hitzeschutzkacheln funktioneren. Aber im genauen Flugprofil gibt es dann natürlich doch Unterschiede.