SpaceX - Diskussion

Dafür, daß noch keine Entscheidung über einen neuen eigenen Standort für ein Pad gefallen ist, treibt SpaceX die Dinge in Brownsville, Texas recht zielstrebig voran.

Hier eine Karte mit gelb markierten Grundstücken, die eine Firma "Dogleg Park" gekauft hat. Ein Antrag, die Straßen zu schließen, liegt der Gemeinde vor. Das gibt ein schönes großes zusammenhängendes Grundstück für das Kontrollzentrum und Anlagen, in denen die Satelliten für den Start vorbereitet werden sollen.



Hier noch ein Link zu einem Beitrag mit einem riesigen Lageplan, was sie darauf alles bauen wollen. In dem Lageplan sind aber die neuesten Zukäufe von vor ein paar Tagen noch gar nicht berücksichtigt. Das Bild ist so groß, daß es besser sein dürfte, es runterzuladen und separat zu öffnen.

http://forum.nasaspaceflight.com/index.php?topic=31544.msg1086116#msg1086116


Edit: Google Earth Suche mit

Remedios Avenue, Brownsville, Texas, USA

führt direkt zu dem Gelände. Es ist noch so gut wie leer, bebaute Grundstücke sind ein Stück weit weg.

Methan auf dem Niveau von Wasserstoff? Bitte nicht übertreiben...

Siedepunkt Wassertstoff: 21K
Siedepunkt Methan: 110K
Siedepunkt Sauerstoff: 90 K
Siedepunkt Stickstoff: 77 K

Über dem Niveau von Sauerstoff und Stickstoff.

Sorry, gerade erst gesehen, daher erst jetzt eine Antwort von mir:

Sicher, Methan diffundiert nicht durch Metalle wie Wasserstoff, aber ansonsten ist es auch nicht ganz einfach zu handhaben. Vom Aufwand her liegt es viel näher an LH2 als an Kerosin. Schauen wir uns das mal genauer an:
 
Der Treibstoff bei einer Rakete hat weitaus mehr Aufgaben als der Oxidator. Mit dem Treibstoff werden sehr viele beweglichen Teile im Triebwerk geschmiert, zudem ist er auch für die Kühlung der Brennkammer und der Schubdüse zuständig.

Bei einem Kerosin-Triebwerk ist alles recht einfach. Kerosin siedet erst bei über 250 °C, man kann es also ohne besondere Probleme zum Schmieren für diverse beweglichen Teile im Triebwerk verwenden. Auch die Kühlung der Brennkammer lässt sich damit recht einfach bewerkstelligen, da Kerosin recht viel Wärme aufnehmen kann. Zudem ist Kerosin bei Normaltemperatur flüssig, die Tanks benötigen also keine aufwendige Isolation und müssen auch nicht wie bei kryogenen Treibstoffen aufwendig gespült werden, um die Luftfeuchtigkeit zu entfernen. Zudem kommt man mit recht kleinen Tanks aus, da Kerosin eine vergleichsweise hohe Dichte besitzt (ca. 0,8). Durch all das ist Kerosin ein sehr einfach zu handhabender Treibstoff. Kerosin wird zumeist mit flüssigem Sauerstoff (LOX) zusammen eingesetzt. Zwar ist flüssiger Sauerstoff ebenfalls sehr kalt (-180 °C), er hat allerdings weit weniger Funktionen als der Treibstoff, so dass sich trotz der niedrigen Temperaturen kaum Probleme ergeben. Lediglich die Turbopumpe muss darauf ausgelegt sein, mit den niedrigen Temperaturen auszukommen. LOX wird schon seit der A4 eingesetzt, die 1943 ihren ersten erfolgreichen Flug absolvierte. LOX / Kerosin ist die Treibstoffkombination, mit der man sowohl in den USA wie auch in Russland die meiste Erfahrung hat. Selbst mehrfach wiederverwendbare Triebwerke sind kein großes Problem. Lediglich im Gasgenerator ist etwas Vorsicht geboten, da dort das Kerosin mit Sauerstoffüberschuss verbrannt wird und die sauerstoffreichen Gase sehr korrosiv sind. Allerdings hat man schon in den 70er Jahren bei der Entwicklung des Space Shuttles festgestellt, dass man das F1-Triebwerk der Saturn 5 ca. 10 Mal hätte wiederverwenden können. Auch das für die Energija-Booster entwickelte RD-170 hätte man ca. 10 Mal wiederverwenden können, so dass man davon ausgehen kann, das eine Wiederverwendung auch über einen längeren Zeitraum ohne Probleme möglich sein dürfte.

Mit flüssigem Wasserstoff (LH2) dagegen ist alles anders. Er ist mit - 250 °C superkalt und zudem nur in einem schmalen Temperaturbereich von 20 °C überhaupt flüssig. Schon die Tanks sind sehr aufwendig, es muss beachtet werden, das Wasserstoff durch Metalle diffundieren kann, zum anderen sind die Tanks wegen der extrem niedrigen Dichte sehr groß und benötigen eine auswendige Isolation, um die Verdampfungsverluste in Grenzen zu halten. Vor der Betankung müssen die Tanks langsam abgekühlt werden, um Kälteschäden im Metall zu vermeiden und die Luftfeuchtigkeit zu entfernen. Beim Treibstofffördersystem muss darauf geachtet werden, das die Ventile nicht vereisen. Im Triebwerk selbst werden alle beweglichen Teile der Treibstoffturbopumpe mit LH2 geschmiert. Sowohl Brennkammer als auch Schubdüse werden mit LH2 gekühlt. Bei der Brennkammerkühlung muss darauf geachtet werden, dass der Wasserstoff beim Durchfluss der Kühlröhrchen verdampft und Dampf weniger Wärme abführen kann. Selbst heute kommt es dabei noch zu Fehlberechnungen, so zum Beispiel beim ersten Flug der Ariane 5 mit dem Vulcan 2 Triebwerk, als das Triebwerk wegen nicht ausreichender Kühlung im Vakuum ausfiel. Das Beherrschen dieser Technologie ist nicht einfach und setzt umfangreiches Wissen voraus, zudem ist sie alles andere als Preiswert. Dennoch lohnt es sich, dank des hohen Energiegehalts liefert LH2 einen bis zu 1200 m/s höheren spezifischen Impuls als Kerosin. Selbst wenn man das erhöhte Gewicht der Tanks und die Isolation mit berücksichtigt, sind davon mindestens 1000 m/s praktisch nutzbar.

Flüssiges Methan steht vom Aufwand her dazwischen. Es ist etwas wärmer als LH2 und deswegen etwas einfacher zu handhaben. Die Tanks können kleiner ausgeführt werden, da die Dichte höher ist als bei LH2 (aber dennoch niedriger als bei Kerosin). Auch die Isolation kann einfacher ausgeführt werden, ähnlich wie beim Sauerstofftank (flüssiges Methan hat eine ähnliche Temperatur wie LOX). Bei den Ventilen dagegen muss ebenfalls darauf geachtet werden, dass sie nicht einfrieren. Beim Triebwerk dagegen gelten fast die gleichen Bedingungen wie mit LH2. Das flüssige Methan dient als Schmierstoff für die Treibstoff-Turbopumpe und als Kühlmittel für Brennkammer und Schubdüse. Man hat in den 60ern Versuche mit dem eigentlich für LH2 ausgelegten RL-10 Triebwerk der Centauer-Oberstufe durchgeführt, die durchaus erfolgreich verliefen, auch wenn es zu keiner praktischen Anwendung kam. Das zeigt sehr deutlich, dass sich Triebwerke, die für LH2 entwickelt wurden, sich sehr einfach auf flüssiges Methan umrüsten lassen, weil flüssiges Methan fast die gleichen Ansprüche an ein Triebwerk stellt wie LH2. Ein Kerosin-Triebwerk lässt sich dagegen kaum auf Methan umrüsten, da die Ansprüche viel zu verschieden sind. Will man ein schubstarkes Methan-Triebwerk für die erste Stufe haben, wird man um eine auswendige Neuentwicklung nicht umhinkommen.

Flüssiges Methan bietet eigentlich nur einen Vorteil, man kann es deutlich länger flüssig halten als LH2. Gerade für eine Transferstufe oder einen Mondlander ist das recht nützlich, da Methan auch etwas mehr Leistung bringt als Kerosin / LOX oder Hydrazin / NTO. Für eine erste Stufe ist Methan aber komplett ungeeignet. Der Aufwand gegenüber Kerosin ist deutlich höher, der Leistungszuwachs aber nur gering. Im Vergleich mit Kerosin / LOX bietet flüssiges Methan / LOX nur einen Leistungszuwachs von ca. 300 m/s. Davon muss man das höhere Gewicht der Tanks (größere Tanks + Isolation) abziehen, so dass davon ca. 200 m/s praktisch nutzbar sind. Das lohnt den Aufwand bei weitem nicht, vor allem nicht in der ersten Stufe, wo es nicht auf das letzte bisschen an Effizienz ankommt. Gerade im Westen werden in der ersten Stufe ja noch immer sehr häufig Feststoffbooster eingesetzt, die einen noch deutlich geringeren spezifischen Impuls als Kerosin liefern. Will man für die erste Stufe eines Großträgers ein Methantriebwerk entwickeln, so ist das natürlich machbar, aber ich bezweifle den Nutzen, da dieses Triebwerk für eine Oberstufe viel zu schubstark wäre. Von der Kosten / Nutzen Relation wäre ein solches Triebwerk Unsinn, der Leistungszuwachs ist so gering, dass es sich einfach nicht lohnt. Da würde man mit einer Wiederaufnahme der Produktion des F1-Triebwerks weitaus besser fahren. Auch in der Oberstufe lohnt sich Methan nicht, dort fährt man mit LH2 weitaus besser. LH2 ist zwar etwas schwerer zu beherrschen als flüssiges Methan (und damit auch etwas teurer), bietet aber einen um ca. 900 m/s höheren spezifischen Impuls. Gerade in der Oberstufe, wo es um jedes kg und jeden m/s geht, ist das ein eindeutiges Votum für LH2.

Einzige Ausnahme, wo sich flüssiges Methan lohnen würde, wäre eine Transferstufe im Orbit, da sich Methan mit einer guten Isolation über mehrere Wochen flüssig halten lässt, was bei LH2 deutlich mehr Aufwand erfordern würde. Für eine konventionelle Rakete dagegen lohnt sich Methan nicht, dafür ist der Leitungszuwachs im Vergleich zu Kerosin einfach zu gering, bzw. der Kostenvorteil von Methan im Vergleich zu LH2 einfach zu gering.

Methan-Triebwerke haben den großen Vorteil, daß sie mit zwei Flüssigkeiten ähnlicher Temperatur arbeiten. Das sollte Materialprobleme und Kosten minimieren. Nicht, wenn man ein LH-Triebwerk auf Methan umrüstet, aber jedenfalls, wenn man neu entwickelt. Das bringt Vorteile bei Wiederverwendbarkeit, zusammen mit der Tatsache, daß Methan praktisch keine Ablagerungen produziert, wichtig für eine hohe Wiederverwendungsrate.

Methan ist nicht _etwas_ leichter handhabbar als LH. Der Unterschied ist extrem. Alleine die metallurgischen Probleme mit der Diffusion. Dazu die Isolierung des Tanks und die Langzeitlagerung bei Oberstufen. Das geht mit LH nur mit aktiver Kühlung, Methan kann rein passiv gekühlt werden und ist deshalb unbegrenzt haltbar, jedenfalls jenseits LEO.

Methan ist deutlich weniger dicht als Kerosin. Dafür verschiebt sich das Verhältnis Treibstoff/LOX weit in Richtung LOX. Das macht den Unterschied gerechnet auf das Gesamtvolumen der Stufe wesentlich geringer. LH braucht riesige stark isolierte Tanks, Das kostet Material und Gewicht. Leistung bringt LH trotzdem mehr, aber es geht ja um Leistung/Kosten.

Zumindest im Prinzip kann man die Tanks bei Methan und Sauerstoff mit dem Treibstoff auf Betriebsdruck halten statt teures Helium dafür zu verwenden. Die Wahrscheinlichkeit ist gegeben, daß es so gemacht werden wird.

Richtig ist, daß man bisher noch keine Rakete mit Methan gebaut hat, soweit ich weiß. Man kann wohl sagen, daß die Raumfahrt bei Russen und Amerikanern ziemlich konservativ ist. Man macht, was man schon kann und verwendet lieber vorhandene Triebwerke und Materialien, statt neue zu entwickeln.

Methan-Triebwerke haben den großen Vorteil, daß sie mit zwei Flüssigkeiten ähnlicher Temperatur arbeiten. Das sollte Materialprobleme und Kosten minimieren. Nicht, wenn man ein LH-Triebwerk auf Methan umrüstet, aber jedenfalls, wenn man neu entwickelt. Das bringt Vorteile bei Wiederverwendbarkeit, zusammen mit der Tatsache, daß Methan praktisch keine Ablagerungen produziert, wichtig für eine hohe Wiederverwendungsrate.

Methan ist nicht _etwas_ leichter handhabbar als LH. Der Unterschied ist extrem. Alleine die metallurgischen Probleme mit der Diffusion. Dazu die Isolierung des Tanks und die Langzeitlagerung bei Oberstufen. Das geht mit LH nur mit aktiver Kühlung, Methan kann rein passiv gekühlt werden und ist deshalb unbegrenzt haltbar, jedenfalls jenseits LEO.

Ich glaube, wir reden etwas an einander vorbei. Ich rede nicht von Oberstufen mit Langzeitlagerung für Marsflüge, noch von wiederverwendbaren Trägern sondern von einem Einsatz in einer ganz normalen Trägerrakete. Und genau dort bringt Methan wenig, kostet aber viel. Methan-Triebwerke in der 1. Stufe sind Unfug. Selbst wenn es gelingen sollte, die erste Stufe wiederzuverwenden, mehr als 10 x wird man ein Triebwerk eh nicht einsetzen. Das bekommt man mit normalen Kerosin-Triebwerken hin, wie das F1 und das RD-170 seit langem bewiesen haben. Legt man ein Triebwerk für mehr als 10 Einsätze aus, steigen die Kosten sehr schnell sehr stark an, wie man gerade am Beispiel SSEM sehr gut gesehen hat.

Aber aktuell ist das eh alles nur Spekulation. Solange es kein klares Programm für einen bemannten Marsflug gibt, so lange weiß man auch nicht, wie ein Marsflug genau vor sich gehen soll. Aber selbst da sehe ich für Methantriebwerke keinen großen Nutzen. Für den Transport zum Mars fährt man mit einem Ionentriebwerk oder VASIMR deutlich besser und selbst für die Lande- und Rückstartstufen könnte man auch Aerozin 50 / NTO verwenden. Die haben eine ähnliche Effizienz wie Kerosin / LOX, kommen aber mit einem überschaubaren Tankvolumen aus und benötigen keine Isolation.

Selbst wenn es gelingen sollte, die erste Stufe wiederzuverwenden, mehr als 10 x wird man ein Triebwerk eh nicht einsetzen. Das bekommt man mit normalen Kerosin-Triebwerken hin, wie das F1 und das RD-170 seit langem bewiesen haben. Legt man ein Triebwerk für mehr als 10 Einsätze aus, steigen die Kosten sehr schnell sehr stark an, wie man gerade am Beispiel SSEM sehr gut gesehen hat.

Das würde ich nicht als in Stein gemeißelt ansehen... ich hatte irgendwann auch mal eine russische Studie im Forum gepostet, wonach Methan deutlich geringere Belastungen für das Triebwerk bedeutet als Kerosin (als Wasserstoff sowieso) und daher der ideale Treibstoff für häufige Wiederverwendung (25+ Einsätze) bei noch sinnvoll niedrigen Kosten wäre.

Legt man ein Triebwerk für mehr als 10 Einsätze aus, steigen die Kosten sehr schnell sehr stark an, wie man gerade am Beispiel SSEM sehr gut gesehen hat.

Danke für das Beispiel. Ein besseres Argument gegen LH gibt es nicht.

Ich glaube, wir reden etwas an einander vorbei. Ich rede nicht von Oberstufen mit Langzeitlagerung für Marsflüge, noch von wiederverwendbaren Trägern sondern von einem Einsatz in einer ganz normalen Trägerrakete. Und genau dort bringt Methan wenig, kostet aber viel. Methan-Triebwerke in der 1. Stufe sind Unfug.

LH2 wurde und wird auch für Startstufen eingesetzt, siehe die Ariane 5. Methan ist klar besser für solche Träger geeignet als LH2, alle Vorteile kommen voll zum tragen und der etwas niedrigere ISP ist abgesehen von Oberstufen völlig belanglos. Wieso also sollte das Unfug sein?

Zitat von: MR am 22. August 2013, 15:39:12

Legt man ein Triebwerk für mehr als 10 Einsätze aus, steigen die Kosten sehr schnell sehr stark an, wie man gerade am Beispiel SSEM sehr gut gesehen hat.

Danke für das Beispiel. Ein besseres Argument gegen LH gibt es nicht.

Gegenbeispiel ist das RS-68 der Delta 4. Aktuell das schubstärkste LH2-Triebwerk und bei einer Fertigung in höheren Stückzahlen wäre es sogar recht preiswert.

Wenn es um Wiederverwendung geht, sind die Kosten nicht vom Treibstoff abhängig. Das SSME ist nur deswegen so teuer, weil es extrem oft wiederverwendet werden sollte (55 Flüge) und technisch bis an die Grenzen geht. Unter diesen Bedingungen wäre auch ein Kerosin- oder Methantriebwerk nicht billiger.

LH2 wurde und wird auch für Startstufen eingesetzt, siehe die Ariane 5. Methan ist klar besser für solche Träger geeignet als LH2, alle Vorteile kommen voll zum tragen und der etwas niedrigere ISP ist abgesehen von Oberstufen völlig belanglos. Wieso also sollte das Unfug sein?

Ganz einfach, weil Kerosin / LOX weit billiger ist. Methan / LOX ist deutlich aufwendiger, der spezifische Impuls ist aber nur ca 300 m/s höher (wegen dem größeren Tankgewicht und der Tankisolation sind davon vielleicht 200 m/s nutzbar). Bei einer ersten Stufe ist der spezifische Impuls aber kaum von Belang, daher fährt man bei einer ersten Stufe mit Kerosin / LOX besser.

Bei einer Oberstufe dagegen kommt es auf vor allem auf den spezifischen Impuls an, hier ist LH2/LOX die erste Wahl. Wie viel der höhere Energiegehalt von LH2 ausmacht, sieht man am besten beim Vergleich Saturn 5 / N1. Die N1 war fast genau so schwer wie die Saturn 5, musste aber sogar 4 Stufen verwenden und hatte wegen dem niedrigeren Energiegehalt des Treibstoffes nur 70 t LO Nutzlast (Saturn 5 125 t). Dabei setzte die Saturn 5 Triebwerke ein, die technisch bewusst nicht bis an die Grenzen gingen. Die Russen dagegen mussten den Treibstoff weitaus effiziente Nutzen und entwickelten dafür extrem effiziente Hochdrucktriebwerke.

Ich bezweifle daher den Nutzen von Methan sowohl in der Unter- als auch in der Oberstufe eines Trägers. Einzig für eine Transferstufe zum Mond oder einen Mondlander mag Methan einen kleinen Vorteil bringen.

Ganz einfach, weil Kerosin / LOX weit billiger ist. Methan / LOX ist deutlich aufwendiger

Ist korrekt für einmalige Verwendung. Bei mehrfacher Verwendung hat Methan aber Vorteile (kältere Verbrennung, saubere Verbrennung), die insbesondere das Triebwerk im Vergleich zu Kerosin deutlich schonen. Das kann sich durchaus lohnen dann

Da ich den Anfang dieser Diskussion ein wenig verpasst habe: Wie hat sich SpaceX dazu eigentlich positioniert? (Wenn wir schon in diesem Thread drüber diskutieren ^^)

Da ich den Anfang dieser Diskussion ein wenig verpasst habe: Wie hat sich SpaceX dazu eigentlich positioniert? (Wenn wir schon in diesem Thread drüber diskutieren ^^)

Musk hat gesagt, dass er langfristig auf Methan wechseln möchte. Mehr weiß man eigentlich nicht.

Ist korrekt für einmalige Verwendung. Bei mehrfacher Verwendung hat Methan aber Vorteile (kältere Verbrennung, saubere Verbrennung), die insbesondere das Triebwerk im Vergleich zu Kerosin deutlich schonen. Das kann sich durchaus lohnen dann

Da ich den Anfang dieser Diskussion ein wenig verpasst habe: Wie hat sich SpaceX dazu eigentlich positioniert? (Wenn wir schon in diesem Thread drüber diskutieren ^^)

SpaceX möchte in ihrer MCT Rakete in allen Stufen Methan / LOX einsetzen, auch in der Startstufe, dort zusammen mit einem Hauptstromtriebwerk.

Bei der Wiederverwendung ist das SSME das Paradebeispiel. Geradezu ein Wunderwerk der Technik, immer noch das beste Triebwerk, das je gebaut wurde. Aber durch die Rahmenbedingungen (hohe Effizienz, 55 Mal verwendbar) ist es leider auch extrem teuer, ca 55 Mio Dollar kostete so ein Triebwerk schon in den 80ern.

Das es nicht am Wasserstoff liegt beweist das RS-68. Weit weniger effizient aber deutlich günstiger. Würde man 10 Stück im Jahr bauen, wie es mal geplant war, würde ein RS-68 nicht mehr als 15 Mio Dollar kosten.

Zitat von: Major Tom am 22. August 2013, 16:52:33

LH2 wurde und wird auch für Startstufen eingesetzt, siehe die Ariane 5. Methan ist klar besser für solche Träger geeignet als LH2, alle Vorteile kommen voll zum tragen und der etwas niedrigere ISP ist abgesehen von Oberstufen völlig belanglos. Wieso also sollte das Unfug sein?

Ganz einfach, weil Kerosin / LOX weit billiger ist. Methan / LOX ist deutlich aufwendiger, der spezifische Impuls ist aber nur ca 300 m/s höher (wegen dem größeren Tankgewicht und der Tankisolation sind davon vielleicht 200 m/s nutzbar). Bei einer ersten Stufe ist der spezifische Impuls aber kaum von Belang, daher fährt man bei einer ersten Stufe mit Kerosin / LOX besser.

LH2 / LOX bei Startstufen ist noch weitaus teurer und aufwendiger als Methan, wird aber trotzdem genutzt. Die Verwendung von Methan hat im Vergleich damit nur Vorteile, ist also sicher kein Unfug. Das ist es, worauf ich hinaus wollte. 

Was den Preis im Vergleich zu Kerosin angeht steht LNG wirklich gut da. Völlig reines Methan ist im Gegensatz zu Wasserstoff für Raketen gar nicht notwendig.

Kerosin ist ein sehr guter Treibstoff für Startstufen, aber für Oberstufen nur schlecht geeignet, wird also üblicherweise mit LH2 kombiniert. Bei Methan kann man nur einen einzigen Treibstoff für alle Stufen verwenden, das hat auch wieder Vorteile. Dazu kommt noch die Möglichkeit der Wiederverwendung. Das "Gesamtpaket" Methan ist daher meiner Meinung nach Kerosin/LOX überlegen.

Zitat von: websquid am 22. August 2013, 17:37:11

Da ich den Anfang dieser Diskussion ein wenig verpasst habe: Wie hat sich SpaceX dazu eigentlich positioniert? (Wenn wir schon in diesem Thread drüber diskutieren ^^)

Musk hat gesagt, dass er langfristig auf Methan wechseln möchte. Mehr weiß man eigentlich nicht.

Ich weiß nicht, ob wechseln das richtige Wort ist.  Wechseln klingt, als ob er Falcon 9 ersetzen will. Das glaube ich auf absehbare Zeit nicht. Falcon 9 wird das Arbeitspferd, das das Geld einspielen soll.

Er will Methan für MCT, genau wie MR es gesagt hat. Und aus Gründen der Einheitlichkeit will er dann Methan auch für die erste Stufe. Ansonsten ist es schon richtig, was MR sagt. Für die erste Stufe ist Kerosin auch gut. Aber Elon Musks Meinung nach erleichtert Methan die Wiederverwendbarkeit und senkt durch einheitliches Pad-Handling die Betriebskosten. Es wird ja immer wieder darauf hingewiesen, daß die Pad-Kosten einen hohen Anteil der Startkosten ausmachen. Also müssen für günstige Starts alle Kostenfaktoren angefasst werden.

Meine rein persönliche und wenig durch Tatsachen abgedeckte Meinung ist, daß MCT bei voller Wiederverwendung der ersten und zweiten Stufe auch für GTO die Falcon Heavy ablösen wird. So verdient die Rakete ihr Geld, nicht nur für Marsflüge.

Aber Elon Musks Meinung nach erleichtert Methan die Wiederverwendbarkeit

Mit der Meinung steht er ja auch nicht alleine....

LH2 / LOX bei Startstufen ist noch weitaus teurer und aufwendiger als Methan, wird aber trotzdem genutzt. Die Verwendung von Methan hat im Vergleich damit nur Vorteile, ist also sicher kein Unfug. Das ist es, worauf ich hinaus wollte. 

Klar ist Wasserstoff etwas teurer, aber er hat auch in der Startstufe massive Vorteile. Selbst bei einem weniger effizienten Triebwerk wie dem RS-68 hat LH2 einen ca 600 m/s höheren spezifischen Impuls als ein Hochleistungs-Methantriebwerk. Der Zugewinn ist so hoch, das sich lohnt, denn ein Hochleistungs-Hauptstromtriebwerk für Methan dürfte um einiges teurer sein als ein RS-68. Aber grundsätzlich genügt für eine Startstufe Kerosin, immerhin kommt es bei einer Startstufe nicht auf das letzte Quantum Effizienz an. Methan ist zwar etwas billiger als LH2, aber doch deutlich teurer als Kerosin.

Was den Preis im Vergleich zu Kerosin angeht steht LNG wirklich gut da. Völlig reines Methan ist im Gegensatz zu Wasserstoff für Raketen gar nicht notwendig.

Die Treibstoffkosten betragen vielleicht 1% von den gesamten Startkosten uns fallen somit eigentlich kaum ins Gewicht.

Kerosin ist ein sehr guter Treibstoff für Startstufen, aber für Oberstufen nur schlecht geeignet, wird also üblicherweise mit LH2 kombiniert. Bei Methan kann man nur einen einzigen Treibstoff für alle Stufen verwenden, das hat auch wieder Vorteile. Dazu kommt noch die Möglichkeit der Wiederverwendung. Das "Gesamtpaket" Methan ist daher meiner Meinung nach Kerosin/LOX überlegen.

Welche genauen Vorteile sieht du darin, wenn die komplette Rakete Methan verwendet? Die Unterschiede zwischen Startstufe und Oberstufe sind so groß, das es in meinen Augen kaum einen Unterschied macht, ob man durchgehend den gleichen Treibstoff oder verschiedene Treibstoffe nutzt. Bei einer Oberstufe sind die Unterschiede zudem extrem, LH2 hat hier (legt man ein aktuelles RL-10 B-2 zugrunde legt) einen ca 900 m/s höheren spezifischen Impuls als ein Methan Triebwerk. Bei einem so massiven Leistungsgewinn lohnen sich die höheren Kosten für Wasserstoff locker, Methan hat da nichts entgegenzusetzen. Man hat in den letzten 50 Jahren genug Tests mit allen möglichen Treibstoffkombinationen gemacht, auch mit Methan, es bis heute aber nie eingesetzt. Das hat einen Grund.

Man hat in den letzten 50 Jahren genug Tests mit allen möglichen Treibstoffkombinationen gemacht, auch mit Methan, es bis heute aber nie eingesetzt. Das hat einen Grund.

Es gab bestimmt mehr als ein Grund, dass man es lange Zeit nicht ernsthaft in Erwägung zog. Fakt ist, dass sich anscheinend die Rahmenbedingungen geändert haben, weil man jetzt auf beiden Seiten des Atlantiks Methan als Treibstoff nutzen möchte. Man kann wohl davon ausgehen, dass es sich für bestimmte Anwendungen unter bestimmten Bedienungen doch lohnt.

Ein Argument nur weil etwas nicht gemacht wurde, kann es ja keine valide oder besser Lösung sein ist nicht belastbar. Wäre es dass hätten wir keine Innovation, da wir ja alles schon Wissen müßten was es zu wissen gibt und überall die besten Lösungen schon anwenden. 

Im Endeffect spekulieren wir hier nur herum und ohne genau Zahlen können wir keine fundierte Aussage treffen. Sollten die Methan Träger gebaut werden, dann werden sie sich an der Realität messen dürfen und dann sind wir auch schlauer, denn die Realität ist nun mal die letzte Instanz und weder Berechnungen noch Spekulation, sei es auch ein educated guess.

Im Endeffect spekulieren wir hier nur herum und ohne genau Zahlen können wir keine fundierte Aussage treffen. Sollten die Methan Träger gebaut werden, dann werden sie sich an der Realität messen dürfen und dann sind wir auch schlauer, denn die Realität ist nun mal die letzte Instanz und weder Berechnungen noch Spekulation, sei es auch ein educated guess.

Ein gutes Schlußwort für die Diskussion.

Eines möchte ich aber noch sagen. Wasserstoff ist ein wirklich schlechter Treibstoff für Erststufen. Zwar ist der hohe ISP gut, aber Wasserstoff bringt durch geringen Massedurchsatz zu wenig Schub für den Start. Deshalb wird mit Boostern ergänzt und das kann es doch nicht sein.

Klar ist Wasserstoff etwas teurer, aber er hat auch in der Startstufe massive Vorteile. Selbst bei einem weniger effizienten Triebwerk wie dem RS-68 hat LH2 einen ca 600 m/s höheren spezifischen Impuls als ein Hochleistungs-Methantriebwerk. Der Zugewinn ist so hoch, das sich lohnt, denn ein Hochleistungs-Hauptstromtriebwerk für Methan dürfte um einiges teurer sein als ein RS-68. Aber grundsätzlich genügt für eine Startstufe Kerosin, immerhin kommt es bei einer Startstufe nicht auf das letzte Quantum Effizienz an. Methan ist zwar etwas billiger als LH2, aber doch deutlich teurer als Kerosin.

Die Effizient ist bei Startstufen nicht so wichtig, das ist richtig. Aber wenn das noch schlechtere Kerosin für die Startstufe grundsätzlich genügt, warum dann nicht Methan? 

Zitat von: Major Tom am 22. August 2013, 18:02:42

Was den Preis im Vergleich zu Kerosin angeht steht LNG wirklich gut da. Völlig reines Methan ist im Gegensatz zu Wasserstoff für Raketen gar nicht notwendig.

Die Treibstoffkosten betragen vielleicht 1% von den gesamten Startkosten uns fallen somit eigentlich kaum ins Gewicht.

Das Argument mit dem Treibstoffpreis kommt von dir. 
Bei wiederverwendbaren Systemen ist der Preisanteil natürlich höher.

Zitat von: Major Tom am 22. August 2013, 18:02:42

Kerosin ist ein sehr guter Treibstoff für Startstufen, aber für Oberstufen nur schlecht geeignet, wird also üblicherweise mit LH2 kombiniert. Bei Methan kann man nur einen einzigen Treibstoff für alle Stufen verwenden, das hat auch wieder Vorteile. Dazu kommt noch die Möglichkeit der Wiederverwendung. Das "Gesamtpaket" Methan ist daher meiner Meinung nach Kerosin/LOX überlegen.

Welche genauen Vorteile sieht du darin, wenn die komplette Rakete Methan verwendet? Die Unterschiede zwischen Startstufe und Oberstufe sind so groß, das es in meinen Augen kaum einen Unterschied macht, ob man durchgehend den gleichen Treibstoff oder verschiedene Treibstoffe nutzt.

Man braucht am Pad nur für eine Treibstoffart Tanks und Leitungen. Die Anlagen werden weniger aufwendig, man spart Geld. Der Anteil der Pads an den Gesamtkosten ist beachtlich.

Man hat in den letzten 50 Jahren genug Tests mit allen möglichen Treibstoffkombinationen gemacht, auch mit Methan, es bis heute aber nie eingesetzt. Das hat einen Grund.

Die Entwicklung bleibt eben nicht stehen.

Eines möchte ich aber noch sagen. Wasserstoff ist ein wirklich schlechter Treibstoff für Erststufen. Zwar ist der hohe ISP gut, aber Wasserstoff bringt durch geringen Massedurchsatz zu wenig Schub für den Start. Deshalb wird mit Boostern ergänzt und das kann es doch nicht sein.

Sehe ich etwas anders. Es kommt immer darauf an, wie man einen Träger auslegt. Die EELV-Träger nutzen beide Feststoffbooster, weil man damit die Träger an die unterschiedlichsten Nutzlasten anpassen kann. Gerade dadurch sind die EELVs ja auch so vielseitig.

Die Delta 4 Heavy zeigt zudem sehr gut, das es auch mit einer Wasserstoffgrundstufe sehr gut klappt, immerhin ist die Delta 4 Heavy der aktuell stärkste Träger der USA.

Allerdings muss es für eine Grundstufe nicht unbedingt der teure Wasserstoff sein, hier tut es auch ein billigerer Treibstoff wie Kerosin. Für die Oberstufe dagegen gibt es in meinen Augen keine Alternative zu Wasserstoff. Nur mit einer LH2 Oberstufe kann man einen Träger optimal ausnutzen. Methan ist in meinen Augen keine Option, weder für Unter- noch Oberstufe.

Das Argument mit dem Treibstoffpreis kommt von dir. 
Bei wiederverwendbaren Systemen ist der Preisanteil natürlich höher.

Ich meinte mit dem Verweis auf den Preis nicht die reinen Treibstoffkosten, sondern eher die Systemkosten, also den finanziellen Aufwand, den die Nutzung eines Treibstoffes hervorruft. Der ist bei Wasserstoff am weitaus höchsten, obwohl Wasserstoff bei großtechnischer Abnahme an sich gar nicht so teuer ist. Teuerste Treibstoffe an sich sind Hydrazin und seine Derivate mit über 25 Euro je Kilo, wobei diese Komponenten angesichts ihrer Eigenschaften nur geringe Systemkosten verursachen (selbstenzündlich, lagerfähig). Auch fester Treibstoff an sich ist recht teuer, die Nutzung dann allerdings extrem billig.

Die Systemkosten sind bei Methan auch wesentlich günstiger. Wasserstoff diffundiert durch die Tankwände und stellt enorme Ansprüche an das Material. Ausserdem muß aktiv gekühlt werden. Bei Methan gibt es diese Probleme nicht.

Mir ist völlig klar, daß man mit Wasserstoff als Treibstoff aus einer Rakete mehr Leistung als mit Methan herauskitzeln kann. Wenn es aber um den Nutzlastpreis/kg geht sieht die Sache anders aus - und der ist das alles entscheidende Kriterium. Bei wiederverwendbaren Systemen, denen die Zukunft gehören dürfte, ist die Bilanz noch besser.

Die Systemkosten sind bei Methan auch wesentlich günstiger. Wasserstoff diffundiert durch die Tankwände und stellt enorme Ansprüche an das Material. Ausserdem muß aktiv gekühlt werden. Bei Methan gibt es diese Probleme nicht.

Mir ist völlig klar, daß man mit Wasserstoff als Treibstoff aus einer Rakete mehr Leistung als mit Methan herauskitzeln kann. Wenn es aber um den Nutzlastpreis/kg geht sieht die Sache anders aus - und der ist das alles entscheidende Kriterium. Bei wiederverwendbaren Systemen, denen die Zukunft gehören dürfte, ist die Bilanz noch besser.

Man hat (zumindest im Westen) mit Wasserstoff mittlerweile sehr viel Erfahrung, so das die Vorteile die Nachteile  deutlich überwiegen. Eine aktive Kühlung ist natürlich nicht nötig, man kann auf der Startrampe bis wenige Sekunden vor dem Start nachfüllen und dank ordentlicher Isolation sind bei der Centauer Freiflugphasen von bis zu 6 Stunden möglich. Das genügt für die Starts aller denkbaren Nutzlasten.

Mit besserer Isolation könnte man den Wasserstoff durchaus auch einige Tage flüssig halten, zb für eine Mondmission, aber das ist eher ein Grenzfall. Methan lohnt sich dafür in meinen Augen nicht, der Gewinn ist zu gering und wird durch das Gewicht der Tanks und der Isolation teilweise wieder aufgefressen. Da könnte man besser Aerozin 50 / NTO verwenden, zusammen mit einem hocheffizienten Triebwerk ist die Leistung durch die leichteren Tanks (kleiner, ohne Isolation) nicht viel schlechter als mit Methan, zudem ist der Treibstoff leichter zu handhaben, zb wird kein Zündsystem benötigt.

Wie schon beschrieben, ist der Aufwand für Methan nicht viel geringer als für Wasserstoff. Methan lohnt sich daher in meinen Augen einfach nicht. Will man eine billige Rakete, nimmt man Kerosin / LOX, will man max Leistung und ist bereit, etwas mehr zu investieren, dann nimmt man Wasserstoff. Die Kosten für Wasserstoff sind zwar etwas höher als die von Methan, der Zugewinn an Leistung ist aber so massiv (900 m/s), das sich diese Kosten auf jeden Fall rentieren. Würde man die Delta 4 10 - 12 Mal pro Jahr starten, so könnte sie trotz Wasserstoff fast mit russischen Trägern mitziehen. Gutes Beispiel ist auch die Ariane 5. die ebenfalls recht günstig ist. 

An Wiederverwendbarkeit in den nächsten 20 Jahren glaube ich nicht. Selbst wenn es gelingt, eine Startstufe weich zu landen, so dürften die Kosten der Wiederaufarbeitung nicht viel billiger sein als eine neue Stufe, zumal eine wiederverwendbar ausgelegte Stufe weit weniger Nutzlast hätte. Bei Methan ist das Problem durch die größeren Tanks sogar noch größer.

Wenn man MCT schon was neues macht könnte man auch noch Acetam in Betracht ziehen:

https://forum.raumfahrer.net/index.php?topic=11392.30

Was den Aufwand und die Eignung von Treibstoffen für wiederverwendbare Träger (wo ja tatsächlich andere Rahmenbedingungen gelten als bei Einwegträgern) angeht, bitte einfach mal lesen: http://www.mai.ru/science/trudy/published.php?ID=36420

Und ja ich weiß das ist russisch und das kann hier nicht jeder etc blabla aber ich kenn nunmal nix besseres auf englisch oder gar deutsch...