X-Prize-Rakete

Welche Anforderungen muss eine X-Prize-Rakete erfüllen? Sie muss 3 Leute 100 km hoch befördern und muss ohne Regierungshilfe gebaut werden. Außerdem muss sie mindestens einmal wiederverwendbar sein. Ich habe einmal zusammengestellt, was das für die Konstruktion der Rakete bedeutet. Die Angaben stammen aus mehreren Quellen im Internet, besonders von www.astronatix.com und von der Forschungsgruppe Alternative Raumfahrtkonzepte unter http://www.optipoint.com/far/far3.htm (unbedingt anschauen!!!).

Ich würde auf eine konventionelle LOX/Alkohol-Rakete zurückgreifen. Alkohol deshalb weil er billig, sicher, umweltfreundlich und CO2-neutral ist. Außerdem lässt er sich gut mit Wasser mischen, um die Verbrennungstemperatur zu senken, damit die Düsen (vielleicht aus Graphit) nicht gekühlt werden müssen.

Die Treibstofftanks wären druckgasgefördert. Das vermeidet den Einsatz von Turbopumpen.

Auf eine aktive Steuerung kann verzichtet werden, weil wir im Meer starten, uns nur wenige Kilometer seitwärts bewegen und damit wieder im Meer landen werden.

Durch einen Startplatz am Äquator würden wir zusätzliche Geschwindigkeit gewinnen.

Die Stabilisierung erfolgt durch Drall und große Tragflächen, dadurch müssen die Düsen nicht schwenkbar angeordnet werden.

Bei einer Ausströmgeschwindigkeit von 2000 m/s, einem spezifischen Impuls von 297 und einem Treibstoffanteil von 70% müsste eine Höhe von mehr als 100 km erreicht werden.

Die Rakete würde nur leer nur 1500 kg und betankt nur 4000 kg wiegen. Die Treibstoffkosten wären für 1000 kg Sauerstoff 100,-- EURO und für 1500 kg Alkohol 300,-- EURO.

Unter Umständen wäre auch ein GOX Triebwerk denkbar, damit entfiele die Isolierung des Sauerstofftanks.

Klingt ja verschärft! Ich hab mich in letzter Zeit auch viel mit dem x-price beschäftigt! Konzepte gibt es ja viele,aber nur die wenigsten klingen vielversprechend! Deine Idee hört sich ganz gut an,aber ich hab zwei Fragen:
1.Ist das mit dem flüssigen Sauerstoff denn nicht zu aufwendig und gefährlich?LOX ist ein sehr brisanter Oxidator und schwer zu kontrollieren.Könnte man nicht stattdessen Wasserstoffperoxid verwenden?(leichter lagerbar!)
2.Ist ein Wasserstart nicht viel zu aufwendig?Die Bergung wäre doch kompliziert,oder?
Versteh mich bitte nicht falsch,ich finde deine Idee spitze und deine berechnungen zeigen,dass du es ernst meinst!
Ich will nur meinen kreatieven Senf dazugeben!

Die Seite von FAR kenne ich! Ist ganz gut,nur leider schon lang nicht mehr aktualisiert worden!Die versuchen es mit Hypridraketen.Wär auch eine Überlegung wert!
Übrigens:Wie hast du den Treibstoffbedarf für gewisse Höhen in Bezug auf das Gewicht berechnet?

Wie gesagt,deine Idee klingt gut,nur weiter so!!!

LOX ist ein sehr aufwendiger Oxidator, das stimmt. Ich bin selbst auch nicht 100% zufrieden damit. Deshalb auch die Überlegung ob es nicht mit gasförmigem Sauerstoff (GOX) auch ginge. Ich habe mich auch mit H2O2 beschäftigt, zunächst als Monopropellant, aber H2O2 ist zu teuer und neigt zur Selbstzersetzung. Außerdem ist der spezifische Impuls zu gering, man müsste größere Mengen pro Sekunde durchsetzen, was eventuell den Einsatz von Turbopumpen erfordert.

Der Wasserstart wird schon von Oberth beschrieben. Die Bergung muss sowieso im Wasser erfolgen, weil die Rakete wird nicht landen können wie z.B: das Shuttle, sondern am Fallschirm herab schweben. Die Berechnungen des Treibstoffbedarfs sind zunächst grobe Über-den-Daumen-Peilungen. Wahrscheinlich ist der tatsächliche Bedarf höher (Luftwiderstand) ode rniedriger (weil schon eine Raketengeschwindigekti von 1500 m/s reicht um über 100 km zu kommen.

Ich denke das X-Prize-Raketen-Projekt ist nicht unrealistisch. Selbst die Finanzierung könnte klappen. Sobald wir 5-10 aktive Menschen gefunden haben, die dabei mitmachen wollen, würde ich gerne einmal ein Treffen arrangieren. Dümmer wird man davon nicht!

Ich bin gestern auf einen Gedanken gekommen,der mich nicht mehr losgelassen hat.So ein herkömmliches Triebwerk braucht doch sehr viel Treibstoff und noch mehr Oxidator.
Was wäre,wenn man die zufuhr des Treibstoffgemisches Genau dosieren könnte,wie in einem Verbrennungsmotor?
Und statt die Explosionskraft in mechanische Energie umzuwandeln,wird sie "einfach" in eine Düse geleitet!
Eine Art Puls-Detonations-Triebwerk!
Ich weiß,das klingt etwas weit hergeholt und wahrscheinlich würde die Schubkraft nicht reichen.Aber wenn ich mir überlege,mit wie wenig Treibstoff ein Auto hunderte kilometer fährt,dann ist es doch eine Überlegung wert,oder?
Ausserdem, die Einspritztechnik und Zündtechnik wäre doh schon vorhanden.

Tut mir leid,wenn ich ein wenig abschweife!Aber der Gedanke fasziniert mich!Würde gern mal die Meinung eines Experten dazu hören

Warum im Wasser Landen?


Wir haben ein Gutes Beispiel in der Russischen Raumfahrt das raketten auch sanft auf Land per Falschirm Abgesetzt werden kan. Dies Machen die Russen schon seit Gagarin. Dies müsste dan auch die Bergungskosten Senken .


Cu Nick

zu Myrdins Beitrag: Also wenn du von "genauer dosieren" sprichst weis ich nicht so ganz genau wie du das meinst, bzw was du anders machen willst als bisher. Der Treibstoffverbrauch ist doch  schon genau auf die entsprechenden Trägersysteme, die Nutzlasten und die vorgesehenen Orbite abgestimmt. Und die gesammte Masse des Systems und der zu erreichende Orbit geben vor welche Energie benötigt wird. Diese Energie muss im Treibstoff stecken und bestimmt somit als Hauptfaktor seine Menge.
Und zu welchem Zeitpunkt des Fluges wie stark beschleunigt wird ist auch schon auf ein Optimum ausgelegt.
Jedoch kann man nicht weniger Treibstoff verwenden als
Energie für das Erreichen der benötigten Endgeschwindigkeit notwenig ist.
So denke ich, das man zwar durch andere Regelungen des Treibstoffverbrauchs noch optimieren kann, das aber keine wesentlichen Verbesserungen bringen würde. (man kann immer irgendwo noch etwas optimieren, Grenzen werden dem nur durch Kosten und technisch machbares/sinnvollem technischen Aufwand gesetzt)

Was die Landung auf Festland betrifft, so muss ich sagen, das zwar manche russische Kapseln "weich" gelandet sind, aber andere auch "sehr hart" aufgeschlagen sind (Das manche russische Kosmonauten nach der Landung ihr Leben lang einen kaputten Rücken hatten wurde natürlich keinem gesagt). Man kann es nur schwer genau vorhersagen, weil viele Faktoren darauf einwirken. Eine Wasserlandung ist sicherlich leichter und kostengünstiger zu realisieren (wenn man auf den Zustand der Kapsel nach der Landung wert legt) denke ich.

Ich hätte es nicht besser schreiben können. Eine Landung auf dem Festland erfordert eine sehr genaue Steuerung, damit die Kapsel nicht in bewohnten Gebiete landet. Ich würde gerne auf diese Steuerung verzichten.

Was die genaue Dosierung betrifft meinte ich eigentlich mehrere Explosionen hintereinander,statt einer durchgehenden Verbrennung.Aber wie gesagt,es war nur eine Überlegung
Was die Landung auf dem Land betrifft,muss ich xray recht geben.Die Kapsel würde sehr wahrscheinlich beschädigt,auch wenn man es durch aufwendige Technik geschafft hat,die Crew zu schützen.

Mehrere Explosionen würden nicht nur den Wirkungsgrad verschlechtern, sie könnten sicher auch nicht den enormen benötigten Impuls liefern, bzw wenn doch, dann müssten sie kurzzeitig  für so große Beschleunigung sorgen, das es sicher niemand überleben würde. selbst wenn es viele "explosionen" in sehr kleinen Abständen währen, so würden derart große dynamische Belastungen auf das Raumfahrtzeug wirken das es sich schlichtweg kaputtschwingen könnte.

Hab ich mir auch schon gedacht, dass diese Form von Antrieb zu wenig Schub entwickelt! Und wenns so einfach ginge, würde es schon existieren!
Was mich interessiert ist, wie es mit der Sicherheit bei einer senkrecht startenden Rakete aussieht! Was, wenn die rakete beim Start Feuer fängt, oder in geringer Höhe das Triebwerk ausfällt?
Meiner meinung nach müssten an der  Crew-Kapsel Feststoffbooster angebracht sein, die die Kapsel auch vom Boden aus in sichere Distanz zum Tank bringt! Es müsste gerade so hoch sein,damit der Fallschirm sich öffnen kann!
Eine Art Schleudersitz mit Verdeck...

Ich denke nicht das selbst eigene Booster im Falle eines Unfalls rechtzeitig genügend Schub enwickeln können um die Kapsel in Sicherheit zu bringen. Und wenn sie das könnten, würde sicher kein Mensch die Beschleunigung überleben.
....also ich denke es ist einfach nicht durchführbar ohne die gewonnen Vorteile durch neue Nachteile zu entkräften.

Warum sollte das keiner überleben? Die Brenndauer würde doch nur 3-4 Sekunden betragen! Wenns wirklich so gefährlich wäre, wie du sagst, dann gäbe es sicher ein paar Kampfpiloten weniger!...  
Ausserdem hab ich mir das nicht aus den Fingern gesaugt! Die Saturn 5 und noch einige andere haben an der Spitze eine sogenannte Rettungsrakete!
Auch ein Team,das am X-Price teilnimmt hat sowas geplant (Canadian Arrow?)
CU
Myrdin

Es hat sich jetzt ein kleines deutsches X-Prize-Team zusammengefunden. Unsere erste Aktivität war die Erstellung einer vorläufigen Homepage

Unter www.x-prize.de gibt es einen ersten Überblick über unser Konzept.

Hab ich mir auch schon gedacht, dass diese Form von Antrieb zu wenig Schub entwickelt! Und wenns so einfach ginge, würde es schon existieren!

Tut es, bzw. tat es. Die "V1" hatte so ein "Stottertriebwerk", eine Art Vorläufer des Staustrahltriebwerks. Der Lufteinlass hatte jalousie-ähnliche Klappen, die vor jeder Zündung geschlossen wurden, um die Explosionsenergie nach hinten zu richten. Danach gingen sie kurz wieder auf, um neue Luft einzulassen.

Das Konzept hat allerdings eine prinzipielle mechanische Geschwindigkeitsbegrenzung. Die V1 war so langsam, dass sie von den damaligen propellergetriebenen Jagdfliegern durch "Antippen" der Tragflächen zum Absturz gebracht werden konnten.

Wenn ein X-Prize Fluggerät allerdings eine externe Starthilfe haben dürfte, könnte man das Gefährt mittels eines horizontalen Startgeräts (Raketenschlitten?) auf eine Geschwindigkeit bringen, ab der man ein Staustrahltriebwerk einsetzen könnte. Damit wäre Nutzung des Auftriebs und der Luft als Oxidator möglich. Erst weit oben, ausserhalb der dichten Atmosphäre, müsste dann Oxidator zugesetzt werden.

   Kai

Der Startschlitten hat leider nur begrenzten Vorteil. Egal ob er magnetisch, oder mit irgendeinem Raketenantrieb beschleunigt, ein Staustrahlmotor kommt erst bei etwa 3000 km/h in einen effektiven (Brennstoffverbrauch/Schub)Betriebsbereich. Zuviel für die bisherigen Startschlitten. ASTRIUM-Bremen hat für den Hopper einen Schlitten konzipiert um das Fahrwerk für den vollgetankten Gleiter sparen zu können. Bei der Landung würde er ja nur noch 1/10 wiegen und das Fahrwerk ausschließlich dafür könnte viel leichter sein. Damit gibt man aber eines der wichtigsten Argumente für den horizontalen Start auf, den jederzeit möglichen Abbruch.

Soweit mir bekannt ist, wurde an den SCRAM Triebwerken für das Saenger-Konzept geforscht. Hat man dort irgendwelche Fortschritte gemacht? Und wieso worde es eigentlich wieder eingestellt?
mfg
Myrdin

Nein, der "Sänger" wurde mit einem Turbo-Ramjet Kombinationsantrieb geplant. Grundsätzlich reicht ein Ramjet mit Unterschallverbrennung bis etwa Mach 7. Bei höheren Geschwindigkeiten würde durch die noch höheren auftretenden Temperaturen die Konstruktion wesentlich aufwendiger und schwerer.
Im Prinzip gilt Folgendes: Der Turbofan, der in den meisten zivilen und modernen militärischen Flugzeugen verwendet wird, besitzt einen Fan, gefolgt von einem Verdichter, einer Brennkammer, einer Turbine und dem Nachbrenner. Wenn man den Fan weg lässt wird aus der Maschine ein Turbojet wie er in den meisten älteren militärischen Flugzeugen verwendet wurde. Wenn der Verdichter, die Brennkammer und die Turbine weg bleiben, wird es ein Staustrahltriebwerk mit Unterschallverbrennung. Wenn der Hals in der Austrittsdüse weggelassen wird, bekommen wir ein Staustrahltriebwerk mit quasi Überschallverbrennung (oder Scramjet). Bei niedrigen Geschwindigkeiten arbeitet der Scramjet anfangs mit Unterschallverbrennung, beschleunigt dann aber noch innerhalb der Brennkammer auf Überschallverbrennung. Dies wird dann dual-mode Scramjet genannt.
Zum Verlauf des Hyperschalltechnologieprogramms verweise ich am besten Auf das Interview mit Ernst Högenauer
http://www.merkur-online.de/regionen/muenchensued/52,84538.html .
Ergänzen kann ich, daß man 95 schon nicht mehr in der Lage war, die bereitgestellten Mittel vollständig abzurufen.  

Bei niedrigen Geschwindigkeiten arbeitet der Scramjet anfangs mit Unterschallverbrennung, beschleunigt dann aber noch innerhalb der Brennkammer auf Überschallverbrennung. Dies wird dann dual-mode Scramjet genannt.

Bei welchen "niedrigen" Geschwindigkeiten würde denn solch ein Triebwerk seine Funktion beginnen? Könnte man es mit "einfachen" Mitteln bauen, für ein X-Prize Projekt? Und könnte man die fehlende Verdichtung beim Start, bzw. bis der Staudruck gross genug ist, durch einen anderen Effekt ersetzen? Durch Hilfsturbinen, durch einen "Wasserstrahlpumpen-Effekt" oder ähnliches? Wie hoch würde man mit so einem Flieger kommen und wie schnell wäre man dann? Der Luftdruck - und damit der Staudruck im Triebwerk - nehmen ja mit der Höhe ab.

  Kai

Wie hier schon früher beschrieben läuft ein Triebwerk mit Unterschallverbrennung etwa zwischen Mach 3 und 7, mit quasi Überschallverbrennung zwischen Mach 4 und vielleicht 20. Dabei wird es ab 40 km mit dem Sauerstoff knapp. Obwohl eine Menge militärischer Flugkörper auf das Prinzip zurückgreifen, ist es für einen X-Prize wenig Sinnvoll da zu Teuer. Die Abstimmung von mehreren Triebwerkstypen über den gesammten Geschwindigkeitsbereich ist eine sehr aufwendige Entwicklung die auch eine sehr gute Infrastruktur benötigt. Einen Raketenmotor alleine zur Funktion zu bringen, ist schon nicht ganz einfach, wie wir letzten Dezember wieder erfahren haben.

Das Originalkonzept von Frank klang ja schon recht gut (wenn es realisierbar ist). Es erinnert ziemlich an die V2/A4, sowohl von den Massen als auch von der Treibstoffmischung und der Reichweite her.

Die Turbopumpen wären durch ein Drucksystem zu ersetzen und die Steuerung natürlich durch heutige Elektronik. Von ersterem habe ich bisher keinen Schimmer bezüglich der technischen Eckdaten, aber was Steuerung und Regelung angeht, könnte ich wahrscheinlich weiterhelfen.

Mein Laienverstand denkt darüber nach, ob man den LOX nicht einfach durch Erhitzung verdampfen und dadurch für ausreichend Druck sorgen könnte. Das würde vielleicht sogar die Vereisungsprobleme für Ventile und Leitungen vermeiden. Beim Treibstoff wäre vielleicht flüssiger Stickstoff das Mittel der Wahl, sofern man nicht auf Flüssiggas (Propan, Butan) umsteigt. Welche Drücke wären denn da im Spiel und wie aufwändig wären Tanks und dergleichen? Gibt es schon Designs von denen man was abgucken kann?

  Kai

Vielleicht habt Ihr es auch schon auf unserer Homepage (www.xprize.de) gesehen, wir haben aufgrund der Columbia-Katastrophe ein halbjähriges Moratorium für unser X-Prize-Engagement eingelegt. Inzwischen sind wir auch von LOX/Alkohol weggekommen und haben uns für einen Heißwasserantrieb entschieden. Auch dazu gibt es Näheres auch unserer Homepage.

Vielleicht habt Ihr es auch schon auf unserer Homepage (www.xprize.de) gesehen, wir haben aufgrund der Columbia-Katastrophe ein halbjähriges Moratorium für unser X-Prize-Engagement eingelegt. Inzwischen sind wir auch von LOX/Alkohol weggekommen und haben uns für einen
Heißwasserantrieb entschieden. Auch dazu gibt es Näheres auch unserer Homepage.

Dann habe ich wohl eine andere Homepage gelesen. Ich finde nix zum Thema Heisswasser. Könntest Du mal eine vollständige URL geben?

Schade dass ihr Pause macht. Gerade jetzt, der langwierigen Rumrederei und gerade der Kriegstreiberei und dem Depressionsgerede zum Trotz sollten meiner Ansicht nach Impulse gesetzt werden.

Ich habe gerade mal nachgsehen; nach derzeitigem Stand kommt keines der 24 gemeldeten Teilnehmerteam aus Deutschland. Aus Europa gerade mal 3, alle aus UK. Dafür sind (neben USA natürlich) Argentinien, Israel und
Rumänien dabei. Insgesamt scheint hierzulande eher Lehnstuhlatronautik angesagt zu sein. Bei FAR (www.optipoint.de/far/home.thm) hat man scheinbar in 2000 den Griffel zur Seite gelegt und der "German Space
Webring" besteht aus 3 Sites, von denen die einzig interessante nicht erreichbar ist.

Vielleicht haben einige von euch den Artikel in Telepolis gelesen:
http://www.telepolis.de/deutsch/inhalt/mein/14140/1.html

Zitate daraus:

"Mit der halbherzig betriebenen Raumfahrt sollte jetzt endlich Schluss sein [..] Der Absturz der Columbia hat jetzt sehr drastisch und schmerzhaft gezeigt, wie riskant Raumfahrt immer noch ist [...] Nur, wofür wir dieses Risiko auf uns nehmen, ist nicht ganz klar.
[...]
Raumfahrt ist also nützlich. Sie könnte sich sogar wirtschaftlich lohnen, [...] Aber sie ist nicht aufregend, außer vielleicht für die an den Experimenten beteiligten Forscher. Und das ist politisch so gewollt.

Wer Raumfahrt mit ihrem kommerziellen oder wissenschaftlichen Nutzen begründet, will eigentlich gar nicht in den Weltraum. Nicht das All mit seiner unglaublichen Vielfalt und seinen grenzenlosen Möglichkeiten lockt ihn oder sie, sondern was auf der Erde dabei herausspringt
[...]
Wir wollen in den Weltraum, aber nicht weil es nützlich ist. Wir wollen die Erdkugel mit eigenen Augen sehen, wollen uns schwerelos fühlen, im Funkschatten hinter dem Mond die größtmögliche Einsamkeit erfahren, Marsstaub unter den Füßen spüren, an die Grenzen unserer Möglichkeiten gehen und dabei vielleicht auch unser Leben aufs Spiel setzen.
[...]
Die Wissenschaft muss zwar den Weg bahnen, aber sie kann nicht der alleinige Zweck der Raumfahrt sein. Der Tod der sieben Astronauten auf der "Columbia" bringt auf schmerzhafte Weise in Erinnerung, wie halbherzig die
Raumfahrt in den letzten Jahren betrieben worden ist. Wir sollten endlich mehr Entschlossenheit zeigen und uns wieder große Ziele setzen."

  Kai

Oh, da habe ich versehentlich zuviel gelöscht  :-/ und die Info über die Heißwasserrakete ist wohl in einem schwarzen Loch verschwunden. Der Inhalt war ungefähr:

Wasserdampf als Raketenantrieb

Schon Hero von Alexandria nutzte mit der Aeolipile die Eigenschaft von Wasser, Energie in Form von Wärme gut speichern und unter der Verrichtung von Arbeit wieder abgeben zu können.

Für einen Raketenantrieb wird ein Behälter mit Wasser gefüllt. Das Wasser wird stark erhitzt, der Druck im Behälter steigt an, dadurch kann das Wasser auf weit mehr als 100°C erhitzt werden. Die Düse wird geöffnet, das Wasser verdampft schlagartig und erzeugt beim Ausströmen einen Rückstoß, der die Rakete antreibt.



Wasserdampf als Antrieb ist preiswert, sauber und sicher. Es gibt keine Transportprobleme mit kyrogenen oder explosiven Treibstoffen. Die Auswirkungen auf die Umwelt sind minimal. Falls der Treibstofftank platzen sollte, tritt nur heißes Wasser in die Umgebung aus.

Eine „dampfbetriebene“ Rakete ist wiederverwendbar, da die Bauteile keiner allzu großen thermischen Belastung ausgesetzt werden. Die Konstruktion ist vergleichsweise einfach, da nur wenige Teile benötigt werden. Turbopumpen, isolierte Tanks, Kühlsysteme oder hitzebeständige High-tech-Materialien entfallen.

Diese vorteilhaften Eigenschaften wurden bereits bei Beschleunigungsschlitten für Crashtests genutzt. Die Technische Universität Berlin baute die Heißwasserrakete Aquarius, die Universität Bremen die Heißwasserrakete Neptun. Auch mehrere Amateurraketenvereinigungen haben sich schon mit dem Bau von Heißwasserraketen beschäftigt.

Der einzige Nachteil von Wasserdampf ist sein niedriger spezifischer Impuls, der nicht ausreicht, um eine Nutzlast in eine Umlaufbahn zu befördern. Für Höhenforschungsraketen, Parabelflüge oder als Beschleunigungsschlitten für Raumtransporter ist er allerdings ideal.

Klingt ja sehr gut.

Da hätte ich nur noch 2 Fragen:

1. Wie wird das Wasser erhitzt und der nötige druck erzeugt?
2. Reicht der Impuls aus,um die Rakete in die gewünschte Höhe zu bringen? Denn die geforderten 100 km sind nicht gerade wenig, zumal Wasser ein sehr großes Eigengewicht hat.

mfg
Myrdin

Die Idee der Heißwasserrakte geht auf den Entwurf eines Startschlittens 1938 in Trauen für ein Raketenflugzeug zurück. Anfang der 60er wurde das Thema im Forschungsinstitut für Physik der Strahlantriebe in Stuttgart unter Edwin Schäfer weiter bearbeitet und schließlich an der TU Berlin beispielsweise bei Aquarius wieder aufgenommen. Bei der Entspannung von Heißdamf entsteht zwar ein beachtlicher Impuls. Nach bisherigen Rechnungen aber nur ausreichend für einen Startschlitten oder eine wissenschaftliche Höhenrakete.