Einstufige Transportsysteme

Das wäre wohl der Traum schlechthin:
Einstufige Träger, die so starten wie sie landen - ohne "Abfall" und sonstige Verlustkomponenten (ok, wenn man mal vom verbrauchten Treibstoff absieht!).
Ist so was machbar, und vor allem auch bezahlbar?
Ideen und Studien gab`s genug:
DC-X (Delta-Clipper), X-33, HOTOL ....
Wie geht es weiter, was ist eure Meinung?

Traum vielleicht deshalb weil man solche Monolithen aus den diversen Science-Fiction kennt und der Vergleich mit FLugzeugen vielleicht als anzustreben erscheint.

Im Grunde ist es ja egal, aus wie vielen Teilen ein Träger besteht. Die Effektivität steht im Vordergrund, was gemeinhin mit kompletter Wiederverwendbarkeit gleichgesetzt wird.

Ich will das ganze auch nicht niedermachen oder so. Es werden sicherlich spezielle Anwendnung entstehen in denen solche Systeme auch eingesetzt werden. Aber auch alle Systeme die du angesprochen hast, hatten vorallem schlussendlich Experimentalcharakter, bei denen es um innovative Weiterentwicklung geht die man später mal nutzen wird.

Gerade heute, wo bei Raumfahrtträgern langsam der Gedanke mehr um sich greift Wirtschaftlichkeit in den Fokus zu stellen wird dies sicher keine Terminatortechnologie, die andere verdrängt. Durch Weiterentwicklung der Komponenten  z.B. den Triebwerken wird es auf lange Sicht wohl auch solche Systeme in Anwendung geben.

Allerdings weiß ich nicht ob du bei Einstufigen Transportsystemen, wirklich darauf Wert legst, dass sie von der Erde ohne Zuhilfenahme von zusetzlichen Transportsystemen(Schleppflugzeuge, Ballons etc.) oder exteren Antrieben (Beschleunigen über Magnetbahn, Laser etc.) auf mindestens 400km kommen. Wenn die Diskussion dies einschließen sollte, liegt das natürlich etwas anders.

Ich meinte wirklich völlig autonome einstufige Systeme, also ohne jegliche Zusatz- oder Hilfskomponenten.
Darin liegt wohl auch das technische Problem bezüglich der Realisierung. Dennoch gehe ich davon aus, daß dies bei künftigen Raumtransportern zumindest ein *Fernziel* ist.
Es gab ja auch schon diverse Ideen. Schließlich lebt der Fortschritt von solchen "positiven Spinnern". Ich denke da oft an Jules Verne, der war ein wahrer Prophet!

Wahrscheinlich ist anderer Energieträger als heutzutage ist der Schlüsselwort bei so was. Zu viel Masse geht auf die Energieträger meiner Meinung nach, um das ganze einstfig gestallten zu können.

Das ist schon eine harte Vorgabe (einstufig, ohne Magnetbahnbeschleunigung, wohl auch kein wiederverwendbares Huckepack-Projekt wie Sänger, was auch schon ein Traum wäre).

Ideen dazu: Als Treibstoff metallischen Wasserstoff verwenden oder andere ultrahoch komprimierte Verbindungen. Um nicht allen Oxidator mitschleppen zu müssen, wäre die Ram- oder Scramjet-Technik notwendig. Einstufigkeit würde wohl auch mit einem Kernreaktor-System möglich sein, aber niemand würde es fliegen lassen.

Die heutigen Actio-Reactio-System verlangen viel Masse, die mitgeschleppt und ausgestossen werden muss. Ist etwas anderes möglich? SF-Ideen wie: Reiten oder Beschleunigen auf den Magnetfeldlinien der Erde. Gibt es auch einen langsamen Weg ist All?
Das Nasa Programm Suche nach neuen Antrieben, siehe http://www.grc.nasa.gov/WWW/bpp/TM-1998-208400.htm ist bisher ohne Erfolg.

Hallo,

B.Leitenberger hat auch einen seiner Artikel diesem Thema gewidmet. Für den LEO wäre so ein System wohl möglich:

http://www.bernd-leitenberger.de/einstuf.html

Martin

Im privatwirtschaftlichen Bereich gibt es ja durchaus einstufige Modellansätze. Aber die sind dann eben auch maximal für einen niedrigen LEO-Bereich ausgelegt. Bei Ram- oder Scramjets muss zuvor auch erstmal beschleunigt werden, sodass die ganze dafür notwendige Flugzeugtechnik mitgeschleppt werden müsste, wenn man Huckepacksysteme ausschließt.
Wie gesagt ist da schon einiges machbar, aber ob das auch sinnvoll ist, wage ich nach heutigem Stand der Technik noch anzuzweifeln. Worin ligen eigentlich die konkreten Vorteile eines solchen Systems. komplette Wiederverwendbarkeit kann ja auch bei diversen anderen Systemen angewandt werden.

1. Aber die sind dann eben auch maximal für einen niedrigen LEO-Bereich ausgelegt.
2. Worin ligen eigentlich die konkreten Vorteile eines solchen Systems. komplette Wiederverwendbarkeit kann ja auch bei diversen anderen Systemen angewandt werden.

1. Mehr wäre auch gar nicht nötig. Für einen höher gelegenen Transfer könnte man z.B. auf Raumschlepper
oder ähnliches zurückgreifen.

2. Vorteile wären z.B.:
Ein einmaliger ununterbrochener Bechleunigungszyklus, da auf Stufentrennungen (wie heute noch üblich) verzichtet wird.
Außerdem benötigt das Gesamtsystem höchstwahrscheinlich weniger Einzelteile ( wie z.B. Triebwerke, Treibstofftanks, Steuerungseinrichtungen etc.).
So gesehen wäre das Ganze auch kompakter.

Martin:
Der angegebene Link zeigt ja die Probleme sehr gut. Prinzipiell müßten 2 technologische Grundprobleme gelöst werden:
1. Bessere, effektivere Antriebe
2. Neue Materialien, die das Massenverhältnis günstiger
    gestalten.

Es wird wohl so sein, daß die damit verbundenen Schwierig-
keiten erst in etwa 15-20 Jahren gelöst sind. Da steckt noch ein gewaltiges Entwicklungspotential.

Hallo Chris,

da hast Du recht, aber ich sehe nicht, wo man bei den Antrieben noch riesige Fortschritte machen kann. Wie bei B.L. geschrieben wäre Fluor als Treibstoff noch eine Nummer besser, allerdings auch ziemlich ungesund für Mensch und Technik, Flußsäure lößt sogar Quarz auf.
Und zu chemischen Antrieben fällt mir keine Alternative ein, nukleare sind wohl nicht durchsetzbar und elektrische machen erst im Orbit und darüber hinaus Sinn.
Und auch bei den Materialien ist man ja schon an der Grenze. Aber gut, ich bin auch kein Materialwissenschaftler.
Bei mehrstufige wiederverwendbaren Systemen wie Sänger sehe ich da schon mehr Potential bzw. einstufig mit Starthilfe.
Hauptsache es rechnet sich.

Martin

Sicherlich gibt es da auch noch einiges an Entwicklungspotenzial. Aber für mich ergibt sich noch nicht wirklich der Vorteil eines reinen einstufigen Systems. Nagut es erinnert vielleicht mehr an ein Flugzeug und in vielen populären SF-Universen sind diese Raumschiffe so gebaut. Aber muss man deshalb so ein System anstreben?

Ich denke, dass als Vorteil tatsächlich der Anzall an einzeltielen betracvhtet werden kann. Die Systeme werden weniger Koplex, wenn man einstuffig gestalltet ist.

Wahrscheinlich ist dafür der passende Triebwerk komplizierter, ich kann es schlecht einschätzen. Soll aber ein Zuverlässiger Tribewerk kommen, so meine ich dass es durchaus trotz geringerer Nutzlast einen wirtschaflichkeitspotentialbesitzen würde, da durch geringere stuffen zahl auch weniger elemente vor dem Start gecheckt werden müssen (die Berühmte startrutine die Tage vor dem 3,2,1...Liftoff kommt)

Das kann natürlich sein. Aber das ist wohl wirklich noch Zukunftsmusik. Die früheren Projekte sind ja meist auch an der Komplexität gescheitert.
Sicherlich spielt auch eine Rolle, wie sich die Gewichtsreduktion der einzelnen Teile entwickelt. Die (Tank-)Umhüllung stellt ja auch einen großen des Gewichts dar. Diese müssten wesentlich stabiler und damit schwerer gebaut werden.

Die Diskussion zeigt, dass Einstufigkeit neue Techniken verlangt, wie:
- Gewichtsreduktion durch neue Materialien
- effizientere Antriebe
- Ram- und Scramjet-Technik
- einfach zu handhabende Hitze-Schutzschilde.

Wie löst man am besten in diesen notwendigen Teilbereichen Forschung aus, die man dann für das neue Gefährt verwenden kann?

Hat man heute überhaupt den Überblick, ob nicht irgendwo bereits die erforderliche Technik entwickelt worden ist und deren Eignung für die Raumfahrt  aber noch nicht erkannt worden ist?

Ich glaube schon, daß die zukünftigen Raumtransport-systeme einstufig sein wird. Dafür spricht auch einiges. Doch bis dahin werden wohl andere Systeme ( z.B. das Sänger-Konzept) realisiert werden. Letztendlich ist doch nur eins entscheidend:
Wie kann man die hohen Start-und Nutzlastkosten der Vergangenheit senken? Gegenwärtig erscheinen einstufige wiederverwendbare Transportsysteme noch recht utopisch, aber das war die Mondlandung Anfang der Sechziger auch.
Und es kommt gewiß eine Zeit nach dem Space-Shuttle, CEV und Kliper. Momentan herrscht mehr oder weniger Stillstand.

Wenn man mal abseits der staatlichen Programme schaut, kann man nicht unbedingt sagen, dass Stillstand herrscht. Da gibt es schon ein paar privatwirtschaftliche Systeme, die auch zu Teil etwas andere Ansätze verfolgen.

Das habe ich gerade beim stöbern gefunden: http://www.astronautix.com/lvs/tu2000.htm

Sieht echt gut aus. Erinnert ein bißchen an die Startstufe des Sänger. So eine Entwicklung steht und fällt natürlich mit den Antrieben. Steckt noch `ne Menge Entwicklungspotential drin, aber das Ganze weist in die richtige Richtung.

Blöderweise hängts immer an Geld. Für so ein System müsste man mal was ausloben á la X-Price, statt 10Mio müsstens dann aber wohl 100Mio Preisgeld sein.

Martin

Ein wenig veraltet. Ich würde auch nicht damit rechnet, dass es in der Zukunft jemals gebaut wird.

Ich habe vor 5 Jahren, als ich noch drüben Wohnte es mit der einstellung der neuen MiG und der Suchoj Maschienen erlebt. Die Maschienen waren entwickelt, erprobt, und konnten in die Militär aufgenohmen werden...nicht passiert: kein geld. Alle Arbeiten wurden eingefrorren.

Ähnlich mit der Buran. Das Tragiesche Ende mit dem draufstürzendem Dach ist mittlerwiele weltbekannt gewordenes Vorrurteilstreiber gegenüber der russischen Raumfahrt.

Ich bin mir recht sicher die Russen werden erst sich vol und ganz auf dem Klipper konzentrieren.

Ähnlich mit der Buran. Das Tragiesche Ende mit dem draufstürzendem Dach ist mittlerwiele weltbekannt gewordenes Vorrurteilstreiber gegenüber der russischen Raumfahrt.

ILBUS, also ich sehe da keinen Zusammenhang. Ist wohl eher `ne wilde Vermutung von dir, oder?

Fakt ist natürlich, daß viele Projekte nie über den Entwurf  hinausgekommen sind. Sei es aus Geldknappheit, mangelndem Interesse seitens der Industrie oder auf staatlicher Ebene...

@ Chris.


Ich brachte den Buran in dem Zusammenhang, weil er auch obwohl weit fortgeschritten eingefroren wurde.

Klar, bei Buran war  nicht nur das Geld der Grund für das Aufgenben des Konzepts.  Aber auch...

Ich denke aber, dass es viele technische Parallelen gibt, ziwischen Buran und Tu2000...und ähnlichen Projekten. Deswegen meine ich, dass es unter den selben Streichungswelle begraben wurde.

Zum Thema:
Ich habe neulich ein sehr interessantes Konzept bezüglich eines einstufigen 100% wiederverwendbaren Trägersystems im Zusammenahng mit dem Weltraumlift gelesen. Meiner Meinung nach ist die Idee sehr genial. Also so funktionierts:
Ein Weltraumlift, der nicht an der Erde festgemacht ist, schwebt im Weltall. Das Kabel fängt bei 150 km Höhe an und hört bei 4000km auf. Der Schwerpunkt des Kabels liegt bei 2000km. Weil der Schwerpunkt des Kabels bei 2000km liegt, liegt die Orbitgeschwindigkeit des Kabels bei ca. 6.5km/s. Das untere Ende bei 150km ist mit 5km/s ein bischen langsamer und greift die Atmospäre ab. Ein einstufiges Transportsystem muss nun nur noch eine Geschwindigkeit von ca. 5km/s aufbringen und kann an den Weltraumlift in 150km Höhe andocken, die Nutzlast ausladen, die dann nach oben transportiert wird, und wieder abdocken.

Die Vorteile liegen auf der Hand:
1. Die Geschwindigkeit liegt nur noch bei 5km/s
2. Die Länge des Seils des Weltraumlifts, das bei der klassischen Variante von der Erde bis weit über den geostationären Orbit hinausgeht, kann drastisch reduziert werden. So ein Seil ist heute schon verfügbar.
3. Das Raumschiff kann eine größere Nutzlast mitnehmen.

Nachteile:
1. Durch das Andocken des Raumschiffes und das auf und ab fahren des Fahrstuhls wird das Seil auf- bzw. abbewegt. Dies könnte durch Ionenantriebe oder Elektromagnetische Antriebe(==>Lorentzkraft), bei der das Seil unter Strom gesetzt wird, verhindert werden. Ein elektromagnetischer Antrieb hat den Vorteil, das kein Treibstoff verbraucht wird. Alles was man braucht ist das Erdmagnetfeld und Strom, der durch Solarzellen erzeugt werden kann.
Link zu Elektromagnetischem Antrieb mittels eines Seils:
http://en.wikipedia.org/wiki/Tether_propulsion

Wer sich näher informieren möchte, kann hier ein ca. 60MB großes Pdf zum Weltraumlift herunterladen, das auch auf eine Kombination zwischen SSTO und Weltraumlift eingeht(Stichwort LEO Space Elevator):
http://trs.nis.nasa.gov/archive/00000535/01/cp210429.pdf

Was meint ihr dazu? Ist doch ein faszinierendes Konzept , oder?

Eine ziemlich blöde Idee.
1. Rechne mal nach, wieviel wiegt ein 4000 km langes Kabel? Wie kann man sowas auf die Höhe 2000 km bringen und mit welchen Aufwand?
2. Wenn mal schon die benötige 5 km/s bzw. 150 km Höhe aufgebracht hat, fehlt es nicht mehr viel, die fehlende 3 km/s noch aufzubringen.
3. Es ist nah zu unmöglich, an das untere Ende des Kabels anzudocken - weil man eben in einem Parabelflug ist, nicht in der Kreisorbit. Und wenn man ein paar Centimeter verpasst hat, war das Ganze umsonst. Viel Spaß beim Weltraumzirkus!

@Waldi:
Also die Idee ist schon mal nicht so blöd, dass sich die NASA nicht damit beschäftigen würde.
zu 1) Das Kabel wird natürlich in mehrere Schüben nach oben gebracht und dann langsam nach unten gelassen, während das Gegengewicht nach oben steigt. Und so schwer wird das auch nicht, denn man nimmt natürlich kein Stahlseil, dass viel zu schwer wäre, sondern Kevlar oder Kohlenstoffnanoröhrchen, die über eine hohe Reisfestigkeit verfügen(http://de.wikipedia.org/wiki/Kohlenstoffnanor%C3%B6hre).
zu 2) Doch gerade diese 3 km/s sind das Problem. Wenn man ein Triebwerk mit einer Ausströmgeschwindigkeit von 4.5km/s hat, wie es bei einem Wasserstoff/Sauerstoffgemisch der Fall ist, braucht man nur ein Massenverhältnis((Leermasse+Treibstoff)/Leermasse) von ca. 3 nach der Raketengleichung(http://de.wikipedia.org/wiki/Raketengleichung). Bei 8km/s braucht man ungefähr ein Massenverhältnis von ca. 7. Und ich berücksichtige noch nicht irgendwelche aerodynamischen oder gravitationsbedingten Verluste. Heutzutage kommt es auf jedes Kilogramm an.
zu 3) Das Andocken ist natürlich ein kritisches Problem, das es noch zu lösen gilt.

Das Ganze würde sich natürlich finanziell nur rechnen, wenn der Markt wesentlich größer als jetzt ist. Allerdings kann man von vielen Raketen auch nicht gerade behaupten, dass sie sich finanziell rechnen.