Frage zum chemischen Antrieb

Leute ich habe lange überlegt, jedoch werde ich dasraus nicht schlau. Warum tut man die Triebwerke, die im Vakuum arbeiten nicht so auslege, dass die geringegeren Schub über längere zeit liefern? Kann man doch wesentlich prezieser steuern, dosieren. Die Treibwerek sind leichter. An der endgeschwindigkeit verändert sich dadurch auch fast nix. (beim halben schub ist der farbracuh auch nur halb so gross, also kann es länger an bleiben). Es wird sogar durch die geringere MAsse  der Triebwerks grösser. Ich kann noch viele pro und kontra die mir eingefahlen sind aufzählen.

Bitte um Behlerung

naja, die technik ist doch schon im einsatz (ionenantrieb/smart)!

andere gute systeme befinden sich in der testphase (sonnensegel)


für die übliche verwendung sprechen wohl noch die kosten...

Das größte Problem der Ionentriebwerke ist ihr hoher Energiebedarf. Solarzellen liefern leider unzureichend Energie um wirklich große Sonden antreiben zu können. Die beiden bisherigen Sonden waren relative leichtgewichte Smart 1(350 kg) und Deep Space 1 (486kg).

Die Schubkraft eines Ionentriebwerkes hängt maßgeblich von der Ausströmgeschwindigkeit des verwendeten Antriebsgases (Xenon) ab. Um diese zu erhöhen müsste mehr Energie in das Triebwerk eingespeist werden woran es momentan aber noch scheitert.

Es war zwar schon eine Raumsonde, mit einem im Rahmen des Prometheus projektes entwickelten Kernreaktors geplant, leider liegt dieses Projekt aber momentan auf Eis.

siehe z.B. hier.:
http://www.raumfahrer.net/raumfahrt/raumsonden/jimo.shtml
oder hier:
http://de.wikipedia.org/wiki/Jupiter_Icy_Moons_Orbiter

Zu smart 1 und Deep Space 1 gibt es auf raumfahrer.net auch ausführliche Berichte:
http://www.raumfahrer.net/raumfahrt/raumsonden/smart1.shtml
http://www.raumfahrer.net/raumfahrt/raumsonden/ds1_01.shtml

Leute ich danke, dass ihr so schnell euch gemeldet habt. Aber ich möchte von vorne rein sagen, dass ich andere Triebwerke hier gar nicht ausdieskutieren möchte. Klar das die Elektriesche viel sparsammer sind, aber ich möchte hier über chemische reden.

Aslo noch mal zu der Frage: warum Baut man nicht die chemische Triebwerek für den Ansatz im Vakuum nicht kleiner?

Moin all Raumcon-User, besonders Iljuscha,

ein guter, interessanter Beitrag.

Ich meine aber, dass er besser unter *Fragen und Antworten* paßt.

Deshalb habe ich ihn nach dort verlegt.

Aber bitte macht weiter!


H.J.Kemm
Global Moderator

Nunja, soviel Spielraum ist da nicht. Um einen Satelliten erstmal in den Orbit zu bringen, braucht man je nach Masse schon entsprechend Schub in der ersten und zweiten Stufe, da kann man sich nicht zeitlassen. Die oberen Stufen, die den Satelliten dann in die endgültige Bahn bringen (falls nicht nach 2 Stufen schon Schluß ist) sind auch nicht mehr sonderlich groß (meistens jedenfalls), die brennen auch meistens länger als die ersten Stufen.
Aber der Auftraggeber will seinen Satelliten auch irgendwann an der Stelle haben, wo er ihn wünscht (GSO z.B.), da muß dann irgendwann mal der Rubel rollen, Cash fließen, es chaching machen, da kann man sich nich ein paar Wochen Zeit lassen. Bei kleinen Raumsonden wo man Zeit hat, bzw. bei Lageregelung, ist der elektrische Antrieb dann sowieso besser.

Martin

Beim chemischen Antrieb nimmt man die Antriebsenergie ja aus einer explosionsartigen Ausdehnung eines Stoffes. Ich glaube einerseits, dass es keinen sehr großen Unterschied macht ob man die Triebwerke einmal kurz aber dafür intensiv oder in kleinen Abstanden immer für kurze Momente zündet. Der Verbrauch wird der gleiche bleiben. Außerdem verstehe ich nicht warum du meinst, dass Triebwerk würde dann leichter werden - man braucht die gleichen Materialien für die Düsen und auch gleich viel Treibstoff.
Außerdem würde durch eine langsame Beschleunigung die Flugzeit steigen, auch wenn die Endgeschwindigkeit die gleiche sein sollte. (Das betrifft interplanetare Flüge)

Na ja ich bitte so knapp bei der Zeit sind die Besteller auch nicht....Die nehmen schon die Warteschlangen bei den Aufträgen für die Träger in Kauf, und die Startverschiebungen etc. in kauf. Spätestens seid SMART-1 kennt man auch mal eine breite Masse den  Vorteienl der anderen Triebwerken, die "langsam" sind.  Aber was ist mit den Sonden die weit von der Erde wegfliegen? Da ist die Zeit so wie so keine Frage. Wird mich gerne Interessieren. Da kommt es sogar viel mehr darauf an das man immer was an Treibstoff am Bord hat. Die notwändiglkeit an unzähligen  Kurskorrekturen sollen da ein Beispiel sein.

Zu dem Verbrauch. Ich meinte nicht, das man den selben Triebwerk schwächer betreiben soll, sondern, dass es ein Kleineres triebwerk eingesetzt werden soll, der klarrerweise einen geringen Schub hat, aber dementsprechend geringenreren Verbrauch. Das heisst kann um so viel Länger betrieben werden. Ich glaube ein Zahlenbeispiel wird es besser zeigen was ich meine:

Ich habe ein Triebwerk, der z.B 30 kg wiegt und 600kg Schub erzeugt, wobei nur Treibstoff für nur 10min ausreicht. Also mache ich doch einen Minitreibwerk der Nur 1kg wiegt oder drunter (z.B wie in der Rocketenmodelbau), und and habe dafür nur 10kg Schub, dafür aber ist der Verbrauch so dass ich fast 10 Stunden damit aktiv fliegen kann. und ich wiege 29 kg weniger....

Ich hoffe das ihr mich diesmal versteht. So ein Treibwerk ist dazu bestimmt bieliger, und einfacher.

Es geht schon um Zeit. Wenn der Satellit fertig gebaut ist, sollte er so schnell wie möglich Geld einbringen. Solange er nur rumsteht oder transportiert wird, kostet er Geld. Da ich in letzter Zeit keinen Satelliten geordert habe, bin ich über die Preise sagen wirs eines modernen 4t Komm.sat. nicht auf dem laufenden, aber die Kosten der Oberstufe fallen da nur wenig ins Gewicht. Genauso wie das Gewicht des Triebwerkes gegenüber dem Treibstoff.
Bei Sonden ist wie gesagt in Zukunft der elektrische Antrieb die erste Wahl, und wenns ins äußere Sonnensystem geht, also über die Marsbahn hinaus, hat man auch nicht soviel Zeit, da diese von Isotopenbatterien mit Energie versorgt werden, und die lassen innerhalb weniger Jahre deutlich nach. Das heißt je länger die Flugzeit, umsomehr Pu238 muß man draufpacken, um am Ende noch genügend Energie für die entsprechenden Experimente zu haben.

Martin

Du willst nicht ernsthaft eine relevante Menge Plutonium auf eine Rakete packen und ins All schicken, oder? Wenn dann was schiefgeht beim Start hast Du ein ziemliches Problem. Und leider nicht nur Du.

@Volker:
Das wurde doch schon gemacht: Plutonium wurde eingesetzt auf Voyager 1+2, Viking1+2, Pioneer 10+11, Cassini, Galileo u.a. Auch einige Gerätschaften die Apollo zum Mond brachte, hatten Pu als Energiequelle. Pluto New Horizons wird ebenso seine Energie aus Pu238 Batterien ziehen. Wohl gemerkt, wir reden hier von nicht spaltbarem Pu238, dessen beim Zerfall freigesetzute Wärmeenergie in Strom umgesetzt wird. Ohne das gebe es keine Missionen ins äußere Sonnensystem. Pu238 hat man früher sogar in Herzschrittmachern eingesetzt.
In den 60ern haben die Amerikaner (bei der UdSSR bin ich nicht sicher) sogar einen funktionierenden Kernreaktor ins All geschossen (SNAP).

Martin

Moin Martin,

könnte es sein das alle vorsichtiger geworden sind nach NIMBUS und APOLLO 13?

Jerry

Was ist denn deiner Meinung nach eine "relevante Menge Plutonium" ? Bisher sind ja bereits viele Raumsonden problemlos  mit RTG`s gestartet worden darunter sehr erfolgreiche wie z.B. die Voyager und Pioneer Sonden. In jüngerer Vergangenheit wären noch Galileo und Cassini zu nennen. Und auch in Zukunft wird man auf Atomenergie im All nicht verzichten.

Was deine Sorge bei einem missglückten Start betrifft. Soweit ich mich entsinne sind die RTG`s sehr wiederstandsfähig gebaut, ähnlich einer Black Box,  sollten sie so einen zwischenfall überstehen ohne das Plutonium freigesetzt wird.  



Uups, da war ich etwas zu spät. Martin hat schon alles relevante gesagt.

  Ihr seid alle offtopic!

Vorsichtiger bestimmt. Die Plutoniumkapseln sind so ziemlich die stabilsten Gerätschaften auf dem Planeten, die kriegt man so schnell nicht klein, auch bei einer Explosion auf der Startrampe nicht. Wie gesagt, bei bestimmten Missionen gehts nicht ohne. Auch in Hiblick auf elektrische Antriebe werden RTG´s bestimmt noch interessant.
http://www.ne.doe.gov/space/space-desc.html

Man muß die Gefahr auch mal in Relation sehen, bei über 700 atmosphärischen Kernwaffentests wurden einige Tonnen hochradioaktives Material in der Erdatmosphäre verbreitet.
Auch sind immer noch ständig Bomber mit Kernwaffen unterwegs, das radioaktive Material ist in Kernwaffen Konstruktionsbedingt nicht so sicher verpackt wie in RTG´s.
Der spektakulärste Unfall war wahrscheinlich 1980 die Explosion einer Titan II im Silo, bei der die Betonabdeckung weggesprengt wurde und der 9Mt Sprengkopf einige hundert Meter weit flog.
Zitat von http://www.geocities.com/titan_2_missile/chronology.htm
"Sep 19 - Titan 2 explodes in silo. At Little Rock AFB, Silo 574-7 destroyed by explosion. An Air Force repairman doing routine maintenance in the Titan 2 silo dropped a wrench socket, it hit the missile causing a fuel leak that resulted in an explosion. One Air Force specialist was killed and 21 others were injured. The 740-ton silo lid was blown open, the Mk.6 reentry vehicle and nuclear weapon were blown out of the silo and landed 600-ft away. The Mk.6 RV was intact with a few dents."

Aber das war jetzt sehr off topic, zurück zur Chemie!
 

Ok...wieder on topic, Ausnahmsweise  8-)

Als größten Vorteil an deinem Konzept sehe ich momentan die Gewichtsersparnis beim Triebwerk. Ich frage mich aber ob es möglich ist ein Chemisches Triebwerk dauerhaft zu betreiben. Die Brennkammer und auch andere Teile unterliegen vermutlich hohen Verschleiß.  Wie lange gedenkst du dein Triebwerk zu zünden, mehrere Stunden oder sogar Tage ?

Also am verschleiss drufte es nicht liegen, die flügzeuge können einen und den selben Motor über Stunden ohne cheks betreiben, mit den entsprechenden überprüfungen Monate und sogar JAhre. Mir ist bewusst, dass vergleichbarre betriebsdauer bei einem Racketentriebwerk da oben nicht zu realisieren, jedoch denke ich , dass ein Betrieb über mehrere Stunden oder gar Tage gar nicht so unmöglich ist.

Achso... man legt die Treibwerke heutzutage mal auch so aus, dass die nur so wenig Resource haben. Der geht mit der Rackte/Bosster eher immer drauf, wenns einweg ist. Es seit dem es sind wiederverwendbare also geht es dort auch!

Und der Vorteil des Gewichtersparnisses ist nich *NUR*, dass ist eine der Ideen dachinter, ausserdem der Kostenfaktor (kleinere Triebwerke kommen ohne Pumpen aus.. etc, sind billiger). Die Turbopumpen, kann man doch mit einer Druckflasche ersetzten, die über Floatkontroller die Treibstoffzufur realiesieren. Die Dinge sind schon jetzt verglechsweise billig zu kriegen.  keien Turbopumpe--kein Turbopumpenverschleiss. Das war jetzt ein Beispiel.  

Wenn du jetzt den Düsenverschleiss meinst...man kann die düse ohne weiteres so auslegen, dass es keine Problemem gibt. Es gibt aktive Kühlung mit dem treibstoff, oder auch die Wände stärker machen. Wenn der kleine Treibwerk nur 1/50 des Grossen ist, dann sind dieckere wände immer noch sehr wenig Zusatzgewicht

Für mich scheint es eine Zimlich interessante Idee zu sein, jedoch möchte eine meinung  anderer Fachkundiger hören.  

Mahlzeit,

also druckgeförderte Triebwerke gibt es, zum Beispiel bei der Delta. Hier möchte ich mal wieder Daten von B.Leitenbergers Seite verwenden, von der Delta K Oberstufe. Diese hat eine Leermasse von 950kg, das Triebwerk wiegt 95kg, voll wiegt die Stufe 6954kg, Brenndauert 431sec.
Das heißt, das Triebwerk macht gerademal 1,4% der Masse dieser Stufe aus. Soviel Gewicht kann man da nicht mehr einsparen.

Martin

Mir fällt da noch ein Problem ein, da darf man mich aber auch korrigieren: Moderne Oberstufen setzen auf H2/LOX. Und da spielt ja die Lagerfähigkeit eine Rolle, die bei LOX etwas problematisch ist. Das Zeug kann man also nicht beliebig lang aufsparen.

Martin

Martin nimms es mir nicht übel aber ich meine du liest nich was ich sage!  Und wenn du in deinen Antworten auf jemanden beziehst selber, aber es nicht weisst...

Wie es ist weiss ich es selber, und der Bernt ist meine Bibel! Aber ich habe hier eine Frage gestellt, auf die ich geren eine handfestbegründete Antwort erhoffe...es ist zum Verzweiffeln...es wird über Gott und die Welt geredet und dans auf  8-) cool gemacht, wenn man doch nicht abzuweichen bietet... und keine gescheite antwort...bah

Nicht die Racketen meine ich. Die sind eine andere Geschichte, versteh es doch endlich. Die Raumsonden saind die Geräte die ich meine, und evtl die Raumschieffe. Das ist eine Komplet andere Geschichte.

Und wenn man keine Ahnung hat...

Hallo, übel nehme ich Dir natürlich nichts, sorry wenn ich an Dir vorbeigeredet habe. Mir war aber eigentlich klar, daß Du nicht von Raketen sprichst. Deswegen habe ich obiges Beispiel gewählt, denn eine Oberstufe ist im Grunde genommen nichts anderes als die Antriebseinheit eines Satelliten/Raumsonde. Sie arbeitet ja genau dort, wo Du es haben laut Startposting haben willst, im Vakuum.
Mail doch mal B.L. an, der antwortet eigentlich immer.

Martin

@ILBUS:
nur mal so ein Schuss ins Blaue.
Werden Raumsonden nicht mittels Raketen gestartet? Die Rakete "stellt" also die Oberstufe. Diese bringt die Sonde auf eine Bahn welche die Sonde zum Planeten fuehrt. Hat man keine Oberstufe parat die die Sonde direkt auf die Reise schicken kann, verwendet man "swing by" Manoever um die Sonde zu beschleunigen und zum Ziel zu lenken.
Das heisst das die Triebwerke der Sonde nicht direkt zum Antrieb genutzt werden sondern "nur" zur Lageregelung im All.

Die Ausnahme machen hier Sonden mit Ionenantrieb ... (weisst du ja selber, muss ich nicht besserwisserisch erklaeren)

Hoffe das macht Sinn.

Gruss,
Torsten

Zunächst fiel mir auch vor allem die Dauerbelastung als Grund gegen den "langsamen Dauerantrieb" ein. In der Luftfahrt geht man bei weitem nicht so nah an die Belastungsgrenzen des Materials heran wie in der Raumfahrt. Ein Defekt an einem kleinen Teil kann demnach schon das gesamte System lahmlegen.

Dann fiel mir aber noch ein weiterer Grund ein. Gibt man viele kleine Triebwerksimpulse, so muss der zweite Impuls ja beispielsweise noch die Treibstoffmasse der nachfolgenden Impulse mit beschleunigen. Also erreicht man bei demselben Treibstoffeinsatz geringere Endgeschwindigkeiten. Dies trifft meiner Meinung nach auch auf einen Dauerbetrieb zu.

Hier meine Beispielrechnung:



Je kleiner die Treibstoffportionen, umso niedriger die Endgeschwindigkeit. (Ich bin dabei von einer Abgasgeschwindigkeit von -4000 m/s ausgegangen.)

Ich hoffe, da ist kein Denkfehler drin.

Offtopic-Ergänzung: Plutonium ist nicht wegen seiner radioaktiven Strahlung so gefährlich sondern wegen seiner hohen Toxizität. Mit der Menge Plutonium, die mit Cassini ins All gelangte, könnte man ganze Landstriche entvölkern. Ein Schutzsystem kann also gar nicht sicher genug sein. Und wir wissen ja: Wenn etwas schief gehen kann, dann wird es das auch früher oder später.

GG

Danke GG ich glaub ich habe meine Antwort jetzt das erklärt natürlich vieles. Nochmlas DAnke

Moinn GG. Ich konnte mich nicht zurückhalten und habe nachgerechnet

Irgendwie nach der logarithmischen Funktion der Endgeschwindigkeit macht es nichts aus, ob ich es in zwei oder in einer Zündung verbrauche.

 Ich TeXe mal meine formeln später und damit ihr mein Problem sieht. Muss jetzt leider loss. Also bis später