Methan als Treibstoff

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Offline Schillrich

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Re: Methan als Treibstoff
« Antwort #75 am: 07. September 2011, 08:45:25 »
Das hat doch niemand gesagt. Ruhri hat abgewägt wieviele Technologien man evtl. voranbringen möchte/müsste und wie man dann aus Sicht des Aufwands evtl. abwägt/entscheidet.
\\   //    Grüße
 \\ ///    Daniel

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Bernard7

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Re: Methan als Treibstoff
« Antwort #76 am: 07. September 2011, 09:57:31 »
Hallo Ruhri

über die Vorteile von Methan habe ich recht umfangreich geschrieben, siehe auch die Roskosmos Folie. Möchte aber noch kurz eingehen:

a- Methan ist um 20 bis 30 Prozent energetischer als Kerosin
b- Methan-Triebwerk ist um 500 kg leichter als ein Kerosin(siehe meine Beispiele=Roskosmos)
c- bei einen 35 Tonnen Träger und 4 Methan- Triebwerken haben wir 2 Tonnen Ersparnis an Material
d- der Schub ist sehr stark regulierbar

Dazu noch meine andere Vorteile:

Zitat
a- Methan kann schon bei -161,6 Celsius gelagert werden
b- das bedeutet dass Methantanks keine starke Isolierung brauchen
c- folglich ist die ganze Konstruktion leichter und kleiner
d- da Methan auch dichter als H2 ist , sind die Tanks und der ganze Träger auch kleiner.
e- Methan ist auch sehr sicher für die Menschen, besonders bei der Betankung(keine Anzüge)
f- das vorhandensein auf anderen Planeten, macht ihn in ferner Zukunft einen idealen Treibstoff für
    Lande- und Aufstiegsraumschiffe in Verbindung mit bemannten Basen auf den Planeten, wie
    Mars und besonders auf dem Titan.
g- die russischen Tests haben auch gezeigt, das Methan eine sehr stabile und gleichmässige
    Verbrennung aufweist 



Warum also soll Russland Feststoffbooster entwickeln?

a- Feststoffbooster haben niedrigen Impuls
b- der Schub ist nicht regulierbar
c- die Strukturmasse ist erheblich grössser
d- erfordert eine neue Produktionslinie

Der Jenisej-5 Träger hat auch die traditionellen Booster, aber einen unglaublichen Nutzlastverhältnis von 5,2 Prozent. Mit Feststoffboster wäre sowas nicht erreichbar. Mit Methan wäre der Träger noch besser.

Selbst über die Verwendung von Methan in Beschleunigungsstufen wird daran gearbeitet. Siehe auch mein Posting zu den Rekordtriebwerk. Ich wiederhole:

a- Brenndauer von rund 1200 Sekunden
b- Impuls von 370 s
c- Schub 7,5 Tonnen
d- Treibstoffdurchgang: 20,27 kg/Sekunde

Solche Werte sind niemals mit Kerosin erreichbar und deshalb aus den obigen Gründen haben wir in Russland auch Weltraumkonferenzen zu Methan -Trägern und Technologien. Eine weitere sehr interessante Technologie ist die Verwendung von drei Komponenten- Triebwerken mit sehr hohen Schubspektrum. Nach russischen Aussagen findet die Verwendung so einer Technologie in den zukünftigen kosmischen Flugzeugen.

Gruss Bernard7

Offline Ruhri

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Re: Methan als Treibstoff
« Antwort #77 am: 07. September 2011, 23:11:45 »
Du willst jetzt aber nicht andeuten, dass die Russen nicht in der Lage wären, diese Technologien zu entwickeln, oder?

Sicherlich nicht, zumal wie oben bereits erwähnt in Sowjetzeiten eine Wasserstoffrakete erfolgreich entwickelt worden ist.

Für mich als interessierten Laien hört sich das allerdings immer mehr danach an, als ob Russland, unzufrieden mit der Kerosin-Technologie, sich gerade für eine andere entscheiden, die womöglich nur die zweitbeste sein wird. Die Erfahrung der USA, Japans oder der ESA-Staaten mit Wasserstoff und zusätzlichen Feststoffboostern ist nun einmal vorhanden, Erfahrung mit Methan ist dagegen zurzeit weltweit hauptsächlich theoretischer Natur.

Interessant finde ich da vor allem die Standard-Argumentation von Bernard7, der uns wiederholt die Vorzüge von Methan gegenüber Kerosin erläutert hat, die Möglichkeit der Verwendung von Wasserstoff (unter Verwendung zusätzlicher Feststoffbooster) dagegen eher beiläufig vom Tisch wischt. Eigentlich müsste es die von ihm zitierten Vergleichwerte Kerosin - Methan schließlich auch für Wasserstoff - Methan geben, nicht wahr?

Nein, ich glaube, dass Schillrich da schon ganz richtig gelegen hat. Die Frage, von der man in Russland gestanden hat, war weniger das, was man technisch entwickeln kann, sondern vielmehr das, was man wird finanzieren können.

GG

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Re: Methan als Treibstoff
« Antwort #78 am: 08. September 2011, 09:59:44 »
Die Geldfrage steht natürlich immer im Wege. Apollo-Budgets werden wir wohl erst im 24. Jahrhundert wieder erleben. ;)

Ansonsten möchte man LH2-Technik ja wenigstens für Oberstufen verwenden, wo es wohl auch am meisten bringt. Feststoffe finde ich aufgrund ihrer Toxizität nicht gut. Und ob der einfachere Aufbau die Teile wirklich so "billig" macht? Im Zusammenhang mit bemannten Systemen sind ja immer höhere und teurere Sicherheitsanforderungen zu erfüllen.

websquid

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Re: Methan als Treibstoff
« Antwort #79 am: 08. September 2011, 17:59:00 »
Eigentlich müsste es die von ihm zitierten Vergleichwerte Kerosin - Methan schließlich auch für Wasserstoff - Methan geben, nicht wahr?
Im Prinzip ja, allerdings ist der Standpunkt der russischen Entwickler, dass Methan und Kerosin praktisch eine "Klasse" von Treibstoffen bilden, die grundsätzlich ähnliche technische Eigenschaften haben, während Wasserstoff eine andere "Klasse" darstellt und daher nicht als direkte Alternative gesehen wird.

Grundsätzlich besteht in Russland aber auch keine Abneigung gegen Wasserstoff, Khrunichev z.B. hat drei relativ aktuelle Vorschläge für HLV: Amur-5 (Kerosin-Haupstufe), MRKN (Methan-Hauptstufe), Jenisej-5 (Wasserstoff-Hauptstufe). Es bleiben also alle Optionen im Spiel ;)

Außerdem gilt es zu beachten, dass die meisten russischen Konzepte heute modular aufgebaut sind. Kerosin und Methan sind technisch gut geeignet, um hohen Startschub bereitzustellen. Wasserstoff ist dies nicht (zu bezahlbaren Preisen zumindest, siehe Delta IV ::)) Wenn man zur Förderung der Modularität eine identische erste und zweite Stufe haben will, kann Wasserstoff nicht in Frage kommen. Wenn der Schub aber zweitrangig ist, ist Wasserstoff der klare Sieger. Gerade die Entwicklung des RD-0146 liefert schlagende Argumente (in Form des weltweit höchsten spezifischen Impulsen von 4540m/s (RD-0146E) bzw 4620m/s (RD-0146D) für den Einsatz in Oberstufen. Daher wird über Wasserstoff/Methan-Vergleiche gar nicht mehr diskutiert

GG

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Re: Methan als Treibstoff
« Antwort #80 am: 08. September 2011, 19:41:05 »
Danke für die Aufklärung. Wie ich merke, steckst Du voll in der Materie drin. ;)

websquid

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Re: Methan als Treibstoff
« Antwort #81 am: 08. September 2011, 20:05:46 »
Danke für die Aufklärung. Wie ich merke, steckst Du voll in der Materie drin. ;)
Wobei ich die Serie RN-45M bis RN-175M einfach mal vergessen hab, die durchgängig Methan einsetzen soll. Das wäre quasi die Einwegversion des MRKN, wodurch auch mehr Module gebündelt werden können. Die sind hier im Post von Bernard zu sehen: https://forum.raumfahrer.net/index.php?topic=7578.msg198789#msg198789

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Offline MR

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Re: Methan als Treibstoff
« Antwort #82 am: 09. September 2011, 11:56:56 »
Das die Delta 4 so teuer ist, liegt nicht am Einsatz von Wasserstoff, sondern an den Rahmenbedingungen. Dadurch, dass sich die USA mit den EELVs 2 Träger für den gleichen Nutzlastbereich leisten, ist eine wirtschaftlich lohnende Serienfertigung wegen der niedrigen Startfrequenz nicht möglich, da alle Fixkosten auf 3 - 4 Träger pro Jahr umgelegt werden müssen. Wäre die Delta 4 der einzige Träger und würde man sich auch um kommerzielle Nutzlasten bemühen, wären die Startkosten der Delta 4 deutlich niedriger und auch international konkurrenzfähig. Durch die Bevorzugung und die Wünsche des Militärs beim EELV Programm sind allerdings die hohen Startpreise nicht zu vermeiden. Das es auch anders geht, zeigt die Ariane 5, die mit einer ebenfalls Wasserstoff - getriebenen Hauptstufe der zurzeit günstigste westliche Träger ist.

Das man bei den Russen in Zukunft Wasserstoff in den Oberstufen nutzen will, macht Methan noch zweifelhafter. In einer Startstufe kommt es nicht auf jedes Kilo und die beste Effizienz der Triebwerke an. Methan würde zwar die Leistung einer Startstufe verbessern, aber der Nutzen ist eher gering. Hier habe ich begründete Zweifel, ob der geringe Zuwachs an Nutzlast die höheren Kosten im Vergleich zu Kerosin - Triebwerken aufwiegen kann. Immerhin fallen hier zum einen Kosten in der Entwicklung an als auch Kosten auf dem Startplatz, zum einen die Methan - Infrastruktur, zum anderen ist Methan gefährlicher als Kerosin, da es bei Normaltemperatur verdampft. Hier muss ähnlich wie bei Wasserstoff ein Fackelturm eingesetzt werden, um das ständig verdampfende Methan kontrolliert verbrennen zu können. Da kann man dann eigentlich auch gleich Wasserstoff nutzen. Das man in Russland am Anfang immer mit sehr niedrigen Kosten kalkuliert, ist ja nicht unbedingt neu. Auch die Entwicklungskosten von Kliper waren unrealistisch niedrig, das System hätte sich für diese geringe Summe nie entwickeln lassen.

Nach meiner Ansicht lohnt das nicht. Genau so zweifelhaft ist die Ablehnung von Feststoffboostern. Diese sind kostengünstig, zuverlässig und haben einen hohen Schub, der durch die Formgebung durchaus regelbar ist. Durch den Einsatz von Boostern kann man die Nutzlast eines Trägers (siehe EELVs) in weitem Bereich variieren und hat immer einen Träger, der genau so stark ist, wie er sein muss. Speziell für ein modulares Konzept sind Feststoffbooster praktisch ideal. In meinen Augen macht daher der Einsatz von Kerosin oder noch besser Wasserstoff + einer variablem Anzahl von Feststoffboostern mehr Sinn. Will man noch höhere Nutzlasten, verwendet man 3 oder 5 Startstufen zusammen. Ein entsprechender neuer Träger muss ja auch international vermarktbar sein. Mit Feststoffboostern hätte man auch das Angara - Konzept noch besser gestalten können, denn durch die hohe Anzahl von Triebwerken in den Versionen mit hoher Nutzlast ist schon absehbar, dass die Startkosten recht hoch liegen werden. Nur durch das völlig andere Preis - Lohn Gefüge in Russland wird dieser Träger international konkurrenzfähig bleiben. Immerhin setzt eine Angara A5 7 Triebwerke ein, die ähnlich starke Delta 4 Heavy nur 4, die Ariane 5 nur 2 plus 2 Feststoffbooster, die weitaus unkritischer sind. Wie zuverlässig sind, kann man prima am Beispiel der Delta 2 erkennen. Diese ist bis heute fast 150 mal gestartet und setzte zum Großteil 9 Feststoffbooster ein (nur wenige Flüge erfolgten mit 3 oder 4 Boostern). Dabei gab es lediglich 2 Fehlstarts.

GG

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Re: Methan als Treibstoff
« Antwort #83 am: 09. September 2011, 16:39:05 »
Ich bin sicher, die russischen Ingenieure wägen sehr viele Faktoren gegeneinander ab. In der russischen Raumfahrttradition liegt es aber eher, eine Evolution anstelle einer Revolution zu betreiben. Eine andere Strategie, die man aber akzeptieren kann.

Andere hingegen werfen vielleicht ihre bis dahin gemachten Erfahrungen weitgehend über Bord und entwickeln etwas ganz neues, natürlich auch mit mehr neuen Unbekannten. Welcher Weg gewählt wird, kann man der Gruppe aber nicht vorwerfen, es ist ihre souveräne Entscheidung. Da werden ja nicht unsere Steuergelder ausgegeben. Möglich wäre auch, dass man bei den Energija-Einsätzen Ende der Achtziger auf Probleme gestoßen ist, deren Lösung man für schwieriger hält als die Entwicklung einer Methan-Technologie.

websquid

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Re: Methan als Treibstoff
« Antwort #84 am: 09. September 2011, 18:23:47 »
Stellt sich also vor allem die Frage der Entwicklungskosten hier. Ich bin mir nicht sicher, aber ich meine schon mal gelesen zu haben, dass man bereits ein RD-180 (oder RD-191?) mit Methan statt Kerosin getestet hat. Das spricht dafür, dass man nur geringe technische Modifikationen und somit nur geringe Entwicklungskosten hat. Dadurch könnte sich das durchaus lohnen

Offline Ruhri

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Re: Methan als Treibstoff
« Antwort #85 am: 09. September 2011, 23:31:10 »
Ich bin sicher, die russischen Ingenieure wägen sehr viele Faktoren gegeneinander ab. In der russischen Raumfahrttradition liegt es aber eher, eine Evolution anstelle einer Revolution zu betreiben. Eine andere Strategie, die man aber akzeptieren kann.

Richtig, mit dieser Strategie ist Russland eigentlich recht gut gefahren. Die Umstellung auf Methan als Raketentreibstoff erscheint mir allerdings geradezu revolutionär. Aber gut, man steckt natürlich nicht drin.

Was die Faktoren angeht, so haben wir womöglich in den letzten Diskussionen einige Nebenbedingungen übersehen. Russland hat keinen Startplatz am Meer, oder? Baikonur liegt jedenfalls mitten im riesigen Binnenstaat Kasachstan. Das hat natürlich Konsequenzen. So kann das Meer nicht zum Antransport sperriger Raketenteile benutzt werden, wie das im KSC/Cape Canaveral, (Vandenberg?), Kourou oder Tanegashima möglich ist. Ich meine, einmal darüber gelesen zu haben, dass die riesige Wasserstoffrakete Energija zu groß für den üblichen Zugtransport gewesen ist. Und die Feststoffbooster, wie sie dort an die Hauptstufen gepackt werden, würden in Russland/Kasachstan nicht ins Meer, sondern in die Steppe stürzen.

Vielleicht sind das die wahren Gründe, warum Russland den Weg einschlagen will, wie er hier und in anderen Threads skizziert worden ist?

websquid

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Re: Methan als Treibstoff
« Antwort #86 am: 09. September 2011, 23:46:29 »
Vielleicht sind das die wahren Gründe, warum Russland den Weg einschlagen will, wie er hier und in anderen Threads skizziert worden ist?
Hat damit zu tun. Hier wurde ja bereits mehrfach erwähnt, dass Methan kleinere Stufen ermöglicht als Wasserstoff. Das Limit wird üblicherweise durch die Bahnverbindung vorgeben - maximale Stufendurchmesser liegen daher bei 4,1m. Man würde nur ungern davon abrücken.

Offline Ruhri

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Re: Methan als Treibstoff
« Antwort #87 am: 09. September 2011, 23:54:45 »
Damit es hier nicht nur um russische Raumfahrt geht, mal ein soeben gelesenes Detail per Link:

Taurus II

Forscht OSC tatsächlich an einer Methan-Zweitstufe?

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Offline noidea

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Re: Methan als Treibstoff
« Antwort #88 am: 10. September 2011, 00:20:18 »
Tobi hat schon vorher in diesem Thread gesagt, dass die Methan-Zweitstufe z.Z. auf Eis liegt. Zur genannten Methan-Zweitstufe gibt es auch etwas im Portal: http://www.raumfahrer.net/raumfahrt/raketen/taurus_ii.shtml

P.S: Im Artikel gibt es auch einen Link zur Website von Orbital. Da steht noch einges mehr zu dieser Zweitstufe.
MfG
sf4ever

Kommt doch auch mal in den Chat

tobi

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Re: Methan als Treibstoff
« Antwort #89 am: 10. September 2011, 10:00:54 »
Hier ist der SFN-Artikel zur Taurus II:
http://spaceflightnow.com/news/n1104/25castor30xl/

Zitat
Orbital Sciences shopped around for an enhanced second stage to increase the lift capacity of the Taurus 2 rocket, studying liquid-fueled engines from the U.S. and foreign propulsion markets.

"We settled on a lower cost, less risky approach to an enhanced mission performance solution to meet contractual requirements, which consists of selected weight savings and a solid motor upgrade instead of a liquid propulsion solution," said James R. Thompson, Orbital's vice chairman and chief operating officer.

Man hat eine Flüssigstufe gesucht und offenbar keine passende gefunden und/oder einen Ansatz mit weniger Risiko gewählt und eine größere Feststoffstufe ausgewählt.

jakda

  • Gast
Re: Methan als Treibstoff
« Antwort #90 am: 03. Oktober 2011, 11:12:58 »
Laut einer Meldung von ROSKOSMOS
ist am 28.09.2011 ein erfolgreicher Test mit einem wiederzündbaren Sauerstoff-Methan Triebwerk
durchgeführt worden (man spricht von flüssigen Erdgas).
Der Motor wurden insgesamt 4 mal gezündet mit einer Brennzeit von 3389 Sekunden.
Der Test diente der Verfeinerung und Überprüfung der Technologien beim Einsatz von Methan,
besonders bei der Kühlung des Treibwerkes, der Lagerung und des Transports.

http://www.federalspace.ru/main.php?id=2&nid=17990

Hier noch ein Link mit Bildern
http://www.nic-rkp.ru/default.asp?page=main

websquid

  • Gast
Re: Methan als Treibstoff
« Antwort #91 am: 03. Oktober 2011, 12:29:54 »
Es handelte sich dabei übrigens um das zweite Exemplar des hier bereits von Bernard7 erwähnten "Rekordtriebwerks" S5.86.1000-0 von Isayev :)

Hier noch ein Bild des Triebwerks:

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Offline Klakow

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Re: Methan als Treibstoff
« Antwort #92 am: 30. März 2013, 22:00:48 »
Ja, schon gut, schon gut!  :)

Allerdings wisst ihr genau, dass die Energija-Erfahrung lang her ist. Die damals verantwortlichen Ingenieure sind vermutlich längst alle tot oder im Ruhestand. .......
Ich weiß auch warum die alle tot sind, der Grund wird in einem alten Film und zwar hier:http://www.imdb.com/title/tt0055256/  erklärt. Da heist es an einer Stelle wo es darum geht das eine amerikanische Rakete gesprengt wird wenn sie von der Bahn abkommt, von einem russischen Agenten: "wir in Russland haben zwei Bomben dafür", woraufhin einer der Schauspieler fragt warum den zwei? Darauf der russische Agent, eine für Rakete und eine für Ingenieur  ;D

tobi

  • Gast
Re: Methan als Treibstoff
« Antwort #93 am: 30. November 2014, 20:36:11 »
Forscher an der Uni Florida haben im Auftrag der NASA erforscht, wieviel Methan man aus den Fäkalien (in der Umgangssprache auch als Scheiße bezeichnet) gewinnen kann, mehr Details hier:
http://www.parabolicarc.com/2014/11/30/process-converts-human-waste-rocket-fuel/#more-54030

Ich denke jeder kennt die Methanwolke beim Furzen. ;)

McPhönix

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Re: Methan als Treibstoff
« Antwort #94 am: 22. Mai 2016, 21:28:36 »
Wenn man bedenkt - dort liegt das Zeugs zu Millionen Tonnen "sinnlos" herum, und auf dem Mars will/muß man es mittels  aus Optimismus zusammengebauten Großanlagen mühsam aus den Steinen quetschen.  ;D
Schlau ist, wer sich dort rechtzeitig die Schürfrechte sichert, wie auch immer...  ;)

GalacticTraveler

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Re: Methan als Treibstoff
« Antwort #95 am: 23. Mai 2016, 16:44:31 »
Wenn man bedenkt - dort liegt das Zeugs zu Millionen Tonnen "sinnlos" herum, und auf dem Mars will/muß man es mittels  aus Optimismus zusammengebauten Großanlagen mühsam aus den Steinen quetschen.  ;D
Schlau ist, wer sich dort rechtzeitig die Schürfrechte sichert, wie auch immer...  ;)

Dafür hast Du dort keinen (molekularen) Sauerstoff. Und den dort herzustellen und auch noch zu lagern dürfte bei der Umgebung vorsichtig ausgedrückt ziemlich gefährlich sein...

Re: Methan als Treibstoff
« Antwort #96 am: 23. Mai 2016, 17:18:32 »
Warum gefährlich? Die Oberfläche besteht zur Hälfte aus Wassereis, so daß man mit ein wenig Strom recht schnell und einfach an Sauerstoff kommt. Neben den Rohstoffen hat Titan auch den großen Vorteil im Vergleich zum Mars, daß man dort keinen Druckanzug benötigt und die Strahlenbelastung geringer ist. Selbst ein Leck im Anzug wäre wohl nicht sofort tödlich (hier ab 38:45 wurde das nochmal zusammengefaßt).

McPhönix

  • Gast
Re: Methan als Treibstoff
« Antwort #97 am: 23. Mai 2016, 19:58:03 »
Abgesehen davon - ich will dort gar keinen Sauerstoff herstellen, geschweige denn ein Habitat hinsetzen.
Aber eine Rakete runterbringen will ich, wo sorgfältig auf Treibstoffreiche Verbrennung geachtet wird. Und dann will ich einfach einen Rover mit 'nem Schschlauch zum nächsten Ufer schicken. Bei 1,3 sollte das Nutzlastverhältnis vlt brauchbar sein.
(SF Ende ;) )

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Offline Pham

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Re: Methan als Treibstoff
« Antwort #98 am: 24. Mai 2016, 05:48:57 »
Abgesehen davon - ich will dort gar keinen Sauerstoff herstellen, geschweige denn ein Habitat hinsetzen.
Aber eine Rakete runterbringen will ich, wo sorgfältig auf Treibstoffreiche Verbrennung geachtet wird. Und dann will ich einfach einen Rover mit 'nem Schschlauch zum nächsten Ufer schicken. Bei 1,3 sollte das Nutzlastverhältnis vlt brauchbar sein.
(SF Ende ;) )
In dem Fall kannst Du gleich eine schwimmende Sonde in einem der Meere landen lassen.  ;)
Müssten wir allein dem gesunden Menschenverstand vertrauen, so wäre die Welt noch immer eine Scheibe.

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Offline Terminus

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Re: Methan als Treibstoff
« Antwort #99 am: 24. Mai 2016, 07:42:57 »
Und/oder einen Ballon. Laut Aussagen eines Wissenschaftlers in einer TV-Doku würde sich Titan am besten zur Erforschung mit einer Ballonsonde eignen. Dann würde man auch endlich mal sehen können, wie die Landschaft dort wirklich aussieht, denn zur bildhaften Erforschung aus dem Orbit eignet sich Titan im Sonnensystem wohl mit am schlechtesten.  :-X