Mars Wiederaufstiegsstufe

Um nochmal auf den Hybridmotor zurückzukommen...

Oder kennt jemand einen Feststoff, der mit O2 hypergol reagiert?

Man könnte ja einfach eine Heizspirale einbauen, wie es schon gemacht wird.... (Wird sehr heiß und zündet dann das Pulver) Da man auf der Erde fertigt und ja nur mehr Sauerstoff auftanken muss, dürfte dies kein Problem sein...


Mir fällt da eine weitere Möglichkeit ein...  Silan (also Methan mit Silizium statt C) reagiert mit der Marsatmosphäre, würde also wie auf der Erde gewicht des Oxidators sparen...  Dazu kommt, dass es unter Marsbedingungen eher leicht zu lagern ist... Noch effektiver wäre Borhydrat, aber das ist gefährlich, und wo bekommt man Bor her auf dem Mars (Proportion: Pro Tonne Gestein sollte es in Milligramm bis Gramm vorkommen) ?

Das Hauptproblem eines Marsflugs ist nicht der Rückstart von der Oberfläche, sondern die Landung von großen Lasten auf dem Roten Planeten. Bis heute hat man nicht viel mehr als eine Tonne gelandet, für bemannte Missionen bräuchte man jedoch Systeme, die 30 bis 80 Tonnen landen können. Lösungen hierfür wären z.B. größere Hitzeschilde, hier haben wir jedoch das Problem, das die Nutzlastverkleidungen unserer Raketen nicht voluminös genug sind. Also brauchen wir entweder ne Riesenrakete, oder aufblasbare/faltbare Hitzeschilde, oder gar beides!

Das Landen ist bereits heute das Problem nicht.

Wir haben bereits 1 Tonne  Hochtechnologie gelandet.

Ich sehe Zwei Lösungswege um eine schwere Last auf dem Mars zu landen

1. Modular Landen
Der Treibstoff für den Wiederaufstieg könnte in mehreren getrennten Tanklandern herunterkommen, die mit der berits bei heutigen Missionen zum Einsatz kommenden Technik auskommen.
Der Aufprall der Tanks könnte härter erfolgen als das Aufsetzen eines Rovers, durch den Einsatz mehrerer kleinerer Tanks, ist der Verlust einiger Tanklanders einkalkulierbar.
Auch Feststoffbooster könnten Einzeln gelandet und dann vor Ort an der Wiederaufstiegsstufe gekoppelt werden.


2. Modular Zusammenbauen

Das komplette Marsraumschiff  wird  Modular im Erdorbit zusammengesetzt. Auch der Hitzeschutz könnte modular aus Mehreren Segmenten aufgebaut werden (wie beim Shuttle), hierdurch ist man nicht auf einen geringen Durchmesser der Träger beschränkt. Ein HLV ist nicht nötig.


Die Last auf den Mars zu Bringen ist nicht das unlösbare Problem. Selbst 30 oder 50 Tonnen sind Modular möglich.
Die Frage ist ob es sich diese 30 Tonnen ohne eine Startrampe und eine Heer von Technikern jemals stareten lassen.

G. holleser

Das Aufstiegsvehikel leer würde immer noch weit mehr als 1 Tonne wiegen, das Habitat sowieso. Um die Entwicklung neuer Landetechniken wird man nicht herumkommen. Gelandete Masse und Zielgenauigkeit müssen ein Vielfaches erhöht werden. Das ist das Hauptproblem, welches auf dem Weg zu einem bemannten Marsflug angegangen werden muss.

Unlösbar ist kein Problem ...

Unlösbar ist kein Problem ...

Unlösbar ist Schicksal 

Definitionsgemäß müsste doch jedes Problem eine Lösung haben ?

Das Aufstiegsvehikel leer würde immer noch weit mehr als 1 Tonne wiegen, das Habitat sowieso.

Aber über Menschen zu reden fände ich noch etwas verfrüht, wenn man noch keine Sample-Return durchgeführt hat...

Mir fällt da eine weitere Möglichkeit ein...  Silan (also Methan mit Silizium statt C) reagiert mit der Marsatmosphäre, würde also wie auf der Erde gewicht des Oxidators sparen...  Dazu kommt, dass es unter Marsbedingungen eher leicht zu lagern ist... Noch effektiver wäre Borhydrat, aber das ist gefährlich, und wo bekommt man Bor her auf dem Mars (Proportion: Pro Tonne Gestein sollte es in Milligramm bis Gramm vorkommen) ?

So einfach funktioniert das leider nicht. Die Marsatmosphäre ist nicht nur extrem dünn, sie wird nach oben hin noch dünner. Somit kommt man nicht umher, die gewünschte Komponente aus der Marsluft zu extrahieren und in einen Tank zwischenzuspeichern.

Wasserstoff ist sehr viel leichter als C und O2.
Verhältnismäßig ist also die Menge, die man mitnehmen muss, sehr klein.

Die Reaktionsgleichung: CO2 + 4H2 -> CH4 + 2H2O

Das dabei entstehende Wasser wird wider gespalten und in den Prozess zurückgeführt.

Zusätzlich könnte man auch 2CO2 + e- -> 2CO + O2 dazu nehmen, denn oben entstünde wohl zu wenig Sauerstoff...  Oder man nimmt den Brennstoff mit, und nur Sauerstoff wird so erzeugt. Trotzdem spart man 5/6 bis 7/8 der Treibstoffmasse...

Wie wäre es mit Hybridmotor? Also Feststoff (wird eingeflogen) plus Sauerstoff (vom Mars)

Ich erwähne es nur ungern, aber Wasserstoff und Sauerstoff sind in Wasser chemisch sehr fest verbunden. Das unter Marsbedingungen wieder zu extrahieren wird wohl sehr schwierig sein.

Da finde ich es immer noch einfacher N2O als Oxydator zu verwenden. Da braucht man auch bei dem Brennstoff nicht mehr so wählerisch sein. Methan, Aluminium, Natrium (aus Kochsalz) etc. würden es sicher auch tun.

Unlösbar ist Schicksal 

Definitionsgemäß müsste doch jedes Problem eine Lösung haben ?

Naja, es gibt ja auch noch so etwas wie NP-vollständige Probleme. Die sind schlicht und einfach eine ganz andere Preisklasse.

@Ruhri: NP-vollständige Probleme haben auch eine Lösung

@Sylvester: statt N₂O ist NO₂/N₂O₄ sehr viel besser geeignet. (N₂O ist zwar günstiger, aber den Brennstoffpreis kann man bei einer Mars-Aufstiegsstufe vernachlässigen). Damit sind wir dann wieder am Anfang, wo wir spekuliert haben, ob eine Interkontinentalrakete die Basis für eine Aufstiegsstufe sein könnte. (N₂O₄ wird z.B. von Titan und Dnepr/SS18 verwendet).

mfg websquid

@Ruhri: NP-vollständige Probleme haben auch eine Lösung

Das stimmt! 

Das Problem ist nur, dass es ja nicht reicht zu wissen, dass eine Lösung existiert - man muss sie auch finden. Und bei NP-vollständigen Problemen kann es locker ein Vielfaches der Lebensdauer des Universums dauern, sie zu finden. Für Raumfahrtprojekte wäre das eher - unpraktisch. 

Um das mal durchzurechnen:

Wenn ich einen Hybridmotor annehme mit Plastikbrennstoff, der Sauerstoff dazubläst, welche Ausströmgeschwindigkeit kann ich dann annehmen?

zw. 2500-3500 m/s?

Gleicht so ein Hybridmotor mehr einem Booster (gute Beschleunigung, dafür geringe Endgeschwindigkeiten)
oder ist der dann so ein Mix mit dem besten von Flüssig-Fest??

Ist eigentlich bei den Ideen zum Mars von SpaceX genaueres gesagt worden wier die Wiederaufstiegsstufe aussehen könnte?

Nein, nichts. Das ganze Konzept um MCT soll(te) ja ende des Jahres vorgestellt werden.

Aber klar ist aber, dass es keine Wideraufstiegsstufe wird sondern der ganze MCT als Einheit landen, per ISRU produziertes Methan und Sauerstoff auftankten und auch als ganzes wieder starten soll.

Ist eigentlich bei den Ideen zum Mars von SpaceX genaueres gesagt worden wier die Wiederaufstiegsstufe aussehen könnte?

Leider fehlen in der Ankündigung noch viele Details. Da soll es hoffentlich Ende dieses Jahres weitere Informationen geben. Ich würde mich aber nicht wundern, wenn es doch noch etwas länger dauert.

Aber der Teil ist sehr genau beantwortet. Das System ist 100% wiederverwendbar. Alles was wegfliegt, kommt auch zurück. Also ist die Mars-Aufstiegsstufe identisch mit der Mars-Landestufe. Nur mit lokalen Ressourcen wieder aufgetankt. Man wird für den Zweck mehrere hundert Tonnen Treibstoff, Methan und LOX herstellen müssen. Genug, daß man direkt zur Erde zurückfliegen kann.

Edit: Sensei war schneller. Ich sende es trotzdem ab.

Wenn das Landen einer Falcon 9 Stufe auf der Erde funktioniert, könnte es ja auch auf dem Mars funktionieren.
Wenn die Sufe noch genügend Resttreibstoff enthält für den Rückflug, dann wäre sie ja schwerer und somit käme das Triebwerk besser damit klar.

Wenn man einen Sonnenschutz hat, kann man dann beim Hinflug eine Temperatur von −183 dauerhaft halten ohne den LOX  kühlen zu müssen?

(Wie die Stufe zum Mars kommt sei mal da hin gestellt SLS oder die Methan Wunderrakete oder etwas anderes)

Falcon 9 Stufen sollen nicht auf dem Mars landen. Höchstens könnte Falcon Heavy einen Dragon zur Marslandung auf den Weg schicken für Vorbereitungsmissionen. Der startet aber nicht wieder.

Dafür wird eine ganz neue Generation, eine sehr viel größere Rakete gebaut. Genannt wurden häufig 100t Nutzlast gelandet auf dem Mars. Die benutzt Methan/LOX. Beides kann im freien Weltraum leicht passiv gelagert werden. Nur im LEO verursacht die Wärmestrahlung von der Erde Lagerungsprobleme.

Aber dafür haben wir den Raptorthread und den MCT-Thread.

https://forum.raumfahrer.net/index.php?topic=12030.0

https://forum.raumfahrer.net/index.php?topic=11322.msg239079#msg239079

Ich habe ja extra hingeschrieben, dass es mir nicht um den Transport zum  Mars geht.

Von Methan oder MCV habe ich nichts erwähnt. Ob die Stufe nun mit einer Methan Wunderrakete oder mit einem noch zu entwickelnden SLS oder durch eine modulare im LEO montierten Transportmittel zum Mars geschossen wird sollte nicht bestandteil der Diskussion sein.

Es geht mir rein um die Landung einer Wiederaufstiegsfähigen Stufe auf dem Mars.

Prinzipiell sollte eine der F9 Erststufe ähnliche Stufe aber auf dem Mars landen können, wenn das bei der F9 auf der Erde mit 3 facher Schwerkraft funktionieren sollte.
Zum Zeitpunkt der Landung müsste die Masse aber mindestens das 3 fache einer F9 auf der Erde haben.

Kerosin lässt sich prima lagern wenn es aus Eurer sicht kein Problem mit LOX gibt dann sollte es doch funktionieren.

Lange auf dem Masrs stehen kann die Stufe aber wegen dem kryogenen O2 nicht.

Nicht das ihr das falsch versteht

ich meine nicht eine original F9V1.0 oder V1.1 erststufe auf dem Mars zu landen.

Die Stufe muss natürlich auf die gegebenheiten des Mars herunterskalliert werden.
Es geht nur darum ob eine Landung auf einem Haupttriebwerk mit dem dann wieder gestartet werden soll möglich ist.


Ob die Stufe dann oben eine Orion,Dragon oder Sojus drauf hat ist wiederum egal, ob die Stufe dann gleich zur Erde weiterbeschleunigt oder ob im Marsorbit an eine weitere Stufe gekoppelt wird ist egal.

OK, dann verstehe ich nicht, wovon du eigentlich redest. Ich sage also besser nichts mehr dazu.

Ich kann nur immer wieder den Kopf schütteln - "Wir gewinnen 3...400 Tonnen Treibstoff auf dem Mars....
Mit welchem Technologiekomplex in welchem Jahr?
Also wenn MCT schon 50 Jahre im Museum steht vielleicht...

Es geht mir um eine machbare Mission die auf bestehender Technologie basiert.
Keine Rohstoffgewinnung auf dem Mars, keine Triebwerke die vielleicht irgentwann mal kommen. Keine ScFi

Mit einer Widerstartfähigen Stufe ähnlich Falcon 9 nur kleiner wäre das heute bereits möglich. Daher meine Frage ob ein Haupttriebwerk welches bei der Landng auf dem Mars eingesetzt wurde dann Tage später wieder gezündet werden kann.

Ging es dir nicht zusätzlich auch um die Frage, wie gut man den flüssigen Sauerstoff gekühlt bekommen könnte? Bei einem vergleichsweise einfachen Missionstyp ohne Rohstoffgewinnung vor Ort muss man ja nun einmal den gesamten Oxidator vom Start weg mitführen.

Das wurde ja bereits als machbar beantwortet

Tatsächlich? Ich finde weiter oben nur etwas vom "freien Weltraum", aber dafür von Problemen im LEO. Die Marsoberfläche ist aber kein freier Weltraum, da der Mars auch im Infraroten strahlen müsste - und die Stufe mit dem LOX befände sich direkt auf seiner Oberfläche.

Auf dem Mars darf die Stufe nicht lange stehen und muss über Verdampfung gekühlt werden.

Diese Mission darf halt nicht länger dauern als eine Apollo Mission auf dem Mond

Das ist aber schlecht. Die Himmelsmechanik bestimmt nun einmal, dass man zwischen sechs Monaten und zwei Jahren braucht, um zwischen Mars und Erde hin- und herzufliegen. Nur leider muss man die lange Route nehmen, wenn man sofort nach der Ankunft wieder losfliegen muss - mit den sattsam bekannten Problemen bzgl. Schwerelosigkeit und Lagerkoller. Bleiben und auf ein günstiges Startfenster warten hätte daher einige Vorteile.

Dann vielleicht doch lieber zwei Transferstufen? Quasi einen Go-Cycler und einen Re-Cycler mit je einem bemannten und einem unbemannten Rückflug?

Bei der Treibstoffkombination RP-1/LOX sehe ich eher das Problem, LOX flüssig zu halten und RP-1 nicht fest werden zu lassen. Hypergole Treibstoffe haben den Vorteil, daß beide Komponenten in einem ähnlichen Temperaturbereich flüssig sind. Methan/LOX haben auch ähnliche Temperatur, aber das ist hier ja nicht das Thema. Für die Merlin Triebwerke haben einige schon bezweifelt, daß sie unter Weltraumbedingungen nach mehreren Stunden Ruhezeit noch starten können, z.B. für Transport in den GEO statt GTO. SpaceX sagt aber, sie können das. Für die Zeitspanne Marslandung - Marsstart wird es gehen. Aber für die Transferzeit Erde-Mars?

Das ist aber schlecht. Die Himmelsmechanik bestimmt nun einmal, dass man zwischen sechs Monaten und zwei Jahren braucht, um zwischen Mars und Erde hin- und herzufliegen. Nur leider muss man die lange Route nehmen, wenn man sofort nach der Ankunft wieder losfliegen muss - mit den sattsam bekannten Problemen bzgl. Schwerelosigkeit und Lagerkoller. Bleiben und auf ein günstiges Startfenster warten hätte daher einige Vorteile.

Ja, leider. Man hat die Wahl zwischen relativ kurzen Transferzeiten und langer Wartezeit auf dem Mars, bzw. in der Umlaufbahn und kurzer Aufenthaltsdauer und langen Transferzeiten.

Dann vielleicht doch lieber zwei Transferstufen? Quasi einen Go-Cycler und einen Re-Cycler mit je einem bemannten und einem unbemannten Rückflug?

Das ist dann wieder eine komplizierte Architektur.