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Autor: Günther Glatzel / 08. März 2014, 17:41 Uhr

Raptor und Mars Colonial Transporter

In den vergangenen Tagen und Wochen wurden einige Einzelheiten über das in Entwicklung befindliche Triebwerk Raptor sowie die dafür vorgesehene Rakete bekannt.

Quelle: NASASpaceFlight, Wikipedia, SpaceX, Raumcon
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Space Exploration Technologies (SpaceX)

Geplante Raketenentwicklung bei SpaceX (Stand 2010). Die Namen haben sich mittlerweile geändert: aus Falcon 9 Heavy wurde Falcon Heavy, auf das Triebwerk Merlin 2 verzichtet man wohl (daher keine zweite Version der Falcon 9 und Heavy sowie keine Falcon X) und Falcon XX wird zu MCT.
(Bild: Space Exploration Technologies (SpaceX))
Demnach wird man bei dem neuen Triebwerk sowohl einen anderen Brennstoff als auch eine andere Triebwerkstechnologie einsetzen. Das beim Merlin 1C und Merlin 1D eingesetzte Kerosin wird durch flüssiges Methan ersetzt und die Nebenstromtechnik durch eine spezielle Variante der Hauptstromtechnik, bei welcher der gesamte Treibstoff die Turbinen durchläuft. Dabei trägt er zu deren Kühlung bei, was die Lebensdauer des Triebwerks erhöhen sollte und zudem einen effizienteren Betrieb erlaubt. Methan besitzt dabei gegenüber Kerosin eine günstige Kühlungscharakteristik und hinterlässt weniger Rückstände in den zur schnellen Wiederverwendung gedachten Triebwerken. Gegenüber flüssigem Wasserstoff ist Methan weniger aggressiv gegenüber den Oberflächen der Tanks und Leitungen und erfordert eine erheblich weniger aufwändigere Kühlung (111 K statt 20 K). Alles in Allem sieht man bei SpaceX Methan als den geeigneteren Brennstoff an.

Beim Hauptstromtriebwerk wird ein Teil des Treibstoffes abgezweigt und bildet den Grundantrieb für die Turbinen. Das Gewicht des gesamten herabstürzenden Treibstoffes treibt diese aber zusätzlich an und erlaubt obendrein einen höheren Brennkammerdruck. Damit lässt sich der spezifische Impuls der austretenden Gase um 100 bis 200 m/s steigern.

Geplant ist nun ein Triebwerk mit einem Schub von 4,5 MN (Meganewton) und einem spezifischen Impuls von 3.150 m/s auf Meeresspiegelhöhe bzw. 3.560 m/s im Vakuum (gewichtsspezifischer Impuls: 321 s bzw. 363 s). Neun dieser Triebwerke sollen in einer etwa 10 Meter durchmessenden Raketenstufe zusammengefasst werden und gemeinsam mit einer zweiten Stufe mit nur einem Raptor-Triebwerk etwa 120 t Nutzlast in eine erdnahe Umlaufbahn transportieren können. Verwendet man drei Erststufen parallel, so ergäbe sich eine Nutzlast von etwa 380 t für erdnahe Orbits bzw. etwa 100 t zum Mars. Der Rote Planet ist erklärtes Ziel von SpaceX-Gründer Elon Musk, weshalb das Projekt auch die Bezeichnung Mars Colonial Transporter (MCT) erhielt.

Zusätzlich sollen alle Teile der Rakete wieder verwendbar ausgelegt sein. Unter anderem damit will man die Kosten im Zaum halten. Diesem Ziel dient auch die Verwendung von Methan als derzeit am häufigsten vorkommenden und billigstem Rohbrennstoff auf der Erde. Vorteile hat Methan aber auch im Hinblick auf das Reiseziel. Auf dem Mars ließe sich Methan durch verhältnismäßig einfache und lange bekannte chemische Prozesse aus Kohlenstoffdioxid, dem Hauptbestandteil der Marsatmosphäre, Wasser, was in gefrorener Form vermutlich überall oberflächennah auf dem Mars vorkommt und Energie. Dann ließen sich vor Ort die Treibstoffkomponenten Methan und Sauerstoff produzieren, wobei letzterer auch als Atemgas für die zukünftigen Kolonisten notwendig ist.

Tests für einzelne Teile des Raptor-Triebwerks am Teststand E-2 auf dem Stennis Space Center sind bereits für 2014 angekündigt. Im Augenblick arbeitet man an der Umrüstung des Teststandes auf Methan.

Falcon 9, Dragon und deren Missionen zur ISS bzw. den Transport kommerzieller Satelliten in Erdumlaufbahnen bieten derzeit zum Einen die Möglichkeit, mit dem bisher Erreichten Geld für die Entwicklung neuer Techniken zu erwirtschaften. Zum Anderen lassen sich damit aber auch später benötigte Komponenten und Methoden zur Wiederverwendung erproben. Beim vierten Flug eines Dragon-Raumschiffes zur Internationalen Raumstation, der in wenigen Tagen (Start geplant für den 16. März) ansteht, soll zum zweiten Mal versucht werden, die erste Stufe direkt über der Meeresoberfläche auf die Geschwindigkeit Null abzubremsen. Beim ersten Versuch hatte eine unerwartet aufgetretene, schnelle Rotation der Stufe Teile im Tank beschädigt, so dass die Treibstoffförderung aussetzte.

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