SpaceXs Faserverbundtank für kryogene Flüssigkeiten

[nochn_schmidt]

Warum  eigentlich ein Test auf dem Meer ? Es hieß mal, dass mit LOX getestet werden soll. Wenn dem so ist -mit welchem Wasserfahrzeug hat er das Zeug dann transportiert? Wohl kaum auf ner Barge...Und mit befülltem Tank aufs Meer zu schippern, schließt sich wohl aus 

[tobi]

Warum  eigentlich ein Test auf dem Meer ? Es hieß mal, dass mit LOX getestet werden soll. Wenn dem so ist -mit welchem Wasserfahrzeug hat er das Zeug dann transportiert? Wohl kaum auf ner Barge...Und mit befülltem Tank aufs Meer zu schippern, schließt sich wohl aus 

Wenn der Tank explodiert, dann besser auf dem Meer.

[Hugo]

Ich hatte das so verstanden, daß es heute ein Drucktest war. Also kein Test mit LOX, sondern vielleicht nur Druckluft.
Ein LKW-Reifen kann einen Menschen töten, wenn er direkt davor steht wenn dieser platzt. Wenn so ein riesiger Tank platzt, dann entsteht ein riesige Druckwelle, welche dutzende Meter weit alles Leben auslöscht und hunderte Meter weit alle Fensterscheiben zerstören würde. (wenn nicht sogar noch weiter)

So etwas ist auf dem Meer deutlich einfacher zu kontrolliere. Wenn das Radar keine anderen Schiffe anzeigt, ist kein Mensch in der Nähe.

[Klakow]

Eigentlich ist es nur dann richtig gefährlich wenn man den Tank mit Gas druck beaufschlagt, füllt man ihn komplett mit Wasser führt ein Platzen kaum zu Schäden.
Es könnte aber sein das man vermeiden will ihn mit Wasser zu füllen.

[lngo]

Zum Test auf dem Meer: ich vermute, dass das ausschliesslich rechtliche Gründe hat:
Druckbehälter sind gesetzlichen Regeln auf der ganzen Welt unterworfen, in Europa geltend ist die Druckgeräterichtlinie (DGRL oder PED, in den USA ist es der ASME Boiler and Pressure Vessel Code.
Ich kenne mich nicht gut in Sect. X (10), aber er orientiert sich am bekannteren Sect. 8 für Metallbehälter. Es gibt dort eine Reihe Regelung für den Festigkeitsnachweis, mit steigendem Aufwand umgekehrt proportional zur Erfahrung mit den verwendeten Materialien und Fertigungsmethoden, abhängig auch von der Art des Nachweises. Kurz gesagt: ein experimenteller Nachweis mittels Gasdruckprobe* bei hohem Druck eines riesigen Tanks, gefertigt in ungewohnter (Vermutung, verglichen mit Industriestandard) Bauweise aus Fasern ohne Liner und (felsenfeste Vermutung: 1.0) mit Sicherheitsfaktoren die jeden Inspector in die Flucht schlagen, hat maximalste Vorgaben zur Dokumentation, Prüfumfang etc einzuhalten. Am Ende will SpaceX gar einen Berstversuch machen!
Nein, da Raketen nicht drunter den ASME Code fallen, ist es einfach sehr viel einfacher das ganze Ding 312 Meilen rauszuschleppen und diese ganzen lästigen Gesetzesvorgaben hinter sich zu lassen.

* Lustigerweise gilt LOX oder NOX als flüssig. PED bspw. definiert Flüssigkeiten als flüssig, wenn bei entsprechender Temperatur der Siededruck weniger als ein halbes bar über dem Atmosphärendruck liegt - Wasser bei ca. 110°C zB. Von kaltverflüssigten Gasen hab ich noch nie gelesen...

[Klakow]

möglicherweise sind dünne Leiter im Material verwoben, diese kann man nehmen um partielle Brüche festzustellen.

[tobi]

Zum Test auf dem Meer: ich vermute, dass das ausschliesslich rechtliche Gründe hat:
Druckbehälter sind gesetzlichen Regeln auf der ganzen Welt unterworfen, in Europa geltend ist die Druckgeräterichtlinie (DGRL oder PED, in den USA ist es der ASME Boiler and Pressure Vessel Code.
Ich kenne mich nicht gut in Sect. X (10), aber er orientiert sich am bekannteren Sect. 8 für Metallbehälter. Es gibt dort eine Reihe Regelung für den Festigkeitsnachweis, mit steigendem Aufwand umgekehrt proportional zur Erfahrung mit den verwendeten Materialien und Fertigungsmethoden, abhängig auch von der Art des Nachweises. Kurz gesagt: ein experimenteller Nachweis mittels Gasdruckprobe* bei hohem Druck eines riesigen Tanks, gefertigt in ungewohnter (Vermutung, verglichen mit Industriestandard) Bauweise aus Fasern ohne Liner und (felsenfeste Vermutung: 1.0) mit Sicherheitsfaktoren die jeden Inspector in die Flucht schlagen, hat maximalste Vorgaben zur Dokumentation, Prüfumfang etc einzuhalten. Am Ende will SpaceX gar einen Berstversuch machen!
Nein, da Raketen nicht drunter den ASME Code fallen, ist es einfach sehr viel einfacher das ganze Ding 312 Meilen rauszuschleppen und diese ganzen lästigen Gesetzesvorgaben hinter sich zu lassen.

* Lustigerweise gilt LOX oder NOX als flüssig. PED bspw. definiert Flüssigkeiten als flüssig, wenn bei entsprechender Temperatur der Siededruck weniger als ein halbes bar über dem Atmosphärendruck liegt - Wasser bei ca. 110°C zB. Von kaltverflüssigten Gasen hab ich noch nie gelesen...

Sicherheitsfaktor 1.0? Das macht doch niemand. Weder auf Zugfestigkeit noch auf Streckgrenze. Ich tippe mal 1.25 Streckgrenze und 1.5 Zugfestigkeit.

[lngo]

tobi, ich bin kein Experte für Sect. 10, aber wenn ich durchscanne sind Faktoren (design factor) von 5 oder mehr (Ausschnitte, etc) vorgeschrieben, dazu kommt das nicht 100% der Faserfestigkeit verwendet wird (teilweise wohl nur ein Sechstel!). Nur um mal "das macht doch niemand" zu kontern - 1.25 kommen aus der Metallwelt.

Jedoch, Section 10 ist eh nicht anwendbar, ASME 2011a SECTION X, Page 13, Design Requirements, General:
RD-112.2 Minimum Design Temperature. The minimum
permissible temperature to which a vessel constructed
under this Section may be subjected is −65°F
(−54°C) (see RG-112).

und

RD-160 PROOF OF DESIGN ADEQUACY
For Class I vessels, a design shall be considered
adequate for the specified service conditions when one
or more full‐scale prototype vessels (see RG-321.1), after
having been subjected to 100,000 cycles of pressure
ranging from atmospheric to the design pressure
(see RD-111 and Article RT-2), shall withstand a pressure
not less than six times the specified maximum design
pressure. The test fluid shall have a temperature as
specified in RT-223.
[...]

Class 1, RD-100:
(a) Class I Design — qualification and testing of a
prototype vessel;
(b) Class II Design — mandatory design rules and
acceptance testing.

[lngo]

Nachtrag zu partiellen Brüchen, direktes Erlebnis, jedoch als Laie: Diese partiellen Brüche in GFK Drucktanks hört man beim Drucktest deutlich, ich nehme an das ist beim SpaceX Tank ähnlich.

Ich habe mir erklären lassen, dass die Spannung der Fasern ungefähr einer Gausskurve gleicht. Ein kleiner Teil ist eng, der Großteil in der Mitte und ein Teil wird nie belastet weil er viel zu weit verlegt ist. Beim Drucktest reisst der Teil der zu eng verlegten Fasern am Ende des Drucktest wird angenommen, dass 5-10% der Fasern gerissen sind. Erst danach wird der entgültige Innenliner aufgebracht, der die GFK Tanks letztendlich korrosionsfest macht.

[PaddyPatrone]

Der Tank wurde erfolgreich auf Druck getestet. Als nächstes stehen Test mit kaltem (LOX?) kyrogenen Stoffen an.

"Successfully tested the prototype Mars tank last week. Hit both of our pressure targets – next up will be full cryo testing."

[Axel_F]

Wo genau wird/wurde der Tank überhaupt gebaut? In Seattle? Denn das Teil wird ja gerade im Pazifik vor der Küste von Seattle getestet.

[Youronas]

Ein kleines Video vom Transport des Tanks aus seiner Lagerhalle zur Barge. Diese Instagramm Videos lassen sich leider immer nicht direkt einbette bzw. ich bekomme es nicht hin.

https://www.instagram.com/p/BM4P6b_g2N9/?hl=en

EDIT:

Und noch ein Video vom Abladen nach den Tests.


https://www.youtube.com/watch?v=0NIeNCQFXno

Quelle: https://www.reddit.com/r/spacex/comments/5chddp/pictures_of_the_its_lox_testing_tank_being_taken/

[lngo]

Wo genau wird/wurde der Tank überhaupt gebaut? In Seattle? Denn das Teil wird ja gerade im Pazifik vor der Küste von Seattle getestet.

A few years ago one of the large manufacturing buildings in our small town got bought by a bunch of strange suits, supposedly by Boeing for special projects. Extremely tight security.
Even the shipping containers outside had biometric locks on them.
But yesterday they brought this thing out and loaded it onto a barge, supposedly for "destructive testing".
Less than 24 hours later, it has already returned seemingly intact.
They could not have gone very far at all, so everybody around here is pretty curious about what they actually did.
I saw a few man-sized silver tanks that were being moved off the barge as well, which were also venting.

In Anacortes, Washington State. Und getestet möglicherweise mit Stickstoff, wobei anstelle Druckgas kaltverflüssigtes genommen wurde, Zitat "which were also venting". Das ist eine sehr, sehr schöne Gegend da oben, ich würde gerne hin nur bislang hab ich noch keinen Job da oben gefunden *hmmm*

[Wolklavic]

Ich habe mir mal den reddit-Thread über den Tank durchgelesen.
Vielleicht hat hier nicht jeder soviel Zeit, daher hier einige Interessante Details:

Die Firma, die den Tank für SpaceX hergestellt hat:
http://www.janicki.com/about-us/news/

Ein NASA Test eines Tanks von 2013:
http://www.compositesworld.com/news/nasa-tests-composite-cryogenic-fuel-tank

Ein Photoshop Bild vom Tank am Kran, überblendet mit dem IPS:
http://i.imgur.com/80Ep9xQ.png

Mein Fazit:
Die Technologie für den bau des ITS ist schon viel weiter fortgeschritten, als ich auf den ersten Blick vermutet hatte.
Ich denke, das Projekt ist schon viel Realer, als die Öffentlichkeit das zur Zeit wahrnimmt.

[Doc Hoschi]

Die Firma, die den Tank für SpaceX hergestellt hat:
http://www.janicki.com/about-us/news/

Sehr interessant, da ich selbst schon nach der Info gesucht hatte.
Wäre nur zu schön, wenn die Firma auf der Composites Europe in Düsseldorf Ende des Monats anwesend wäre.....ist sie aber leider nicht. Die Auftragsbücher sind wohl gefüllt genug.

Zu den NASA-Arbeiten empfehle ich dir auch folgenden Thread: https://www.raumfahrer.net/forum/smf/index.php?topic=11442.0

[Wolklavic]

Vielen Dank, für den Link 
Es macht natürlich mehr Spaß, diese Themen in deutsch zu lesen, längere Texte in englisch lese ich leider nicht so flüssig...

Gerade noch einen ergänzenden Link gefunden:
Boeing previously did experimental work in Anacortes where the mars tank was built. Possibly in the same building.
https://www.reddit.com/r/spacex/comments/5dcyk8/boeing_previously_did_experimental_work_in/

[Doc Hoschi]

Schön, habe selbst noch einmal in dem Thread geschmökert und siehe da eine Präsentation gefunden, die auf Folie 19 einen CFK-Tank (mit Gewichts- und Druckangaben), größenmäßig vergleichbar mit dem SpaceX-Tank beschreibt.
https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20120002943.pdf

Durchmesser: 10 m
Arbeitsdruck: 42 psi (2,9 bar)
Leergewicht: 3 t

Betreibt SpaceX seine LOX-Tanks bisher nicht bei 50 psi? Dann wäre der Tank leistungstechnisch sicherlich vergleichbar.
Ein gleichgroßer Tank aus Al-Li käme laut Folie 16 auf ca. 5t. Das wären rund 67% mehr als beim CFK-Tank.

[Klakow]

Die 2,9Bar reichen sicher nicht wenn das Ding über 10m hohe Tanks hat und mit über 3G Beschleunigt gibt es deutlich mehr Druck im unteren Tankbereich.

[Doc Hoschi]

Die 2,9 bar beziehen sich lediglich auf den nominellen Betriebsdruck des vorgestellten Tankdesigns.....und geben meines Erachtens eine grobe Adresse vor.
Dass der Tank betriebsbedingt etwas mehr aushalten sollte als nur den Betriebsdruck, steht da doch auf einem vollkommen anderen Blatt.

[lngo]

Warum, LOX hat eine zu Wasser vergleichbare Dichte, wenn oben 42psi/2,9bar sind, ist unten eben der doppelte Druck. Bei Apparaten wird der statische Druck im Behälter auch nicht im Designdruck verschwurschtelt, der Designdruck wird am höchsten Punkt gemessen (in aller Regel sitzen da auch die Sicherheitsventile).

[Wolklavic]

Ich habe mir gerade noch das hier angesehen:
https://www.nasa.gov/directorates/spacetech/game_changing_development/IMG-cctd-model.html

Seht so aus, als wenn die Außenhaut der Rakete vollflächig mit dem Tank verbunden wird.
Das gibt bestimmt interessante Fortschritte bei der gesamten Statik, Belastungen der Struktur wirken gleichmäßiger, was schwere Hilfskonstruktionen erspart?

Interessante Zusammenhänge bei der Entwicklung:

• Die NASA beauftragt Boeing mit der Entwicklung eines Tanks aus Faserverbundstoffen.
• Boeing beauftragt einen Zulieferer, der früher mit dem Bau von Glasfaserrümpfen für Motorboote angefangen hatte.
• SpaceX lässt bei dem gleichen Zulieferer wie Boeing seinen Tank-Prototypen bauen.

Am Ende bringen uns die Aufwendungen für SLS und Ares, über SpaceX doch noch zum Mars 

[Doc Hoschi]

Schon aufgrund des folgenden Videos denke ich, dass diese Schürze (im Englischen als Skirt bezeichnet) um die Compositetanks nicht die Außenhaut darstellt:


https://www.youtube.com/watch?v=96iZ_djoa94
Bei Zeitindex 2:00 passt es ja noch einigermaßen, aber bei 2:06 nicht mehr (und im Titelbild des Videos ja auch nicht), trotzdem ist dort die Schürze zu erkennen....

In dieser Quelle steht zumindest folgendes über den Zweck:

....with an outer skirt that could take the axial compression loads during launch-vehicle takeoff (see drawing, at left)

Es sollen über die Schürze also axiale Druckkräfte beim Start aufgenommen werden. Auf der Seite gibt es auch eine nette Grafik zum inneren Aufbau der Schürze
Diese axialen Kräfte hat man bei den späteren Tanktests sogar mechanisch simuliert. https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20130013045.pdf (Folie 41)

Ob SpaceX ebenfalls mit so einer Schürze arbeiten wird, dürfte interessant sein. Diese wurde beim NASA/Boeing-Projekt erst nach der Tankfertigung angebracht.

[Klakow]

Was für SpaceX sicher gut ist das einiges an Untersuchungen und Entwicklungen schon gemacht sind, man fängt nicht bei Null an,
aber natürlich sind die Dimensionen nochmals eine Herausforderung.
Falls das wirklich gut klappt, könnte man die F9-Tanks vielleicht auch noch ersetzen, da bringt jedes Kilogramm weniger doppelten Gewinn.

Bei der BFT+ITS hoffe ich das es diese leichten Tanks ermöglichen eine höhere Sicherheitsreserve als 1,4 zu nutzen.

[Wolklavic]

Danke für den Youtube-Link, heute Abend darf ich Filmchen gucken. 
Und Hallo-Wach Musik gibt es noch dazu. 

Es ist beeindruckend, mit wievielen Details die Öffentlichkeit versorgt wird.
Ich vermute, da das Projekt von der NASA finanziert wurde, wird die Dokumentation Public Domain?

Interessant ist die Verwendung solch eines Tanks als Versorgungstank auf dem Boden.
Mann kann schon im Bodenbetrieb längere Erfahrungen zur Standfestigkeit der Tanks sammeln.
Hitze, Kälte, Vibrationen durch vorbeifahrende LKW und startende Raketen, ständiges befüllen und entleeren...
Weltraumbedingungen sind zwar noch etwas anderes, aber immerhin...

Generell ist die Entwicklung, die die Compositbauweise in den Letzten Jahren genommen hat, mehr als aufregend.
Vieles, was man so sieht, z.B. Windräder, Verkehrsflugzeuge, Rennsegelyachten oder auch große Tragflächenboote lassen äußerlich nicht immer erkennen das dort die neueste Technologie zum Einsatz kommt.

Hier noch ein interessanter Artikel über die generellen Vor- und Nachteile in der Entwicklung für SpaceX:
http://www.planetary.org/blogs/casey-dreier/2016/0928-spacex-and-the-blank-slate-mars-colonization.html