Lukas' Blog - von Lukas Graber

51 62. Blogeintrag (Do,
11.12.08)
Hypotetische Methan-Ariane
Immer wieder liest man in ”http://www.aiaa.org” AIAA-Publikationen
oder in ”http://www.cnes.fr/automne-modules-files/standard/public/p5898ce2996a707aac899e51a4609497cd45ePreparation-des-lanceurs-futurs-3.pdf”
CNES-Powerpoint-Präsentationen von Methan-Triebwerken. Was hat es
denn damit auf sich? Nun, obwohl die Idee alt ist und sich bis jetzt nicht
durchgesetzt hat, ist es gar nicht so abwegig. Besserer (Massen-) spezifischer
Impuls als Kerosin, höhere Dichte als Wasserstoff (= höherer volumenspezifischer
Impuls) und weniger Diffusionsprobleme, Materialversprödung, Isolationsaufwand
als Wasserstoff. Der ”http://www.enbw.com/content/de/privatkunden/media/pdf/2008-08-14-Sicherheitsdatenblatt-Erdgas–tiefgek–hlt–fl–s—.pdf”
Umgang mit flüssigem Erdgas wird technisch gut beherrscht - beispielsweise
wird es zu Transportzwecken verflüssigt (Stichwort LNG).
Völlig hypothetisch: Was würde passieren, wenn man die Ariane-5-
Erststufe (EPC) mit Methan füllen würde? Die Tankaufteilung müsste
man ändern, denn es muss jetzt auch mehr Sauerstoff mitgeführt werden.
Nehmen wir eine stöchiometrische Verbrennung an, dann beträgt das
Massenverhältnis O2:CH4 = 4:1. Da es sich um einen Nebenstrommotor
handelt und dieser insbesondere im Gasgenerator ein fettes Gemisch
möchte, nehmen wir 3.5:1 an (sehr, sehr grob geschätzt - aber es geht mir
mehr um das Prinzip). Bei einer O2-Dichte von 1140 kg/m 3 und einer
CH4-Dichte von 430 kg/m 3 erhalten wir eine mittlere Dichte von 588
kg/m 3 . Dies muss der mittleren Dichte von 221 kg/m 3 bei O2:H2 = 6.8:1
gegenübergestellt werden (H2 hat eine Dichte von 86 kg/m 3 ). Das heisst
also, dass die mittlere Dichte mehr als doppelt so gross ist, im gleichen
Gesamttankvolumen also mehr als doppelt so viel Treibstoff Platz findet.
Damit die Rakete überhaupt abheben kann, ist ein viel stärkeres Triebwerk
erforderlich. Die Vollmasse der neuen EPC-Stufe betrüge 484 t
entsprechend wäre ein Triebwerk der 4000 kN Klasse angebracht. Zufälligerweise
untersucht Snecma ein zukünftiges Methantriebwerk der 4000
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