Raketentanks / Helium

Auto, Rad & Mobilität Luft- & Raumfahrt
#1

Bitte verzeiht mir wenn die Frage etwas dumm gestellt ist - aber ich bin halt ein abseluter Beginner auf dem Gebiet :wink:.

Also ich habe jetzt öfters bei Zeichnungen von Raumschiffen bzw. Raketenmotoren gesehen das Helium mitgeführt wird. Jetzt meine Fragen:

Wenn dem so ist funktioniert dieser Effekt aber nur während die Rakete beschleunigt oder eben noch am Boden steht oder? Wie sieht das in der Schwerelosigkeit und im Vakuum des Weltraums aus?
Könnte es nicht leicht dazu komen das das Helium anstatt des Treibstoffes in den Raketenmotor gelangt und diesen dadurch „abwürgt“?

  • Der Treibstoff wird soweit ich das verstanden habe zur Kühlung um das Triebwerk geleitet. Warum hat das Triebwerk unten an der Austrittsdüse Löcher wo der Treibstoff austreten kann? Dient das auch der Kühlung?

  • In Filmen sieht man oft das Raketen vor dem Start „dampfen“ woher kommt das?

ich hoffe ich habe die Fragen nicht zu schlecht gestellt und ihr könnt mir weiterhelfen.

gruß „Nemo“

#2

Hi Nemo,

  • Hier scheint das Helium als Druckgas benutzt zu werden um
    den Treibstoff aus den Tanks zu pressen - liege ich da
    richtig?:

Jep. Man möchte sich die Pumpen sparen, um den Treibstoff zum
Motor zu transportieren. Da reduziert die Anzahl der Komponenten
und das Gewicht der Rakete.

Könnte es nicht leicht dazu komen das das Helium anstatt des
Treibstoffes in den Raketenmotor gelangt und diesen dadurch
„abwürgt“?

siehe oben

Siehe dazu auch:
http://www.bernd-leitenberger.de/wie-funktionieren-r…

  • Der Treibstoff wird soweit ich das verstanden habe zur
    Kühlung um das Triebwerk geleitet.

Kühlung: ja.

Warum hat das Triebwerk unten an der Austrittsdüse Löcher
wo der Treibstoff austreten kann? Dient das auch der Kühlung?

Wenn sich der Treibstoff aufgeheizt hat, wohin soll er dann?
Wieder zurück? Eher nicht. Irgendwo muß man ihn ja austreten
lassen. Das geschieht am sinnvollsten am Ende der Düse.

  • In Filmen sieht man oft das Raketen vor dem Start „dampfen“
    woher kommt das?

Welches Dampfe meinst du? Das, was allgemein am Raketenkörper
geschieht? Wenn Treibstoffe wie Wasserstoff und Sauerstoff genommen
werden, so sind diese verflüssigt und stark abgekühlt.
Der Dampf ist die Kondensation von Wasser bei tiefen Temperaturen.

Hier noch Wikipedia:
http://de.wikipedia.org/wiki/Raketentriebwerk

mfg Ulrich

#3

Hi,

  • In Filmen sieht man oft das Raketen vor dem Start „dampfen“
    woher kommt das?

ich bin mir nicht wirklich sicher ob das so ist, aber ich hörte mal, dass diese Tanks mit Absicht ein Loch haben da dann der Druck innen geringer ist und Gehäusematerial(gewicht) gespart werden kann. Den Treibstoffverlusst nimmt man dafür in kauf.

Dieser „Dampf“ ist der austretende Treibstoff.

Grüße,
J~

#4

Hi,
ich glaube dass die Wasserwerfer gemeint sein könnten. Einige Sekunden vorm Start werden schräg neben der Rakete Wasserwerfer gestartet um den Abgasstrahl etwas herunter zu kühlen, damit dieser nicht die Startrampe ruiniert.
Gruß
Christian

[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]

#5

Hi Christian,

ich glaube dass die Wasserwerfer gemeint sein könnten. Einige
Sekunden vorm Start werden schräg neben der Rakete
Wasserwerfer gestartet um den Abgasstrahl etwas herunter zu
kühlen, damit dieser nicht die Startrampe ruiniert.

Ein weiterer Hauptgrund für das Wasser ist die Dämpfung von Vibrationen, die durch den Abgasstrahl der Triebwerke entstehen und diese und die Anlagen beschädigen können.

http://www.bernd-leitenberger.de/startanlagen.html

mfg Ulrich

#6

…aber ich hörte mal, dass diese Tanks mit Absicht ein Loch haben da dann der Druck innen geringer ist und Gehäusematerial(gewicht) gespart werden kann. Den Treibstoffverlusst nimmt man dafür in kauf.::

Der Druck ist innerhalb der Tanks geringer? Ich dachte eigentl. immer das er viel höher sei weil man ja z.b. Den Wasserstoff oder Sauerstoff flüssig aufbewahren will.

…zudem gibt es das Problem, das ab der zweiten Stufe die Zündung unter Schwerelosigkeit stattfindet. D.h. der Treibstoff formt sich zu einer Kugel und rückt von den Zuleitungen weg, und fließt nicht von alleine zum Gasgenerator / Brennkammer:: (Quelle: http://www.bernd-leitenberger.de/wie-funktionieren-r…)

Hier wird das Problem was ich beschrieben hab auch nochmal genannt. Allerdings habe ich keine Lösung auf der Seite finden können. Oder ist die Einzige Lösung hierführ wirklich nur das Zünden kleiner Feststofftriebwerke wodurch der Treibstoff an die untere Tankwand und somit an die Treibstoffzuleitungen gepresst wird?
Das würde ja bedeuten das für jedes Bahnkorrekturmanöver ersteinmal kleine Feststofftriebwerke gezündet werden müssten?

„Warum hat das Triebwerk unten an der Austrittsdüse Löcher wo der Treibstoff austreten kann? Dient das auch der Kühlung?“

Wenn sich der Treibstoff aufgeheizt hat, wohin soll er dann? Wieder zurück? Eher nicht. Irgendwo muß man ihn ja austreten lassen. Das geschieht am sinnvollsten am Ende der Düse.

Naja ich meinte natürlich nicht die Löcher innerhalb der Düse wo der Treibstoff eingespritzt wird sondern die unten am Düsenrand. Die Frage hat sich aber erledigt. Habe auf der Zeichnung den Schriftzug übersehen wo stand das diese Löcher der Kühlung dienen.

Ansonsten ersteinmal vielen Dank an alle für die schnellen und guten Antworten :smile:!

#7

Könnte es nicht leicht dazu komen das das Helium anstatt des
Treibstoffes in den Raketenmotor gelangt und diesen dadurch
„abwürgt“?

Hallo!
Wenn ich so etwas bauen müßte, würde ich den Treibstoff im Tank in einer Art Gummiblase einsperren. Somit wäre gewährleistet, dass er sich nicht mit dem Helium vermischt. Das klappt auch bei Schwerelosigkeit.
Ich denke mal, die Raketeningenieure sind auf eine ähnliche Idee gekommen.

#8

Hallo
Also da gibt es kein Gummi für so tiefe Temperaturen, bzw. für flüssigen Sauerstoff oder Wasserstoff gibt es keine Gummisorte.
Es gibt aber auch andere Treibstoffe, wenn die Schwerkraft zum Beispiel nicht mehr vorhanden ist. Da könnte man vielleicht sowas machen.
MfG

[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]

#9

Hi,

moderne Großraketen sind eher fliegende Treibstofftanks als etwas anderes und das Verhältnis Raketengewicht zu Tankgewicht ist ähnlich wie bei einem rohen Ei (Schale zu Inhalt). Diese Tanks werden unter leichtem (!) Überdruck gehalten, zum Teil, damit die nicht unter dem Eigengewicht einknittern.

Das Helium dient nicht dem Herauspressen der Flüssigkeit, sondern zum Füllen der Leerräume, wenn der Treibstoff sich verbraucht. Es wäre unsinnig, einen ganzen Treibstofftank so massiv zu bauen, daß der innen mehr Druck aufbaut, als in der Brennkammer herrscht, was notwendig wäre, um den Treibstoff gegen den Brennkammerdruck in die Düse zu pressen, außerdem bräuchte man Unmengen an Helium.

Nein, der Treibstoff wird von starken turbinenbetriebenen Pumpen aus den Tanks heraus_gesaugt_. Die Pumpen sitzen direkt oben am Triebwerk. Die Pumpen verbrauchen selber einen Teil des Treibstoffs, der Treibstoff wird dann spiralförmig um die Düse und Brennkammer geleitet und dann von der Pumpe eingespritzt. Durch evtl. vorhandene Löcher in der Düsen und Brennkammerinnenwand strömt ebenfalls ein kleiner Teil des Treibstoffs, der einen schützenden Gasfilm bildet. Oben in dem Tank wird der Treibstoff weniger, also läßt man Helium nachströmen, damit der Tank nicht zusammenknittert wie eine Sunkist-Packung.
Teil des Treibstoffs ist meistens flüssiger Sauerstoff, so um die -200 Grad kalt. Die Tanks dampfen vor Kälte, und der Treibstoff wird bis wenige Sekunden vor Start immer nachgefüllt, weil er verdampft. Kurz vor Start werden dann die Füllstutzen weggerissen (vielleicht schon mal auf einem Apollo Startfilm gesehen). Wenn die Rakete startet, fliegen die Eis- und Schneeplatten durch die Luft, die sich am Tank niedergeschlagen haben. Ich habe mich früher auch immer gewundert, was da beim Start von Raketen immer für ein Gerümpel duch die Luft fliegt.

Solche Triebwerke werden in der Regel eingeschaltet, bis der Tank leer ist. Im Vakuum und zum Manövrieren werden in der Regel andere Konstruktionen verwendet.

Hoffe, etwas geholften zu haben
Gruß
Moriarty

#10

Hallo Fragewurm,

Wenn ich so etwas bauen müßte, würde ich den Treibstoff im
Tank in einer Art Gummiblase einsperren. Somit wäre
gewährleistet, dass er sich nicht mit dem Helium vermischt.
Das klappt auch bei Schwerelosigkeit.
Ich denke mal, die Raketeningenieure sind auf eine ähnliche
Idee gekommen.

Also da gibt es kein Gummi für so tiefe Temperaturen, bzw. für
flüssigen Sauerstoff oder Wasserstoff gibt es keine
Gummisorte.
Es gibt aber auch andere Treibstoffe, wenn die Schwerkraft zum
Beispiel nicht mehr vorhanden ist. Da könnte man vielleicht
sowas machen.

Bei flüssigem Sauer- und Wasserstoff, brauchst du kein Helium um Druck im Tank zu erzeugen, da hast du das gegenteilige Problem !
Aus diesem Grund wird Sauer- und Wasserstoff nur in der Startphase benutzt. Ein weiteres Problem ist das Einfrieren.

Für die Lagesteuer- und Bremsdüsen verwendet man andere Brennstoffe, welche sich selbst entzünden und bei Raumtemperatur flüssig sind. Hier muss man irgendwie den Druck erzeugen. Pumpen wären relativ schwer und auch Störanfällig, besonders wenn sie dauernd An/Ausgeschaltet werden müssen, wie z.B. bei der Lageregelung. Also ist hier ein statisches System, mit Helium als Druckerzeuger und zwei Ventilen am Tankausgang wesentlich leichter und betriebssicherer.

MfG Peter(TOO)

#11

Teil des Treibstoffs ist meistens flüssiger Sauerstoff, so um
die -200 Grad kalt. Die Tanks dampfen vor Kälte, und der
Treibstoff wird bis wenige Sekunden vor Start immer
nachgefüllt, weil er verdampft.

Wie kann man so eine große Menge an flüssigen Sauerstoff denn auf so niedrigen Temperatiren halten?
Du sagst der Treibstoff verdampft - heißt das vieleicht das in den Tanks Löcher sind und dadurch das der Treibstoff verdampft kühlt sich der Tank selber?
Ich dachte eigentlich immer wenn man Sauerstoff verflüssigen will muss man ihn unter großen Druck setzen - aber das scheint in dem Fall ja nicht zu stimmen? Statt des Drucks kann man ihn also einfach kühlen und dadurch wird er flüssig?

Im Vakuum und zum Manövrieren werden in der
Regel andere Konstruktionen verwendet.

Zum Beispiel? Feststoff - und/oder Hybrid-Triebwerke?

Nochmal eine Frage wegen dem Helium. Man sieht diese Helium Tanks auch des Öfteren in reinen Sonden oder ähnlichen Flugkörpern - eben solchen welche nicht eine Atmosphäre durchqueren müssen. Da wäre das Helium Druckausgleichsmäßig ja eigentlich nicht mehr nötig oder?
Und dann ergäbe sich für mich wieder die Frage ob das Helium in der Schwerelosigkeit nicht in die Treibstoffleitungen geraten und den Raketenmotor abwürgen könnte?

Hoffe, etwas geholften zu haben
Gruß
Moriarty

Ja hast du danke :smile:!

#12

Hi,

Wie kann man so eine große Menge an flüssigen Sauerstoff denn
auf so niedrigen Temperatiren halten?
Du sagst der Treibstoff verdampft - heißt das vieleicht das in
den Tanks Löcher sind und dadurch das der Treibstoff verdampft
kühlt sich der Tank selber?
Ich dachte eigentlich immer wenn man Sauerstoff verflüssigen
will muss man ihn unter großen Druck setzen - aber das scheint
in dem Fall ja nicht zu stimmen? Statt des Drucks kann man ihn
also einfach kühlen und dadurch wird er flüssig?

Ja, stells Dir einfach wie Wasser vor, nur kälter. Bei Zimmertemperatur ist Sauerstoff „dampf-förmig“ (eben Luft). Kühlt man den stark ab, dann kondensiert er zu einer hellblauen Flüssigkeit. Die kann man in einen Topf schütten: da siedet sie dann vor sich hin, immer bei der Siedetemperatur, so wie ein Topf Wasser auf der Herdplatte (Für flüssigen Sauerstoff ist die normale Umgebung bei Zimmertemperatur eben wie eine Herdplatte). Das dauert dann so einige Zeit, bis alles verkocht ist. Nimmt man ne Thermosflasche, oder ein isoliertes Gefäß, dauert es länger, vielleicht einige Stunden. In dieser Zeit läßt man immer etwas nachfließen, bis die Rakete startet.

Im Vakuum und zum Manövrieren werden in der
Regel andere Konstruktionen verwendet.

Zum Beispiel? Feststoff - und/oder Hybrid-Triebwerke?

Feststoffraketen haben den Nachteil, daß man sie nur einmal anzünden kann. Die nimmt man also gerne für brutale Einmal-Aktionen (wie die Booster beim Shuttle). Für Lageregelung verwendet man in der Regel flüssige, stabile Chemikalien, die sich bei Berührung entzünden oder reagieren. ZB Hydrazin und Stickstoffoxid oder Salpetersäure, oder Wasserstoffperoxid und ein Katalysator. Die haben zwar nicht den Energieinhalt wie Raketen mit flüssigem Sauerstoff, sind jedoch einfach, haltbar und zuverlässig

Nochmal eine Frage wegen dem Helium. Man sieht diese Helium
Tanks auch des Öfteren in reinen Sonden oder ähnlichen
Flugkörpern - eben solchen welche nicht eine Atmosphäre
durchqueren müssen. Da wäre das Helium Druckausgleichsmäßig ja
eigentlich nicht mehr nötig oder?

Es ist natürlich immer ratsam, einen gewissen Druck aufrecht zu erhalten.
Aber ich nehm mal an, daß das Helium in reinen Sonden auch einen anderen Zweck erfüllen kann. Bei Infrarotoptiken z.B. ist das Helium flüssig-tiefkalt in einem Thermosgefäß und wird stückweise verbraucht, um die Optik zu kühlen. Da gibts sicher noch andere Anwendungen.

Und dann ergäbe sich für mich wieder die Frage ob das Helium
in der Schwerelosigkeit nicht in die Treibstoffleitungen
geraten und den Raketenmotor abwürgen könnte?

Das wird man zu verhindern wissen. „Da oben“ werden sicher keine kryogenen (tiefkalten) Treibstoffe verwendet, also könnte man die tatsächlich in eine Art Gummiballon tun, der sich zusammenzieht.

Gruß
Moriarty

#13

Hallo!

Bei Infrarotoptiken z.B.
ist das Helium :flüssig-tiefkalt in einem :Thermosgefäß und wird
stückweise verbraucht, um die :open_mouth:ptik zu kühlen.

Das Kühlen einer IR-Optik, egal ob Spiegelobjektiv oder Germaniumlinse(n), macht wenig Sinn* (siehe Anmerkung am Schluß). Je nach Anwendung kann es sogar erforderlich sein, das Objektiv mittels aufgedampfter leitfähiger Schicht zu heizen. Vereisung/Feuchtigkeitsniederschlag auf dem Objektiv kann dessen Abbildungsqualität erheblich beeinträchtigen, während eine Wärmequelle auf der Oberfläche des Objektivs in dessen unscharfen Bereich liegt und nicht auf dem Sensorarray abgebildet wird. Kühlung des IR-Sensors zur Reduzierung thermischen Rauschens, damit Verbesserung des Störabstands und der Empfindlichkeit, ist aber üblich. Zur Kühlung ist Helium mit einer Siedetemperatur von -269°C ideal; aber welcher Aufwand, um Helium flüssig zu halten und schrecklich teuer! So wird i. d. R. mit flüssigem Stickstoff gekühlt, der zwar „nur“ -196°C bringt, aber preiswert und leichter beherrschbar ist. Die Beherrschbarkeit hinsichtlich der zum Einsatz kommenden Werkstoffe ist ein wesentlicher Punkt, denn viele Materialien werden spröde bis bröselig, wenns zu kalt wird.

* Meine Aussagen beruhen auf Entwickler-Erfahrung von IR-Technik nur bis in für (Militär-)Jets erreichbare Höhen.

Gruß
Wolfgang

#14

Thermographiekamera-Kühlung

wird i. d. R. mit flüssigem Stickstoff gekühlt, der zwar „nur“
-196°C bringt, aber preiswert und leichter beherrschbar ist.

Wegen der o. g. Probleme wird heutzutage (wo es geht) gar nicht mehr gekühlt.
Und bei den meisten (zivilen) Anwendungsfällen geht es ohne Kühlung.
Nur Leute, die über keine vernünftige Kamera verfügen, knattern noch mit Sterling-Kühler, oder hantieren gar mit Stickstoff.

MfG

C. (der eine vernünftige Kamera im Zugriff hat :smile:

#15

Hmm, vieleicht habe ich nicht aufgepasst, aber wie wird denn nun der Treibstoff gekühlt und woraus bestehen die Tanks?
Wird der Treibstoff gekühlt indem in den Tanks Löcher sind durch welche ein kleiner Teil des Treibstoffes verdunsten und kühlen kann?

gruß „Nemo“

PS: Achja gibt es auch genauere Zeichnungen von Treibstoffpumpen?