Entwicklung eines Raketenmotors von Grund auf

(blog.ablspacesystems.com)

1 Punkte von GN⁺ 2024-05-03 | 1 Kommentare | Auf WhatsApp teilen

Der Autor Ryan Kuhn begann das ABL-Motorprogramm von Grund auf. Obwohl er zu Beginn keine Erfahrung in der Entwicklung von Triebwerken hatte, ging er die Aufgabe mit Neugier, Intuition und Problemlösungskompetenz an.

E2-Motorauslegung

Der E2-Motor nutzt einen Gasgenerator-Zyklus und besteht aus Turbopumpe, Brennkammer, Injektor und Gasgenerator.
Die Turbopumpe dreht mit 50.000 U/min und fördert mehrere Gallonen Treibstoff pro Sekunde auf 2000 psi.
Beim Injektor wurde ein Pintle-Design verwendet, um den Herstellungsprozess zu vereinfachen.
Die Brennkammer wurde aus Inconel per 3D-Druck gefertigt und das Kühlkanal-Design optimiert.

Für die ersten Motorteile wurde mit Zulieferern kooperiert, doch wegen Kosten- und Vorlaufzeitproblemen baute man eigene Produktionskapazitäten auf.
Eine 5-Achs-Fräsmaschine und Drehbänke wurden eingeführt, und durch die Einstellung von Fachkräften wurden Impeller und Turbine intern hergestellt.
Durch Designverbesserungen und verbesserte Fertigungstechniken konnten die Fertigungszeiten für Impeller und Turbine verkürzt und die Kosten deutlich gesenkt werden.

Erfolgreich sind Ingenieure, die sich auf Entwurf und Herstellung des Motors konzentrieren, sowie solche, die praktische Tests vor Ort schätzen.
Erfolgreich sind auch Ingenieure, die nicht zu stark auf Erfahrung setzen, sondern nach First Principles denken.
Besonders leistungsfähig sind Ingenieure, die nicht nur ihr Spezialgebiet, sondern die gesamte Rakete verstehen wollen.
Die wichtigsten Qualitäten sind dabei Problemlösungskompetenz sowie mechanische und strömungsmechanische Intuition.

Im Sommer 2019 wurden die ersten E2-Motor-Tests durchgeführt, bei denen verschiedene Probleme auftraten, für die Lösungen gesucht wurden.
2020 erfolgte ein Turbopumpentest bei der AFRL, wodurch ein stabiler Betrieb erreicht wurde.
2021 baute man in der Mojave-Wüste einen neuen Teststand und begann mit Flugantriebstests.
Durch zahlreiche Lern- und Erfahrungszyklen wurden der Motor, die Ingenieure und das Unternehmen insgesamt stärker.
Es ist entscheidend, bei kontinuierlichen Tests Probleme zu erkennen und zu lösen.

Der Fall von ABL zeigt vermutlich ein ausgezeichnetes Beispiel für AeroSpace-Startups auf. Es ist eine beeindruckende Leistung, dass ein kleines Team in kurzer Zeit einen eigenen Motor entwickelt hat.
Erfolgsfaktoren scheinen ein einfaches, einfach zu beherrschendes Motordesign, schnelle Fertigung durch Vertikalisierung und eine vor Ort ausgerichtete Ingenieurskultur zu sein.
Allerdings wird eine weitergehende Validierung im realen Flugbetrieb nötig sein. Reine Bodenbrenntests können die Leistung und Zuverlässigkeit unter realen Flugbedingungen nur unzureichend garantieren.
Um das Know-how und die technische Expertise bestehender Raketenmotoraussteller aufzuholen, werden vermutlich noch mehr Zeit und Erfahrung erforderlich sein. Insbesondere die Entwicklung wiederverwendbarer Triebwerke dürfte als künftige Herausforderung erwartet werden.
Dennoch ist der Fall von ABL ein hervorragendes Beispiel dafür, dass sich Raketenmotoren auf innovative Weise entwickeln lassen und eingefahrene Denkweisen durchbrechen können. Es wird anderen Startups hoffentlich als Inspiration dienen.

GN⁺ 2024-05-03

Die Berichte von NASA und NRO, besonders die Unterlagen aus den 1950er- und 60er-Jahren, sind Musterbeispiele für eine präzise und klare technische Dokumentation und geben Einblicke in die damalige Art der Projektabwicklung.
ABLs auf Containern basierender Ansatz für Startsysteme ist ein schnelles Startsystem, das bestehende Methoden kreativ nutzt.
Der Fall, dass die Bearbeitungszeit durch eine Vergrößerung des Abstands zwischen Turbinenschaufeln drastisch verkürzt wurde, zeigt, dass bei der Auslegung die Fertigungsfreundlichkeit ganzheitlich berücksichtigt werden sollte.
Bei der Herstellung komplexer Hardware wird die Bedeutung von kurzen Feedbackzyklen und im Design verankertem Wissen erneut bestätigt.
Da SpaceX bereits Falcon und Starship hat, fehlt eine Erklärung der Differenzierungsmerkmale der ABL-Rakete sowie der Kundenvorteile und Performance-Vorteile.
Interessant ist der Fortschritt, dass Metallteile für Raketenmotoren mit 3D-Druck hergestellt werden können.
Die Weiterentwicklung der Druckbehältertechnik eröffnet die Möglichkeit, einfache und günstige Raketen mit verflüssigter Luft und ähnlichen Medien zu bauen.
Da es der erste Motor ist, sind konservative Designentscheidungen nachvollziehbar; bei späteren Entwürfen sind mutigere und abenteuerlichere Ansätze zu erwarten.
Eine Erwähnung eines Open-Source-Projekts für ein manuelles Radar zu Bildungszwecken.
Ein Scherz darüber, ob man mit ChatGPT eine Saturn-V-Rakete bauen könnte.