Nach dem letzten Countdown Podcast erhielt ich einen Kommentar, der über das RS-25 Triebwerk, das vor kurzem von der NASA getestet wurde.
“Die RS-25er mögen vielleicht vor 40 Jahren entworfen worden sein, aber sie sind immer noch absolute High-Tech, die Physik dahinter hat sich ja nicht verändert. Noch immer ist das RS-25 das effizienteste Haupttriebwerk der Welt. Es wurde durchaus etwas am RS-25 verändert. Der Controller, also das Computergehirn des Triebwerks, wurde auf Basis des J-2X-Controllers neu entwickelt und die Isolierung verbessert.”
Dazu sollte man kurz etwas sagen. Die RS-25 sind die Haupttriebwerke des Space Shuttle. Sie wurden in den 1970er Jahren entwickelt und sollen auch in der nächsten Schwerlastrakete der NASA (SLS) verwendet werden. Die Entwicklung neuer Controller war allein schon deswegen nötig, weil die Computertechnik der damaligen Zeit so hoffnungslos veraltet war, dass man die alten Controller beim besten Willen nicht mehr auftreiben oder herstellen konnte. Da der Vorrat der RS-25 Triebwerke bei der Benutzung des SLS zur Neige gehen wird, hat man angefangen wieder neue RS-25 Triebwerke zu bauen.
Tatsächlich gehen sie sehr effizient mit dem Treibstoff um. Kein anderes Wasserstofftriebwerk hat gleichzeitig auch nur näherungsweise den hohen Schub des RS-25 zusammen mit dem hohen spezifischen Impuls. Sie wurden entworfen um mehrfach wiederverwendet zu werden und gleichzeitig die höchstmögliche Effizienz zu liefern. Damit ist klar, dass sie nicht zu den billigsten Triebwerken.
Es ist schwierig an konkete, aktuelle Zahlen zu kommen. Aber 1993 schätzte man die Kosten auf $50mio. Eines der drei Space Shuttle Triebwerke kostete damals also so viel wie eine ganze Delta II Rakete.
Die Triebwerke wurden im Laufe der Zeit leicht verbessert. Der maximale Schub konnte um 9% gesteigert werden, aber die Triebwerke blieben damit im wesentlichen unverändert. Es ist kein Vergleich zu den Verbesserungen anderer Triebwerke wie dem RL-10, dem Merlin oder dem Vulcain Triebwerk. Wenn man den Zeitrahmen von 40 Jahrzehnten bedenkt, hat es praktisch keine Änderung gegeben.
Es fällt schwer, diese Triebwerke noch als Hightech zu bezeichnen. Es sind Relikte einer Zeit, die für einen Zweck entwickelt wurden, der mit dem SLS nichts zu tun hatte. Eine höhere Effizienz kann dazu beitragen, entweder die Leistung einer Rakete zu verbessern oder die Größe einer Rakete bei gegebener Leistung zu reduzieren. Aber die Effizienz eines Triebwerks sagt allein noch nichts über die Effizienz der Rakete aus.
Die Rolle einer Rakete besteht darin, dass sie eine bestimmte Masse mit einer bestimmten Geschwindigkeit an einen bestimmten Ort zu bringen. Die Effizienz bemisst sich daran, wie groß der Aufwand dafür ist, das zu tun. Wenn man eine einfache Rakete mit einem wiederverwendbaren Triebwerk ausrüstet, dann ist das nicht effizient. Ein einfacheres, billigeres Triebwerk, das mehr Treibstoff und eine größere Rakete braucht, kann dabei viel effizienter sein.
Triebwerke die Kerosin und Sauerstoff einsetzen können zu niedrigeren Preisen sehr viel mehr Schub liefern. Gleichzeitig sind Treibstofftanks billig. Dazu kommt noch die niedrige Dichte von Wasserstoff/Sauerstoff Treibstoff. In Tanks der gleichen Größe könnte man die dreifache Masse Kerosin und Sauerstoff unterbringen. Man bräuchte in vielen Fällen noch nicht einmal eine größere Rakete um mit Kerosin eine größere Nutzlast zu transportieren. Man braucht nur Triebwerke mit mehr Schub. Die Effizienz der Triebwerke spielt dann schon fast eine untergeordnete Rolle.
Die Delta IV wiegt 250 Tonnen beim Start und bringt 4,5 Tonnen in den GTO. Das sind 1,8% der Startmasse. Im Tank der ersten Stufe hätten statt 200 Tonnen Wasserstoff und Sauerstoff auch etwa 600 Tonnen Kerosin und Sauerstoff platz. Der Atlas V reichen für die gleiche Leistung der Delta IV schon 300 Tonnen Kerosin und Sauerstoff aus, während sie ein billigeres Triebwerk benutzt. Ganz ähnliches gilt für die Falcon 9, die überall auf möglichst einfache und billig Triebwerke zurück greift.
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