F-1 Triebwerk

Ich musste komischerweise nicht lange überlegen mit was ich anfangen wollte, die F-1 Triebwerke der ersten Stufe waren schon von Anfang an als erster Punkt auf dem Plan, lange schon bevor ich überhaupt den Bausatz in Händen halten durfte. Keine Ahnung warum aber ich sehe auch jetzt noch keinen Grund das zu ändern, also bin ich dabei geblieben. Der Bausatz ist sehr vereinfacht und zeigt nur die groben Elemente, jedoch habe ich in einigen Foren bereits etwas aufgemotzte Triebwerke gesehen, die ich mir grob zum Vorbild genommen habe. Hauptsächlich können diverse Leitungen nachgebaut werden, um ein wenig die filigrane Komplexität des Antriebs herauszuarbeiten. Wie weit ich damit komme und welche Materialien sich dafür am besten eignen, wird sich dann am Ende zeigen. Ich versuche jedoch einen möglichst detailreichen Antrieb zu bauen, da diese eines der wenigen Elemente sein werden, welche auch noch im zusammengebauten Zustand der Rakete sichtbar sind.

Fakten zum Triebwerk

F-1 Rocket Engine

Das F-1 Triebwerk wurde ab 1955 von Rocketdyne ursprünglich für die US Air Force entwickelt, welche aber bald die Entwicklung einstellen ließ, weil niemand so recht wusste, für was man so ein gigantisches Triebwerk brauchen würde. Die 1958 gegründete NASA jedoch erkannte für sich einen Nutzen in einem Triebwerk dieser Dimension und ließ das F-1 Triebwerk von Rocketdyne weiter entwickeln. Die NASA hatte von Anfang an die bemannte Raumfahrt zum Ziel und somit wollte man von vornherein auf bekannte und bewährte Konzepte zurückgreifen um das Risiko so gering wie möglich zu halten. Kurz gesagt wollte man ein zuverlässiges und nicht allzu kompliziertes Triebwerk haben. Allerdings war die Sache auch so kompliziert genug und es gab etliche Schwierigkeiten, welche das Projekt F-1 mehrfach auf die Kippe brachte.

Ernste Probleme bereitete zB die Turbopumpe und welche gigantischen Aufgaben diese zu erledigen hatte, sollen folgende Zahlen ein wenig verdeutlichen. Durch jedes dieser Triebwerke wurden ca. 107 Tonnen flüssiger Sauerstoff und 47 Tonnen Kerosin gepumpt und verdichtet - pro Minute wohl bemerkt - aber nach knapp drei Minuten war der Spaß eh schon wieder vorbei und insgesamt 2.100 Tonnen Treibstoff verbrannt. Das macht in etwa 13 Tonnen pro Sekunde (!). Jede dieser Turbopumpen hatte eine Leistung von 55.000 PS und wurden nur, wie eigentlich so ziemlich alles andere auch, für diese 165 Sekunden entwickelt. Ein teures Wegwerfprodukt.

Elon Musk hat daraufhin mal angemerkt, dass ist ungefähr so, wie wenn man mit einem Passagierflugzeug irgendwohin fliegt und danach wird es dann weggeworfen. Das erklärt zum einen die zT horrenden Kosten der frühen amerikanischen Raumfahrt und zum anderen das Bestreben der New-Space Generation, die Raketen, soweit es geht, wiederzuverwenden. Schon das Space Shuttle sollten den Finger in diese Wunde legen. Es war zwar wiederverwendbar aber hatte so hohe Wartungskosten zur Folge, dass das Projekt am Ende noch teurer wurde und dann nicht zuletzt wegen den zwei Totalverlusten eingestellt wurde. Die Stunde der New-Space Generation, mit ihren prominentesten Vertretern Elon Musk, Jeff Bezos und Richard Branson war gekommen.

Das Triebwerk hatte enorme Temperaturunterschiede auszuhalten, so hatte zB der Verdichter an einem Ende eine Betriebstemperatur von 816°C und am anderen Ende von -183°C. 10 Liter/s Kerosin schmierten dabei die beweglichen Teile und der Kraftstoff wurde auch für die Kühlung des Einspritzkopfes verwendet. Das mittlere Triebwerk war starr eingebaut und wurde nach 135 Sekunden abgeschaltet um den Schub zu reduzieren, die vier äußeren waren jeweils um 6° schwenkbar um den Kurs zu halten bzw. zu korrigieren und brannten 165 Sekunden lang. Danach war die erste Stufe (S-1C) ausgebrannt und eine Höhe von etwa 61 km und eine Geschwindigkeit von etwa 8.600 km/h erreicht.

Die eigentliche Brennkammer ist mit über 500 Röhrchen versehen, durch die ca. 30% des Treibstoffes geleitet werden um die Brennkammer zu kühlen. Des Weiteren ist zur Kühlung der Brennkammer auf halber Höhe ein Rohrsystem angebracht, durch welches die ca. 600°C heißen Abgase der Turbopumpe geleitet werden. Beim Start wurde das Triebwerk in einen Kokon gehüllt, um es vor seinen Abgastemperaturen zu schützen. Ich habe den Plan eines dieser fünf Triebwerke mit einem solchen Kokon zu versehen um dies darzustellen aber insgesamt finde ich diese Schutzhülle nicht ansprechend und verbirgt so manche Details des Triebwerks. Es gibt sogar einen Modellsatz im passenden Maßstab der die verhüllten Triebwerke zur Verfügung stellt aber der schaut auch nicht sonderlich beeindruckend aus.

Der Bau eines Prototypen

Um mir ein detailliertes Bild eines F-1 Triebwerks zu machen, habe ich mich erst mal auf die Suche nach Original Bildmaterial gemacht. Davon gibt es reichlich und die wichtigsten werde ich am Ende dieses Artikels in einer ZIP-Datei zum Download bereit stellen.

Aber erst mal sichte ich die Modellteile um eine erste Vorstellung der vor mir liegenden Arbeit zu bekommen. Das linke Bild zeigt die traurigen vier Teile aus denen der Modell Motor besteht, im mittleren Bild sieht man die Teile mal lose zusammengesteckt, um die Größenverhältnisse zu demonstrieren habe ich zu dem Zwei Cent Stück den Astronauten aus dem Bausatz dazugestellt, der zugegebenermaßen auch noch recht traurig aus der Wäsche schaut, im rechten Bild dann ein Originalmotor. So, jetzt weiß man also mal mit was man es zu tun hat und wohin man möchte, na ja so gut es halt geht:

Die erste Aufgabe der ich mich gewidmet habe, bestand darin die Teile mal von ihren Spritznasen und sonstigen Unsauberkeiten zu befreien, um eine solide und passgenaue Ausgangsbasis zu haben. Dabei habe ich darauf geachtet, dass die Teile, die ineinander gesteckt werden, nicht zu streng sitzen und ein wenig Spiel haben, damit sie im lackierten Zustand auch noch passen und auch der Klebstoff seinen Platz hat, ohne aus allen Ecken herausgedrückt zu werden und hässliche Klebenasen hinterlässt.

Da ich auch den Innenraum der Brennkammer zu den sichtbaren Teilen zähle, habe ich auch dort die Spritznasen (linkes Bild) mit einem Kugelschleifkopf entfernt (mittleres Bild) und anschließend mit einem Schleifpapier die Oberfläche noch geglättet (rechtes Bild). Wie ich dann letztlich mit dem Hohlraum umgehe, den das Kühlrohr in der Mitte der Brennkammer hinterlassen hat, weiß ich nicht genau aber Fakt ist, dass das zugemacht werden muss:

activities/saturn_v/f1-engine.txt (14065 views) · Zuletzt geändert: 2020/06/03 22:51 von pronto
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