Wieso senkrecht ins All?

Diskutiere Wieso senkrecht ins All? im Raumfahrt Forum im Bereich Luftfahrzeuge; Ich weiß eine blöde Frage aber wieso fliegt man mit Raketen senkrecht ins All? Wieso fliegt man nicht mit einem Flugzeug ins All? (Ok die letzten...

Moderatoren: mcnoch
  1. #1 beistrich, 26.07.2005
    Zuletzt bearbeitet: 26.07.2005
    beistrich

    beistrich Astronaut

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    Ich weiß eine blöde Frage aber wieso fliegt man mit Raketen senkrecht ins All? Wieso fliegt man nicht mit einem Flugzeug ins All? (Ok die letzten 50 km* braucht man sowieso ein Raketentriebwerk und der Auftrieb wird auch gering sein.) Das würde doch weniger Energie brauchen oder?



    *Die offizielle Grenze zum Weltraum liegt bei 100km. Vielleicht schlecht beschrieben, mit den letzten 50km meine ich die äußereren Schichten der Atmosphäre bevor man endgültig im Weltraum ist
     
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  3. #2 Erdferkel, 27.07.2005
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    Ich könnte mir gut vorstellen, das dies die kürzeste Strecke ist, die man zurücklegen muss um in den Weltraum zukommen. :?!
     
  4. #3 Schorsch, 27.07.2005
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    Ich finde das eine sehr gute Frage. Der Vorteil des "flugzeughaften" Aufstiegs ist folgender: Ich überwinde einen Teil der Erdanziehung mit einem Flächenflugzeug, welches anschließend wieder zurückkehrt. Das erspart meinem Raumtransporter eine gewisse Höhe. Bei einem Orbit von 150 km sind 20 bis 30km schon was.
    Man sollte bedenken, dass eine Rakete einen sehr großen "Vergrößerungsfaktor" hat, also eine Tonne Treibstoff in 100km Höhe erfordern den Einsatz von 5 Tonnen Treibstoff zum Transport. Deswegen hat das Shuttle auch den sagenhaften Nutzlastanteil von 1%.

    Rechnen wir mal: Ich muss für einen Orbit die Erdanziehung überwinden und mein Fz beschleinigen.
    Erdanziehung: 9.5*150km*30 Tonnen = 42.75GJ
    Geschwindigkeit: 0.5 * (28.000km/h)²*30 Tonnen = 907GJ
    Macht zusammen etwa 950GJ Energieaufwand, um eine 30 Tonnen Nutzlast in einen Orbit zu bringen.

    Nehmen wir das Flugzeug, welches uns SR71-mäßig auf 30km und Mach3 bringt:
    Erdanziehung: 9.5*120km*30 Tonnen = 34GJ
    Geschwindigkeit: 0.5*30 Tonnen * [(28.000km/h)²-(3.200km/h)²]=895GJ
    Macht zusammen 930MJ Energieaufwand.

    Also eine 20GJ Differenz oder 2% Ersparnis. Weiß nicht, ob ich da schmutzig berechnet habe, aber wenn es stimmt, erklärt es wohl Deine Frage.
     
  5. #4 Bluestar233, 27.07.2005
    Bluestar233

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    Rechnen wir mal: Ich muss für einen Orbit die Erdanziehung überwinden und mein Fz beschleinigen.
    Erdanziehung: 9.5*150km*30 Tonnen = 42.75GJ
    Geschwindigkeit: 0.5 * (28.000km/h)²*30 Tonnen = 907GJ
    Macht zusammen etwa 950GJ Energieaufwand, um eine 30 Tonnen Nutzlast in einen Orbit zu bringen.

    Nehmen wir das Flugzeug, welches uns SR71-mäßig auf 30km und Mach3 bringt:
    Erdanziehung: 9.5*120km*30 Tonnen = 34GJ
    Geschwindigkeit: 0.5*30 Tonnen * [(28.000km/h)²-(3.200km/h)²]=895GJ
    Macht zusammen 930MJ Energieaufwand.

    Also eine 20GJ Differenz oder 2% Ersparnis. Weiß nicht, ob ich da schmutzig berechnet habe, aber wenn es stimmt, erklärt es wohl Deine Frage.
    __________________


    aha!......
     
  6. #5 Christoph West, 27.07.2005
    Christoph West

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  7. #6 Christoph West, 27.07.2005
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    Bei der ESA nennt man das Phoenix :
     

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  8. #7 Bleiente, 27.07.2005
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    Ja aber hier steht nicht der Start im Vordergrund sondern die Kombination zwischen fexibleren Landeoptionen und Aspekt der Wiederverwendbarkeit. Raketen sind als reine Verlustegeräte unheimlich teuer, auch in der Serienfertigung.
     
  9. #8 Christoph West, 27.07.2005
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    @ Bleiente

    darauf als Antwort meine ich : man arbeitet dran
     
  10. #9 JensB2001, 27.07.2005
    JensB2001

    JensB2001 Testpilot

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    Hey!

    Zu dem Thema fiel mir spontan die Studie des "Sänger" ein ...



    Der Raumgleiter Sänger sollte ursprünglich zwei Astronauten Platz bieten. Der technische Lösungsansatz geht auf ein Konzept des Wissenschaftlers Eugen Sänger zurück. Es wurde von 1961 bis 1964 bei Junkers im Zuge einiger Studien für zukünftige Raumgleiter weiterentwickelt. Dieser "Sänger II" sollte von einem Transportflugzeug in 30km Höhe gebracht und von dort aus gestartet werden (diese 2. Stufe wurde "HORUS" = Hypersonic Orbital Upper Stage genannt). Wegen der hohen Geschwindigkeiten beim Start sind sowohl Transporter als auch Gleiter äußerst spitz und pfeilartig konzipiert. Das Startvehikel sollte eine Länge von rund 80 Metern und eine Flügelspannweite von ca. 40 Metern aufweisen. Eine unbemannte Version zur Beförderung schwerer Lasten wurde ebenfalls angedacht (CARGUS = Cargo Upper Stage). Sänger wurde aber niemals verwirklicht. Trotzdem stößt der Ansatz immer wieder auf Nachahmer. Die vorgeschlagene technische Lösung ist ohne Zweifel immer noch einer der vielversprechendsten und zukunftsweisendsten Ansätze zur Entwicklung kostengünstiger und vollständig wiederverwendbarer Raumfahrzeuge. Die frühere DASA (heute Teil der Astrium) hatte die Idee zuletzt aufgegriffen. Einige Erkenntnisse gingen in das Projekt "Hopper" ein. Dabei handelt es sich um einen unbemannten Gleiter der die Nachfolge der Ariane V antreten soll. Allerdings wird seine Entwicklung noch bis ins Jahr 2015 hinein andauern.



    Gruß
    Jens
     

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  11. radist

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    Man darf nicht vergessen, dass "senkrecht" hier relativ ist (senkrecht zur örtlichen Erdoberfläche sieht einige Breitengrade weiter schon recht schief aus). Der Start einer Rakete ist theoretisch auch wagerecht möglich, solange sie schnell genug ist " an der Erde vorbei" zu fallen. Das ist aber genau das Problem der z. Zt. genutzten grossen und schweren Raketen wie Ariane, Poroton usw., da würde die Anfangsgeschwindigkeit nicht reichen. Auch währe der Startaufbau ungleich komplizierter bis nicht realisierbar.

    In der Idee steckt aber sehr viel Potential, wie die teilweise zitierten Projekte schon heute andeuten.

    radist
     
  12. #11 Schorsch, 27.07.2005
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    Ich möchte noch einige weitere Punkte nennen.

    Zum senkrechten Start selber: Man möchte natürlich so schnell wie möglich die Erdatmosphäre verlassen, da diese unnötigen Energieverlust darstellt. Daher ist der senkrechte Start wohl sinnvoll. Allerdings sehe ich hier auch eine gewisse Tradition. Man hat es halt immer so gemacht.

    Die Sänger-Sache: Wichtiger Punkt ist der besagte Vergrößerungsfaktor. Zwar mag ich nur wenig Energie sparen, aber die meiste Energie im Shuttle benötige ich, um die andere Energie zu transportieren. Deswegen auch mehrstufige Raketen.
    Auch die Frage, wie ich was aussetze. Ich kann den 3-Tonnen Satelliten natürlich in meiner Nutzlastbucht transportieren und in einen stabilen Orbit gehen, um ihn dort auszusetzen. Dann habe ich mein ganzes Raumschiff beschleunigt. Ich kann aber auch bei 100km Höhe die Nutzlast abgeben und diese beschleunigt alleine in einen Orbit und ich verdrück mich gleich wieder Richtung Erde. Die lustigen Raumflüge von Virgin Galactic zum Beispiel machen ja genau das: Trägerflugzeug auf 25km Höhe, Kapsel auf 100km Höhe und dann mehr ballistisch wieder zurückfallen. Meine obige Rechnung zeigt ja, dass es vor allem die Orbitalgeschwindigkeit ist, die so viel Energie kostet.

    Deswegen war das Shuttle ja auch so ein Schlag ins Wasser in Bezug auf einfache Raumtransporte: Man hat 20 Tonnen Nutzlast, aber nochmal 100 Tonnen drum herum.
     
  13. #12 GerhardJ65, 27.07.2005
    GerhardJ65

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    Hallo
    Das mit den Huckepack hat auch einen kleinen Nachteil- Die Grösse des Raumschiffes ist nicht sehr groß, kleiner als das Space Shuttle daher wenig zum Mitnehmen und teurer.Da man auch eine Wartung benötigt. Eine Rakete wird gebaut befüllt und ab damit um das sallop auszudrücken.
    Wenn wir Menschen je mal wo anders hinfliegen wollen braucht die Menschheit eine Aussenstation um weiter Fliegen zukönnen als bis zum Mond. Selbst der Mars ist schon sehr anstrengend für die jetztige Technik.


    Gerhard
     
  14. #13 Schorsch, 27.07.2005
    Schorsch

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    Abgesehen davon wäre die Entwicklung eines 80 Meter langen Hyperschallvehikels sicherlich kein Pappenstil. Manche Konzerne beißen sich schon die Zähne an einem 80 Meter breiten Unterschallvehikel stumpf.
     
  15. STOP

    STOP Flieger-Ass

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    hiho

    Eine Aspekt ist noch nicht genannt worden.

    Eine senkrecht stehende Rakete stabiliesiert sich praktisch selbst. D.h. das ist praktische eine Dosen der die Füllung stabilität verleiht.

    Willst du selbige Masse wagerecht starten brauchst du für die Masse wesentlich mehr "Verpackungsmaterialien" die die Massen zusammenhalten.
    Also auch mehr Trägermaterialien, Spanten und so wieter ..usw...

    :!:
     
  16. BauAir

    BauAir Flieger-Ass

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    So durfte z.B. die irakische SCUD-Rakete nur in aufrechter Position betankt werden. Einen Schwenk aus der Waagrechten in die Senkrechte hätte die Struktur nicht überlebt.
     
  17. BauAir

    BauAir Flieger-Ass

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    Die X-38 war ein reiner Experimentalgleiter um Erfahrungen für die Entwicklung des (späteren) Shuttles zu gewinnen. Die X-38 war nie dafür gedacht um ins All zu fliegen ... so zumindest meine Kenntnisse ...
     
  18. radist

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    Dem 2. Teil stimme ich vorbehaltlos zu!

    Teil 1 erschent mir diskussionswürdig. Aus historischen Berichten, Büchern,Bildern usw. ist zu entnehmen, dass die Stabilisierung der Rakete gerade in der Startphase ein riesen Problem war/ist.

    STOP :red:

    Jetzt habe ich Deien Aussage erst richtig begriffen, Du meinst Stabilität im Sinne von Statik! :!:
    Ich dachte an Stabilisierung im Flug. :(

    Also, auch bei Teil 1 gehe ich mit. :TD:

    radist
     
  19. #18 VJ101, 27.07.2005
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    VJ101

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    Man sollte auch bedenken, dass ein Flugkörper auf dem Weg ins All sämtliche Strömungszustände durchmacht, also Unterschall, Transschall, Überschall und Hyperschall.
    Ein Flugkörper auszulegen der in allen Bereichen zufriedenstellende Flugeigenschaften erreicht stellt sich äußerst schwierig dar, das ist leider nicht so einfach wie in den Sci-Fi-Filmen. Müsst ihr mal drauf achten, bei Star Wars besonders gut zu sehen. Sehr schnittige Raumschiffe, die auf einen Planeten zufliegen, die nächste Szene ist schon die Landung. Die kompliziertesten Vorgänge werden da geschickt ausgeblendet. Ein Flugkörper zu entwickeln der auf diese Weise hoch kommt dürfte noch gehen, zu einem stattlichen Preis, aber der Widereintritt ist das Problem.
    Je schneller ein Flugzeug fliegen soll, desto dünner und stärker gepfeilt werden die Tragflächen. Nur wie soll man da noch vernünftige Hitzeschutzkacheln anbringen? Die Flügel brennen also beim Eintritt ab, da helfen erst neue Werkstoffe, die es leider noch nicht gibt.
    (Ein Wink mit dem Zaunpfahl an die Werkstoffwissenschaftler :D )
    Deswegen ist das Huckepack-Verfahren dem direkten Flug eigentlich vorzuziehen.
    Sänger war eine Studie, die nötige Technologie hat damals noch gefehlt, vom politischen Willen und dem nötigen Kleingeld mal abgesehen. Ausserdem sollte Sänger auch möglichst Hyperschall erreichen und die Amerikaner haben ja vor kurzem erst erfolgreich ihr Mini-Hyperschallvehikel X-43 getestet, für 10sek Hyperschall erreicht, oder so. Da ist noch ein weiter weg.

    Ein waagerecht startendes System gibts aber schon, die Pegasus , die von einer Lockheed Tristar aus gestartet wird. Allerdings natürlich auch nur für Kleinsatelliten geeignet. (Übrigens wurde die X-43 damit auch auf die nötige Startgeschwindigkeit für den Hyperschallantrieb beschleunigt, das ist nämlich ein weiteres Problem: man braucht 3 Triebwerke, eines um auf die Zündgeschwindigkeit des Staustrahl-HYperschalltriebwerkes zu kommen, das Hyperschalltriebwerk selbst und den Raketenantrieb)

    ps: die x-38 war ein Prototyp im Maßstab 1:5 (glaub ich?) für das "Crew Rescue Vehicle" der ISS, es sollte dort dauerhaft befestigt werden, ausschließlich für Notfälle, wie der Name schon sagt, die bisher dafür verwendeten Sojus-Kapseln müssen alle 6 Monate ausgetauscht werden, weil der Treibstoff sonst Probleme macht.
     
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  21. #19 Schorsch, 27.07.2005
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    Es gibt eine Möglichkeit auch ohne Hitzeschutzkacheln in die Atmosphäre zu kommen: Ich muss meine Orbitalgeschwindigkeit vor dem Wiedereintritt drastisch reduzieren. Das geht aber nur mit Schub, also Energie, die ich dafür mitnehmen muss. Wenn mein Star Wars Raumschiff einen dollen Reaktor an Bord hat, der beliebig viel Energie zur Verfügung stellt, so kann ich quasi bremsen und mich dann zur Erde fallen lassen.
     
  22. #20 Jarlaxle, 27.07.2005
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    Man kann ja nicht schlagartig die Geschwindigkeit auf Null reduzieren. Wenn man also im LEO ist und die Geschwindigkeit von ungefähr 8 km/s hat und mit 3g, also 0,03 km/s(ganz grob) abbremst, schafft man in einer Minute die Geschwindigkeit um 1,8 km/s uz reduzieren, und in der Zeit steuert man unaufhaltsam auf die Erde zu. Theoretisch müsste man kontinuierlich immer mehr Gas geben, da man im "freien Fall" weiter bescheinigt wird, bis man die oberen Schichten der Atmosphäre erreicht... Dann hat man immer noch genügend Energie, die irgendwohin muss und da die auftretende Temperatur von der Zeit abhängt, die man zum Abbremsen benötigt, hat man dann bei ballistischer Bahn ehe schlechte Karten... Also auch ein doller Reaktor würde nix bringen, es sei denn die Menschen an Bord können 100g und mehr aushalten...
     
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Thema: Wieso senkrecht ins All?
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