Ziolkowskigleichung für Dummies

In meiner kleinen Reihe „Raumfahrtgrundlagen ganz einfach (für Wirtschaftswissenschaftler und Geisteswissenschaftler)“ möchte ich mal erklären wie man zur Raketengrundgleichung oder Ziolkowskigleichung kommt. Damit alles einfacher wird, nehmen wir mal an wir betreiben die Rakete in der Schwerelosigkeit, also im freien Weltraum, so dass wir ohne Luftwiderstand und Gravitationskraft operieren können.

  • Erstens einmal: Die Beschleunigung (a): Sie wird erhalten wenn man den Schub in kN durch das Gewicht teilt. Eine 1000 kg schwere Rakete mit einem Schub von 20 kN hat also eine Startbeschleunigung von 20*1000 / 1000 = 200 m/s.
  • Die Geschwindigkeit (v): Sie wird erreicht wenn man die Beschleunigung über die Zeit summiert. Bleibt die Beschleunigung gleich, so kann man schreiben: v = a * t also Geschwindigkeit = Beschleunigung mal Zeit. Würde unsere Rakete also ihre Masse nicht ändern, so wäre nach 10 Sekunden sie 10 s * 20 m/s = 200 m/s schnell.
  • Der zurückgelegte Weg (s) Er wird errechnet indem man die Geschwindigkeit über die Zeit summiert. Verändert sich die Geschwindigkeit nicht, so gilt s = v * t. Bei gleichmäßiger Beschleunigung gilt s = 1/2 a * t. Also in unserem Beispiel: bei a=20 m/s und t=1^0 Sekunden legt die Rakete einen Weg von 1/2 * 20 m/s * (10 s] = 1000 m.

Wer Physik mal in der Oberstufe hatte, der wird sich vielleicht dunkel erinnern, dass die Geschwindigkeit das Integral der Beschleunigung über die Zeit ist und der Weg das Integral der Geschwindigkeit über die Zeit. Continue reading „Ziolkowskigleichung für Dummies“

Die Crux mit den Gleitern

Kürzlich bekam ich eine Mail von Martin Rosenkranz mit einem ganz interessanten Ansatz:

Da die Entwicklung ganz neuer Konzepte ja offenbar an der technischen Umsetzbarkeit scheitert scheint es auch in absehbarer Zukunft recht konventionell weiter zu gehen – > siehe Ares-Konzept mit bewährten Komponenten und Konzepten.

Auf Grundlage vorhandener Technologien habe ich eigene Überlegungen angestellt und ich würde gerne mal eine zweite Meinung hören von jemandem der offenbar genügend Überblick hat und siehe Technische Spinnereien auch gern mal ein bisschen spekuliert.

Folgende Voraussetzungen bildeten meine Vorgaben: Continue reading „Die Crux mit den Gleitern“

Die bemannte Raumfahrt vor dem Aus

Die Augustine Kommission hat ihre Ergebnisse veröffentlicht und die sind dramatisch. Das gesamte Constellation Programm ist unterfinanziert: Es soll nun nur noch 80 Milliarden Dollar kosten, 28, weniger als noch 2005 veranschlagt und das reicht nicht aus. Mindestens 3 Milliarden pro Jahr werden zusätzlich benötigt. Was hat die NASA für Optionen mit dem derzeitigen Programm? Eigentlich kaum welche, die zufriedenstellend sind. Entweder sie versenkt die ISS schon im Jahre 2016 und hat dann eine Chance bis 2021 ein minimales Mondprogramm hin zu bekommen, oder es verzögert sich noch alles weiter.

Zuerst einmal: Kann die NASA die ISS 2016 aufgeben? Ja, weil die entsprechenden Verträge von einer Fertigstellung bis 2005/6 ausgingen und danach 10 Jahren Betriebszeit – die ist 2015 erreicht. Das bis dahin gerade mal 5 Jahre nach der Fertigstellung rum sind, geht die NASA ja nichts an. Continue reading „Die bemannte Raumfahrt vor dem Aus“

Geht’s auch ne Nummer kleiner?

Da wir ja mal die Diskussion eröffnet haben, die kleinste Trägerrakete der Welt zu bauen, machen wir mal weiter. Ich will das heute mal intuitiv angehen, ohne vorher alles durchzurechnen, sondern life, während ich den Artikel schreibe. Fangen wir an uns bei einem Raumfahrtkonzern zu bedienen: Hier der erste ein Vorschlag, aus dem Gemischtwarenladen EADS. Die haben ein kryogenes Triebwerk mit 300 N Schub im Angebot. Es hat einen Schub von 240-480 N, einen spezifischen Impuls von 4071 m/s und wiegt 1,9 kg. Ein Triebwerk könnte eine zweite Stufe antreiben, die dann ungefähr 25 kg wiegt. Eine erste Stufe wäre dann fünfmal schwerer. Wegen des schlechteren spezifischen Impulses am Boden (wir müssten die Düse kürzen, weil das Entspannungsverhältnis 55 beträgt) und weil die zweite Stufe auch noch befördert werden muss, braucht man allerdings mehr als 5 Triebwerke in der ersten Stufe – nämlich etwa 8 wenn man einen Schubverlust von einem Viertel annimmt. Zum Glück kann das Triebwerk auf 480 N Schub gesteigert werden, so dass wir doch noch mit 5 Triebwerken 480 N Schub auskommen. Continue reading „Geht’s auch ne Nummer kleiner?“

COTS

Das Commercial Orbital Transportation Services, kurz COTS ist ein Programm das ich mal heute näher beleuchten will. Es wurde im Januar 2006 engkündigt mit dem Ziel, die ISS privat zu versorgen bis ihre Orion Kapsel zur Verfügung steht. Dabei geht es um den Transport von Fracht unter Druck, ohne Druck und Rücktransport zur Erde. Die Wikipedia führt auch den Mannschaftstransport auf, doch habe ich keine Ausschreibung gesehen, bei der die NASA dies wirklich privat durchführen will.

Im Mai 2006 gab es die ersten Finalisten und gewählt wurden SpaceX und Kistler. Nicht das Boeing und Lockheed sich nicht auch beteiligt hätten – das taten sie mit adaptierten Versionen des HTV und ATV auf US-Trägerraketen. Aber die NASA bevorzugte die Newcomer. SpaceX bekam 278 Millionen Dollar und Kistler, damals schon pleite, 207 Millionen, von denen die bankrotte Firma noch 32,1 Millionen einstreichen konnte bevor die NASA das merkte und in einer zweiten Runde an OSC die restlichen 170 Millionen ausgab. Continue reading „COTS“