Grundlagen

Raumfahrtgrundlagen für Dummys – Tanks (2)

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Im heutigen zweiten Teil über Tanks geht es um die Druckbeaufschlagung. Wie schon im ersten Teil erwähnt, stehen Tanks immer auf einem leichten Überdruck. Der liegt typisch bei 1–3 Bar. Das Starship hat sogar 6 Bar wegen der höheren Belastung bei der Landung. Vor dem Start sind die Tanks weitestgehend voll, nur etwa 1–2 % des Volumens entfällt auf das Druckgas. Wenn nun der Treibstoff verbraucht wird, nimmt das Volumen zu, und nach dem allgemeinen Gasgesetz nimmt der Druck proportional ab. Das bedeutet: Damit die Stabilität erhalten bleibt, muss Gas nachgefüllt werden, und dafür gibt es mehrere Möglichkeiten, die ich diskutieren will.

Doch zuerst einige Grundlagen. Nach dem allgemeinen Gasgesetz hängt der Druck nur von der Molekülzahl ab, nicht der Molekülmasse. Ein Mol Wasserstoffgas (Molmasse 2) übt in einem gegebenen Volumen den gleichen Druck aus wie ein Mol Sauerstoffgas (Molmasse 32), der Sauerstoff wiegt aber 16‑mal so viel. Daher wird man möglichst ein Druckgas mit geringer Molmasse einsetzen. So ist Stickstoff, der zu Anfang der Raumfahrt als Druckgas noch üblich war, inzwischen ganz verschwunden. (bis auf eine Ausnahme, siehe unten) 1 m³ Stickstoff wiegt bei 1 Bar Druck immerhin 1,25 kg. Würde man die Superheavy mit Stickstoff unter Druck setzen, so wöge sie 30 t mehr. (mehr …)

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Raumfahrtgrundlagen für Dummys – Tanks (1)

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Das heutige Thema ist eigentlich von der Technik her ziemlich langweilig: Die technischen Grundlagen von Tanks, wobei ich den Begriff etwas weiter sehe und auch auf die Gehäuse von Feststofftriebwerken eingehe, stammen aus dem frühen 19. Jahrhundert und wurden beim Bau der Kessel für Dampflokomotiven gefunden.

Fangen wir mit den Formen an. Das ist nun einfache Geometrie, wie sie jeder in der Schule gehabt hat. Die optimale Form ist die einer Kugel. Jeder, der mal Tropfen aus dem Wasserhahn gesehen hat, weiß das. Ein Wassertropfen ist schwerelos, der Wassertropfen formt sich so, dass die Oberfläche minimal ist, und das ist bei einer Kugel der Fall. Neben der kleinstmöglichen Oberfläche, welche die Masse pro Inhalt reduziert, hat ein Tank in Kugelform einen weiteren Vorteil: Die Wanddicke ist nur halb so groß wie bei einem Zylinder des gleichen Durchmessers, da die Kräfte nur halb so groß sind. (mehr …)

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Raumfahrtgrundlagen für Dummys – Treibstoffe

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Eine – wie ich finde – der besten Sektionen auf meiner Website sind die „Grundlagen der Raumfahrt“, die ich jedem empfehlen kann. In dem Bestreben, dass ich dort mein Wissen unterbringe, ist sie aber auch recht umfangreich und komplex geworden. Daher starte ich ab jetzt mit einer lockeren Reihe von Beiträgen in einer neuen Kategorie mit (hoffentlich) deutlich kleinerem Einstiegsniveau. Ich fange an mit dem Thema, wo ich von Berufs wegen am meisten verstehe und das auch mein größtes Interesse hat: Raketentreibstoffe.

Da fange ich schon mal mit den Begriffen an. Als Chemiker unterscheide ich zwischen Oxidatoren und Verbrennungsträgern, aber im allgemeinen Sprachgebrauch wird beides als Treibstoff bezeichnet, auch wenn das eigentlich nur eine der beiden Komponenten (der Verbrennungsträger) ist. So wollen wir es auch hier halten. (mehr …)

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Schulstoff in der Gegenwart und Zukunft

Die Anregung zum heutigen Blog habe ich von einer Nachricht, da gibt es gerade einen Mathematik und Naturwissenschaftenkongress und da wurde beklagt das Mathematik ein so unbeliebtes Schulfach ist. Ein Teilnehmer war aber ehrlich: im Alltag braucht man nur wenig von der Schulmathematik. Nun hat sich durch das Internet eine Menge verändert. Sicher sind die Zeiten vorbei wo man mit dem Schulwissen das ganze Leben auskam. Bei mir war noch das Credo, dass man einen Teil wissen musste und den Rest dann nachschlagen konnte wobei das Nachschlagen sich auf Fachbücher bezog, die man ohne das gelernte nicht lesen konnte, aber heute kann man fast alles im Internet nachlesen. Wenns dort nicht direkt steht kann man in Foren oder Newsgroups nachfragen.

Braucht man überhaupt noch etwas zu lernen, und was ist heute wichtig? Ich tue mich schwer mit dem klassischen Modell. Es besteht darin Fakten zu lernen oder bestimmte Methoden. In der Mathematik Gleichungen zu lösen, dann zu differenzieren und zu integrieren. Das war schon früher selten etwas was man im Studium gebraucht hat, denn fast alles was wichtig war wurde schon in der Vergangenheit von irgend jemand gelöst und ist eine mathematische Lösung einmal gefunden, dann ist das Problem erledigt. Zumal die einzige Disziplin, die Mathematik im Oberstufenniveau brauchte, nur Physik war. Technische oder andere naturwissenschaftliche Fächer kamen mit weitaus weniger Mathematik aus. Das Lösen von Gleichungen reichte da aus. (mehr …)

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Warum Raumsonden eine aktive Steuerung brauchen

So während der Upload des Buchblocks für Buch Nummer Sechs – und damit das letzte in diesem Jahr lauft ein neuer Blog. Etwas Reklame dafür gibt es dann wenn es in 1-2 Wochen lieferbar ist an dieser Stelle. Nachdem meine Kurzweilligen Blogs wohl keinen interessieren oder meine Blogleser Angst vor ihren Frauen haben und keinen Kommentar hinterlassen wollen, heute wieder einen tiefschürfenden Blogeintrag aus der Rubrik „Bernd erklärt die Raumfahrt“. Satelliten kommen ja im Extremfall ohne Steuertriebwerke aus. Für viele reicht es die räumliche Lage zu ändern. Das geht auch mit anderen Maßnahmen wie Drallrädern oder der Ausrichtung nach dem Magnetfeld mit metallenen und unter Spannung gesetzten Auslegern.

Kann man auch Raumsonden ohne Steuerungsmöglichkeiten bauen? Nun die ersten hatte keine, doch dazu später mehr. Fangen wir an mit einem ersten Beispiel. Wir schicken eine Raumsonde zum Mond. Nun gibt es erst mal Fehler beim Einschuss. Eine Stufe berechnet zwar die Bahn laufend neu, aber zwischen zwei Berechnungen beschleunigt sie weiter. Bei 10-20 Bestimmungen pro Sekunde und 0,5 – 2 g Beschleunigung resultiert ein Fehler von rund 1 m/s. Je langsamer die Stufe beschleunigt desto kleiner ist der Fehler. Bei der letzten Ariane 5 Mission waren es z.B. nur 0,3 m/s. (mehr …)

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