{"id":11171,"date":"2015-06-29T00:34:13","date_gmt":"2015-06-28T22:34:13","guid":{"rendered":"http:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/?p=11171"},"modified":"2015-06-29T07:21:50","modified_gmt":"2015-06-29T05:21:50","slug":"11171","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/2015\/06\/29\/11171\/","title":{"rendered":"Die ISS und die Abbremsung durch die Atmosph&auml;re"},"content":{"rendered":"<p>Nachdem ich, als ich f&uuml;r die Gefahren des Weltraumm&uuml;lls mal rochiert habe wie lange ein Satellit in dieser H&ouml;he wohl lebt und da auch einen Quelltext gefunden habe um das vereinfacht zu berechnen, dachte ich mir spielen wir mal da mal etwas rum und zwar mit einem bekannten Objekt. F&uuml;r die Routine wichtig ist:<!--more--><\/p>\n<ul>\n<li>Die Fl&auml;che die zur Abbremsung betr&auml;gt &#8211; man kann auch die Abbremsung im All vergleichen mit dem Luftwiederstand der ja auch mit der Fl&auml;che ansteiget.<\/li>\n<li>Die Masse, denn die Kraft die wirkt geteilt durch die Masse ergibt die Abbremsung. Ballonsatelliten vergl&uuml;hen selbst in Bahnen &uuml;ber 1000 km innerhalb weniger Jahre<\/li>\n<li>der <a href=\"https:\/\/de.wikipedia.org\/wiki\/Solarer_Radioflussindex\">Solarfluxindex<\/a> &#8211; die gemessene Radiostrahlung der Sonne die recht gut mit ihrer Aktivit&auml;t korreliert. Bei aktiver Sonne treffen besonders viele Protonen auf die oberste Atmosph&auml;re. Sie &uuml;berragen Energie auf die getroffenen Atome (Molek&uuml;le gibt es im Weltraum durch die UV-Strahlung kaum noch) und die Atmosph&auml;re dehnt sich aus &#8211; der Abbremseffekt ist gr&ouml;&szlig;er. Der SFU schwankt zwischen 70 und 300, wobei die Zeiten extremer Aktivit&auml;t kurz sind. Meist schwankt er zwischen 70 und 150, erkannt aber kurzzeitig auch 300 erreichen.<\/li>\n<li>der Magnetische FlussIndex: Gibt einen Aufschluss &uuml;ber die momentane St&auml;rke des Erdmagnetfelds, das auch von der Sonnenaktivit&auml;t abh&auml;ngt, es wird bei h&ouml;herer Aktivit&auml;t zusammengedr&uuml;ckt. Viele Teilchen der oberen Atmosph&auml;re sind ionisiert und als geladene Teilchen folgen sie den Magnetfeldlinien und werden so beschleunigt. Je h&ouml;her die Magnetfelddichte desto schneller sind die Ionen.<\/li>\n<\/ul>\n<p><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"\/img\/ISS-Hoehe.png\" alt=\"\" width=\"858\" height=\"747\" \/><\/p>\n<p>Die Fl&auml;che der ISS wird von ihren Solarzellen bestimmt. Die haben alleine 2500 m\u00b2, dazu kommen dann noch 150 m\u00b2 f&uuml;r die Module wenn sie mit der L&auml;ngsachse von Bewegungsrichtung fliegt. Die Masse betr&auml;gt 420 t. Die Orbith&ouml;he betrug mal 420 km. Die folgende Abbildung zeigt was bei einer Ausgangsh&ouml;he von 420 km und einem mittleren SFU von 130 und einem AP-Index von 20 passiert. Die Station hat ohne Ma&szlig;nahmen eine Lebensdauer von 760 Tagen, wobei sie 650 Tage braucht um um 120 km auf 300 km zu sinken. Die zweiten 120 km bis sie in 180 vergl&uuml;ht legt sie in 50 Tagen zur&uuml;ck (bei 0 km stoppt die Simulation, weil die Lebensdauer nun kleiner als ein Tag ist und auch andere Faktoren starken Einfluss haben).<\/p>\n<p><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"\/img\/ISS-Hoehe1.png\" alt=\"\" width=\"858\" height=\"747\" \/><\/p>\n<p>Nun drehen wir mal an den Werten. Angenommen, es w&auml;re gerade ruhige Sonne oder im extrem sehr aktive Sonne, wie wirkt sich das aus? Nun wenn man den SFU-Index zwischen 70 und 220 variiert (300 wird nur &uuml;ber wenige Tage erreicht) so sieht man, dass der Einfluss sehr stark ist: Bei 70 SFU bleibt sie 1500 Tage im Orbit, bei 220 unter 330 Tagen. Viel geringer ist der Einfluss des magnetischen Fluxes, zudem linearer. Hier schwankt die &#8222;Lebensdauer&#8220; nur um rund 100 Tage rund um die 720 Tage.<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" src=\"\/img\/ISS-Hoehe3.png\" alt=\"\" \/><\/p>\n<p>Was kann man tun um das absinken zu verhindern &#8211; nat&uuml;rlich, wie bisher auch, den Orbit laufend anheben. Nach dem Ablegen der letzten ATV machen das ja nur noch die Progress tun &#8211; und seit der letzte ATV ablegte ist sie ja auch von 416 auf 400 km H&ouml;he abgesunken. Besser w&auml;re es die Solararrays durch effizientere zu ersetzen. Die derzeitigen haben 14% Wirkungsgrad. Flexarrays von ATK haben heute 26-28%. nimmt man nur die konservative erste Zahl, so w&uuml;rde die Fl&auml;che von 2650 auf 1500 m\u00b2 sinken. Die Aufenthaltsdauer w&uuml;rde von 706 auf 1248 Tagen ansteigen.<\/p>\n<p>Die wirksamste M&ouml;glichkeit ist es aber die Station m&ouml;glichst weit abzuheben: Um die ersten 10 km zu sinken braucht die Station im Anfangsszenario 133 Tage. W&uuml;rde man sie nur um 30 km anheben, so w&uuml;rde sie bedeutend l&auml;nger im Orbit bleiben, n&auml;mlich 1300 Tage. Es ist effizienter als sie dreimal um 10 km sinken zu lassen und dann anzuheben, denn das bringt nur 440 Tage mehr, einmal um 30 km anzuheben dagegen 600 Tage. Das spart &uuml;ber die Zeit schon Treibstoff. Derzeit hat die ISS wenn man sie regelm&auml;&szlig;ig anhebt und die Bahnh&ouml;he konstant h&auml;lt einen Schubbedarf von rund 6,9 Millionen Ns, das sind bei den lagerf&auml;higen Treibstoffen rund 2,4 t Treibstoff. (Spezifischer Impuls 2900 angenommen).<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" src=\"\/img\/ISS-Hoehe2.png\" alt=\"\" \/><\/p>\n<p>Zum Schuss noch eine Frage aus dem Bereich &#8211; was w&auml;re wenn. Was w&auml;re wenn man bis zum Ende der Lebensdauer der ISS (2029) keine Anhebung mehr durchf&uuml;hren m&uuml;ssen? Nun wir m&uuml;ssten sie auf 520 km H&ouml;he bringen. Dort hat sie eine Lebensdauer von 5097 Tagen (11.6.2029, bis Ende 2028 laufen derzeit die Planungen. Dazu braucht man rund 25,7 Millionen Ns, also einmal 8,9 Treibstoff &#8211; alternativ kann man nat&uuml;rlich auch 7 Jahre jeweils 2,4 t Treibstoff investieren um die Bahnh&ouml;he zu halten. Das h&auml;tten zwei ATV geleistet.<\/p>\n<p>Eine zu hohe Bahn ist aber nicht geplant, da auch die Nutzlast der Raketen abnimmt und da der Transporter dann auch mehr Treibstoff sp&auml;ter zum vergl&uuml;hen braucht geht das gleich doppelt von der Fracht ab. Bei der Ariane 5 ES z.b. um 55 kg wenn die Bahn um 10 km h&ouml;her. Bei 16 t Masse beim ablegen braucht ein ATV zudem 33 kg mehr Treibstoff um zu vergl&uuml;hen, das hei&szlig;t eine 10 kg h&ouml;here Bahn reduzieren die Nutzlast um 88 kg oder 1,3% der Frachtmenge. Mann kann so leicht rechnen, wann man besser f&auml;hrt. Beim einmaligen Angeben braucht man 7,9 t Treibstoff verteilt &uuml;ber 7 Jahre weniger. In der Zeit werden rund 210 t Frachtg&uuml;ter zur Station gelangen. 1.3 % davon sind 2,6 t &#8211; das einmalige anheben w&auml;re also die bessere L&ouml;sung.<\/p>\n<p><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"http:\/\/vg05.met.vgwort.de\/na\/0d0dad150d4d4230b809e7d4f3fb32ce\" alt=\"\" width=\"1\" height=\"1\" \/><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Nachdem ich, als ich f&uuml;r die Gefahren des Weltraumm&uuml;lls mal rochiert habe wie lange ein Satellit in dieser H&ouml;he wohl lebt und da auch einen Quelltext gefunden habe um das vereinfacht zu berechnen, dachte ich mir spielen wir mal da mal etwas rum und zwar mit einem bekannten Objekt. 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