{"id":12873,"date":"2017-11-30T10:41:03","date_gmt":"2017-11-30T09:41:03","guid":{"rendered":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/?p=12873"},"modified":"2017-11-30T13:20:01","modified_gmt":"2017-11-30T12:20:01","slug":"die-loesung-fuer-ein-fast-ueberfluessiges-problem-wie-weit-fliegt-nordkoreas-icbm","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/2017\/11\/30\/die-loesung-fuer-ein-fast-ueberfluessiges-problem-wie-weit-fliegt-nordkoreas-icbm\/","title":{"rendered":"Die L&ouml;sung f&uuml;r ein (fast) &uuml;berfl&uuml;ssiges Problem: Wie weit fliegt Nordkoreas ICBM"},"content":{"rendered":"<p>Gestern gab es eine neue Runde im S&auml;belrasseln zwischen den USA und Nordkorea. Nordkorea hat erneut eine Rakete getestet, diesmal anders als bei den letzten Malen eine ICBM und k&uuml;ndigte an, dass man damit jeden Punkt der USA treffen k&ouml;nnte, und erkl&auml;rte sich zur Atommacht. Na ja das Letztere hat mit einer Rakete nichts zu tun, sonst w&auml;ren etliche L&auml;nder Atommacht, sogar das Dritte Reich.<\/p>\n<p>Nach <a href=\"http:\/\/www.faz.net\/aktuell\/politik\/ausland\/nordkorea-erklaert-sich-nach-raketentest-zur-atommacht-15315711.html\">nordkoreanischen Angaben<\/a> flog die Rakete 53 Minuten lang, 4.475 km hoch und 950 km weit. Nach Ansicht von Fachleuten w&uuml;rde sie in einem normalen Winkel 10.000 km weit fliegen. Zeit das nachzupr&uuml;fen.<!--more--><\/p>\n<p><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"alignleft size-medium\" src=\"\/img\/nordkorea-reichweite.jpg\" width=\"870\" height=\"807\" \/>Der erste Schritt ist es, die Endgeschwindigkeit ohne Verluste zu berechnen. Nordkorea hat sie fast senkrecht abgeschossen. Ungew&ouml;hnlich, aber bei der Situation des Landes verst&auml;ndlich. Man muss die Flugbahn der Rakete ja verfolgen k&ouml;nnen und man ben&ouml;tigt da, wo sie auftrifft, Beobachter, die best&auml;tigen, dass alles korrekt verlief und die Rakete nicht vorher desintegrierte (RUD im SpaceX Jargon) bzw. &uuml;berhaupt das Zielgebiet mit der erwarteten Treffergenauigkeit erreicht. Das ist f&uuml;r das isolierte Nordkorea ein Problem. Das Problem hatte Russland nicht: Die ICBM wurden im Westen gestartet und gingen in Sibirien nieder, Russland ist gro&szlig; genug. Bei den USA war das Zielgebiet nahe einer ihrer Milit&auml;rst&uuml;tzpunkte im Pazifik, meist bei den Marschall Inseln. So steigt eben die Rakete senkrecht auf und bewegt sich kaum horizontal. Die Zielgenauigkeit kann Nordkorea aber so kaum testen.<\/p>\n<p>Die Endgeschwindigkeit einer Rakete besteht aus einer vertikalen und horizontalen Komponente. Beide berechne ich ohne Verluste. Die w&uuml;rde es ja auch bei einer anderen Bahn geben und die Annahme das Sie gleich gro&szlig; sind ist nicht so falsch. F&uuml;r die vertikal Geschwindigkeit k&ouml;nnen wir die potenzielle <a href=\"file:\/\/\/orbits.shtml\">Energie im Gravitationsfeld<\/a> berechnen. Es gilt.<\/p>\n<p>Epot = (1\/(r1)-(1\/r2)*GM<\/p>\n<p>r1 und r2 sind Start- und H&ouml;henabstand vom Erdmittelpunkt und GM das Produkt aus Gravitationskonstante und Erdmasse, etwa 3,98&#215;1014.<\/p>\n<p>Um einen K&ouml;rper von r1 = 6378.000 m (mittlerer Erdradius) auf r2 = 6378.000 m + 4475.000 m zu bef&ouml;rdern braucht man also eine Energie von ~ 25,6 MJ\/kg.<\/p>\n<p>H&auml;tte man in 4475 kg H&ouml;he eine Plattform, so k&ouml;nnte der Sprengkopf dann dort abgesetzt werden. Da dem nicht so ist, f&auml;llt er wieder zur Erde zur&uuml;ck.<\/p>\n<p>Die Energie kann man in die vertikale Geschwindigkeit umrechnen, die z.B. f&uuml;r einen senkrechten Kanonenschuss n&ouml;tig ist, um die H&ouml;he zu erreichen nach:<\/p>\n<p>Ekin = \u00bd * v\u00b2<\/p>\n<p>Umgeformt auf v und Ekin = Epot gesetzt:<\/p>\n<p>v = \u221a(2*Epot)<\/p>\n<p>v = 7156 m\/s<\/p>\n<p>Das ist viel, fast Orbitalgeschwindigkeit. Allerdings wird die Rakete einen Teil angetrieben durchlaufen und gewinnt so H&ouml;he. R1 muss durch diese Starth&ouml;he ersetzt werden. Bei einer mittleren Beschleunigung von 40 m\/s w&auml;ren das bei 7156 m\/s rund 640 km H&ouml;he, sodass die reale Geschwindigkeit etwas geringer ist. Das gilt aber auch f&uuml;r die Flugbahn einer ICBM, nur ist da wegen der l&auml;ngeren Strecke der Einfluss auf die maximale Reichweite kleiner. In der Praxis werden also nicht 7156 m\/s erreicht werden m&uuml;ssen, sondern etwas weniger, etwa 6.484 m\/s, wenn man die Brennschlussh&ouml;he als Basish&ouml;he in eine Iterationsschleife steckt.<\/p>\n<p>Dazu kommt noch die Horizontalgeschwindigkeit. Auch hier vereinfache ich. Ich gehe davon aus, das die angetriebene Phase kurz im Vergleich zur Flugphase ist. Bei 40 m\/s mittlerer Beschleunigung (ICBM beschleunigen schnell um die Gravitationsverluste zu senken) betr&auml;gt diese weniger als 3 Minuten bei 53 Minuten Flugzeit. Dann kann ich nach den Formeln:<\/p>\n<p>S = v * t<\/p>\n<p>v = S \/ t<\/p>\n<p><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"alignright size-medium\" src=\"\/img\/nordkorea-reichweite2.jpg\" width=\"876\" height=\"803\" \/>Die mittlere Geschwindigkeit horizontal zu 299 m\/s errechnen. Da beide Geschwindigkeitsvektoren senkrecht aufeinander stehen, ist die Endgeschwindigkeit dann:<\/p>\n<p>v = \u221a(vhoriz\u00b2 + vvert\u00b2)<\/p>\n<p>v = 6491 m\/s.<\/p>\n<p>Nun die Gegenrechnung, reicht das f&uuml;r eine Bahn von Nordkorea zu den USA? Ich leite hier nicht mehr alles ab, das w&auml;re etwas zu langwierig, ich nehme nur fertige Formeln. Wer es genau wissen will ab S.113 bei Messerschmidt, \u201eRaumfahrtsysteme\u201c 3.te Auflage von 2009 nachzulesen.<\/p>\n<p>Wir definieren zuerst den Parameter \u03bb:<\/p>\n<p>\u03bb = R0 * v0\u00b2 \/ GM<\/p>\n<p>R0 ist die Entfernung vom Erdmittelpunkt, in dem die Rakete Brennschluss hat, bzw. Erdmittelpunkt das ist aus dem Text nicht ganz deutlich. v0 die Geschwindigkeit, die sie hier hat. Bei unserer Rakete w&auml;re R0 = 598 + 6378 km = 6976 km bzw. eben 6378 km. \u03bb w&auml;re dann 0,8362 bzw. 0,7464<\/p>\n<p>Die maximale Reichweite Smax w&auml;re nach dem Buch folgende:<\/p>\n<p>Smax= 2 * R0 * arccos((2*\u221a(1-\u03bb))\/(2-\u03bb))<\/p>\n<p>kommt man auf Smax = 11.187 km mit R0= 6976 bzw. 8.512 km mit R0=6378<\/p>\n<p>In der Tat w&uuml;rde diese Rakete bei 11.187 km Reichweite also, wenn man ein Tool bem&uuml;ht, den Gro&szlig;teil der USA erreichen. Zu Donald Trumps Beruhigung \u2013 New York und Florida sind au&szlig;er Reichweite \u2026 Bei 8512 km Reichweite ist dagegen nur Kalifornien betroffen.<\/p>\n<p><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"http:\/\/vg04.met.vgwort.de\/na\/b4539b8b7a78451f82efc093e17c8a91\" alt=\"\" width=\"1\" height=\"1\" \/>[Edit] ich habe es mal f&uuml;r eine einstufige Rakete modelliert:<\/p>\n<p>M = 60.000 kg<\/p>\n<p>Schub= 1.000.000 N<\/p>\n<p>t = 159 s<\/p>\n<p>spez Impuls 2.650 (Nordkorea soll nicht sehr weit in der Raketentechnologie sein)<\/p>\n<p>und komme (ohne Luftwiderstand) auf folgende Werte:<\/p>\n<p>Brennschluss 221,5 km<\/p>\n<p>Gipfelh&ouml;he 4669 km<\/p>\n<p>Geschwindigkeit 6982 m\/s<\/p>\n<p>Dauer: 53,9 Minuten<\/p>\n<p>passt ganz gut zu den Angaben<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Gestern gab es eine neue Runde im S&auml;belrasseln zwischen den USA und Nordkorea. Nordkorea hat erneut eine Rakete getestet, diesmal anders als bei den letzten Malen eine ICBM und k&uuml;ndigte an, dass man damit jeden Punkt der USA treffen k&ouml;nnte, und erkl&auml;rte sich zur Atommacht. 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