{"id":134,"date":"2008-03-25T08:04:51","date_gmt":"2008-03-25T07:04:51","guid":{"rendered":"http:\/\/bernd-leitenberger.de\/blog\/2008\/03\/25\/vom-flugzeug-in-den-orbit-eine-alternative\/"},"modified":"2009-09-06T09:30:18","modified_gmt":"2009-09-06T07:30:18","slug":"vom-flugzeug-in-den-orbit-eine-alternative","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/2008\/03\/25\/vom-flugzeug-in-den-orbit-eine-alternative\/","title":{"rendered":"Vom Flugzeug in den Orbit &#8211; Eine Alternative?"},"content":{"rendered":"<p>Immer wieder tauchen Ideen auf, eine Rakete von einem Flugzeug auf \tabzuwerfen und so die Nutzlast f&uuml;r den Orbit zu erh&ouml;hen. Einziges Modell im \tEinsatz ist die <a href=\"\/pegasus.shtml\">Pegasus<\/a> Rakete. Doch in wie weit bringt dies einen Vorteil?<\/p>\n<p>Nun schl&uuml;sseln wir einmal die Geschwindigkeit f&uuml;r einen erdnahen, etwa \t200 km hohen Orbit auf. Diese ist nicht konstant, sondern h&auml;ngt von der \tTr&auml;gerrakete, dem Aufstiegsprofil und dem Startort fest. ein typischer \tGesamtwert liegt bei etwa 9600 m\/s. Dies teilt sich wie folgt auf:<\/p>\n<p><!--more--><\/p>\n<ul>\n<li>7786 m\/s Geschwindigkeit f&uuml;r eine 200 km Kreisbahn (Die \t\tKreisbahngeschwindigkeit in dieser H&ouml;he)<\/li>\n<li>1885m\/s Hubarbeit um die Nutzlast von 0 auf 200 km H&ouml;he zu heben<\/li>\n<li>&#8211; 407 m\/s Gewinn durch die Erdrotation (bei einem Start von Cape \t\tCanaveral aus nach Osten)<\/li>\n<li>342 m\/s Verluste durch Luftwiederstand, Umlenkung der Bahn, \t\tSteuerverluste (Differenz zu 9600 m\/s)<\/li>\n<\/ul>\n<p>Wenn eine Rakete nun von einem Flugzeug bei 900 km\/h Fluggeschwindigkeit aus in 12 km H&ouml;he \tabgeworfen wird, so ver&auml;ndert sich folgendes:<\/p>\n<ul>\n<li>Hubarbeit: &#8211; 66 m\/s<\/li>\n<li>Zus&auml;tzliche Geschwindigkeit: 250 m\/s<\/li>\n<li>Verringerter Luftwiederstand: etwa 100-200 m\/s<\/li>\n<\/ul>\n<p>Der Luftwiderstand ist schwer abzusch&auml;tzen und h&auml;ngt davon ab, welche \tRakete man als Vergleich nimmt und in wie weit Fl&uuml;gel an der Rakete hier \teinen Einfluss haben. Die Hubarbeit ist die Arbeit die man leisten muss um \tvom Erdboden auf 200 km H&ouml;he zu gelangen. Sie ist nun reduziert weil man in \t12 km H&ouml;he startet. Optimistisch gesch&auml;tzt ben&ouml;tigt man also etwa 500 m\/s weniger \tGeschwindigkeit.<\/p>\n<p>Das erscheint bei 9600 m\/s die zu erbringen sind, recht wenig, bedeutet \taber bei den verwendeten Feststoffen, das die Gesamtmasse f&uuml;r einen Orbit \tetwa 18 % h&ouml;her ist. Da die dritte Stufe und die Steuerung in ihrem Gewicht konstant bleiben \tist das Nutzlastgewicht prozentual sogar noch h&ouml;her und liegt bei mehr als \t20 % Plus.<\/p>\n<p>Das ist also lohnend &#8211; zumindest wenn man keine Alternative hat. Eine \treine Feststoffrakete hat einen geringen spezifischen Impuls und der \t&Uuml;bergang zu fl&uuml;ssigen Treibstoffen wie Kerosin\/Sauerstoff oder gar \tWasserstoff\/Sauerstoff kann durchaus eine viel gr&ouml;&szlig;ere Nutzlaststeigerung \tbringen als diese 20 %. Allerdings bekommt man beim Start vom Flugzeug aus dann einige \tProbleme mit dem Schwappen des Treibstoffs und der Z&uuml;ndung. Von der \tunterschiedlichen Belastung der Tanks, die sonst nur in L&auml;ngsrichtung \tversteift sein m&uuml;ssen ganz zu schweigen. Die n&ouml;tigen Modifikationen k&ouml;nnten \tden Vorteil eines Starts aus der Luft wieder zunichte machen.<\/p>\n<p>Die Pegasus ist eine recht leichte Rakete, die von einem alten \tPassagierflugzeug, einer Lockheed Tristar abgeworfen wird. W&uuml;rde man einen \tausgedienten B747 Jumbo Jet nehmen und diesen nur soweit betanken, dass er 2 \tStunden fliegen kann, dann k&ouml;nnte er etwa 200 t zuladen &#8211; das w&auml;re dann \tschon eine Rakete die 5 t in einen erdnahen Orbit bringt. (ob dies technisch \tm&ouml;glich ist, steht auf einem anderen Blatt). Verbunden mit der \tOrtsunabh&auml;ngigkeit w&auml;re dies sicher eine &uuml;berlegenswerte Alternative. \tInsbesondere wenn man dazu alte ausgediente Interkontinentalraketen einsetzt \twie z.B. die russische <a href=\"\/start.shtml\">Start<\/a> oder die amerikanische MX Rakete.<\/p>\n<p>Will man h&ouml;here Geschwindigkeiten mit dem Flugzeug erreichen, dann wird \tdie Nutzlast rasch kleiner. Eine F-15 hat noch eine maximale Waffenzuladung \tvon etwa 11 t, erreicht leer etwa 2400 km\/h? Mit ihr wurde zumindest \teinmal eine Anti-Satelliten Rakete abgeschossen.<\/p>\n<p>Mit 1000 kg Zuladung erreicht das schnellste je gebaute Serienflugzeug die \tSR-71A noch eine Geschwindigkeit von 3370 km\/h.<\/p>\n<p>Entsprechend nimmt die Gr&ouml;&szlig;e der Rakete rasch ab die man transportieren \tkann, zumal diese bei sehr schnellen Flugzeugen extern angebracht werden \tm&uuml;ssen und damit steigt der Luftwiderstand. Im Westen plant man heute keine \tneuen Raketen mehr f&uuml;r den Start vom Flugzeug aus. Die Pegasus wird noch weiter genutzt, doch in \tden letzten Jahren weniger, da das US Milit&auml;r nun auch die \t<a href=\"\/minotaur.shtml\">Minotaur<\/a> zur \tVerf&uuml;gung hat. In Russland gibt es seit 10 Jahren verschiedene Pl&auml;ne f&uuml;r \tStarts aus der Luft, dabei sollen verschiedene Tr&auml;gertypen eingesetzt \twerden. Im Projekt Ischim soll eine umgebaute MIG-31 zum Beispiel eine \tRakete starten. Leider ist &uuml;ber deren Gr&ouml;&szlig;e nichts bekannt, doch wenn man \tdie Zuladung von Au&szlig;entanks und Raketen bei der heutigen Milit&auml;rmaschine zusammenz&auml;hlt, so wird sie bei etwa \t8 t liegen. Damit kann man selbst beim Start mit Mach 2.35 nur etwa maximal \t150-200 kg in einen Orbit bringen. Soi kleine Nutzlasten finden aber auch \toft einen Platz als Sekund&auml;rnutzlast bei normalen Starts anderer Tr&auml;ger.<\/p>\n<p>In der Summe ist wohl der gr&ouml;&szlig;ere Vorteil die Flexibilit&auml;t. Gerade L&auml;nder, \twie Russland, weit n&ouml;rdlich des &Auml;quators profitieren davon, dass man mit \teinem Flugzeug Satelliten von &auml;quatornahen Gebieten starten kann. Nicht \tumsonst war ein Plan den man in Russland eine Zeit lang verfolgte der eine \tgro&szlig;e Rakete mit einer Antonov AN-225 (gr&ouml;&szlig;tes Frachtflugzeug der Welt mit \t250 t innen und 90 t Au&szlig;enzuladung) zu starten &#8211; das h&auml;tte es erlaubt \tkleinere Satelliten in den geostation&auml;ren Orbit zu bef&ouml;rdern. Das war Mitte \tder 90 er Jahre und inzwischen ist die Entwicklung zu noch gr&ouml;&szlig;eren \tSatelliten weiter gegangen, so dass es f&uuml;r die kleinen Satelliten keinen \tMarkt mehr gibt.<\/p>\n<p>Als weiteres Plus entf&auml;llt die Notwendigkeit einen Startkomplex zu \terrichten. Dieser ist zwar bei einer Feststoffrakete wenig aufwendig, Man \tmuss die Rakete nicht betanken, Tanks unter Druck setzen etc. Aber bei den \twenigen Starts die kleine Tr&auml;ger verbuchen k&ouml;nnen &#8211; heute typisch etwa 1-2 \tStarts pro Jahr ist das ein Fixkostenanteil den man einsparen kann. Ich \tdenke dies war auch die Haupttriebfeder hinter der Pegasus.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Immer wieder tauchen Ideen auf, eine Rakete von einem Flugzeug auf abzuwerfen und so die Nutzlast f&uuml;r den Orbit zu erh&ouml;hen. Einziges Modell im Einsatz ist die Pegasus Rakete. Doch in wie weit bringt dies einen Vorteil? 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