Warum verliert die Ariane 5 nach ca. 7-8min nochmal so deutlich an Höhe?
Ich vermute, dass es Ergebnis einer Optimierung ist, so dass sich insgesamt ein positiver Effekt ergibt.
Hallo,
wie Daniel bereits andeutete ist es ein Ergebnis der Optimierung. Das ganze ist etwas Off-Topic, also bitte entschuldigen (oder vielleicht in einen eigenen Thread).
Nun zur Erklärung, erstmal etwas allgemeine Info:
Kurz nach dem Lift-Off gibt es das sogenannte Pitch-Over Manöver. Hier wird die Rakete leicht (um wenige Grad) zur Seite gekippt um in den Gravity-Turn Modus zu gelangen. Flugwinkel und Anstellwinkel (Anströmrichtung) unterscheiden sich hier kurzzeitig, nach wenigen Sekunden sind diese beiden Winkel dann identisch und bleiben es auch während des gesamten Gravity-Turns. Dieses Manöver geht etwa bis zu dem Punkt wo die Rakete wieder an Höhe verliert. Vorteil ist, dass man hier nun während der gesamten Startphase innerhalb der Atmosphäre keinen Anstellwinkel hat: minimaler Reibungsverlust, keine seitliche strukturelle Beanspruchung.
Obendrein braucht man durch den Gravity-Turn keinen Anstellwinkel und somit auch keinen Schub (Treibstoff) um die Rakete von vertikal nach horizontal zu bringen: dies erledigt die Gravitation. Die Gravitation dreht also den Flugpfad der Rakete von vertikal nach horizontal, und würde kein Schub erzeugt werden wäre es ein klassischer ballistischer Flug. Da man immer mit Anstellwinkel null fliegt wird die Rakete somit mitgedreht. Würde man nicht Gravity-Turn fliegen, müsste man die Rakete immer etwas gegenüber Anströmrichtung verstellen um diese 90° Kurve zu fliegen.
Nun noch zur Begründung für den Höhenverlust. Das ganze ergibt sich aus der Optimierung:
- Um die Gravitationsverluste zu minimieren sollte die Rakete natürlich so schnell wie möglich horizontale Geschwindigkeit gewinnen. Dies bedeutet jedoch mehr aerodynamische Verluste durch den längeren Flug innerhalb der Atmosphäre.
- Um die aerodynamischen Verluste zu minimieren, muss die Rakete so schnell wie möglich die Atmosphäre überwinden und somit an Höhe gewinnen. Im einfachsten fall also einfach senkrecht abheben und weiterfliegen. Dies bedeutet jedoch einen enormen Gravitationsverlust (und schlussendlich würde die Rakete nach Brennschluss wieder auf die Erde fallen).
Beide Punkte wiedersprechen sich. Bei der Optimierung der Flugbahn versucht man natürlich die Gravitationsverluste zu minimieren (dadurch mehr Nutzlust), wird aber von anderen Faktoren wie z.B. max. dynamischer Druck und max. Wärmefluss beschränkt. Da die Erde eine relativ dichte Atmosphäre hat gewinnt man sehr schnell an Höhe. Aber man hat noch nicht genügend Geschwindigkeit für einen Kreisorbit. Dadurch verliert man an Höhe und fliegt Richtung Perizentrum während man weiter Geschwindigkeit aufbaut. Dieser Abschnitt ist aber bereits jenseits der 100km Höhe und somit ist die Restatmosphäre sehr dünn und Reibungsverluste minimal, jedenfalls gegenüber einem Flug innerhalb der Atmosphäre.
Cosmo
