Ballonrakete

Angenommen man lässt eine Rakete von einem Ballon aus starten, so in 20-40km, wäre da der Treibstoffverbrauch deutlich geringer, um endlich ausserhalb der Erdgravitation Richtung Mond zu kommen?

Geht das überhaupt, dass man eine Rakete einer Masse von 20-35 kg (<-ohne Treibstoff) zum Mond bringt?




Ach ja und braucht man dann noch Hitzeschilder? Weil da oben ist die Luftreibung ja kleiner!?
Mfg

Hi runner!
Es gab tatsächlich Höhenforschungsraketen, die von Ballons aus gestartet werden.
Die Idee stammt von niemandem anderen als Prof. James Van Allen. Aus seine Anregung hin wurde 1952 erstmals Höhenforschungsraketen vom Typ DEACON von einem umgerüsteten Wetterballon in die Höhe getragen und auf 25 Kilometer Höhe gestartet. Die DEACON erreichte zwischen 95 bis 110 km Höhe (je nach Einsatzprofil).
Später wurden solche Ballons auch als Träger für andere Raketen benutzt, das kombinierte System Ballon/Rakete wurde unter dem Kürzel ROCKOON bekannt. (Hierzu mehr in der Encyclopedia Astronautica: http://www.astronautix.com/lvs/rockoon.htm)

Das Verfahren zielt nur darauf ab, möglichst große Höhen zu erreichen. Um z. B. einen Satelliten zu starten oder gar zum Mond zu fliegen, ist allein die Geschwindigkeit entscheidend (für eine Umlaufbahn 7,9 km/s, für einen Mondflug 11,2 km/s).
Zwar beschleunigt eine Rakete wegen der geringere Luftwiderstand beim einem Start in 25 km Höhe etwas besser als beim Start von der Erdoberfläche, was auch eine etwas höhere Brennschlußgeschwindigkeit zu Folge hat, aber der enorme Aufwand eines Ballonstarts wird durch diesen vergleichsweise winzigen Vorteil nicht wett gemacht. (Anders liegt der Fall beim Start von einem Flugzeug aus - hierbei fungiert das Trägerflugzeug sozusagen als "Erststufe" - außer rund 12 km Höhe gibt etwa das Tragerflugzeug der Pegasus auch etwa 900 km/h (oder 1,5 km/s) Geschwindigkeit an die Rakete mit.)

Ich verstehe nicht ganz, was Du mit "außerhalb der Erdgravitation" meinst. Natürlich unterliegt der Mond der Anziehung der Erde, sonst wäre er schließlich kein Mond.  - Die infolge des größeren Abstands von der Erde etwas geringere Anziehung auf die von einem Ballon startende Rakete fällt bei 25 km Höhe buchstäblich überhaupt nicht ins Gewicht.

Ich weiß auch nicht, was Du mit "Masse der Rakete" meinst. Ich vermutete, die Leermasse der Rakete plus Nutzlast. Wenn die Nutzlast, die zum Mond gebracht wird, winzig klein ist, dann reicht jede Rakete aus, die 11,2 km/s "schafft".

Gruß: MartinM

Angenommen man lässt eine Rakete von einem Ballon aus starten, so in 20-40km, wäre da der Treibstoffverbrauch deutlich geringer, um endlich ausserhalb der Erdgravitation Richtung Mond zu kommen?

Wenn man von der Erde weg will, geht es nicht um Höhe, sondern nur um Geschwindigkeit.
Um der Erdanziehungskraft zu entkommen, muß man die Zweite Kosmische Geschwindigkeit von 11,2 km/s überschreiten (wie MartinM bereits schrieb).

Übrigens, ein Ballon für solche Höhen ist auch nicht ganz billig:
https://forum.raumfahrer.net/index.php?topic=3326.msg25944#msg25944

Geht das überhaupt, dass man eine Rakete einer Masse von 20-35 kg (<-ohne Treibstoff) zum Mond bringt?

Wie willst Du damit auf die erforderliche Geschwindigkeit kommen?
Die Rakete muß eine Geschwindigkeit von über 40.000 km/h erreichen!
Kann Dein Auto ohne Treibstoff bis nach Moskau fahren?

Ohne Energie keine Leistung - die Physik läßt sich nicht verklapsen! Auch nicht für die Raumfahrt!

Ach ja und braucht man dann noch Hitzeschilder? Weil da oben ist die Luftreibung ja kleiner!?

Nein, für einen Flug zum Mond braucht man keinen Hitzeschild.
Nur für die Landung auf der Erde.

Wie du gesagt hast, möchte ich kein 'Rennauto' sondern vergleichsweise ein 'Fahrrad'.
Aber ich kann ja langsam auch ans Ziel kommen, mit einer deutlich kleineren Geshwindigkeit. Eine Modellrakete hebt ja auch vom Boden ab und wird so lange höher, bis der Treibstoff aus ist.

Wieso dann diese komische kosmische Zahl? Ich hab mir bezüglich dieser schon einige Erklärungen durchgelesen, versteh sie aber immer noch nicht...

Hi runner02,

du brauchst halt um bei deinem Vergleich zu bleiben ein Rennauto um in einen Orbit zu kommen. Wenn du aber erst mal oben bist reicht ein Fahrad.
Im Klartext muss man erst einmal recht schnell genug Geschwindigkeit aufnehmen, damit man nicht wieder auf die Erde zurückfällt. Die hohe Geschwindigkeit auf einer Kreisbahn um die Erde erzeugt eine Fliegkraft von der Erde weg die der Gewichtskraft entgegenwirkt. Diese Fliegkraft kann man durch die 2 Variablen Geschwindigkeit und Orbitradius variieret.

Wenn du aber schon in einem Orbit bist, kannst du dich auch mit sehr geringen Schubkräften auf Fluchtgeschwindigkeit beschleunigen lassen. Dauert halt länger.

Egal welchen Weg du nimmst, zum Schluss haben beide die selbe Geschwindigkeit. Und nur die Zählt, wie du beschleunigst ist egal!

mfg

Matthias

(<-ohne Treibstoff) zum Mond bringt?

Möglich wäre es aber nicht von einem Ballon. Beim Mond git es da ja schon überlegungwen aber ich denke das geht nicht auf der Erde. Wenn Du das Raufschiff am Boden auf so hohe Geschwindigkeit bekommst, damit es die Erde verlässt, mit einer Magnetschwebebahn zum Beispiel, das Problem ist da aber die Athmospähre, die dann das Raumschiff gleich nach freisetzten wieder abbremst! Also bräuchtest Du eine weit höhere Geschwindigkeit um ein ich sag dann mal Geschoß in den Orbit zu bekommen, aber da wird wohl die Hitze wegen er Athmospährenreibung zu groß. Allerding verbrauchst Du dabei ja auch Treibstoff=Energie.
Aber beim Mond wäre es Möglich!
Fluchtgeschwindigkeit:
Mond: 2380 m/s  (Artilleriegeschoss ca. 1500 m/s reicht nicht)
Erde: 11186 m/s (ohne Athmospähre)

mfg.
Thoralf

@T.D.K.:
Ich fürchte, Du hast runner02 falsch verstanden.
Er will eben nicht so schnell beschleunigen und durch seinen Ballonstart auch die Atmosphärenreibung vermeiden.
Etwas Treibstoff kann es schon kosten, - nur nicht so viel! Er ist vielleicht ein sparsamer Mensch.

Er versteht nicht, warum man riesige Raketen auf mörderische Geschwindigkeiten beschleunigt, nur um das Stück zum Mond zu fliegen. Dort angekommen, muß man aufwendig wieder abbremsen.
Dabei hätte man doch zumindest bei unbemannten Missionen genügend Zeit und könnte die Sache gemächlich angehen.
Warum also Orbital- und Fluchtgeschwindigkeit?

runner02 hat beobachtet, daß eine kleine Modellrakete beim Start auch die Schwerkraft überwindet und sich von der Erde entfernt. Gut, die hat zu wenig Treibstoff und fällt nach Brennschluß wieder runter.
Aber wenn man die Rakete mit einen Ballon so weit wie möglich nach oben und aus der Atmosphäre bringt und erst von dort startet, hat man doch schon einige Hürden genommen.
Wenn man dann etwas mehr Treibstoff mitnimmt, damit die Triebwerke länger laufen können, müsste sie doch immer weiter aufsteigen und auch irgendwann zum Mond kommen. Ohne diese hohen Geschwindigkeiten, sondern langsam und stetig.

Er versteht nicht, warum das nicht gehen sollte.
Das müssen wir ihm erklären!

Noch ein Detail zum Sinn von Höhenstarts (mittels Trägerballon oder -flugzeug):

Der Hauptvorteil ist nicht die Anfangsgeschwindigkeit des Trägerflugzeugs, sondern dass man:

• die dichten Schichten der Atmosphäre hinter sich gelassen hat, was die aerodynamischen Verluste deutlich reduziert.
• das Triebwerk der Erststufe optimiert auf den niedrigeren Außendruck in der Höhe anpassen kann und nicht auch noch über des gesamten unteren Atmosphärenbereich anpassen muss.

PS:
@runner02, ich will dich damit nicht verwirren . Das sind nur ein paar zusätzliche Informationen für die Mitleser.

Erklärungsversuch:

runner02 denkt vielleicht, in den Weltraum zu gelangen, wäre so, als würde man einen Berg hochsteigen. Das kann man schnell oder auch langsam machen.

Tatsache ist aber, in den Weltraum zu gelangen, ist so, als würde man auf einen Tisch hochspringen. Man muss schnell genug springen, um hoch zu kommen, sonst fällt man eben wieder hinunter.

Selbst wenn man seeeehr viel Treibstoff mitnehmen würde. Man bliebe nur so lange oben, bis der Treibstoff verbraucht ist. Hat man dann nicht die erste kosmische Geschwindigkeit erreicht, holt einen die Gravitation zurück auf die Erde.

Mathematisch gesehen, müsste die Fliehkraft mindestens gleich der Gravitationskraft sein. Nimmt man vereinfacht die Gewichtskraft als Gravitationskraft und den Erdradius mit 6.400 km an, so ergibt sich aus

m * g = m * v²/r
v² = g * r = 10 m/s² * 6.400.000 m = 64 Millionen m²/s²

Ziehen wir daraus die Wurzel, so kommen wir auf etwa 8.000 m/s = 8 km/s = 28.800 km/h.

GG