Raumfahrt auf Supererden möglich?

Darüber hatte ich schon seid der Entdeckung der ersten Supererden nachgedacht.. es ist ja schon auf der Erde 'Rocket Science' nötig um in den Orbit zu kommen und man kann froh sein wenn die Nutzlast 3-4% der Rakete ausmacht.

Wie würde eine Raumfahrt auf einer Supererde aussehen?
Würde das noch mit 'normaler' Raketenarchiektur klappen oder bräuchte man etwas in der Größenordnung von Orion um aus diesen Schwerkraftsenken raus zu kommen?

ANNAHME: als Randbedingung könnte man hier die erwartete Fallbeschleunigung von Gliese 876 d nehmen - 1,9 g und 3,3 g

Kann man hier einfach mit der abgewandelten Raketengrundgleichung rechnen?



Danke für eure Hilfe, Ansichten und Meinungen

Das DeltaV bestimmt die Rakete und ihre Größe und ihr Nutzlastverhältnis.

Das DeltaV wird immer durch 3 Anteile bestimmt: die Orbitgeschwindigkeit (vereinfacht, wenn man in einen Kreisorbit einschwenkt), Gravitationsverluste und Aerodynamikverluste.

Für jeden Planeten kannst du also das DeltaV ausrechnen und dann damit abschätzen wie die Rakete aussehen muss.

Theoretisch ist es immer möglich, eine Rakete zu starten, aber praktisch gibt es wohl eine Grenze. Zum Beispiel müssen die Strukturen die Kräfte aushalten. Aber das gilt ja im Prinzip für alle Strukturen. Auf einem Planeten mit 10 g wird es vermutlich auch viel anspruchsvoller ein Hochhaus zu bauen. Oder ein Flugzeug.

Die Formel gilt wohl immer, ja. Mit der kannst du es rechnen, natürlich mit den entsprechenden Werten für einen Kreisorbit um Planet X.

Oder für die Fluchtgeschwindigkeit:
https://de.wikipedia.org/wiki/Fluchtgeschwindigkeit_(Raumfahrt)
Hier schonmal einige Beispiele.

@Kryo: Gibt es denn keine Obergrenze für chemische Antriebe?
Hatte es mal so verstanden, dass man bei der Erde schon hart am Limit ist.

@Kryo: Gibt es denn keine Obergrenze für chemische Antriebe?
Hatte es mal so verstanden, dass man bei der Erde schon hart am Limit ist.

Ja was die Ausströmgeschwindigkeit (Isp) des Triebwerks angeht ist man ziemlich an der Grenze. Aber theoretisch kannst du eine 10-stufige Rakete bauen, da kannst du auch 50 km/s erreichen.

Mit Wiederverwendung wirds dann aber enorm schwierig. Wie gut, dass wir auf der Erde nur 2-Stufen für den Orbit brauchen. Puuh, nochmal Glück gehabt.

Darüber hatte ich schon seid der Entdeckung der ersten Supererden nachgedacht.. es ist ja schon auf der Erde 'Rocket Science' nötig um in den Orbit zu kommen und man kann froh sein wenn die Nutzlast 3-4% der Rakete ausmacht.

Wie würde eine Raumfahrt auf einer Supererde aussehen?
Würde das noch mit 'normaler' Raketenarchiektur klappen oder bräuchte man etwas in der Größenordnung von Orion um aus diesen Schwerkraftsenken raus zu kommen?

ANNAHME: als Randbedingung könnte man hier die erwartete Fallbeschleunigung von Gliese 876 d nehmen - 1,9 g und 3,3 g

Wenn das Gravitationspotential größer ist, braucht man
1. mehr Stufen / mehr DeltaV
2. mehr Schub

Die aerodynamischen Kräfte werden weniger wichtig. Also hat die Rakete mehr Stufen und ist breit und nicht mehr so hoch um ausreichend Platz für Triebwerke zu haben.

Ein interessanter Aspekt ist natürlich auch das der Druckgradient in Atmosphäre proportional zur Schwerkraft ist.



Bei einer erdähnlichen Atmosphäre mit 1 Bar auf der Oberfläche aber einer Schwerkraft von 10g hätten wir überm Daumen nur noch 1mBar Luftdruck in 5000m Höhe.

Auch wenn wohl davon auszugehen ist das ein solcher Planet von Natur aus eher flach wäre weil die hohe Schwerkraft die Gebirgsbildung wohl eher beeinträchtigen würde ist es denkbar das es einen Berg oder eine künstliche Struktur geben könnte an deren höchsten Punkt der Luftwiderstand bereits praktisch vernachlässigbar ist. Das begünstigt Konzepte wie etwa einen Start per Magnetschwebebahn (StarTram o.Ä.). In einem Vakuumkanal sollte eine Magnetschwebebahn auf eine geeignete Orbitalgeschwindigkeit beschleunigt werden können ohne das der Luftwiderstand am Ausgangspunkt des Kanals ein gravierendes Problem darstellt.

Auch bei einer auf Bodenniveau wesentlich dichteren und damit insgesamt dickeren Atmosphäre könnte man so vorgehen indem man eine auf Ballons abgestützte Struktur errichtet. Hier gäbe es aber vielleicht Probleme mit der Wetterempfindlichkeit.

Ich denke man müsste davon ausgehen dass auf einer Supererde mit der mehrfachen Schwerebeschleunigung der Erde auch eine sehr dichte Atmosphäre herrscht, wesentlich dichter als auf der Erde. Was bei Gesteinsplaneten möglich ist sieht man ja bei der Venus...

Und das kann man dann eben nicht vernachlässigen denn man kann, selbst mit genug Schub, nicht so schnell beschleunigen wie man will, MaxQ lässt grüßen, und dann hat man mit massiven Aufstiegsverlusten zu kämpfen, da man mal langsam vertikal aufsteigen muss um Höhe zu gewinnen.

[...]Wie gut, dass wir auf der Erde nur 2-Stufen für den Orbit brauchen. Puuh, nochmal Glück gehabt.

Es geht theoretisch auch mit einer Stufe (SSTO), auch mit rein ballistischem Aufstieg ohne Spielerein wie anfangs luftatmende Triebwerke. Z.B. ein optimierter Space Shuttle ET plus genug optimierte SSME unten dran sollte sich selbst und eine kleine Nutzlast in einen LEO bringen können. Das ist natürlich nicht praktikabel aber theoretisch wohl machbar, ich glaub B.L. hat dazu mal ein paar Rechenspiele durchgeführt

Ich denke man müsste davon ausgehen dass auf einer Supererde mit der mehrfachen Schwerebeschleunigung der Erde auch eine sehr dichte Atmosphäre herrscht, wesentlich dichter als auf der Erde. Was bei Gesteinsplaneten möglich ist sieht man ja bei der Venus...

Und das kann man dann eben nicht vernachlässigen denn man kann, selbst mit genug Schub, nicht so schnell beschleunigen wie man will, MaxQ lässt grüßen, und dann hat man mit massiven Aufstiegsverlusten zu kämpfen, da man mal langsam vertikal aufsteigen muss um Höhe zu gewinnen.

Zitat von: tobi am 31. Oktober 2017, 18:33:20

[...]Wie gut, dass wir auf der Erde nur 2-Stufen für den Orbit brauchen. Puuh, nochmal Glück gehabt.

Es geht theoretisch auch mit einer Stufe (SSTO), auch mit rein ballistischem Aufstieg ohne Spielerein wie anfangs luftatmende Triebwerke. Z.B. ein optimierter Space Shuttle ET plus genug optimierte SSME unten dran sollte sich selbst und eine kleine Nutzlast in einen LEO bringen können. Das ist natürlich nicht praktikabel aber theoretisch wohl machbar, ich glaub B.L. hat dazu mal ein paar Rechenspiele durchgeführt

Wobei diese Annahme rein hypothetisch ist. Vereinfachend kann bzw. sollte man durchaus annehmen, dass der Druck auf Level 0 ca. 1000mbar wie auf der Erde hat.

Speziell der vergleich zwischen Erde und Venus zeigt ja, dass der Druck nicht von der Maße bzw. der Gravitation an der Oberfläche des Körpers abhängen muss.
Wäre die Dichte der Atmosphäre eine lineare Funktion der Schwerkraft (mit Korrektur um die Sonnennähe: je näher, desto schwerer tut sich ein Planet seine Atmosphäre zu halten aufgrund stärkerem Sonnenwind).
Demnach müsste die Venus eine weniger Dichte Atmosphäre haben, während der Mars eine dichtere Atmosphäre haben sollte als 40% der Erdatmosphäre auf Normallevel.

Passt in beiden Fällen nicht.

Der Druck nimmt mit zunehmender Höhe auch exponentiell ab, selbst bei einer auf 0-Niveau vergleichsweise dichten Atmosphäre würde die Dichte in einer relativ überschaubaren Höhe stark abnehmen.

Im eben genannten Beispiel mit einem 10g-Planeten hätten wir bei 1Bar auf 0-Niveau in etwa 5000m nur noch 1mBar.

Hätten wir 100 Bar auf 0-Niveau hätten wir eben erst auf 8500m 1mBar Druck aber auch eine solche Höhe sollte sich prinzipiell von einer künstlichen Struktur oder vielleicht sogar auf einem natürlichen Berg erreichen lassen.

Der Druck nimmt mit zunehmender Höhe auch exponentiell ab, selbst bei einer auf 0-Niveau vergleichsweise dichten Atmosphäre würde die Dichte in einer relativ überschaubaren Höhe stark abnehmen.

Im eben genannten Beispiel mit einem 10g-Planeten hätten wir bei 1Bar auf 0-Niveau in etwa 5000m nur noch 1mBar.

Hätten wir 100 Bar auf 0-Niveau hätten wir eben erst auf 8500m 1mBar Druck aber auch eine solche Höhe sollte sich prinzipiell von einer künstlichen Struktur oder vielleicht sogar auf einem natürlichen Berg erreichen lassen.

Ich bezweifle, dass sich auf einem Planeten mit einer Oberflächenbeschleunigung von 10g ein Berg so hoch auftürmen kann (8500 Meter über N.N.) oder eine künstliche Struktur so hoch aufbauen lässt.  Selbst auf unserer Erde mit ihrem 1g sind solche Bauwerke zumindest derzeit auch nur theoretisch möglich.