DeltaV Suborbitale Bahnen

Hallo
für ein Gedankenexperiment müsste ich die Geschwindigkeiten für eine Suborbitalen Flug (ohne die Wirkung der Atmosphäre) zwischen verschieden weit auseinander liegenden Punkten wissen. Es geht mir gewisser maßen um den Übergang in eine Orbitale Kreisbahn oder anders formuliert was ist der längste Suborbitale Flug bevor das Objekt eine Kreisbahn erreicht?

MFG S

Die Frage/das Problem ist zu unscharf formuliert. Was genau suchst du? Sonst könnte man hier viel schreiben, und schreibt vielleicht doch an deiner Fragestellung vorbei ...

müsste ich die Geschwindigkeiten ... wissen

Suchst du Geschwindigkeiten? Dann ist die Antwort trivial: alles, was auf einem Radius r kleiner als die dortige Kreisbahngeschwindigkeit ist, ist suborbital.

... zwischen verschieden weit auseinander liegenden Punkten ...

Suchst du Punkte auf der Trajektorie? Dann wird es kinematisch-geometrisch etwas aufwändiger. Wahrscheinlich hilft dir aber schon vis-viva, um für eine gegebene Bahn, auch suborbital, die Geschwindigkeiten auf den Bahnpunkten zu berechnen.

... was ist der längste Suborbitale Flug ...

Suchst du eine Strecke? Oder die Flugzeit? Die weiteste mögliche Bahn ist die, die einmal um die Erde rumgeht und genau hinter dem Startpunk wieder aufschlägt. Abwurfgeschwindigkeit ist gerade unter Kreisbahngeschwindigkeit auf Starthöhe = Oberfllächenniveau.

Um ehrlich zu sein so genau weiß ich das gar nicht In gewisser weise ist es ein Hohman Transfer in die Umlaufbahn...
Die Idee kam mir im Zuge des Japanischen Kleinträger, wo man die Höhenforschungsrakete zum Orbitalträger aufgerüstet hat. Die "Erste Stufe" beschleunigt auf eine Sub Bahn mit dem Apogäum auf der gewünschten Kreisbahn dort zündet die 2. Stufe und zirkularisiert die Bahn.
Dann Spukt noch eine andere Idee seit einiger Zeit in meinem Kopf herum: Angenommen man möchte die erste Stufe wiederverwenden, wenn man jetzt 2 Start/Landeplätze auf dem Äquator an gegenüberliegenden Punkten der Erde hat kann man von dort in jede Inklination Starten man kommt immer am 2. Platz heraus...
Wie gesagt nur ein Gedankenexperiment...

MFG S

Um ehrlich zu sein so genau weiß ich das gar nicht In gewisser weise ist es ein Hohman Transfer in die Umlaufbahn...
Die Idee kam mir im Zuge des Japanischen Kleinträger, wo man die Höhenforschungsrakete zum Orbitalträger aufgerüstet hat. Die "Erste Stufe" beschleunigt auf eine Sub Bahn mit dem Apogäum auf der gewünschten Kreisbahn dort zündet die 2. Stufe und zirkularisiert die Bahn.
Dann Spukt noch eine andere Idee seit einiger Zeit in meinem Kopf herum: Angenommen man möchte die erste Stufe wiederverwenden, wenn man jetzt 2 Start/Landeplätze auf dem Äquator an gegenüberliegenden Punkten der Erde hat kann man von dort in jede Inklination Starten man kommt immer am 2. Platz heraus...
Wie gesagt nur ein Gedankenexperiment...

MFG S

Die erste Stufe fliegt aber nicht um die halbe Erde, sondern viel kürzer meist.

Zitat von: Stefan307 am 11. Februar 2018, 22:28:48

Um ehrlich zu sein so genau weiß ich das gar nicht In gewisser weise ist es ein Hohman Transfer in die Umlaufbahn...
Die Idee kam mir im Zuge des Japanischen Kleinträger, wo man die Höhenforschungsrakete zum Orbitalträger aufgerüstet hat. Die "Erste Stufe" beschleunigt auf eine Sub Bahn mit dem Apogäum auf der gewünschten Kreisbahn dort zündet die 2. Stufe und zirkularisiert die Bahn.
Dann Spukt noch eine andere Idee seit einiger Zeit in meinem Kopf herum: Angenommen man möchte die erste Stufe wiederverwenden, wenn man jetzt 2 Start/Landeplätze auf dem Äquator an gegenüberliegenden Punkten der Erde hat kann man von dort in jede Inklination Starten man kommt immer am 2. Platz heraus...
Wie gesagt nur ein Gedankenexperiment...

MFG S

Die erste Stufe fliegt aber nicht um die halbe Erde, sondern viel kürzer meist.

Das weiß ich natürlich, ich konstruiere keinen Trägers, es geht mir um ein besseres Verständnis von Orbitalmechanik. Praktisch wären es auch eher die 2 u 3. Stufe oder so...
ich befasse mich jetzt noch mal mit vis-viva außerdem habe ich das hier gefunden aber auch nicht wirklich verstanden: https://antwortenhier.me/q/W-rde-ein-punkt-zu-punkt-suborbitaler-weltraumflug-ein-negatives-perig-um-haben-33447435920

MFG S

Ich würde das ja gerne weiter mit dir diskutieren ... aber ich verstehe deine Fragezeichen noch immer nicht .

@Stefan, leider ist die Demoversion von Kerbal momentan nicht verfügbar. Aber bitte glaub mir, wenn du Orbitalmechanik wirklich verstehen willst.
-> Kerbal

Ich würde das ja gerne weiter mit dir diskutieren ... aber ich verstehe deine Fragezeichen noch immer nicht .

Erst einmal danke Daniel, kennt ihr das ? man hat eine Idee im Kopf aber wie erklärt man das einem anderen zumal wenn man die Sache auch wicht wirklich vollständig verstanden hat...

Für den Anfang würde mir eine Zahl helfen, welches deltaV braucht eine Rakete um bei einem Start auf dem Äquator genau auf der anderen Seite also 180 Breitengrade weiter (die Erddrehung mal außen vor gelassen) "niederzugehen"?

Nach meinem Verständnis ist es so, je schneller die Rakete um so weiter fliegt sie, irgendwann überschreitet sie die erste Kosmische Geschwindigkeit und bleibt im Orbit "hängen", demnach müsste es eine "längsten suborbitalen" Flug geben, ist der wirklich "fast einmal herum?"

MFG S

PS:Was mich an Kerbal gestört hat ist dieses Phantasie Sonnensystem, ich weiß das man das mit Ad-Ons ändern kann, aber ich habe mir deswegen Orbiter Installiert, da ist allerdings die "Einstiegshürde" schon recht ordentlich...

Für die 180° Bahn musst du noch eine Randbedingung angeben: kürzesten Flugzeit? am wenigstens delta-V bzw. Energiebedarf? Danach ergeben sich unterschiedliche Abschusswinkel und Flughöhen.

Vermutlich ist das wenigste delta-V interessant ... leider habe ich auch gerade keinen Wert parat. Mal schauen, ob ich wenigstens die Formel finde ...

Für die 180° Bahn musst du noch eine Randbedingung angeben: kürzesten Flugzeit? am wenigstens delta-V bzw. Energiebedarf? Danach ergeben sich unterschiedliche Abschusswinkel und Flughöhen.

Vermutlich ist das wenigste delta-V interessant ... leider habe ich auch gerade keinen Wert parat. Mal schauen, ob ich wenigstens die Formel finde ...

Geringste Geschwindigkeit, um den Wiedereintritt nicht unnötig heiß werden zu lassen, wenn du dankenswerter weise nach einer Formel suchst, ich brauche auch noch die Höhe des Scheitelpunktes

MFG S

Ps habe ich evtl. die Formel weiter oben schon verlinkt? was genau ist diese Lambert's Problem?

Hallo Stefan,

den Fall "um die halbe Erde rum" würde ich nicht weiter versuchen. Die Antipode (also den gegenüberliegenden Punkt) zu erreichen, ist ein Grenzfall. Die Abschussgeschwindigkeit ist dabei gleich der Kreisbahngeschwindigkeit auf Starthöhe und man schießt horizontal ab ... und bleibt auch auf der Starthöhe = Kreisbahnhöhe.

Es gibt da eine schöne Winkelbeziehung für die optimale Bahn:
4*Startwinkel + Großkreiswinkel(Start, Ziel)  = pi

Wenn man für den Großkreiswinkel pi einsetzt, heben sich die beiden pi auf und der Startwinkel wird Null ... also horizontal entlang der Erdoberfläche. Die Geschwindigkeit dafür ist die Kreisbahngeschwindigkeit.

Danke,
du rettest gerade mein "Weltbild" ich war auch davon ausgegangen das es sich hier um einen "Spezialfall" handelt. Allerdings nicht um welchen... 
Damit ist aber auch geklärt das der längste ballistische suborbitale Flug theoretisch nur um den halben Himmelskörper gehen kann, bei einer höheren Geschwindigkeit bleibt das Objekt im Orbit hängen.

Es gibt da eine schöne Winkelbeziehung für die optimale Bahn:
4*Startwinkel + Großkreiswinkel(Start, Ziel)  = pi

Wenn man für den Großkreiswinkel pi einsetzt, heben sich die beiden pi auf und der Startwinkel wird Null ... also horizontal entlang der Erdoberfläche. Die Geschwindigkeit dafür ist die Kreisbahngeschwindigkeit.

Pi als Winkel bedeutet hier wird mit Radiant und nicht in Grad gerechnet nehme ich jetzt mal an?

MFG S

So, habe mich noch mal in "Ruhe" mit den "üblichen Formeln" zur Wurfparabel beschäftigt. für eine v₀ 7800m/s also der Orbitalgeschwindigkeit ergibt sich eine "theoretische" Reichweite von ca 6200 km. Ich gehe jetzt mal davon aus das das problem am Orthogonalen Koordinatensystem liegt? Man müsste die Formel also in ein Polares System "übersetzen"...
Wenn da jemand eine Idee hätte?

MFG S

Hallo Stefan,

schau mal hier:
https://www.eugen-willerding.de/ballistik/

In dem PDF dort wird das Thema sehr umfangreich behandelt ... von der Pflicht des schrägen Wurfs bis zur Kür der Raketenballistik.

Vielen Dank! da habe ich jetzt was zu lesen

Hallo,
möchte hier mal kurz Rückmeldung geben auf Seite 166 Formel 6.99 bin ich fündig geworden. Für 1/4 Erdumfang also 10000km komme ich auf 7,42 km/s und für 1/8 also 5000km auf 5,93km/s. Kann das evtl. jemand bestätigen? Mir erscheinen die Werte eigentlich realistisch die Reichweite von Interkontinentalraketen wird mit "gut" 10000km angegeben. Da 7,42 km/s im Bereich der Orbitalgeschwindigkeit liegen wäre auch meine Theorie bestätigt das ein keine weiteren suborbitalen Flüge geben kann da das Objekte bei höheren Geschwindigkeiten zwangsläufig in einem Orbit "hängen" bleiben würde.

MFG S

PS: nochmal danke Daniel!

PPS: So schnell noch die Höhen im Scheitelpunkt für 1/4 Erdumfang komme ich auf 1288km (ich vermute Rundungsabweichungen zu den 1319km des Autors?) und für ein 1/8 994,5km diese Höhe passt ziemlich perfekt in meine Überlegungen 

Noch ein Gedanke zum "im Orbit hängen bleiben": Wenn man so schnell wird, hat man die notwendige Bedingung für einen Orbit erreicht, aber nicht die hinreichende. Je nachdem, in welche Richtung die Geschwindigkeit geht, ist man auf einer sehr extrentrischen Ellipse unterwegs, die durchaus Atmosphäre und Erdoberfläche unterschneiden kann. Man kann also "hochenergetischer" von A nach B unterwegs sein.

Zitat von: Prodatron am 27. März 2022, 21:08:05

... Es wurde eher so kommuniziert: Starship soll volle Orbital-Geschwindigkeit erreichen, das Perigäum liegt aber innerhalb der Atmosphäre, um sich das Manöver für den Re-Entry-Burn zu sparen.

Und genau dann ist es keine "Orbital"-Geschwindigkeit, sondern bleibt darunter. Ähnlich wie bei ballistischen Raketen, die durchaus 3/4 der Erde umrunden können, bevor sie wiedereintreten. "Orbital" heißt, sich in einem Orbit zu befinden, in dem man die Erde mindestens einmal komplett umrunden kann. Die Endgeschwindigkeitsdifferenz ist minimal, aber entscheidend für die Unterscheidung orbital/suborbital.

Juri Gagarin z.B. war 1961 in einer orbitalen Umlaufbahn,  landete aber nach weniger als einem kompletten Umlauf, weil das Bremstriebwerk gezündet wurde. Er hätte auch mehrere Umläufe schaffen können, bevor er automatisch von der Atmosphäre heruntergeholt worden wäre.

Gruß
roger50

Mir ist bewusst das es sich um einen Formalismus handelt aber es muss doch eine exakte Definition geben die Suborbitale von orbitalen Bahnen trennt....

Mir ist bewusst das es sich um einen Formalismus handelt aber es muss doch eine exakte Definition geben die Suborbitale von orbitalen Bahnen trennt....

Die gibt es. Jede Bahn bei der das Apo- und Perigaeum ausserhalb der Atmosphaere liegen und die Orbitalgeschwindigeit der Bahnhoehe entsprechend ist, sodass unter Vernachlaessigung von Stoerkreaften die Bahn langfristig stabil bleibt.

Zitat von: Stefan307 am 07. April 2022, 15:57:01

Mir ist bewusst das es sich um einen Formalismus handelt aber es muss doch eine exakte Definition geben die Suborbitale von orbitalen Bahnen trennt....

Die gibt es. Jede Bahn bei der das Apo- und Perigaeum ausserhalb der Atmosphaere liegen und die Orbitalgeschwindigeit der Bahnhoehe entsprechend ist, sodass unter Vernachlaessigung von Stoerkreaften die Bahn langfristig stabil bleibt.

Das ist allerdings eine sehr weiche Definition die Atmosphäre hat ja keine eindeutige Begrenzung nach Außen und was ist mit Langfristig? Alle niedrigen  LEO Orbits haben eine "Lebensdauer" von wenigen Jahren. Und dann ist das ganze ja noch vom CW Wert und Masse des Fahrzeuges abhängig. Natürlich alles Theorie aber das ist die Erste Kosmischen Geschwindigkeit ja auch, zumindest auf Körpern mit Atmosphäre...

aber es muss doch eine exakte Definition geben die Suborbitale von orbitalen Bahnen trennt....

Ich denke, so etwas gibt es nicht, da man es nicht benötigt. Es steht jedem somit frei, sich eine persönliche Definition zu erstellen.

So etwas findet man oft vor, wenn es keine technische Notwendigkeit für Grenzen gibt. Dann wurde nie eine technische Grenze festgelegt.

Bei Wikipedia ist die Definition folgende:

Ein Raumflug verläuft suborbital, wenn die Bahnenergie des Flugkörpers nicht für eine Umlaufbahn ausreicht. Die Schnittpunkte der erreichten Bahn mit der Erdoberfläche stellen Start- und Zielort des suborbitalen Fluges dar.

https://de.wikipedia.org/wiki/Suborbitaler_Flug

Und dann ist das ganze ja noch vom CW Wert und Masse des Fahrzeuges abhängig. Natürlich alles Theorie aber das ist die Erste Kosmischen Geschwindigkeit ja auch, zumindest auf Körpern mit Atmosphäre...

Deswegen der Zusatz "unter Vernachlaessigung von Stoerfaktoren".

Wenn man es etwas spezifischer haben moechte: Jeder Koerper, der eine Geschwindigkeit entsprechend der benoetigten Orbitalgeschwindigkeit auf der jeweiligen Flughoehe hat, ist auf einer orbitalen Umlaufbahn.

Da auch die Atmosphaere ein Stoerfaktor ist, kann ein Koerper rein theoretisch auch auf 10km Hoehe eine Orbitalgeschwindigkeit haben. In diesem Fall laege sie bei 7.899 km/s.

In der Regel wird es aber erst ab etwa 200km realistisch. Alles darunter wird von der Atmosphaere zu stark abgebremst und wird kaum mehr als einen Orbit schaffen. Bei 200km waeren wir bei einer Geschwindigkeit von 7.784 km/s.

Wenn man die Atmosphäre außen vor lässt( was ich persönlich auch sinnvoller) finde ist die von mir zitierte Aussage von Roger nicht so ganz korrekt. Ich unterstelle ihm aber das er das nicht " aus der Luft gegriffen hat"