Auswirkung der Lage über Meereshöhe auf Raketenstarts

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Offline BadCop

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Auswirkung der Lage über Meereshöhe auf Raketenstarts
« am: 24. März 2018, 15:58:24 »
Hallo ihr,
eine Frage die mich doch immer wieder beschäftigt ist, welche rechnerische Auswirkung je 100/1000 m mehr an Startplatz-Meereshöhe auf die mögliche Nutzlast/erreichbare Orbits der Raketen haben. Mir ist jedoch klar dass es da noch einige andere beachtenswerte Aspekte bei der Platzwahl gibt.

Wenn z.B. ein Lauchner One auf 10 km Höhe ausgeklinkt wird kommt er in höhere Orbits bzw. kann mehr Nutzlast in einen gegebenen Orbit bringen als eine gleichstarke Rakete, welche von Cape Canaveral startet.
Gibt es zu diesem Thema schon irgendwas zu lesen bzw. um sich schlauer zu machen?

Offline Hugo

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Re: Auswirkung der Lage über Meereshöhe auf Raketenstarts
« Antwort #1 am: 24. März 2018, 17:34:28 »
Eine Rakete muss immer einen Orbit erreichen. Ein Orbit bedeutet, daß sie so schnell ist, daß die nicht auf den Planten zurück fällt, sondern um ihn herum kreist. Die Höhe ist hierfür zweitrangig. Entscheidend ist nur die Geschwindigkeit. Je schneller ein Objekt ist, desto höher ist automatisch sein Orbit.

Somit macht die Starthöhe im Verhältnis relativ wenig aus.

Wenn man bedenkt, daß eine Rakete, welche an einem Flugzeug hängt, nicht nur stehend Stabil sein muss, sondern auch liegend, wird schnell klar, daß so eine Rakete schwerer sein muss. Sie darf voll getankt nicht zerbrechen, wenn das Flugzeug startet. Somit könnten die Vorteile durch die Höhe alleine schon durch die Nachteile durch das höher Gewicht wieder wett gemacht sein. Ausrechen kann man das leider nicht, da man natürlich nicht weiß, wie viel schwerer so eine Rakete sein müsste.

Aber es gibt andere Aspekte, welche einen Start hängend an einem Flugzeug sinnvoll machen. Man kann mit dem Flugzeug zum Äquator fliegen und muss somit keine Inklination mehr abbauen. Das spart der Rakete viel Treibstoff. Man kann mit der Rakete hängend am Flugzeug auch 1 oder 2 Kilometer später starten, wenn ein Schiff im Weg ist. Auch wenn man zur ISS fliegt hat man Vorteile, da ein Flugzeug die ISS-Flugbahn zu 100% treffen kann. Virgin Galactic möchte die Vorteile nutzen und startet daher seine Rakete hängend am Flugzeug.

Die Nachteile liegen auch auf der Hand. Nicht nur, daß eine Rakete stabiler sein muss, auch benötigt man ein Flugzeug. Eine Landebahn. Und Piloten. Alles kostet Geld. Viel mehr als ein fester Startplatz. Je größer die Rakete wird, desto größer muss auch das Flugzeug und die Landebahn werden. Die Kosten steigen also noch weiter. Irgendwann lohnt es nicht mehr. Aber auch bei kleinen Raketen sind die Nachteile da. Denn hier kann man ja problemlos eine weitere Stufe bauen. Die Kosten hierfür sind viel niedriger.

Daher glaube ich persönlich, daß ein Start fliegend an einem Flugzeug keinen wirtschaftlichen Sinn macht.

Ein Startplatz auf einem Berg macht noch weniger Sinn, die Logistikkosten sind hier höher und die Inklination dürfte immer Vorrang vor dem Berg haben.

Stefan307

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Re: Auswirkung der Lage über Meereshöhe auf Raketenstarts
« Antwort #2 am: 24. März 2018, 22:15:55 »
Da muss man mehrere Aspekte betrachten:
Die Starthöhe reduziert die Hubarbeit die verrichtet werden muss. Allerdings macht das nicht sehr viel aus, da über 90% der Energie einer Trägerrakete nicht für das Erreichen der Höhe sondern zum Erreichen der Orbitalgeschwindigkeit benötigt wird. Wenn man jetzt von einem 200 km LEO ausgeht würde ein 2000m Berg ein Prozent, ein Flugzeug bei 10000m 5% der Hubarbeit einsparen.
Auch die Geschwindigkeit eines Unterschallflugzeuges die die Rakete ja beim Start mitbekommt, ist nur ein Bruchteil der Orbitalgeschwindigkeit.
Warum kann das also trotzdem Sinn machen? Neben der größeren Flexibilität des Startortes, die Hugo schon angesprochen hat, gibt es einen weiteren Vorteil: die geringere Luftdichte wirkt gleich 2 mal Positiv, die Rakete muss weniger Luftwiederstand überwinden, aber vor allem kann man die Triebwerksdüsen so abstimmen das sie wegen des geringeren Gegendrucks einen Höheren ISP erzeugen. Letzteres spart nicht unerheblich Treibstoff, erfordert aber die Entwicklung von Triebwerken die von ihrer Düsenabstimmung zwischen den heutigen Erststufen- und den Oberstufen(Vakuum)Triebwerken liegen. Oder alternativ  die Entwicklung von "Flugzeugen" die direkt eine Oberstufe in der Hochatmosphäre aussetzen können, wie zb. bei Hopper oder auch Sänger 2 geplant...

MFG S