Temperatur-und Druckverhältnisse bei Raketenstart

Guten Abend,
Das ist hier mein erster Post. Als Apollo auf dem Mond landete, war ich 7 Jahre alt und habe die Raumfahrt eigentlich 5 Jahrzehnte nur nebenbei betrachtet. Natürlich hatte ich Space Shuttle und die Raumstationen immer auf dem Schirm, die Technik dahinter war mir bewusst, ich war in den 90-ern und dann nochmals 2019 im KSC/Florida.
Aber seit StarShip stelle ich mir doch ein paar Fragen, insbesondere seit dem Catch des Boosters: Gibt es irgendwelche Daten zu den Luft-Temperatur-und Luftdruckverhälnissen um den Startturm und auch während der Landung des Boosters?
Der fliegt ja bei der Landung für einige Sekunden regelrecht mit seinem Abgasstrahl in den Startturm hinein…
Und mich würde interessieren, welche Kräfte bei Start und Landung da so wirken.
Gefunden habe ich darüber eigentlich nichts…
Danke für Ihre. -Eure-Antworten
Andreas Ackermann

Hallo Acki,

ich möchte da erst etwas Kontext liefern:

Die Landung ist weniger „schlimm“ als der Start. Da laufen ja alle Triebwerke und der ganze Stack beginnt erst langsam am Turm entlang zu klettern. Das belastet die Anlage stärker als der Landeanflug.

Druck: Die Triebwerke expandieren die ausströmenden Gase auf Umgebungsdruck, auf Meeresniveau sogar unter Umgebungsdruck. Durch den Gasstrahl und die Wärme wird aber Umgebungsluft verdrängt … es wird „windig“ unter den Triebwerken.

Die Landung ist weniger „schlimm“ als der Start. Da laufen ja alle Triebwerke und der ganze Stack beginnt erst langsam am Turm entlang zu klettern. Das belastet die Anlage stärker als der Landeanflug.

Genau. Beim Start sind die Tanks schließlich noch voll und bei der Landung dann nahezu leer. Entsprechend weniger Masse muss die Rakete dann stemmen, entsprechend reichen dann sicher ein paar aktive Triebwerke oder gar nur eins.

Was ist eigentlich mit der mechanischen Belastung für die Struktur, falls die Rakete mal mit etwas Überschussgeschwindigkeit hereinkommt? Wo ist da das Limit?

Ich vermute, die Struktur der Rakete gibt dann eher nach als der Turm.

Der fliegt ja bei der Landung für einige Sekunden regelrecht mit seinem Abgasstrahl in den Startturm hinein…
Und mich würde interessieren, welche Kräfte bei Start und Landung da so wirken.

Ui... eine ziemlich spezifische Frage. Im Detail wird das in dieser Runde wohl niemand beantworten können, vermutlich nur die SX Ingenieure die den Turm konstruieren.
Aber wenn ich darüber nachdenke komme ich auf folgendes:
Bei der Landung kann man davon ausgehen dass der Gasstrahl eine Kraft ausübt die dem Gewicht der landenden Rakete + ein bisserl was drauf (um die Geschwindigkeit/Impuls abzubauen) erzeugt. Mit den Anflugwinkel der Rakete kannst diese Kraft in eine vertikale und horizontale Komponente zerlegen. Die vertikale Komponente ist der Teil der maximal auf den Turm wirken kann.
Is wohl extrem grob vereinfacht aber im Prinzip solls stimmen, oder?

Im Prinzip schon. Aber der "Gasstrahl" ist ja kein Stab, der gegen den Tower drückt, sondern er drückt gegen die Luft, die ihrerseits ausweicht. Wieviel Kraft/Energie davon letztlich auf den Turm übertagen wird ist die Frage, sicher nur ein Bruchteil, zumal der Turm ja ein Stahlfachwerk ist und nicht massiv. Das haben sicher zahllose Sensoren gemessen. Künftige Landungen des Boosters oder Ships werden wohl viel senkrechter erfolgen, vielleicht sehen wir das bereits am Montag. Diesmal wolle man ja bis zum letzten Moment einen Crash neben dem Turm ermöglichen.

Der Anflug zum Turm wird immer "schräg" passieren. Der Booster kommt bis zum Ende "neben dem Turm" runter, um ggf. daneben "abstürzen zu können". Erst wenn alles "ok" ist, fliegt der am Ende sein Manöver an den Turm heran.

Die dynamische Belastung des Turms ist nicht so kritisch, eher die Temperaturen. Aber nochmal: Beim Start wird der Turm erheblich mehr belastet, wenn alle Triebwerke laufen und der Stack relativ langsam am Turm entlang klettert und mit allen Triebwerken "hineinbläst".

Der Anflug zum Turm wird immer "schräg" passieren. Der Booster kommt bis zum Ende "neben dem Turm" runter, um ggf. daneben "abstürzen zu können". Erst wenn alles "ok" ist, fliegt der am Ende sein Manöver an den Turm heran.

Wenn der Booster künftig senkrechter herunterkommt - egal ob direkt über dem Turm oder vorsichtshalber leicht davor - trifft der Stahl die Konstruktion nicht mehr direkt. Und wenn der Booster dann "an den Turm heranfliegt", zeigt der Strahl ja von ihm weg, logischerweise in die Gegenrichtung. Was wir diesmal gesehen haben - ein schräger Anflug, bei dem der Strahl anfangs direkt auf den Turm gerichtet ist - wird künftig sicher deutlich optimert werden.

Zitat von: Schillrich am 13. November 2024, 10:14:16

Der Anflug zum Turm wird immer "schräg" passieren. Der Booster kommt bis zum Ende "neben dem Turm" runter, um ggf. daneben "abstürzen zu können". Erst wenn alles "ok" ist, fliegt der am Ende sein Manöver an den Turm heran.

Wenn der Booster künftig senkrechter herunterkommt - egal ob direkt über dem Turm oder vorsichtshalber leicht davor - trifft der Stahl die Konstruktion nicht mehr direkt. Und wenn der Booster dann "an den Turm heranfliegt", zeigt der Strahl ja von ihm weg, logischerweise in die Gegenrichtung. Was wir diesmal gesehen haben - ein schräger Anflug, bei dem der Strahl anfangs direkt auf den Turm gerichtet ist - wird künftig sicher deutlich optimert werden.

Der Booster wird schon aus Sicherheitsgründen immer schräg anfliegen, sonst besteht bei einem Problem das Risiko einer Kollision mit dem Turm deutlich längere Zeit als bisher. Direkt von oben werden die es nie machen (es sei denn, die Zuverlässigkeit ist irgendwann einmal so hoch, dass man das riskiert). Und der Strahl wird in der Endphase auch immer kurz gegen den Turm gerichtet sein - die Vorwärtsbewegung in den Turm hinein muss ja abgebremst werden. Was wir denke ich eher sehen könnten ist eine "härtere" und spätere Bremsung mit dadurch verkürzter Dauer der Anflugphase.
Beim Schiff sind die Sparzwänge bezüglich Treibstoff und Nutzlast größer. Möglich, dass hier gleich ein anderer Anflug direkt von oben stattfindet. Erst recht aber dann, wenn das Schiff irgendwann mal bemannt fliegen soll. Ein Crash neben den Turm ist dann keine Option.