Hitzeschutzschild

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Offline Espega

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Hitzeschutzschild
« am: 16. Juni 2007, 23:27:56 »
hallo,

eine frage zum hitzeschutz:
soweit ich das verstehe, nennt man diesen schutz "ablativ".
d.h. er verbrennt beim wiedereintritt und nimmt dadurch die wärme mit.
deshalb muß viel gewicht mitgeführt werden, das letzten endes nur verbrennt.

wäre da nicht ein hitzeschid aus dem material besser, das beim shuttle-orbiter verwendet wird?
das ist sehr leicht, extrem hitzebeständig und wiederverwendbar.
das ideale medium für einen hitzeschild. was spricht dagegen?

gruß
espega

Titel geändert und neuen Thread begonnen, Jerry
« Letzte Änderung: 06. Oktober 2008, 16:48:58 von MSSpace »

Zippomania

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Re: NASA-Raumschiff *Orion*
« Antwort #1 am: 16. Juni 2007, 23:34:05 »
Beim Shuttle ist es so, das jede Kachel individuell angefertigt ist d.h. das jede einzelne Kachel nur dort angebracht werden kann wo sie sitzt. Spricht nicht unbedingt gegen deinen Vorschlag, ist aber eine ziemliche Fummelarbeit die tausenden von Kacheln anzubringen  ;)

Gegen die Kacheln an einer Kapsel spricht die Brüchigkeit. Diese Kacheln sind sehr anfällig was mechanische Energie (Schläge, Stöße) betrifft und da bei einer Kapsel bekannterweise "auf" dem Hitzeschild gelandet wird, müsste wahrscheinlich nach jedem Flug die Hälfte der Kacheln ausgetauscht werden...

knt

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Re: NASA-Raumschiff *Orion*
« Antwort #2 am: 16. Juni 2007, 23:41:46 »
Zitat
da bei einer Kapsel bekannterweise "auf" dem Hitzeschild gelandet wird
Soweit ich weiß wird der Hitzeschild bei der Sjous vor der Landung abgesprengt - allein schon weil die Bremsraketen darunter sind! Wie das bei Orion ist weiß ich aber nicht.

edit: here it is: http://suzymchale.com/kosmonavtka/soyland.html
« Letzte Änderung: 16. Juni 2007, 23:58:06 von knt »

Zippomania

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Re: NASA-Raumschiff *Orion*
« Antwort #3 am: 16. Juni 2007, 23:45:45 »
Ok, das wusste ich nicht, aber wenn er ganz abgesprengt wird, nützt das den Kacheln ja auch nichts. Also wäre der Hitzeschild bei einer Kapsel so oder so verloren. Ob er nun verbrennt (ablativ), beim Aufprall zerstört wird (Kachel) oder abgeworfen wird (Kachel/ablativ).
Von daher nimmt man natürlich die günstigere Variante...den ablativen Hitzeschild anstatt der teuren Kacheln...
« Letzte Änderung: 16. Juni 2007, 23:46:22 von Zippomania »

Offline Espega

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Re: NASA-Raumschiff *Orion*
« Antwort #4 am: 16. Juni 2007, 23:50:38 »
Zitat
Diese Kacheln sind sehr anfällig was mechanische Energie (Schläge, Stöße)....
ja, klar. das habe ich garnicht bedacht.
aber man bräuchte ja nicht tausende kacheln anzubringen.
dadurch das der "boden" des raumschiffs rund ist,
könnte man lauter gleiche, quasi "gebogene kreissegmente" anbringen.
dann bräuchte man vielleicht 20,30 gleiche kacheln.

naja, egal, ist mir nur so durch den kopf gegangen... :)

gruß
espega

Waldi

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Re: NASA-Raumschiff *Orion*
« Antwort #5 am: 17. Juni 2007, 00:45:48 »
Zitat
Aerodynamisch hat auch ein Diskus natürlich enorme Vorteile gegenüber einer Glocke
Welche Vorteile hat ein Diskus denn?

*

Offline roger50

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Re: NASA-Raumschiff *Orion*
« Antwort #6 am: 17. Juni 2007, 01:32:03 »
N'abend,

noch kurz zum Thema "Wiederverwendbares Hitzeschild an Raumkapsel:

Ein solches wurde schon mal eingesetzt - bei der europäischen ARD-Mission (Ariane Reentry Demonstrator), 1998, bei der 3.Ariane-5 Mission. Die Kapsel war formmäßig ein 1:2 Nachbau der Apollo-Kapsel, die zwar nicht ganz Orbitalgeschwindigkeit hatte (viel fehlte nicht), und nach der Landung im Pazifik (?) geborgen werden konnte. Wie berichtet wurde, hätte man das Hitzeschild sofort wieder einsetzen können, so gut war der Zustand....

Hier ein Bild des Hitzeschilds:

http://[IMG]https://images.raumfahrer.net/up063921.jpg[/IMG]

Gruß
roger50
« Letzte Änderung: 17. Juni 2007, 01:58:04 von roger50 »

knt

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Re: NASA-Raumschiff *Orion*
« Antwort #7 am: 17. Juni 2007, 05:32:01 »
Zitat
Welche Vorteile hat ein Diskus denn?

Ich könnte mir vorstellen das ein Diskus besser steuer- und stabilisierbar ist als eine Glocke. Ausserdem verteilt sich die Hitze schön gleichmäßig da sie sich niergends stauen kann
 
Zitat
Ein solches wurde schon mal eingesetzt - bei der europäischen ARD-Mission (Ariane Reentry Demonstrator), 1998, bei der 3.Ariane-5 Mission.

Das Teil hieß aber Atmospheric Reentry Demonstrator :D Dort war das Hitzeschild auch nicht ablativ - sondern bestand aus Siliciumoxid und Harz.

Erinnert mich auch an den ESA Versuch zu einem aufblasbaren Hitzeschild.

Da wird also kräftig geforscht :D
« Letzte Änderung: 17. Juni 2007, 05:46:42 von knt »

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Offline roger50

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Re: NASA-Raumschiff *Orion*
« Antwort #8 am: 17. Juni 2007, 13:09:08 »
Moin Moin,

@ knt:

Was die ARD-Abkürzung angeht, hast Du recht. Mein Gedächtnis hat gelegentlich Lücken  :-/

Und ja, das ARD-Hitzeschild war nicht ablativ sondern wiederverwendbar, darüber sprachen wir ja gerade vorher ;)

Aufblasbares Hitzeschild: es gab tatsächlich 3 Missionen mit dem sog. IRDT, "Inflatable Re-entry & Descent Technology" Gerät. Mehr hier: http://www.astronautix.com/craft/irdt.htm

Während der erste Versuch wohl erfolgreich verlief (es gab wenig Informationen), konnte man bei den anschließenden Versuchen die Landegeräte nicht wiederfinden.

Bestätigungen dazu erbeten (wg. mein Gedächtnis)  ;D

Gruß
roger50
« Letzte Änderung: 17. Juni 2007, 13:12:45 von roger50 »

hibi

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Re: NASA-Raumschiff *Orion*
« Antwort #9 am: 17. Juni 2007, 15:19:43 »
Also der ablative Hitzeschild verbrennt beim Wiedereintritt ....

Wie wird so ein Hitzeschutz denn aufgetragen ? Wird der aufgesprayed oder gespachtelt ? Wie dick muß man sich eine solche Schicht vorstellen ?

*

Offline roger50

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Re: NASA-Raumschiff *Orion*
« Antwort #10 am: 17. Juni 2007, 16:06:12 »
@ hibi:

Ja, bei einem ablativem Hitzeschild verschmort die oberste Schicht durch die Reibungshitze. Die dabei entstehenden Gase führen dann die Hitze ab.

Es gibt verschiedene Bauarten. Bei den früheren amerikanischen Raumkapseln bestand das Schild aus einer sog. Honigzellen (6-eckig) Strktur aus Faserverbundwerkstoffen, die dann mit einem Epoxid Harz gefüllt wurden. Dieses Schild war rund 10 cm dick.

Suche heute Abend nach einem Bild.

Gruß
roger50

GG

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Re: NASA-Raumschiff *Orion*
« Antwort #11 am: 17. Juni 2007, 19:38:05 »
Der Ausdruck „der Hitzeschutz verbrennt“ ist nicht korrekt. Verbrennung würde ja noch zusätzlich Wärme erzeugen und keine abführen. Stattdessen schmilzt und verdunstet das Material. Dabei werden große Wärmemengen (stoffspezifische Schmelzwärme und Verdampfungswärme) aufgenommen, die dann mit dem Gas verschwinden. Das zurückbleibende Material wird dadurch gekühlt.

Einfach Mal die Haut befeuchten und fühlen, wie sie gekühlt wird, wenn die Feuchtigkeit verdunstet.

Ich glaube auch, dass ein solches ablatives Verfahren finanziell so günstig ist, dass ein wiederverwendbares System auf Hitzeschirmbasis kaum eine Chance hat. Vor allem dann nicht, wenn es bei der Landung jedesmal zerstört oder stark beschädigt wird.

GG
« Letzte Änderung: 17. Juni 2007, 19:40:49 von GG »

*

Offline roger50

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Re: NASA-Raumschiff *Orion*
« Antwort #12 am: 17. Juni 2007, 20:32:13 »
N'abend,

hab noch mal gegraben, und diese beiden Bilder ausgebuddelt:

Hier sieht man die Wabenstrktur der Mercury-Kapsel. Wird wohl gerade gereinigt. Die einzelnen Waben wurden dann einzeln mit Epoxyharz gefüllt.

http://[IMG]https://images.raumfahrer.net/up063919.jpg[/IMG]

Hier die Dicke des ablativen Schilds von Apollo. Maximal also 2,75 inch, etwa 7 cm dick

http://[IMG]https://images.raumfahrer.net/up063920.gif[/IMG]

Gruß
roger50

PS: In Fachkreisen kursiert das Gerücht, daß das Hitzeschild der ersten chinesischen Rückkehrkapseln (unbemannt) aus Eichenholz gefertigt waren. Funktioniert übrigens tatsächlich, ist nur sehr schwer. Es geht also auch ohne Hightec  :D
« Letzte Änderung: 17. Juni 2007, 20:34:49 von roger50 »

hibi

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Re: NASA-Raumschiff *Orion*
« Antwort #13 am: 17. Juni 2007, 21:53:10 »
Mmmhh .... also dieses Verdampfungsprinzip sagt mir was.

Sind solche Flugkörper mit ablativem Hitzeschutz denn auch wirklich wiederverwendbar ?

Ich hatte kürzlich mal zum Thema "satelliten" die Frage gestellt, ob man bei den Tests eines solchen Gerätes eher zimperlich oder grob umgeht.

Wenn ich mir überlege, dass der Hitzeschild über 1000 Grad aushalten muß, habe ich schon so gewisse Zweifel am "einfach-drüber-lackieren-und-gut-is".

*

Offline roger50

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Re: NASA-Raumschiff *Orion*
« Antwort #14 am: 17. Juni 2007, 22:48:49 »
Hi hibi,

Zitat
Sind solche Flugkörper mit ablativem Hitzeschutz denn auch wirklich wiederverwendbar ?

also ich glaube, Du verwechselst da was: ablative Hitzeschilder, wie man sie bisher für alle Kapseln verwendet, sind gerade NICHT wiederverwendbar. Die sind Ex-und hopp. ;D

Aber relativ billig, oder korrekter ausgedrückt, kostengünstig in der Herstellung.

Wiederverwendbare Hitzeschilder, wie sie bei ARD, beim Shuttle oder damals auch beim Buran eingesetzt wurden und werden, haben einen völlig anderen Aufbau. Sie bestehen aus einzelnen "Ziegeln" und sind sehr viel teurer in der Herstellung, dafür kann man sie aber auch mehrfach benutzen. Sie müssen nur nach jedem Flug gründlich überprüft und ggf. repariert werden.

Hier der Aufbau eines solchen Ziegels:



Gruß
roger50
« Letzte Änderung: 17. Juni 2007, 22:59:45 von roger50 »

H.J.Kemm

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Re: Hitzeschutzschild
« Antwort #15 am: 17. Juni 2007, 23:04:36 »
Moin,

da wir im Thread *Orion* zuletzt nur noch über *Hitzeschutzschild* im allgemeinen diskutierten, habe ich dieses Thema abgetrennt und diesen neuen Thread eröfnet.

Gute Diskussion.

Jerry

*

Offline Schillrich

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Re: Hitzeschutzschild
« Antwort #16 am: 17. Juni 2007, 23:29:15 »
Hallo hibi, hallo roger,

der ablative Schutz ist natürlich dem Verdampfen weg. Der Flugkörper aber (und darauf zielte hibis Frage doch, oder?) kann schon wiederverwendbar sein. Oder spricht etwas dagegen, einen neuen Schild danach zu montieren? Damit hätte man den billigen Schild mit der wiederverwendbaren teuren Strkutur + Systeme kombiniert.
\\   //    Grüße
 \\ ///    Daniel

"We are following you ... but not on twitter." (Futurama)

*

Offline roger50

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Re: Hitzeschutzschild
« Antwort #17 am: 17. Juni 2007, 23:55:18 »
N'abend Daniel,

Zitat
Der Flugkörper aber (und darauf zielte hibis Frage doch, oder?) kann schon wiederverwendbar sein.

Okay, wenn die Frage so gemeint war, hab ich sie mißverstanden. :-/

Doch, die Kapsel selbst kann man schon wiederverwenden. Ist das bei Orion nicht sogar geplant?

Gab's ja schon mal. Ich erinnere an die Gemini-2 Kapsel, die dann im Rahmen des MOL-Programms noch mal geflogen ist. Die mit der Luke im Hitzeschild.....

Gruß
roger50

hibi

  • Gast
Re: Hitzeschutzschild
« Antwort #18 am: 18. Juni 2007, 21:23:24 »
@schillrich @roger50

Das war meine Frage ... danke  ;)

Also ... so ein ablativer Hitzeschild wäre also auch für ein wiederverwendbares Raumfahrzeug anwendbar.

Das "verdampfen" dieses Schildes bringt den Kühleffekt für die kritischen Bereiche.

Jetzt mal ein Gedankenspiel. Wenn ich die Hitze (bzw. die Reibungssubstanz Atmosphäre) daran hindere, auf das Kapselmaterial   (die Raumschiffhülle) heranzukommen, könnte ich mir diesen Hitzeschutz sparen. Richtig ?

Vielleicht etwas weit hergeholt oder zu progressiv der Gedanke ... könnte nicht ein nach außen gerichtetes, starkes Magnetfeld in Flugrichtung das heiße Plasma daran hindern, an die Hülle zu kommen ?

Ich meine im Prinzip sowas wie in Magnetfeld in einem Tokamak-Fusionsreaktor; nur eben nach außen gerichtet .... also quasi umgestülpt.

Auweia .... erst maln Schluck Wasser auf diese Frage. Prost !

Re: Hitzeschutzschild
« Antwort #19 am: 18. Juni 2007, 21:38:12 »
Zitat
... könnte nicht ein nach außen gerichtetes, starkes Magnetfeld in Flugrichtung das heiße Plasma daran hindern, an die Hülle zu kommen ? ...
Ich glaube, daß du da einen kleinen Denkfehler machst. Der wieder in die Atmosphäre eintretende Raumflugkörper besitzt eine hohe kinetische Energie. Diese muß abgebaut oder besser gesagt in eine andere Energieform umgewandelt werden. Wenn du die Luft daran hinderst sich an der Außenhülle (dem Hitzeschutzschild) zu reiben wird der Raumflugkörper nicht langsamer weil keine Reibung mehr da ist. Die große Wärmeentwicklung ist also gewollt. Nur darf die entstehende Wärme nicht den Raumflugkörper erreichen. Deshalb muß es eine gute Wärmeisolierung geben.


Gruß
Peter

Matthias1

  • Gast
Re: Hitzeschutzschild
« Antwort #20 am: 18. Juni 2007, 21:39:28 »
Das Problem ist ja, dass die Kapsel viel kinetische und potentiele Energie beim Wiedereintritt besitzt. Wird diese nicht einigermaßen gleichmähßig abgebremst, schlägt das Gefährt am Ende mit voller Kraft im Boden ein.
Da das nicht gewollt ist, muss die Energie langsam abgebaut werden. Und da man Energie nicht vernichten kann, muss sie umgewandelt werden, und zwar in Wärme. Das Shuttle gibt dabei die ganze Wärme an die Luft ab. Dagegen geben die ablat. Hitzeschilder die Wärme nicht nur an die Luft ab, sondern nehmen sie auch selber auf, bis Teile von ihr verdampfen.

PS: Da warst du schneller, Peter ;)

Matthias
« Letzte Änderung: 18. Juni 2007, 21:41:09 von Matthias1 »

ILBUS

  • Gast
Re: Hitzeschutzschild
« Antwort #21 am: 19. Juni 2007, 11:52:51 »
Rein hypothetisch, wenn man es schaffen würde die Plasma von einem direkten Kontakt zu dem Flugkörper abzuhalten, wir es trotzdem eine Abbremsung stattfinden: die Plasma erhitzt sich ja irgendwie oder? Die Energie, die dafür aufgewandt wird, ist die kinetische Energie des Flugkörpers, und das Magnetfeld ist nur ein Zwischenmedium, das die Plasmawand vorne hält und über den der Raumflugkörper trotzdem verlangsamt wird. So was wie eine Bugwelle.

Es wird aber trotzdem eine Aufheizung der Hülle geben: durch die Strahlung glühender Plasma. Wie stark diese ist, ist eine gute Frage, die Antwort auf die ich auch gern wissen würde.

Und noch ein Problem, ich glaube nicht, dass alles Gas vor dem Raumschiff zu einer Plasma wird. Heisse Teilchen würden wenn auch weniger durchkommen können.

..interessante Idee, doch wie erzeugt man einen so starken Magnetfeld? Bis jetzt sind alle Vorrichtungen dafür verdammt schwer.
« Letzte Änderung: 19. Juni 2007, 13:22:02 von ILBUS »

*

Offline roger50

  • Raumcon Berater
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Re: Hitzeschutzschild
« Antwort #22 am: 19. Juni 2007, 18:56:21 »
N'abend,
noch eine - ziemlich theoretische aber mögliche - Version eines Hitzeschilds: das Wasserschild.

Dazu muß der "Boden" der Kapsel mit zahllosen feinen Löchern versehen sein (ähnlich wie ein Duschkopf), durch die dann während des Wiedereintritts Wasser unter hohem Druck ausströmt. Das sofort verdampfende Wasser bildet dann die Schutzschicht, die die Wärme abführt.

Theoretisch möglich, aber ich möchte denn doch nicht in der Kapsel sitzen, wenn der Wassertank zu früh leer ist.... ;)

Gruß
roger50

hibi

  • Gast
Re: Hitzeschutzschild
« Antwort #23 am: 19. Juni 2007, 22:45:13 »
@roger50
Hast dich wohl durch mein Glas Wässerchen inspiriert gefühlt, oder ?!   hydrothermische Atmosphärenbremsung wird man deine Erfindung mal irgendwann nennen ;D

@ilbus
Also wenn ich dich richtig verstanden habe, ist meine Idee nicht ganz so daneben .... wenn auch ich nicht sagen kann, wieviel Energie für so ein elektromagnetisches Schutzschild notwendig ist. Die Frage wird wohl hauptsächlich sein, wie kann man diese enorme Menge an Energie während der kritischen Momente abgeben. Akkumulatoren dürften da wohl weit zu schwer sein.

Aber eigentlich würde es ja reichen, nur so viel Energie abzuschirmen, das das Hüllenmaterial nicht zerstört wird/verglüht.

@alswieich @Matthias1

Ihr bringt da vollkommen richtige Argumente (Energieübergabe an ein Medium um die Geschwindigkeit abzubremsen). Vielleicht ist ja der "Königsweg" ein Mix aus Auftrieb, elektromagnetische Abschirmung und extrem Hitzeresistentes Material ...


Aber mich bringt diese Idee natürlich zu einem anderen Problem; dem Problem aller Ideen ..... dem Gewicht ! Ich denke, da müssen wohl noch einige Jährchen Materialforschung ins Land gehen ....  :-/

Matthias1

  • Gast
Re: Hitzeschutzschild
« Antwort #24 am: 19. Juni 2007, 23:34:05 »
Es kann sogar möglich sein, dass das ganz unmöglich ist, so ein starkes Magnetfeld aufzubauen. Wie viel Kraft haben die Akkumulatoren an Bord einen Raumschiffs? 1000 Watt wenns gut läuft. Und für so ein rießiges Magnetfeld braucht man viele, viele 1000 Kilowatt.
Da wird man auch in mittlerer Zukunft das Hitzeschild vorziehen.


Matthias