Schienenstart / Kanonenstart

Naja kommt auf die Orbithöhe an. Für den ISS Orbit sind es vielleicht 28.000 km/h. Für die GPS Sat Orbithöhe kommen die 21000 km/h schon eher hin.

Gruß, Klaus

Es ist einfach unscharf geschrieben. Generell erreichen diese Konzepte keinen direkten Einschuss, sondern nur Suborbits, und den Rest muss die Nutzlast dann selbst liefern. Hinzu kommen noch atmosphärische Verluste und die Umwandlung von kinetischer Energie beim "Abflug" in Orbithöhe. Wenn man auf GPS-Höhe will, muss man hier unten dann noch schneller "abfliegen".

Wenn man auf GPS-Höhe will, muss man hier unten dann noch schneller "abfliegen".

schnell in Bezug auf was? Etwas verwirrend das ganze. Denn die tatsächliche Orbitgeschwindigkeit auf "GPS-Höhe" ist nicht schneller sondern, wie ich oben schon geschrieben habe, deutlich langsamer als 28.000 km/h...

Gruß, Klaus

Hallo Klaus,

alle Energie bekommt so ein Vehikel beim Start mit, beim Abschuss als kinetische Energie. Danach steigt es und zehrt davon. Es wird also einmal langsamer durch die Atmosphäre (echter Verlust) und gleichzeitig durch die Gravitation, wobei hier die kinetische Energie in potentielle umgewandelt wird (quasi ein Nullsummenspiel). Wenn ich höher hinaus möchte, muss ich damit auch schneller losfliegen. Generell geht es beim Abschuss mit deutlich mehr los als der "einfachen" Orbitgeschwindigkeit, da man auf Höhe des Zielorbits ja nicht mit v=0 ankommen möchte.

Beispielrechnung von NPO Molnija für eine Rakete:

Gravitationsverlust: 1.224 m/s
Aerodynamischer Verlust: 93 m/s
Steuerungsverluste: 286 m/s
Verluste durch veränderlichen Umgebungsdruck: 62 m/s

Summe aller Verluste: 1.665 m/s

Ideale Geschwindigkeit: 9.070 m/s

Bei einem "Kanonenschuss" dürften mindestens die Verluste durch veränderlichen Umgebungsdruck entfallen. Zu Beginn müsste man aber etwa 9.000 m/s aufbringen. Eine Kanone müsste aber wahrscheinlich "flacher" schießen. Damit ist der Weg durch die Atmosphäre länger.

Aerodynamische Verluste sähen hier anders aus bzw. haben eine andere Größenordnung, da man mit höchster Geschwindigkeit in den dichten Schichten unterwegs ist, dazu noch mit einer ordentlichen horizontalen Komponente.

Gravitationsverlust ist die "sinnfreie Hubarbeit" des Schubs. Das beschränkt sich hier auf die Hubarbeit während der Schubphase innerhalb der Kanone selbst und dürfte sehr klein ausfallen. (daher versucht man z.B. Erststufen vom Raketen "schnell brennend" mit kurzer Brenndauer zu machen.)

Bei einem "Kanonenschuss" dürften mindestens die Verluste durch veränderlichen Umgebungsdruck entfallen. Zu Beginn müsste man aber etwa 9.000 m/s aufbringen. Eine Kanone müsste aber wahrscheinlich "flacher" schießen. Damit ist der Weg durch die Atmosphäre länger.

Das könnte man doch auch zum Vorteil nutzen, wenn man es formt wie ein Flugzeug.... Dann wird ein Teil der Luftreibung dazu genutzt, Aufstiegsarbeit zu verrichten.

Hallo runner,

was meinst du? Reibung nutzen für Arbeit? Ich weiß nicht was du dir genau vorstellst, welches Modell oder welche Wirkungsweise, aber ich sage schon mal, das geht bereits vom prinzipiellen Standpunkt nicht. Es hört sich nämlich wie ein Perpetuum Mobile an.

runner02, durch den Abschusswinkel muss man keinen Auftrieb erzeugen. Man schießt so, dass die Nutzlast auf einer quasi-ballistischen Flugbahn sich bewegt, mit dem höchsten Punkt auf Zielhöhe der Umlaufbahn, wo man dann einen Antrieb zündet, um einen Orbit zu erreichen. Man kommt alleine durch den schrägen Abschuss schon auf die nötige Höhe, zusätzliche Maßnahmen sind nicht nötig, sondern würden nur die aerodynamischen Verluste vergrößern, weil man dann zum Erreichen der geplanten Bahn noch flacher zielen müsste.

Außerdem hat Auftrieb nichts mit Reibung zu tun, man hätte zusätzlich zur Reibung weitere Verluste.

mfg websquid

Genau dies versteht man unter "Steuerungsverlusten" (siehe #179).

Nein, das meinte ich folgendermaßen: Wenn man eine Kugel schießt, fliegt sie eine normale Trajektorie. Ein Flugzeug hingegen erhält durch die Form Auftrieb, und der käme dann halt zu der normal erreichten Höhe dazu

Perpetuum Mobile

so was gibt es (leider ) nicht

Das Flugzeug erhält aber nicht von selbst (oder kostenlos) Auftrieb und leistet dadurch Höhenarbeit ... der Gewinn an potentieller Energie geht auf Kosten der kinetischen Energie, der Geschwindigkeit.
Und beim Start in den Orbit geht es um Geschwindigkeitsgewinn, nicht Höhengewinn.

Um es noch etwas zu spezifizieren:

Jeder Körper, der sich in einem Fluid bewegt, hat verschiedene Widerstände, u.a. immer Druckwiderstand, Reibungswiderstand und im Überschallflug Wellenwiderstand. Das passiert auch bei Flugzuständen ohne Anstellwinkel. Wenn man jetzt noch Auftrieb erzeugt, kommt zusätzlich induzierter Widerstand ins Spiel.
Widerstand ist erst einmal eine (bremsende) Kraft. Energetisch betrachtet heißt das immer, dass Energie an die Strömung abgegeben wird. Diese Energie geht der eigenen Bewegung verloren, ohne Chance sie zurückzubekommen.

Der menschliche Erfindungsreichtum hat schon tolle Sachen hervorgebracht, die auch funktioniert haben. Am Anfang standen oftmals Experimente, die von allen Seiten belächelt wurden. Manchmal klappten diese Experimente.

Wenn es wirklich klappt so eine riesige Kanone abzufeuern, so daß die Nutzlast das All erreicht, dann wünsche ich den Erfindern viel Glück. Theoretisch könnte das klappen. In der Praxis muß aber so ein Monster von einer Kanone erst mal finanziert und gebaut werden.

Die Spitze des Projektils dürfte durch die Reibung mit der Atmosphäre mächtig heiß werden. Ich vermute, daß durch die enorme Geschwindigkeit das Gas der Luft von der Spitze weggedrängt wird und es zu einem ähnlichen Kavitationseffekt kommt, wie er von Wasser bekannt ist. Also daß sich um das Projektil ein Vakuum bildet. Bestimmt ist die Spitze auch die "Achillesferse" des Geschosses.

Hallo Sylvester,

Kavitation ist das Bilden von Gasblasen in einer (lokal) schnellen Strömung eines flüssigen Fluids, da der Druck im Fluid unter den Verdampfungsdruck fällt. Das lokale Verdampfen bildet eine Gasblase, die gleich darauf wieder kollabiert.

Welcher Effekt soll Vakuum erzeugen, bzw. was soll Kavitation in einem gasförmigen Fluid sein. Ich denke in einigen Texten wird hier das Wort Vakuum zu leichtfertig gebraucht, evtl. da man in Berechnungen vereinfacht den niedrigen Druck am Anfang der Blase mit Vakuum gleichsetzt.

Hallo Schillrich,

ich habe an den Effekt der Superkavitation gedacht (und Kavitation geschrieben). Der Effekt ist zwar für Flüssigkeiten beschrieben worden, aber bei solchen extremen Geschwindigkeiten verhält sich ein Gas ohnehin anders als gewöhnlich.

Ich vermute, daß das Geschoß in einer Vakuumblase , die hinter dem Projektil kollabiert, fliegt.

Sylvester

Leider stellt mich das nicht zufrieden .

Auch Superkavitation besteht aus dem Effekt, dass sich der Druck in einem flüssigen Fluid so schnell so weit absenkt, dass es gasförmig wird. Hier kommt es halt nicht durch die Strömung an sich, sondern durch den Impuls, der lokal in das Medium durch schockartige Verdrängung übertragen wird.

Deiner Vermutung für Vakuum kann ich nicht folgen und warum Kavitation in einem Gas auftreten soll. Beschreib den Prozess, der zu Vakuum in einem Gas führen soll und was Kavitation in einem Gas sein sollte.

Vakuum kann eigentlich nicht sein, aber ich denke auch, dass es möglich ist, durch ein entsprechend geformtes Geschoss den Effekt der Superkavitation zu erzeugen - der nämlich zunächst einmal schlicht eine Druckverringerung ist, die bei Flüssigkeiten dazu führt, dass sie durch den niedrigen Druck verdampfen. Das ist allerdings dann auch kein Vakuum, sondern lediglich eine Zone verringerten Drucks. Ich frage mich aber, ob sich Gase wirklich so verhalten, und wenn ja, ab welchen Geschwindigkeiten.

mfg websquid

Ok , ich versuch das mal anders zu erklären.

Die Tragfläche eines Flugzeuges wird von Luft umströmt. Damit das Flugzeug steigt (bzw. horizontal flieft) benötigt die Tragfläche einen leichten Anstellwinkel. Das führt dazu, daß über dem Flügel ein geringerer Druck herrscht als unter dem Flügel. Beim Start kann der Druck über der Tragfläche so gering werden, daß im hinteren Bereich (im Bereich der Klappen) über dem Flügel ein Vakuum entsteht.

http://de.wikipedia.org/wiki/Tragfl%C3%A4che

Ich glaube nun nicht, daß das Geschoß wie eine Tragfläche funktioniert, sondern, daß das Gas, nachdem es von der Spitze nach außen bewegt wurde durch seine eigene Trägheit nicht schnell genug wieder zusammenströmen kann um das Geschoß vollständig zu umschließen.

Auf/an/hinter einer Tragfläche entsteht Vakuum? Wo steht das? Das ist mir im gesamten Studium nicht untergekommen (oder ich hätte es verdrängt). Es steht auch nicht in deiner Quelle.

Vakuum heißt: Kein Medium. Was soll Verhindern, dass Gas in diesen Bereich des Flügels strömt? Welche Kraft soll das Gas (aus allen Richtungen kommend) fernhalten?

Die Strömung kann in einem bestimmten (hinteren) Bereich der Tragfläche kann sich ablösen oder die Grenzschicht kann turbulent werden ...


Generell ist mir das etwas zu viel "Wunschdenken", was ihr formuliert. "Ich kann mir vorstellen, dass ..." ist keine Erklärung, nur eine Vermutung. Ich sehe keinen Prozesse bei Kavitation, der Vakuum erzeugt und ich sehe auch keine Erklärung, was Kavitation in einem Gas sein soll.

@Schillrich, wenn ich nicht irre, hast du sowas studiert, also wirst du wohl Bescheid wissen. Vakuum kann natürlich nicht sein, ich weiß auch nicht, warum Sylvester da so drauf beharrt, aber was ich jetzt mal konkret wissen möchte:

Gibt es diese Möglichkeit:

daß das Gas, nachdem es von der Spitze nach außen bewegt wurde durch seine eigene Trägheit nicht schnell genug wieder zusammenströmen kann um das Geschoß vollständig zu umschließen.

Das bedeutet also, dass es rund um das Geschoss eine Druckverringerung gibt (nur an der Spitze nicht). Das ist letztlich Kavitation, nur dass hier keine Veränderung des Aggregatzustandes folgen würde. Nur: Geht das, oder geht das nicht?

mfg websquid

Neuerdings wird mit Vakuum jegliche Zone mit Unterdruck bezeichnet. Da ist mir letztens auch die Kinnlade runtergeklappt. Das haben wir uns wieder mal von den Amerikanern abgeschaut (Vacuum Cleaner u. ä.). 

Hallo websquid,

ich bin kein Fluiddynamiker, sondern habe mich nach den Grundvorlesungen auf das "Zeugs jenseits der Atmosphäre" konzentriert .

Was du beschreibst, ist quasi ein Verdichtungsstoß wie er bei Überschallflug auftritt. Bei einer (über)schallschnellen Störung können die Moleküle des kompressiblen Mediums nicht schnell genug ausweichen (sich anpassen). Sie werden quasi überrascht. In diesem Verdichtungsstoß steigen Dichte, Druck und Temperatur stark an, während sich die Moleküle plötzlich (unstetig) anpassen. Der damit verbundene Widerstand heißt Wellenwiderstand. Die gesamte Energie und der an die Strömung zur Verschiebung übergebene Impuls wird aus der Bewegung des Körpers gezogen.
Wellenwiderstand ist sehr hoch, höher als der im Unterschallflug. Die Stoßwellen entziehen der Bewegung eine Menge Energie.

Enwegie- und Impulserhaltung gelten weiterhin. Die Erzeugung der Stoßwellen entzieht beträchtlich Energie. Selbst wenn es hinter der Stoßfront eine "Cavity" gäbe, kostet deren Erzeugung Energie und Impuls.

Könnte es sein, dass da eine Linearität vorausgesetzt wird, die es in Wahrheit gar nicht gibt? Die Argumentation hört sich an wie "Niedrigerer Druck bei hohen Geschwindigkeit ==> extrem niedriger Druck bei extrem hohen Geschwindigkeiten ==> Vakuum, falls Geschwindigkeit nur hoch genug". Ich vermute einmal, dass der Druckabfall eben nicht linear von der Geschwindigkeit abhängt.

Bitte nicht weiter spekulieren. Ich habe hier einen Artikel gefunden, der das Prinzip, von dem ich spreche erklärt. Dabei ist das Medium, durch das das "Projektil" geht Wasser. Ich stehe aber auf dem Standpunkt, daß sich Flüssigkeiten und Gase in ihren Stömungsverhalten ähnlich verhalten.

Das hier ist real und kein SciFi ! Die Forschung ist militärisch und Top Secret.

http://www.weltbildung.com/superkavitation.htm

bei Wiki:
http://de.wikipedia.org/wiki/Superkavitation


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Im Zusammenhang mit Projektilen ist eine andere Waffe des Militärs interessant. Sie Trägt den Namen Excalibur und ist eine GPS gesteuerte Granate.
http://de.wikipedia.org/wiki/M982_Excalibur



Mit der Steuerung ließe sich noch mehr anfangen !

Sylvester