Schienenstart / Kanonenstart

Vielen Dank für die schöne mathematische Darstellung. Sehr interessant.

Auf der letzten Seite hatte ich übrigens zum einem System verlinkt, welches derzeit fürs Militär entwickelt wird. Ist zwar nur ein elektromagnetischer Nachfolger zum bestehenden Dampfkatapult, aber wer weiss was sich in Zukunft daraus entwickeln ließe... 

...v=v_g*ln(m/m₀)...

reicht leider nicht aus. Mann muss dabei noch die Beschleunigung gegen die Schwerkraft berücksichtigen. Das spiegelt sich in einem sehr hohem Masse auf den Verbrauch ab.

Na doch, es passt schon. Ich hatte als passenden Vergleich zum Schienenstart des Scramjets beschrieben. Auch "diese" Rakete beschleunigt horizontal. Es ging ja darum die den Scramjet in seinen Betriebsbereich zu bringen. Damit scheidet der Gravitationsverlust in dieser Boostphase aus.

Genau genommen kann der Scramjet aber hier unten nicht arbeiten. Das macht das Material nicht mit. Mach 3 und mehr sind erst ab über 15km drin.

ok. jetzt ist klar. danke

Für den worst-case können wir aber auch noch den komplett senkrechten Raketenaufstieg mit Flugzeit t=120s rechnen.

Die Raketengleichung ist dann mit dem Gravitationsverlust g*t:
v=v_g*ln(m₀/m)-g*t

Mit Umstellen nach m_T/m₀ ist das dann:
m_T/m₀=1-exp(-(v+g*t)/v_g)

330m/s --> m_T/m₀ = 39,5%
660m/s --> m_T/m₀ = 45,8%
990m/s --> m_T/m₀ = 51,4%

Da ginge eine ganze Menge mehr drauf. Allerdings ist die Frage, welches der beiden Modelle (horizontale Beschleunigung vs. vertikaler Aufstieg) eher als Vergleich zum Schienenstart des Scramjets dient?

Da ein Scramjet eh erst weiter oben funktioniert, scheidet eigentlich der Schienenstart komplett aus. Überhaupt macht unsere dichte Atmosphäre dieses Start- oder Boostkonzept quasi unmöglich.

Ein Scramjet muss auf Höhe getragen werden. Dort kann dann eine konventionelle Boost-Stufe ihn horizontal beschleunigen. Deren Treibstoffbedarf ist dann (s.o.) nicht so hoch.

Und wenn man ein sehr günstiges Aerodynamisches Profil des Flugkörpers wählt und dieses in einen sehr dicken Hitzeschutzschild verpackt?

Dann könnte man das Teil mit 12km/sek abfeuern, 8 bleiben über

Die Frage ist nicht nur die thermische Belastung, sondern direkt der Widerstand. Eine (Feststoff-)Rakete kann genug Schub erzeugen, um hier unten Mach 3+ zu erreichen. Kann ein Scramjet das auch? Oder bleibt der Flieger dann vor einer "Mauer" aus dichter Luft stehen?

Ich kann es nicht beantworten, gebe es aber zu bedenken.

Die Frage ist nicht nur die thermische Belastung, sondern direkt der Widerstand. Eine (Feststoff-)Rakete kann genug Schub erzeugen, um hier unten Mach 3+ zu erreichen. Kann ein Scramjet das auch? Oder bleibt der Flieger dann vor einer "Mauer" aus dichter Luft stehen?

Ich kann es nicht beantworten, gebe es aber zu bedenken.

Ich meinte hier 12 km/sek rein elektrisch...

Da ein Scramjet eh erst weiter oben funktioniert, scheidet eigentlich der Schienenstart komplett aus. Überhaupt macht unsere dichte Atmosphäre dieses Start- oder Boostkonzept quasi unmöglich.
Ein Scramjet muss auf Höhe getragen werden. Dort kann dann eine konventionelle Boost-Stufe ihn horizontal beschleunigen. Deren Treibstoffbedarf ist dann (s.o.) nicht so hoch.

Vielen vielen Dank für Deine Berechnungen. Wieder was dazugelernt. Zusammenfassend kann man also sagen das bei theoretischen Mach 3 die Gewichtseinsparung irgendwo zwischen 28% - 50% liegen dürfte, Luftwiderstand mal nicht eingerechnet.

Klar, bei den jetzigen technischen Voraussetzungen ist ein Bodenstart bei Mach 3 nicht möglich. Aber mein Konzept geht ja von einem Tunnelstart (mit angepassten Unterdruck?) und dem Auswurf am Kilimandscharo :-) bei 4500m Höhe aus; und dort oben ist der Luftwiderstand ~30% geringer. Zudem kann man vielleicht Ansätze wie SHEFEX auch auf einen Bodenstart umsetzen. Spannend wäre es jedenfalls wenn die ESA/DLR/NASA mal über dieses Konzept eine ausführliche Grundstudie machen würden.

das hört sich ja abenteuerlich an aber gut, china könnte so etwas wohl im himalaya realisieren, ich denke jedoch kaum, dass irgendein Staat oder eine Firma sowas in afrika utnerm kilimandscharo bauen würde, solange der Kontinent politisch so instabil ist

Ich setze übrigens mehr Hoffnung auf den Weltraumlift. Das wäre so genial, wenn die entsprechenden Technologien noch entwickelt werden würden.

Ich setze übrigens mehr Hoffnung auf den Weltraumlift. Das wäre so genial, wenn die entsprechenden Technologien noch entwickelt werden würden.

Der riesige Vorteil  davon wäre wohl, dass  der Aufstieg relativ moderat und ohne große Beschleunigungen von statten gehen kann. Versagt ein Triebwerk, kann eine Rakete ein Problem haben und explodiert innerhalb von Sekunden.
Ist ein Motor des Space Elevators kaputt, hackt er sich bei guter Konstruktion von selbst ein und bleibt hängen. Stelle ich mir zwar auch komisch vor, in 200 km Höhe ohne Bahngeschwindigkeit festzuhängen, aber nicht so gefährlich wie das reiten einerRakete.

Weltraumlift - schwache beschleunigungen  ,   Rakete gedrosselt auf 3g  -  ertragbare beschl.    ,  Kanonenstart 20g   -   für Menschen nicht ertragbar

das hört sich ja abenteuerlich an aber gut, china könnte so etwas wohl im himalaya realisieren, ich denke jedoch kaum, dass irgendein Staat oder eine Firma sowas in afrika utnerm kilimandscharo bauen würde, solange der Kontinent politisch so instabil ist

Ich setze übrigens mehr Hoffnung auf den Weltraumlift. Das wäre so genial, wenn die entsprechenden Technologien noch entwickelt werden würden.

Wobei so eine Investition dort in Afrika natürlich viel positives bewegen könnte und die Einnahmen daraus natürlich auch für Stabilität sorgen werden. Der Weltraumlift ist meiner Meinung nach jedenfalls wesentlich schwerer zu realisieren. Noch ist man vermutlich Jahrzehnte weit entfernt so ein stabiles Material herstellen zu können, das auch noch 36.000km lang sein muss. Und selbst wenn: so ein Kabel würde wahrscheinlich gigantisch viel kosten, dann das noch erforderliche Gegengewicht von 3000t+ im GEO....allein die Transportkosten dürften sich mit heutiger Technologie auf 40 - 50 Mrd € summieren.

Guten Morgen,

lasst uns hier nicht zum Weltraumlift abdriften. Dazu haben wir hier einen Thread:
https://forum.raumfahrer.net/index.php?topic=4649.0

also was wäre energetisch heute am sinnvollsten ?

1. Auf einer Schiene kann man ein Vehikel auf 300km/h beschleunigen. Das ist die Startgeschwindigkeit eines konventionellen Jet-Flugzeuges.

2. Das Turbostrahltriebwerk (Mantelstrom) ist ideal bei Geschwindigkeiten von 300km/h bis ca. 1000km/h. Maximalhöhe ca.13000m

3. Weiter geht es mit dem Scramjet

Also könnte eine Kombination aus mehreren Trägertechnologien, die in ihren Geschwindigkeitsbereichen optimiert sind das energetische Optimum zwischen Nutzlast/Energieaufwand darstellen.

Um das ganze noch abzurunden lasse ich den Träger anschließend auch noch auf seinen eigenen Schienen wieder landen.

vg, Meagan

1. Auf einer Schiene kann man ein Vehikel auf 300km/h beschleunigen. Das ist die Startgeschwindigkeit eines konventionellen Jet-Flugzeuges.

2. Das Turbostrahltriebwerk (Mantelstrom) ist ideal bei Geschwindigkeiten von 300km/h bis ca. 1000km/h. Maximalhöhe ca.13000m

3. Weiter geht es mit dem Scramjet

1. damit kommt man aber noch höher (mehr Geschwindigkeit).
Kann man am Ende 2. überspringen, dann spart man sich eine stufe und auch die Tanks (elektrisch). Wenn man schon die Schiene baut, sollte man sie auch ordentlich nützen...

Beim Schienenstart wird es sicher noch interessante Entwicklungen geben.
Im militärischen Bereich wird ja von der US Navy derzeit ja ein elektromagnetisches System getestet, welches die Dampfkatapulte ersetzen soll.

http://en.wikipedia.org/wiki/Electromagnetic_Aircraft_Launch_System

Seit ich damals davon geschrieben habe, gab es scheinbar weitere erfolgreiche Tests.

Das coole daran ist ja, dass man das fast 1:1 in die Raumfahrt übernehmen kann.

Gut, dass da was getan wird.

Zitat

1. Auf einer Schiene kann man ein Vehikel auf 300km/h beschleunigen. Das ist die Startgeschwindigkeit eines konventionellen Jet-Flugzeuges.

2. Das Turbostrahltriebwerk (Mantelstrom) ist ideal bei Geschwindigkeiten von 300km/h bis ca. 1000km/h. Maximalhöhe ca.13000m

3. Weiter geht es mit dem Scramjet

1. damit kommt man aber noch höher (mehr Geschwindigkeit).
Kann man am Ende 2. überspringen, dann spart man sich eine stufe und auch die Tanks (elektrisch). Wenn man schon die Schiene baut, sollte man sie auch ordentlich nützen...

Meine Gedanken dabei waren, daß bei Punkt 1. die Energie zum beschleunigen auf der Erde genutzt werden kann -> externer Antrieb, ähnlich einen Katapult, egal ob mit Dampf oder elektrisch. Dadurch Gewichtseinsparung beim Start. Punkt 2 -> Es wird der Sauerstoff der Luft benutzt, somit wieder eine enorme Gewichtsersparnis und eventuell hat man einen wiederverwendbaren Träger, der nur neu betankt werden muß. Es sind keine Hitzekacheln an dem 1. Träger für einen Wiedereintritt nötig, da er nie die Athmosphäre verläßt, bzw. kritische Geschwindigkeiten erreicht. Zu Punkt 3; Das Nutzlastverhältnis ist günstig, weil der Orbiter erst über 13.000m mit den Scramjets startet und somit einen geringen Luftwiederstand hat.

vg, Meagan

Wie gesagt, am optimalsten wäre laut einigen Studien ein Katapult/Schienensystem welches das Gefährt ca. auf Mach 0,8 (270 m/s)  beschleunigt. 30% Treibstoffeinsparung wären hier schon laut bisherigen Schätzungen drin.

Selbst mit einem konventionellen System, welches nur einen Raketenantrieb verwendet könnte hier ein wesentlich kleinerer Stap-On Booster verwendet werden. (Hab sowas vor einiger Zeit  in einer Sci-Fi Serie gesehen, wo ein Raumschiff mitsamt Booster auf einer ca. 50 km langen Schiene beschleunigte.)

http://img3.lln.crunchyroll.com/i/spire2/08062008/6/2/b/3/62b3041dc376b0_full.gif

Weitere 15% würde man ersparren, wenn man bis in die Höhen von 15km eine luftatmende Stuffe verwenden wird .Ich hatte es mal Pi x Daumen ge-(schtätz)-rechnet. Wobei man sagen muss, dass dabei es sich um eine äußerste Spezialisierung auf die Nutzlastgruppe handelt. Daher rentiert es sich im Großen nur bedingt und bedarf noch einer betriebswirtschaflichen Erforschung. Was an sich ein sehr interessantes Thema ist

Meine Gedanken dabei waren, daß bei Punkt 1. die Energie zum beschleunigen auf der Erde genutzt werden kann -> externer Antrieb, ähnlich einen Katapult, egal ob mit Dampf oder elektrisch. Dadurch Gewichtseinsparung beim Start. Punkt 2 -> Es wird der Sauerstoff der Luft benutzt, somit wieder eine enorme Gewichtsersparnis und eventuell hat man einen wiederverwendbaren Träger, der nur neu betankt werden muß. Es sind keine Hitzekacheln an dem 1. Träger für einen Wiedereintritt nötig, da er nie die Athmosphäre verläßt, bzw. kritische Geschwindigkeiten erreicht. Zu Punkt 3; Das Nutzlastverhältnis ist günstig, weil der Orbiter erst über 13.000m mit den Scramjets startet und somit einen geringen Luftwiederstand hat.

Von Einsparungen kann da zunächst keine Rede sein.
Im Gegenteil - das ist so ziemlich das Teuerste, was ich mir vorstellen kann.

Wir haben weder eine Schienenstart /Kanonenstarteinrichtung, noch einen wiederverwendbaren Träger oder einen Scamjet.
Das müsste alles erst teuer entwickelt, gebaut und getestet werden.
Die Schienenstart/ Kanonenstartanlage wird riesengroß, sehr aufwändig und extrem teuer - auch später in Unterhalt und Betrieb.
Und diesen ganz gewaltigen Aufwand, nur um Gewicht einzusparen?
Da könnten gewöhnliche Raketen preiswerter sein.
Da müsste erst eine "betriebswirtschaftliche Erforschung ge-(schtätz)-rechnet" werden.
(Das wunderschöne Zitat habe ich von Ilbus geGuttenbergt.)

Weil die Schienenstart/ Kanonenstartanlage nur am Boden beschleunigen kann, muss die Beschleunigung sehr hoch sein.
Der Luftwiderstand in den dichtesten Atmosphäreschichten ist bei hoher Anfangsgeschwindigkeit besonders groß.
Das Startrisiko steigt mit jeder aufwändigen, zusätzlichen Komponente.

Die politische Lage lässt solche Projekte momentan und in absehbarer Zeit nicht zu.
Keine Regierung ist derzeit bereit, gewaltige Geldmengen für die Zukunft vor zu finanzieren.
Im Gegenteil - zur Zeit werden sogar fertige Projekte aus finanziellen Gründen abgebrochen!
Niemand ist bereit, jetzt sehr viel Geld auszugeben, um dann eventuell in vielen Jahrzehnten etwas Gewicht einsparen zu können.
Wenn überhaupt!

Das erinnert mich an Hildegard, die mit ihren 80 Jahren einmal die Woche einkaufen geht.
Weil ihr Arzt gesagt hat, sie soll 2 Liter täglich trinken, werden ihre Einkaufstaschen so schwer, dass sie sie mit ihrer Gehbehinderung nicht mehr Tragen kann.
Sie nimmt sich einen Gepäckträger, der ihr die schwere Last auf dem 5 minütigen Fußweg und dann die Treppen hinauf in ihre Wohnung trägt.
Dafür bekommt er 5 €.

Jetzt hat sie eine grandiose Sparidee:
Sie läßt sich mit dem Taxi zu einer Autovermietung fahren und fährt dann mit dem Mietwagen zum Supermarkt.
Weil der Gepäckträger die Taschen nur noch ins Auto einräumen und die Treppe hinauftragen muss, bekommt er nur noch 3 €.
Somit hat Hildegard ganze 40 % gespart!
Oder?!? 

Das erinnert mich an Hildegard, die mit ihren 80 Jahren einmal die Woche einkaufen geht.
Weil ihr Arzt gesagt hat, sie soll 2 Liter täglich trinken, werden ihre Einkaufstaschen so schwer, dass sie sie mit ihrer Gehbehinderung nicht mehr Tragen kann.
Sie nimmt sich einen Gepäckträger, der ihr die schwere Last auf dem 5 minütigen Fußweg und dann die Treppen hinauf in ihre Wohnung trägt.
Dafür bekommt er 5 €.

Jetzt hat sie eine grandiose Sparidee:
Sie läßt sich mit dem Taxi zu einer Autovermietung fahren und fährt dann mit dem Mietwagen zum Supermarkt.
Weil der Gepäckträger die Taschen nur noch ins Auto einräumen und die Treppe hinauftragen muss, bekommt er nur noch 3 €.
Somit hat Hildegard ganze 40 % gespart!
Oder?!? 

Tolle Rechnung ! ;-) Aber Hildegard kann auch auf ein Pipelinesystem zürückgreifen. Das kostet nur 15€ Grundgebühr pro Monat. Das durch 30 Tage geteilt sind dann 0,5 € pro Tag. Und das ganz ohne Taschen schleppen.

Wobei in Hildegards Stadt das Leitungswasser vielleicht scheußlich ist...