Alternative Wiedereintrittsmethoden

Hi @all...

ich habe mal eine Vertändniss Frage zum Thema Wiedereintritt... Wobei die Orion Kapsel dabei vielleicht nur bedingt der richtige Thread ist.... Im Notfall bitte ich um Verschiebung....

Beim Wiedereintritt treten ja nunmal die höchsten Temperaturen auf, was auch das Hitzeschild eines jeden Raumfahrzeugs mit den höchsten Belastungen des Fluges betrifft. Entstehen tun diese Temperaturen durch die Reibung an der Erdatmosphäre bei extrem hohen Geschwindigkeiten. Zusätzlich wird dieses Verfahren benötigt um die Geschwindigkeit des Raumfahrzeuges durch dieses Manöver entsprechend abzubremsen für eine Landung. Soweit so gut....

Meine Frage ist nun folgende. Je niedriger die Wiedereintrittsgeschwindigkeit, je niedriger müsste auch die Temperaturbelastung sein, richtig? Im Rahmen des HSF Komitees wurde nun über Treibstoffdepots im Orbit diskutiert... Wäre es eigentlich technisch möglich, sinnvoll, praktikabel, das ein Raumfahrzeug vor dem Wiedereintritt ein solches Depot schnappt für genügend Treibstoff und dann eine Triebswerkszündung durchführt, um bereits vor dem Kontakt mit der Atmosphäre seine Geschindigkeit radikal rediziert? Danach wird das Depot abgestossen und das Fahrzeug kehrt mehr oder weniger im freien Fall ohne grossartige Temperaturbelastung zur Erde zurück?

Auch beim Shuttle ist die Deorbit-Zündung zur Geschwindigkeitsreduzierung doch eigentlich nur durch die Menge an Treibstoff begrenzt, oder nicht? Soyus wäre zum Beispiel eine gutes Beispiel für eine solche Kopplung mit einem Depot, sofern ein Treibstofftransfer vom Dockingport/ISS zum Triebwerk durch die Wiedereintrittskapsel gewährleistet werden könnte... Und wenn sowas theoretisch möglich wäre, mussten doch vielleicht auch nicht immer nur Kapseln wie Orion benutzt werden, da die Form sich doch nunmal in der Konstruktion stark an der Wiedereintritts Thematik orientiert...

Vielleicht bin ich aber auf einem vollkommen falschen Dampfer? Korrigiert meine Idee....

Gruss Mac

Es wäre unnötig teuer. Treibstoff kostet Geld, Luftreibung gibts umsonst. Also warum teuren Sprit verballern, wenn man ohne umsonst bremsen kann?
Um ein Raumschiff auf eine geringe Geschwindigkeit abzubremsen, braucht man dieselbe Menge Sprit (gleiche Masse vorrausgesetzt) wie man vorher zum Beschleunigen benötigt hat. Man bräuchte also einen ebensogroßen Tank wie beim Shuttle Start inklusive Boostern, um das ganze wieder abzubremsen. Das ist sinnlos un teuer.

Hi Brainstorm...

Wieso? Beim Start wird entschieden mehr Treibstoff benötigt, da die Masse des Treibstoffes, der Rakete und eventueller Booster ebenfalls in den Orbit muss und gegen die Erdanziehung beschleunigt wird. Beim Wiedereintritt geht es nur um das Gewicht des Raumfahrzeugs/Orion selbst... Da muss der Treibstoffbedarf um etliches kleiner sein als beim Start...

Warum? Ich stelle mir vor, das man dadurch flexibler im Zeitpunkt und dem Ort der Landung sein könnte. Ausserdem reduziere ich dadurch die nicht ganz unerhebliche Gefahr beim Wiedereintritt die durch die Hitze oder eventuelle Beschädigungen des Hitzeschildes auftreten. Auch wäre ebentuell einiges an Gewicht einzusparen, wenn man nicht mehr Schilde in heutigen Dimensionen benötigen würde...

Wenn ich diese Vorteile Treibstoffkosten gegenübersetze dürfte das schon einen überlegungswerte Rechnung werden...

Gruss Mac

Hoila

Also, ob sich das rentiert weiß ich nicht so recht.
Schließlich sind diese Temperaturen, auch wenn sie hoch sind, prinzipiell ganz gut beherrschbar.
Es waren auch die Temperaturen beim Wiedereintritt aus der Mondbahn beherrschbar, und da war man noch etwas flotter.

Nur kurz dieses:

Entstehen tun diese Temperaturen durch die Reibung an der Erdatmosphäre bei extrem hohen Geschwindigkeiten.

Es ist eigentlich NICHT die Reibung, weswegen der Hitzeschild diesen Temperaturen ausgesetzt ist.
Beim Eintritt des Raumfahrezeuges drückt dieses auf die Lufthülle. Da sich das Raumfahrzeug mit Überschall bewegt kann die darunterbefindliche Luft nicht ausweichen und wird komprimiert. Komprimierte Luft erwärmt sich. Es bildet sich also unter dem Raumfahrzeug ein heißer Luftpolster, dessen Temperatur sich auf den Hitzeschild überträgt. Darum braucht man ihn nicht auf der Seite.

Gruß, James

Nachtrag: Hoppala, es geht ja um ARES.

Also, ob sich das rentiert weiß ich nicht so recht.

Und alle bei der Nasa sind dumm oder ihnen ist bis jetzt der Einfall nicht gekommen... ?!

Es gab mal von den Russen eine Ankündigung (wie so viele), eine Kapsel zu bauen, die auf diese Weise bremsen sollte als Nachfolger für die Soyus... Also nachdem es von der Luft gratis abgebremst wurde....

Wird wohl nichts...

Hi...

die Frage war sicher nicht, ob ich den NASA Leuten und anderen unterstelle das sie dumm sind! Und ja, ich gehe davon aus, das man daran schon mal gedacht hat... Im Umkehrschluss wollte ich sicher nicht den Eindruck vermitteln ich hätte soeben durch eine Eingebung den heiligen Gral entdedeckt und wäre ein neuer Stephan Hawking...

Meine Frage war vielmehr, ob das technisch möglich ist und ob sich daraus eventuell Vorteile ergeben könnten... Oder was absolut dagegen spricht...

Gruss Mac

Um noch ein bischen Weltraummeachanik ins Spiel zu bringen:
Beim "bremsen" im All sinkt man sofort tiefer. Das liegt daran, daß kein Aerodynamischer Flug vorliegt, sondern das nur das Kräftegleichgewicht zwischen Fliehkraft und Schwerkraft das ganze in der Umlaufbahn hält. Wird man langsamer, wird die Umlaufbahn automatisch tiefer.
Beim Start ist die Rakete eigentlich ständig am Beschleunigen, bis sie die Umlaufbahn erreicht. Dabei werden (zB beim Shuttle) Werte bis zu 3g erreicht. Viel mehr hält ein Mensch zumindest längere zeit nicht aus. Also muß man auch beim Landen so bremsen, daß man nie über 3g Bremsbeschleunigung erreicht. Würde man so gleichmäßig abbremsen, würde man automatisch nach kurzer Zeit auf die oberen Luftschichten treffen, und einen Hitzeschild benötigen. Wenn man das verhindern wollte bräuchte man ein zusätzliches Triebwerk, daß einen in der Höhe hält. Oder man müsste extrem stark bremsen, so daß man langsam ist, bevor man die oberen Luftschichten erreicht. Das aber würden die Astronauten kaum überleben.

Bräuchte man 100 Tonnen Treibstoffdepot im Orbit und große Bremstriebwerke, so müsste man diese ja zuvor auch noch in den Orbit bringen. Dafür wären dann mehrere Starts von Großraketen erforderlich, was schon mal in die Milliarden geht.

Also ist es vernünftig und logisch, aerodynamisch abzubremsen.

Ich bin hingegen gespannt auf die bevorstehenden Experimente mit entfaltbarem Hitzeschutz.

GG

Selbst der ungeübte Mensch hält G Belastungen bis zu 6 G kurzzeitig aus. SpaceShipTwo wird beim Wiedereintritt bis auf kurzzeitig ca. 6 G kommen. Virgin Galactic hat viele Kunden, die das Ticket schon angezahlt haben, im NASTAR Zentrum in der Zentrifuge getestet und bisher haben das mehr als 90% überstanden.

Außerdem wer einen Langezeitaufenthalt auf der ISS hinter sich hatte, dessen Organismus ist doch viel schwächer als der eines Normalbürgers. Und trotzdem überleben die Astronauten einen Soyuzwiedereintritt.

Und trotzdem überleben die Astronauten einen Soyuzwiedereintritt.

Wir spezifizieren das mal auf den Ballistischen...

Grüße
jakda...

... und bisher haben das mehr als 90% überstanden.

Was ist mit den übrigen 10%? Werden die als Verlust verbucht? 

Hi alle miteinander!
Zu GG: Ich würde sagen, dass die Kannidaten entweder wegen dem Schwindelgefühl in Ohnmacht fallen oder ihr Frühstück kommt wieder raus.
Zum Thema:Eine Abbremsung im Orbit belastet den Körper zwar weniger, aber das Preis-Leistung-Verhältnis ist miserabel. (Wie vorhin schon alles erwänt, ich weiß):Es kostet Umsummen an Geld, Arbeit und Zeit, den Treibstoff mit mehreren Großraketen in den Orbit zu bringen. Das kostet schon mehr, als einige Länder pro Jahr erwirtschaften :'(.
Dann das Umtanken: Ok, es ist alles ja erprobt (Salut, Mir, ISS), trotzdem ist es risikoreich. Ein Leck und man hat keinen Hitzeschild und kann auch sonst nichts tun...
Eine einfache aerodynamische Abbremsung ist zum einem nicht tötlich (Ok, schon, wenn etwas schief läuft (falscher Eintrittswinkel..), so aber ist es bei bemannten KAPSELN (das Shuttle lass ich wegen Columbia außen vor) noch nicht passiert) und umsonst, wenn man einen guten Hitzeschild hat.
Trotzdem eine gute Idee, nur ETWAS teuer
Und, James: Man braucht schon einen Seitenschutzschild wegen dem entstehendem Plasmas und der Hitze, der muss aber nicht so wiederstandsfähig sein wie der Frontschild. beim Shuttle ist es genauso (anstatt Kacheln an der Ladebucht hitzebeständige Matten)

Nochmal Hi!
Mir ist gerade etwas eingefallen (hab das aus einem PC-Spiel): Man könnte zuerst ein Aerobrake-Manöver (man bremst mit Hife der Atmosphäre, wie MRO und MGS) durchführen, um sich so weit zu verlangsamen, dass man beim zweiten Eintritt keinen Schild braucht. So verbraucht man keinen Treibstoff und trotzdem braucht man bei einem Eintritt (dem zweitem) keinen (so gut schützenden) Schild. Man bräuchte zwar noch einen Schild, Aber den kann man schon früher abwerfen.

sf4ever

PS: Wenn es eine dumme Idee ist, könnt ihr es ruhig offen sagen

Wenn du Aerobraking machst, dann bringt das nur was solange du der Erde nicht zu nahe kommst. Wenn du zu nah bist, wirst du so stark abgebremst, dass es sofort zum Wiedereintritt kommt. Die minimale Eintrittgeschwindigkeit ist somit die LEO Bahngeschwindigkeit, ca 7,8 km/s.

Es ist aber möglich, den Eintrittswinkel so anzupassen, dass man nicht zu weit in die Atmosphäre reinkommt und die Geschwindigkeit so weit abgebaut hat, dass man beim zweiten Eintritt auf einen (starken) Hitzeschild verzichten kann, oder?

sf4ever

Hm, also auf der einen Seite der Erde die Atmosphäre ankratzen und dabei so dolle abbremsen, dass man dann auf der anderen Seite der Erde fast senkrecht von oben runter plumst?
Ich glaube das wird nix. Man darf ja auch nicht so stark abbremsen müssen, dass man dafür wieder ein Hitzeschild braucht
Oder wie sieht das ein Bahnmechaniker?

Die minimale Eintrittgeschwindigkeit ist somit die LEO Bahngeschwindigkeit, ca 7,8 km/s.

Nein, sie kann wohl geringer liegen! Nach dem Aerobrake Manöver muss sich die Kapsel ja nicht mehr in einem stabilem Orbit befinden, sie plumst ja kurze Zeit später wieder in die Atmosphäre, eben weil Sie dann keine Orbitgeschwindigkeit mehr hat. Also langsamer als 7,8km/sec...

Bei Apollo hat man sowas gemacht. Einmal abprallen und dann eintauchen. Allerdings braucht man auch für das 2. Eintauchen einen anständigen Schild. Schließlich wird man trotzdem noch schnell genug sein.

ola...

also so ganz als Ding der Unmöglichkeit wird meine Variante ja anscheinend nicht mehr gewertet...  Von daher noch eine kleine Erweiteung der Thematik,,,

Mein Hauptanliegen bei dieser Art des Wiedereintritts war, zum einen Gewicht beim Wiedereintritt zu sparen und zum anderen Andere Konstruktionsmodellen als der Kapsel den Wiedereintritt zu ermöglichen... Dies dürfte vor alllem für Vehikel like dem Shuttle interessant sein... da sie auf diese Weise zum Beispiel Racks der ISS Home transpotieren könnten... Ein Phönix ohne Hitzeschilde hätte einige Optionen.... Sind wirklich 100t als Treibstoff vonnöten?

Das Triebwerk zum Wiedereintitt könnte z:b: wiederverwendet werden... Das Triebwerk das den Treibstoff Tank auf die Kopplungsebene  bringt müsste nur für eine weitere Zündung ausgelegt sein... dann  koppelt die Wiedereintrittskapsel einfach mit dem gesammten Depot plus Triebwerk zum Wiedereintritt...

Die Optinon einen Wiedereintritt anstatt nur mit Kapseln a la Soyus zu ermöglichen müsste doch etliche Vorteile bieten oder nicht...?" Ein zusätzlichrs Triebwerk das die Höhe hält beim Bremsen dürfte nicht unmöglich sein...

Gruss Mac

@klausd: Irgendwie kann ich mir nicht vorstellen, wie das gehen soll. Ich kann nicht einfach wieder aus der Erdatmospäre "rausfliegen", wenn ich unter der Orbitgeschwindigkeit bin. Dazu müsste ich die Richtung des Geschwindigkeitsvektors nach oben ändern. Kannst du das mal grafisch illustrieren, wie du das meinst?

Naja, wenn man in sehr flachem Winkel nur leicht in die Atmosphäre taucht würde man wie ein Stein flach über´s Wasser fitscheln.
Aber dabei hätte man kaum merklich abgebremst.
Klaus meint das wohl so, wie Venus Express mühsam in einen kreisförmigen Orbit einbremst.
Das ist aber für bemannte Flüge völlig unbrauchbar, weil das viele Monate dauert und am Ende ist man immer noch zu viel schnell.

Nein, macmensa, es ist nicht möglich, mit Treibstoff statt mit Hitzeschild zu bremsen.
Man braucht wirklich so viel Treibstoff zum bremsen, wie man zum beschleunigen eingesetzt hat.
Diesen Treibstoff + die erforderlichen Tanks und die entsprechende Triebwerkseinheit müßte man ja erst als Nutzlast in den Orbit bringen.
Womit willst Du das starten?
Wo liegen die Nutzlastpreise pro Kilogramm?
Das Oberstufen-Triebwerk würde für ein solches Bremsmanöver nicht ausreichen.

Die Sache ist völlig illusorisch!

Hallo mac,

ich habe es zwar nicht exakt nachgerechnet aber „grobes Nachdenken“ führt mich zu dem Ergebnis, dass du da auch physikalisch auf dem Holzweg bist und man auch bei deiner Methode einen Hitzeschild brauchen wird.
Angenommen, dein Raumschiff befindet sich in 350 km Höhe und du hast irgend eine Möglichkeit (genug Treibstoff) dein Raumschiff praktisch sofort auf null Bahngeschwindigkeit zu bringen.
Dann wird dein Raumschiff von der Erdanziehung in Richtung Erde Beschleunigt.
Grob überschlägig müsste das eine ordentliche Geschwindigkeit geben mit der dein Raumschiff dann auf die Oberen Luftschichten trifft und deshalb wirst du auch bei dieser Variante einen Hitzschild brauchen.

Gruß,
KSC

Naja, schlagartig kann man ja ohnehin nicht bremsen!
Es müßte dann während des ganzen Abstiegs gebremst werden, um die potentielle Energie (Höhengewinn), die beim Start aufgebaut wurde, bei der Landung wieder abzubauen.

Hallo mac,

ich habe es zwar nicht exakt nachgerechnet aber „grobes Nachdenken“ führt mich zu dem Ergebnis, dass du da auch physikalisch auf dem Holzweg bist und man auch bei deiner Methode einen Hitzeschild brauchen wird.
Angenommen, dein Raumschiff befindet sich in 350 km Höhe und du hast irgend eine Möglichkeit (genug Treibstoff) dein Raumschiff praktisch sofort auf null Bahngeschwindigkeit zu bringen.
Dann wird dein Raumschiff von der Erdanziehung in Richtung Erde Beschleunigt.
Grob überschlägig müsste das eine ordentliche Geschwindigkeit geben mit der dein Raumschiff dann auf die Oberen Luftschichten trifft und deshalb wirst du auch bei dieser Variante einen Hitzschild brauchen.

Gruß,
KSC

Ein Hitzeschild wäre dabei nicht zwingend notwendig.
Wenn ich von der idealisierten Version ausgehe, ein Objekt (Raumschiff) in 350 Kilometer Höhe über N.N. praktisch ohne relative Bewegung zur Erdoberfläche in den freien Fall los zu lassen, dann wird das Objekt ohne Berücksichtigung der atmosphärischen Reibung ab etwa der Hälfte der Höhe und ohne Berücksichtigung der leichten Abnahme der Gravitation bis in 350 Kilometer Höhe (ich rechnete mit einer Beschleunigung von durchgängig 9,81m/s), mit etwa 10.000 km/h (2.600 m/s) "landen".

Da die Reibung bei deutlich geringeren Geschwindigkeiten bereits anfängt, die Beschleunigung zu reduzieren (und sich sogar irgendwann einpendelt) dürfte zu keinem zeipunkt kritische Temperaturen erreicht werden.

Nichtsdesto trotz wäre es energetischer und wirtschaftlicher Unsinn, ein Raumschiff per Raketenantriebe derart abzubremsen, wenn man das Delta v mittels atmosphärischer "Reibung" so billig vernichten kann.
Dieser Fakt ist mehr Segen als Fluch (auch wenn das die letzte Mannschaft der Columbia mehrheitlich sicher anders  einschätzen würde  :'( )

Hi @all...

vielen Dank für eure Erläuterungen... Wieder einiges gelernt...

Daraus scheint dann aber auch zu resultieren, das nach momentanen Stand der Entwicklungen und Planungen "Raumschiffe" in den nächsten 30, 40 Jahren nur noch Kapseln sein werden sobald in den NEO und darüber hinaus eingetreten sind und die Shuttle Äre zu Ende sein wird. Nun lässt sich sicher über die Grösse der Kapseln diskutieren, aber in Summe sind es "überdachte, geschützte Sitzplätze"...

Mit einem Blick in die Zukunft und dem Wissen der aktuellen Unwirtschaftlichkeit meiner anfangs vorgeschlagenen Idee, was wären zukünftige Alternativen? Abgesehen von Variationen in der Art des Hitzeschildes (aufblasbar, etc.) Welche Optionen wären denkbar andere Formen als Kapseln zurück zu bringen? Fahrstühle an denen im Orbit angedockt wird?

Gruss Mac