Raketenflug

Ein Kanonenabschuss ist dasselbe wie ein Raketenstart, nur mit schnellerer Umsetzung. In beiden Fällen verbrennt der Treibstoff an Bord und wird gerichtet ausgestoßen. Das Geschoss/die Rakete drückt sich am ausgestoßenen Treibstoff ab (und nicht am Kanonenrohr).

Der ausgestoßene Treibstoff überträgt in beiden Fällen den Impuls auf die Erde, entweder wenn er direkt im/vom Kanonenrohr gestoppt wird, oder über die Atmosphäre, an der er "sich zum Stillstand reibt".

Richtig, wenn auch etwas kniffliger, weil die Flugphase mit einer dominierenden Horizontalkomponente außerhalb der dichteren Atmosphäre stattfindet. Aber du hast recht, dass die Abgase beim Wiedereintritt ihre Energie an die Luft abgeben.

Robert

Der ausgestoßene Treibstoff überträgt in beiden Fällen den Impuls auf die Erde, entweder wenn er direkt im/vom Kanonenrohr gestoppt wird, oder über die Atmosphäre, an der er "sich zum Stillstand reibt".

Da interessiert mich jetzt mal der Vergleich mit dem (luftleeren) Weltraum. Da funktioniert ein Raketentriebwerk bekanntlich ja auch. Wenn die ausgestoßenen Abgase Impuls auf die Atmosphäre übertragen, also sich auf der Atmosphäre "abstützen", müsste das ja heißen, dass eine Rakete in der Atmosphäre stärker beschleunigt als im luftleeren Raum? Macht das viel aus?

Hallo Terminus,

diese "Abstütztanalogie" ist verbreitet, aber falsch oder zu weit geführt. Zwischen Rakete und Treibstoff findet der Impulsaustausch statt (so zu sagen das Abstützen, die dynamische Wechselwirkung) und das bestimmt die gegenseitige Geschwindigkeitsänderung. Worauf der ausgestoßene Treibstoff danach trifft (Kanonenrohr oder Atmosphäre) ... oder auch nicht (Vakuum) ... ist für die Bewegung der Rakete egal ... außer er träfe wieder auf die Rakete selbst.

Hallo blackman
 

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Das problem sehe ich nicht in der Wiederverwendung da haben sie ja nur die erste Stufe. Ich sehe das Probelem beim Start. Immer länger könnte durch den extremen Schub eine erhöhte Instabilität auftreten.
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Ich habe hier das Gefühl, dass du das aus Kerbal Space Programm ableitest (da gibt es so einen Effekt bei großen, starken Raketen und man kämpft damit seine Schwerlastmission ohne Looping durch die Atmosphäre zu bringen) . Da scheint aber die Simulation "zu patzen" ... nicht die Realität.

Ich habe hier das Gefühl, dass du das aus Kerbal Space Programm ableitest (da gibt es so einen Effekt bei großen, starken Raketen und man kämpft damit seine Schwerlastmission ohne Looping durch die Atmosphäre zu bringen) . Da scheint aber die Simulation "zu patzen" ... nicht die Realität.

Haha das stimmt gewissermaßen. Aber mein gesunder Menschenverstand sagt mir das es nicht gesund sein kann eine Rakete ewig lang zu machen und gleizeitig so dünn zu lassen. Auch vom Schwerpunkt kann ich mir nicht vorstellen das eine Rakete ewig gestreckt werden kann. Aber wenn du mir zeigen kannst das sowas kein Problem ist lass ich mich gern belehren.

Ich würde vermuten, daß Biegeschwingungen irgendwann ein Problem werden, nicht die Steuerung. Aber das ist nur ein Bauchgefühl.

Ich glaube das zeigt dir eher SpaceX selber :p
(oder ernster: du stellst hier eine Behauptung auf . Es liegt nicht an schillrich diese zu widerlegen).
--

Es gibt da zwei Hauptprobleme

1. Balance/flugstabilität beim Start.

Hier ist die avionik schon längst so weit das alles gut unter Kontrolle zu haben.

2. Strukturstabilität.

Besonders in Hinblick auf das landen der fast leeren 'aludosen' das viel größere Problem.Der Start selbst ist auch hier recht unproblematisch.

Für die Steuerung ist es einfacher wenn das Ding länger ist, man versuche nur mal einen Besenstiel und einen halben Besenstiel zu balancieren.
Wenn man keinen halben hat einfach abschneiden, aber nicht von dem erwischen lassen der damit Putzen will, sonst könnte das abgesägte Stück einer "anderen Verwendung" zugeführt werden, als Klopfer aber für den Expirimenteur.  :'( (aua)

Hallo blackman

... Aber wenn du mir zeigen kannst das sowas kein Problem ist lass ich mich gern belehren.

Du vermutest ein Problem, hast quasi eine Hypothese. Dann definiere sie, beschreibe deine Gedanken, stell dazu Fragen. Dann können wir diskutieren und zu einer Lösung kommen. Alles andere ist unseriös.

Ich behaupte mal ganz frech, das die Art von Blue Origin zu landen wahrlich nicht gut ist. Hier wird noch mehr Treibstoff für die Landung gebraucht als bei SpaceX. Dadurch das sie sehr langsam anfliegen dauert der Landeflug länger und verbraucht erheblich mehr Treibstoff. Bei SpaceX soll es ja kurz und schmerzlos sein.

Sicher? Wahrscheinlich ist das nicht ganz so einfach/direkt

Die Brennzeit mag länger sein ... dafür ist das Triebwerk deutlich kleiner (weniger Durchsatz) und die Masse der Maschine viel geringer (weniger Schub nötig).

Ich vermute, die Falcon verbraucht hier in der Summe mehr, auch da deren Triebwerk sich nicht so weit runterregeln lässt.

Und selbst wenn es anders herum wäre: wo ist das Problem?

Naja das die Erststufe von der F9 mehr Treibstoff braucht ist klar. Sie ist ja auch größer. Aber wäre New Sheppard genau so groß braucht ein längerer Anflug mehr Treibstoff als ein kurzer.

Wenn mehr Treibstoff für die Landung benötigt wird, sinkt die Nutzlast ganz einfach...

Nutzlastverlust ist ein guter Punkt, auch für suborbitale Hopser.

Aber ist es nicht gerade das Schweben und Auspendeln vor dem Aufsetzen, das die Landung zuverlässiger macht?
Da nehme ich gerne einen Nutzlastverlust in Kauf.

Rein steuertechnisch sehe ich darin auch einen Vorteil, man kann die 3 Orts- und 3 Bewegungsparameter unabhängig und nacheinander "auf Null" bringen, und muss nicht alle sechs auf einmal "richtig". Das ist robuster ...

Hier nur mal eine wenig Physik: Die Beschleunigungstrecke für eine gleichmäßige Beschleunigung (Bremsen ist auch Beschleunigen!), ist
s=a/2*t²
wenn ich zu jedem Zeitpunkt weiß wie groß der Abstand zum Boden ist und weiß in welchem Bereich mein Triebwerk den Schub Regeln kann, die derzeitige Maße kenne, kann ich genau bestimmen wie viel Zeit ich brauche um stampft aufzusetzen.
Eine Schwebeflug verschlimmert die Windbeeinflussung enorm, weil die Rakete viel länger dem Wind ausgesetzt ist und der seitliche Vorhalt (=Neigung) um über einem Platz stehend runterzukommen ist sehr viel größer.
Kommt die Rakete mit hoher Fahrt herunter und wird schnell abgebremst spielt der Wind so gut wie keine Rolle.

Die Kommentare zum scheinbaren Vorteil vom Schwebeflug sind so leid mir das tut UNSINN.
Ich weiß woher das Kommt, es ist unser Gefühl das es nicht gut ist mit hoher Geschwindigkeit auf eine Betonwand zuzufahren und erst dann zu bremsen wenn man nur 2cm VOR der Wand zum stehen kommt. Die Situation ist aber eher so als wenn man auf eine Fähre zufährt die schon 5m weg ist, da nützt vorsichtig und langsam fahren nicht wenn man die noch erreichen will.

Will man sanft aufsetzen und verhindern das dies nur bei windstille geht, muß man sowas wie ein Shuttle haben, da wird der Einfluß vom Wind und über einen flachen Aufsetzwinkel und lange Rollbahn herabgesetzt.

Sie sind kein Unsinn, auch wenn du das gerne behauptest.

Wenn ich alle 6 Parameter zum selben Zeitpunkt auf Null haben muss, ist das schwieriger (weniger Toleranz, kein Zeitfenster, keine Möglichkeit zu korrigieren), als wenn ich sie von einander trennen kann und unabhängig auf Null bringen kann.

Bei Wind kann man aber die Parameter nicht nacheinander auf null bringen. Mindestens Höhe und anstellwinkel müssen gleichzeitig auf null gebracht werden, sonst wird die Rakete weggeweht oder macht eine bruchlandung.

Aber das spricht ja nicht gegen das Grundprinzip, dass es gut ist, diese Dinge zu trennen, wenn möglich ...

Der Punkt ist das die nicht geht, man kann nur verhindern das die Auswirkungen zu einem Crash führen, beim Flugzeug macht man das indem man den Anflugwinkel flach macht um mit erheblich höherer Landegeschwindigkeit landet  als nötig ist um das Flugzeug in der Luft zu halten. Weiterhin fliegt man gegen den Wind und trotzdem muß ein Pilot oft noch sehr kräftig gegenhalten und genau beim Aufsetzen die Maschine herumzudrehen.
Beides geht nur mit einer Art Space Shuttle.
Das Problem ist der Windeinfluß, will man diesen minimieren gibt es folgende Möglichkeiten (mit abnehmender Wichtigkeit):
1) Die Einwirkungszeit minimieren
2) Der Windkraft durch Veränderung des Triebwerksvektors UND neigen der Rakete entgegenwirken
3) Der Windkraft durch zusätzliche Hilfen wie Gridfins, Kaltgasdüsen oder gar Hilfstriebwerken entgegenwirken.
4) Durch Schwebeflug und größerem Landefeld versuchen einen Moment zu erwischen wo man alle Bewegungen auf nahe Null bringt

Malt man sich nun mal für die F9S1 bei 1,5G Verzögerung die Strecke, Zeit, Geschwindigkeit und Schubkräften in ein Diagramm auf
und das im Vergleich zu langsamer Landung im Endanflug z.b. 5s für die letzten 100m, so wird ganz schnell klar das man sich damit gewaltige Probleme einhandelt.
Das der Anflug bei BO geklappt hat ist schön, aber eigentlich ist diese Leistung schlecht, nicht nur weil sie mehr Treibstoff brauchen, sondern sie brauchen viel freien Platz und steigern das Risiko es nicht zu schaffen alle Geschwindigkeiten rechtzeitig auf Null zu bringen.

Wie schon gesagt, unser Gefühl spielt uns da einen Streich, schweben ist kontraproduktiv auf einem Planeten mit so viel Luftdruck.

Wie schon gesagt, unser Gefühl spielt uns da einen Streich, schweben ist kontraproduktiv auf einem Planeten mit so viel Luftdruck.

Du gehst davon aus, dass auch die F9 die 3 Orts- und 3 Bewegungsparameter unabhängig "auf Null" bringen kann. Der Unterschied läge nur im "nacheinander". Ich denke, dass diese Annahme falsch ist. Gerade bei der F9 sind sie sehr voneinander abhängig.
Besonders im Bereich niedriger Geschwindigkeit kann die F9 kaum einen Parameter ändern, ohne auch die anderen zu verändern. Bei einer Änderung der Lage der Hochachse im Raum, kann das Triebwerk dies kaum korrigieren, ohne vom Landeplatz abzuweichen - und umgekehrt. Gerade gegen Ende des Manövers sind Regeleingriffe kaum möglich. Ergebnis, sie setzt schräg auf (wie beide male erlebt), oder würde wieder durchstarten.

Bei beiden Ereignissen sind die Regelmöglichkeiten verloren gegangen.
Die Stabilität um die Hochachse wird gerade sehr kurz vor der Landung zum Problem.

Stell dir nur mal den Winddruck als Kraft quer zur Triebwerkskraft vor, dieser Kraftauswirkung muss entgegengewirkt werden um zu verhindern das die Landeposition nicht erreicht wird UND gleichzeitig dafür zu sorgen das die Stufe senkrecht aufkommt?

Wenn man schwebt, ist die Bescheunigung genau 1G und der Windvektor ca. 90° dazu. Addiert man die Vektoren, bekommt man den Vektor um den die Rakete schräg stehen muss um nicht abgetrieben zu werden.
Bremst die Rakete aber mit 1,5G, ist der Gesamtschub aber 2,5G und der Windvektor hat 2,5x weniger Einfluß zudem ist die Einflußzeit auch sehr viel kleiner.
Bei Raketen sind die Schnellflugphasen nicht das Problem, es ist immer die Zeit wo die Rakete noch langsam ist.
Ich hatte anfangs auch mal den Gedanken das Schweben die Sache einfacher macht, aber durch nachrechnen und Vergleich mit verschiedenen Bremsprofilen hab ich gesehen das dies falsch ist.

@Klakow: okay - der Betrachtung stimme ich zu

Dann würde ich den Vorteil der "Schwebelandung" wie es von BO gezeigt wurde darin sehen, dass man auf Änderungen der äußeren Einflüsse, die für die landende Stufe unbekannt / nicht vorhersehbar sind, besser reagieren kann.
Gerade die seitlichen Krafteinwirkungen durch Luftströmungen sind ja leider nicht konstant.

Ein schneller Anflug wird zwar weniger beeinflusst, kann aber bei Abweichungen die über die von Design vorgegebenen Grenzen hinausgehen nicht mehr kompensieren. Es folgt entweder ein schräges Aufsetzen oder ein verfehlen des Landeplatzes (was bei einer größeren freien Fläche nicht so schlimm wäre).

Der langsame Anflug wird zwar empfindlicher von den einwirkenden Kräften getroffen, kann aber m.E. besser darauf reagieren. Zum Bsp. könnte die Rakete rein theoretisch noch einmal etwas an Höhe gewinnen und einen zweiten Versuch unternehmen, wenn beim ersten Versuch festgelegte Grenzwerte überschritten wurden. Auch könnte man bei (dann besser bekannten) hohen seitlichen Krafteinwirkungen entsprechende Landemanöver fliegen (rein theoretisch). Ich denke da vergleichsweise an Flugzeuge, die bei starkem Seitenwind landen ... lange Zeit schräg gestellt, und erst im letzten Moment gerade gezogen).

Aus meiner Sicht haben beide Verfahren ihre Vor- und Nachteile. Mit etwas Glück, werden wir irgend wann direktere Vergleichsmöglichkeiten haben, um unsere Theorien (welche nun die bessere ist) zu überprüfen 

Ich rechne damit das wir es beim nächsten Start von SpaceX sehen werden, außer das der Seegang dies nicht zu läßt.