Was ist denn die Herausforderung?

[Bouncy]

Mal ganz naiv gefragt, was daran ist um eine ganze Größenordnung heraufordernder als ein Bodenstart bzw. woran hat sich die Entwicklung denn aufgehangen?

[blbm9]

https://en.wikipedia.org/wiki/Air-launch-to-orbit#Criticisms geht ein bisschen drauf ein.. ist aber mehr Hörensagen als ne konkrete statistische Auswertung.

[masel99]

Bouncy schrieb:
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> Mal ganz naiv gefragt, was daran ist um eine ganze Größenordnung
> heraufordernder als ein Bodenstart bzw. woran hat sich die Entwicklung denn
> aufgehangen?

Grundsätzlich ist die Rakete beim Start in Bewegung und das nicht in die (genaue) Richtung die man gern hätte.

[Nogul]

Wenn ich mir den Start von einer Rampe vor Augen halte wundere ich mich eher, dass man den Aufwand treibt. Diverse Schläuche und Kabel die in letzter Sekunde vor dem Start abgekoppelt werden, unterbrochene Countdowns, Feuerball auf der Rampe...

Mich staune eher, dass wir Jahrzehnten nach der Mondlandung bei Weltraumraketen immer noch an den Grenzen der Technik und oft genug der Physik und Chemie bewegen. Man stelle sich vor Flugzeuge wären genauso zuverlässig wie Raketen.

Andererseits, Interkontinentalraketen mit Atomsprengköpfe werden wohl kaum solche Ausfallraten haben und USA hat doch schon mit ASM-135 seit 1985 ein funktionierendes System?

[Michael H.]

Nogul schrieb:
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> Mich staune eher, dass wir Jahrzehnten nach der Mondlandung bei
> Weltraumraketen immer noch an den Grenzen der Technik und oft genug der
> Physik und Chemie bewegen. Man stelle sich vor Flugzeuge wären genauso
> zuverlässig wie Raketen.

Stimme dir prinzipiell zu, jedoch liegen da Welten zwischen einem Flugzeug, Interkontinentalraketen und "Weltraumraketen".

Eine Ariane 5 hat z.B. eine Nutzlast von 18 Tonnen wenn ich das recht in Erinnerung hab und ca. 750 Tonnen Startgewicht.

Und jetzt kommt das Problem... ohne Treibstoff wiegt die Rakete nur etwas über 12Tonnen.
Der Knackpunkt zwischen Interkontinentalraketen ist, dass diese auf "sparflamme" (immer noch mächtig mit über Mach 20 bis 27) fliegen können, weil sie nicht das ziel haben, den Erdorbit zu verlassen, bzw. die 2te kosmische Geschwindigkeit zu erreichen.
Da reden wir von einer Geschwindigkeit von 11,9km/s was >40.000km/h

Aber im Endeffekt ist die "Weltraumrakete" dafür da, damit das Zeug eben nicht mehr wieder runter kommt.
Das physikalische Problem ist hierbei:
höhere Geschwindigkeit = längere Brenndauer -> mehr Treibstoff -> mehr Treibstoff = höheres Gewicht = langsamerer Schub = längere Brenndauer bei gleichem Ergebnis

Es gibt 3 kosmische Geschwindigkeiten.
Geschwindigkeit 1 ist nötig, um ein Objekt in einem Orbit um die Erde zu bringen, ohne dass es wieder runterfällt.
Geschwindigkeit 2 ist nötig, um ein Objekt aus dem Orbit der Erde heraus zu befördern, sodass es nicht mehr von der Erdanziehung zurückgezogen werden kann.
Geschwindigkeit 3 ist nötig, um ein Objekt aus unserem Sonnensystem zu befördern.

Das Problem das wir haben ist, dass es uns die Physik zwar ermöglicht, eine Rakete mit einfacher Struktur hochzuschießen und geplant abstürzten zu lassen (Internkontinentalrakete), die fliegt einmal hoch, richtet sich ordentlich aus und den Rest erledigt die Schwerkraft... aber die Grenze so schnell zu werden, dass man oben bleibt oder gar wegkommt, ist enorm hoch. Vor allem da weiter oben auch die Luft ziemlich dünn wird :P

Flugzeuge sind dagegen sehr simpel... da reicht schon eine vergleichsweise sehr niedrige Geschwindigkeit und den Rest erledigt die Aerodynamik.

Was sinnvoll wäre, wäre so etwas wie ein Weltraumlift und einen Weltraumhafen außerhalb unseres Orbits. Dann könnte es entsprechend schnell mit der Entwicklung weitergehen. Hier ist nur die Materialfestigkeit ein Problem.

Auch denkbar wäre eine Weltraumkanone :D (also zumindest nach meinem Gedankengang)
Der Hyperloop wäre dafür meines Erachtens ne gute Vorlage.
Eine Röhre mit Ausrichtung entlang der Rotationsachse der Erde in der eine Raketenstufe in einer Vakuumröhre auf eine hohe Startgeschwindigkeit gebracht wird und dann an einer Rampe die einige Kilometer, am besten an einer höheren Gebirgskette, in die höhe reicht ihr Auslassventil hat und sich dort kurz vor Ankunft der Kapsel öffnet und diese eben mit den vorher Erreichten mach-20 oder was auch immer, herausschießt und dann zusätzlich ihren Antrieb zündet um die Geschwindigkeit noch etwas zu erhöhen :P hätte dann ein bisschen was von nem riesengroßen Mündungsfeuer. Größte Probleme würde hier meines Erachtens die plötzliche Bremse durch unsere Atmosphäre machen... Aber deswegen müsste die Mündung ja auch recht weit oben sein, damit die Atmosphäre immer dünner wird. Dann braucht es gar keine Raketen mehr... nur ein Auffangbecken im Weltraum für die Kapseln. Aber is nur so ne Idee

[ashahaghdsa]

Yo. Slingatron Weltraumhaubitze.

[hjp]

Nogul schrieb:
> Andererseits, Interkontinentalraketen mit Atomsprengköpfe werden wohl kaum
> solche Ausfallraten haben und USA hat doch schon mit ASM-135 seit 1985 ein
> funktionierendes System?

Glücklicherweise hat man die Ausfallsrate von Interkontinentalraketen bisher in der Praxis kaum getestet.

Aber prinzipiell sind die viel weniger kritisch: Wenn Du 100 ICBMs auf den Feind schießt und es kommen nur 98 an, who cares? Wenn von 100 Space-Shuttle-Flügen zwei in einem ungeplanten Feuerwerk enden, ist es eine nationale Katastrophe.

(und wie schon erklärt wurde, sind ICBMs auch deutlich einfacher und weniger leistungsstark als Raketen, die Payload in den Orbit (oder weiter) befördern).

[chefin]

Bouncy schrieb:
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> Mal ganz naiv gefragt, was daran ist um eine ganze Größenordnung
> heraufordernder als ein Bodenstart bzw. woran hat sich die Entwicklung denn
> aufgehangen?

Beim Start mit Null kmh bei 1 Bar Luftdruck hast du normalerweise ein Raketentriebwerk mit sagen wir 10t Schub bei 9,5t Gesamtgewicht. Also nur 0,5t Schubüberschuss. Nach 1km Flug erreichst du aber bereits höhere Geschwindigkeiten. Mach1 wird weit vor den 10km Höhe erreicht und muss den Luftwiderstand in tieferen Regionen überwinden.

Um nun von 200 auf 250kg Nutzlast zu erhöhen musst du ca 500kg zusätzlichen Treibstoff aufbringen zuzüglich entsprechender Leermassenvergrößerung. Wenn man in 10km Höhe startet ist die Luft dünner(unter 0,3bar). Und man hat dann schon 800kmh Geschwindigkeit. Das spart dann ca 1t Treibstoff und damit alles etwas kleiner. Die Richtung stimmt dann auch schon, weil man nicht senkrecht aufsteigt wie sich das viele vorstellen, sondern noch in der Atmosphäre auf Steigwinkel von 20-30° einschwenkt.

Durch die 1t gesparten Treibstoff bei 200kg Nutzlast erreicht man dann mehr so 300kg Nutzlast ohne weitere Gewichtszunahme.

Warum das nicht alle machen? Nun eine 747 kann ca 200t hochtransportieren, da muss sie aber auch schon einiges an Abstriche machen, zb wenig Sprit mitnehmen. 400t ist das Abfluggewicht. Man kann keine allzu dicken Raketen dran montieren, da das Fahrwerk relativ tief ist. Oben drauf die Raketen montieren geht nicht, weil sie dann zum Start schon zünden muss und folglich das Leitwerk verbrennt. Dazu kommt, das Raketen den Druck senkrecht aufnehmen müssen, weil die Schubkräfte in dieser Richtung wirken. Legst du eine Ariane gefüllt zur Seite knickt sie ein. Dafür sind die Tanks und Stützkonstruktionen nicht ausgelegt. Biegemomente können sie kaum aushalten. Um das hinzubekommen muss man alles viel steifer und schwerer bauen. Man verliert also wieder Nutzlastmasse.

Deswegen wurde von White Knight und White Knight Two konstruiert. Speziell dafür ausgelegt schwere Raketen zu transportieren und diese nicht unter den Rumpf zu hängen sondern zwischen die 2 Rümpfe. Zuerstmal nur ein Entwicklungsprojekt. Vieleicht wird daraus mal ein Konzept das auch 300-400t schwere Raketen hochhieven kann. 400t in 10km Höhe gestartet könnte durchaus die Nutzlast von 10t LEO schaffen. Sojus Raketen schaffen 5t Leo bei 300t Startgewicht.

Man forscht und testet also das ganze und versucht das beste Konzept zu finden.

[ashahaghdsa]

Bei der Virgin braucht das Triebwerk ca. 4s um zu Zünden, dann nochmal 20s um aus der Waagerechten in eine vergleichsweise senkrechte Bahn zu schwenken. Das wird die effizienz dieses Startsystems sicherlich deutlich reduzieren.
Wenn die Rakete dagegen oben auf dem Flugzeug getragen wird. Das Flugzeuge zieht dann irgendwann nach unten, die Rakete hat kleine Flügelchen, die die Vorwärtsgeschwindigkeit in neigung nach oben umwandelt. Direkt nach (oder sogar vor) der Zündung können die Flügelchen abgeworfen werden.
Müsste man mal durchrechnen, was so flügelchen wiegen und wie viel Treibstoff man dadurch sparen kann. Vielleicht muss die Raktete auch weniger verstärkt werden, wenn sie auf der ganzen länge aufliegen kann und nicht in der mitte festgehalten werden muss...

[FreiGeistler]

chefin schrieb:
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> Warum das nicht alle machen? Nun eine 747 kann ca 200t hochtransportieren,
> da muss sie aber auch schon einiges an Abstriche machen, zb wenig Sprit
> mitnehmen. 400t ist das Abfluggewicht. Man kann keine allzu dicken Raketen
> dran montieren, da das Fahrwerk relativ tief ist. Oben drauf die Raketen
> montieren geht nicht, weil sie dann zum Start schon zünden muss und
> folglich das Leitwerk verbrennt. Dazu kommt, das Raketen den Druck
> senkrecht aufnehmen müssen, weil die Schubkräfte in dieser Richtung wirken.
> Legst du eine Ariane gefüllt zur Seite knickt sie ein. Dafür sind die Tanks
> und Stützkonstruktionen nicht ausgelegt. Biegemomente können sie kaum
> aushalten. Um das hinzubekommen muss man alles viel steifer und schwerer
> bauen. Man verliert also wieder Nutzlastmasse.

Ach so, klar. Liegend vs. stehend ist für viele Raketen ein Problem.
Warum macht man das nicht umgekehrt? Es gibt ja SABRE, aber statt wie da Triebwerk und Rakete kombiniert (schleppt beides in en Orbit), einfach eine spezialisierte Luftatmende Stufe mit Tank, die sich an der Leistungsgrenze abkoppelt?
Die unteren 20 Kilometer brauchen den meisten Treibstoff.

[ashahaghdsa]

Alternativ kann das Flugzeug auch einfach nen Looping fliegen und dabei auskoppeln ;-)