Erklärung plausibel?

[Mo3bius]

So ich muss mal wieder klugscheisen:

Wenn die Rakete am Äquator gestartet wird hat sie eine tangeniale Anfangsgeschwindigkeit von 1600 km/h. Um in eine Umlaufbahn zu kommen benötigt sie 28000 km/h. Nimmt man noch die Geschwindigkeit des Flugzeugs dazu, muss sie also 28000-1600-850= 25500 km/h an Geschwindigkeit aufnehmen. Im Vergleich zum Bodenstart "spart" man also 3.4 Prozent (1-25500/26400).

Kann man also sagen die Anfangsgeschwindigkeit spart Treibstoff? In der Theorie schon, in der Praxis ist der Effekt aber überschaubar.

Die Luftreibung hingegen sinkt beträchlich. Auf 9 km hat man schon 70% der Atmosphäre hinter sich. Dies könnte einen "Luftstart" rechtfertigen. Vielleicht mag ja jemand hierzu eine Berechnung anstellen :)



1 mal bearbeitet, zuletzt am 04.08.15 17:46 durch Mo3bius.

[Dermog]

Du hast vergessen, dass es da weniger um die Geschwindigkeit geht sondern um die Höhe aus der das Ding gestartet wird. Wenn man bedenkt, das man fast exponentiell mehr Treibstoff braucht um noch etwas höher zu kommen. Vor allem aber die ersten paar Tausend Meter sind ausschlaggebend.

[Bujin]

Das Flugzeug fliegt viel zu horizontal für die Höhe was bedeutet die Rakete muss erst einmal eine optimale ballistische Flugbahn einnehmen. Das heißt sie wird ihren Kurs erstmal extrem nach oben korrigieren müssen und das kostet unheimlich viel Energie. Die Miniflügel mögen etwas dabei helfen aber dafür erhöhen sie wieder das Gewicht und die Reibung. Ich kann mir beim besten Willen nicht vorstellen dass sich die ganze Komplexität unterm Strich rechnet aber ich bin kein Raketenwissenschaftler. Vermutlich (Spekulation) ist es nur eine Lösung für die kommende Startrampen-Knappheit und nicht dazu gedacht effizienter oder günstiger zu sein.

[blub1991]

außerdem ist bei raketen der größte Teil des Treibstoffes der Sauerstoff. Beim start per Flugzeug kannst du den für die ersten 9km vollständig weglassen und sparst viel gewicht, das du nicht befördern must.

[plutoniumsulfat]

Habe ich mich auch gefragt. Ist eigentlich der Treibstoff des Flugzeugs mit eingerechnet?Das Teil dürfte ja auch ordentlich schlucken.

[plutoniumsulfat]

Und der Sauerstoff wiegt so viel?

[Bujin]

Der Treibstoff macht bei einem Raketenstart ca. 0,3% der Kosten aus. Darum geht es denke ich mal weniger. Eigentlich geht es hauptsächlich darum unabhängig von Startrampen zu sein. In Zukunft sollen wohl mehr und mehr kleine Satelliten ins All geschossen werden und so ein Raketenstart verschlingt viele Tage in denen eine Rampe nicht verfügbar ist. Ein Flugzeug als Rampe könnte vermutlich mehrmals täglich fliegen. (Spekulation)

[Dermog]

Ja, da man für ein ordentliches Feuer auch ne ganze Menge dafür braucht geht dabei um Flüssigtreibstoff.
https://de.wikipedia.org/wiki/Raketentreibstoff
Bei den Jettriebwerken die das Flugzeug hat, muss man ja nur den Treibstoff als solches mitnmehmen, die holen sich den Sauerstoff ja aus der Luft. Deswegen funktionieren die ja auch nur bis zu einer bestimmten Höhe

EDIT:
Bei der ersten Stufe der Saturn 5 sind es zb: 810.700 Liter Treibstoff und 1.311.100 Liter Sauerstoff. welcher dann innerhalb von 161 sec durchgeblasen wird



1 mal bearbeitet, zuletzt am 04.08.15 18:16 durch Dermog.

[Sebbi]

Mo3bius schrieb:
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> So ich muss mal wieder klugscheisen:
>
> Wenn die Rakete am Äquator gestartet wird hat sie eine tangeniale
> Anfangsgeschwindigkeit von 1600 km/h. Um in eine Umlaufbahn zu kommen
> benötigt sie 28000 km/h. Nimmt man noch die Geschwindigkeit des Flugzeugs
> dazu, muss sie also 28000-1600-850= 25500 km/h an Geschwindigkeit
> aufnehmen. Im Vergleich zum Bodenstart "spart" man also 3.4 Prozent
> (1-25500/26400).
>

Die Wikipedia Seite darüber hat nicht viele Infos und leider auch keine Berechnungen: https://en.wikipedia.org/wiki/Air_launch_to_orbit

Aber reduzierter Luftwiderstand, auf niedrigen Außendruck optimierte Düse, weniger Delta-V um Orbit zu erreichen dürfte einiges bringen. Da vom Boden aus die Rakete ja hauptsächlich eine Hülle mit Treibstoff hochdrückt potenziert sich die Ersparnis. Die Rakete kann also kleiner werden oder die Nutzlast erhöht werden.

Am Boden braucht es weniger Infrastruktur und die Versicherung fällt niedriger aus. Desweiteren sind Starts auch bei nicht so idealem Wetter möglich und man kann zum Äquator bzw. überall hin fliegen um einen optimalen Startpunkt zu haben.

Bleibt nur das Problem, dass das Trägerflugzeug entsprechend groß sein muss, wenn man damit richtige Lasten nach oben transportieren möchte. Ich bin gespannt ;-)

[Netzweltler]

Bujin schrieb:
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> Das Flugzeug fliegt viel zu horizontal für die Höhe was bedeutet die Rakete
> muss erst einmal eine optimale ballistische Flugbahn einnehmen.
Und wenn sich das Flugzeug für den Start kurz "aufrichtet"? Ganz senkrecht muß imho nicht sein, wenn es 45° oder 60° sind, würde das schon die Bilanz deutlich verbessern.

[Avarion]

Obendrein ist es keine Raketenstufe die anschliessend runterfällt, eingesammelt und sorgfältig unterssucht werden muss bevor man sie wiederverwenden kann.

[endless]

Dermog schrieb:
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> Du hast vergessen, dass es da weniger um die Geschwindigkeit geht sondern
> um die Höhe aus der das Ding gestartet wird. Wenn man bedenkt, das man
> fast exponentiell mehr Treibstoff braucht um noch etwas höher zu kommen.
> Vor allem aber die ersten paar Tausend Meter sind ausschlaggebend.

Wir sollten eine Startbahn auf dem Mt. Everest bauen

[frontloop]

Mo3bius schrieb:
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> Die Luftreibung hingegen sinkt beträchlich. Auf 9 km hat man schon 70% der
> Atmosphäre hinter sich. Dies könnte einen "Luftstart" rechtfertigen.

Die Luftreibung spielt eher in keiner Höhe eine Rolle. Bis 10.000 m ist die Geschwindigkeit noch nicht so hoch, ab 10.000 m ist die Luftdichte bereits sehr niedrig.

So was wie ein Scramjet-Antrieb für eine Rakete wäre interessant. So dass man tatsächlich den Sauerstoff aus allen Atmosphärenschichten für den Vortrieb entnehmen kann. Bis vielleicht 50.000 m und einer hyperschall Geschwindigkeit. Vielleicht ließe sich das alles viel leichter und kompakter bauen.

[Ext3h]

frontloop schrieb:
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> Mo3bius schrieb:
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> > Die Luftreibung hingegen sinkt beträchlich. Auf 9 km hat man schon 70%
> der
> > Atmosphäre hinter sich. Dies könnte einen "Luftstart" rechtfertigen.
>
> Die Luftreibung spielt eher in keiner Höhe eine Rolle. Bis 10.000 m ist die
> Geschwindigkeit noch nicht so hoch, ab 10.000 m ist die Luftdichte bereits
> sehr niedrig.
>
> So was wie ein Scramjet-Antrieb für eine Rakete wäre interessant. So dass
> man tatsächlich den Sauerstoff aus allen Atmosphärenschichten für den
> Vortrieb entnehmen kann. Bis vielleicht 50.000 m und einer hyperschall
> Geschwindigkeit. Vielleicht ließe sich das alles viel leichter und
> kompakter bauen.

Das macht dann Mach 5 - von benötigten Mach 23. Und erkauft hat man sich das dann durch den Übergang in die plasmoide Phase noch vor Durchquerung der Ionosphere, was bedeutet dass die Hitzeschilde bereits während des Aufstiegs ans Limit geraten.

Ja, es wäre theoretisch effizienter. Aber nun mal nicht annähernd so einfach wie KSP und Co. das einen glauben machen . In KSP reicht Mach 6,6 für den Orbit, sprich Hyperschall mit Mach 5 wäre dort "nur" um 15-20% zu langsam.

Hier auf der Erde fehlen nach erreichen von Hyperschall-Geschwindigkeit noch ca. 75-80% des dV. Orbitalgeschwindigkeit ist bei uns innerhalb der Atmosphäre schlichtweg unmöglich.

Nein, Luftstarts mit Hyperschall sind ziemlicher Unsinn. Es gibt eigentlich nur zwei Motivationen für einen Luftstart:
- Höherer ISP, da die Triebwerke nicht auf den Betrieb in "Erbsensuppe" optimiert werden müssen
- Entkoppelung von Abflugort und Orbit was weniger Kurskorrekturen notwendig macht

Beides bringt größere Ersparnisse mit sich als es über den zusätzlichen "Boost" möglich wäre.

[Urishima]

Bujin schrieb:
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> Der Treibstoff macht bei einem Raketenstart ca. 0,3% der Kosten aus.

[citation needed]

[Eheran]

Wasserstoff und insbesondere Sauerstoff sind im Vergleich einfach spott billig ;)
Hier eine Quelle:
[www.thomas-muetsch.de]
Preis in $/kg:
>Flüssig-Sauerstoff (LOX) 0,15
>Kerosin (RP-1) 0,65
>Wasserstoffperoxid (H2O2) 1,8
>Flüssig-Wasserstoff (LH2) 3,7

[Epaminaidos]

Bujin schrieb:
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> Das Flugzeug fliegt viel zu horizontal für die Höhe was bedeutet die Rakete
> muss erst einmal eine optimale ballistische Flugbahn einnehmen.

Das sollte eigentlich kein Problem sein. Ganz im Gegenteil benötigt eine Rakete hauptsächlich eine hohe Horizontalgeschwindigkeit. Hier ist es ganz gut erklärt: https://what-if.xkcd.com/58/

[frontloop]

Epaminaidos schrieb:
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> Bujin schrieb:
> ---------------------------------------------------------------------------
> -----
> > Das Flugzeug fliegt viel zu horizontal für die Höhe was bedeutet die
> Rakete
> > muss erst einmal eine optimale ballistische Flugbahn einnehmen.
>
> Das sollte eigentlich kein Problem sein. Ganz im Gegenteil benötigt eine
> Rakete hauptsächlich eine hohe Horizontalgeschwindigkeit. Hier ist es ganz
> gut erklärt: what-if.xkcd.com

Dass für die Aufrichtung nicht so viel Energie notwendig ist, das stimmt schon.

Nur - die hohe Horizontalgeschwindigkeit ist ganz sicher nicht in 10.000 m notwendig. Aber 90° senkrecht wird es wohl auch nicht sein.

[mfeldt]

Bujin schrieb:
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> Der Treibstoff macht bei einem Raketenstart ca. 0,3% der Kosten aus. Darum
> geht es denke ich mal weniger. Eigentlich geht es hauptsächlich darum
> unabhängig von Startrampen zu sein. In Zukunft sollen wohl mehr und mehr
> kleine Satelliten ins All geschossen werden und so ein Raketenstart
> verschlingt viele Tage in denen eine Rampe nicht verfügbar ist. Ein
> Flugzeug als Rampe könnte vermutlich mehrmals täglich fliegen.
> (Spekulation)

Ich glaube es geht weniger um die Kosten für den Treibstoff, als vielmehr darum mehr Nutzlast in den Orbit zu bekommen. Die Treibstoffmenge wird ja nicht durch den Preis, sondern durch den konstruktiven Aufwand begrenzt, den man treiben muß, am alle Massen (Treibstoff, Rakete, Nutzlast) zu erhöhren.

Die unabhängigkeit von einem Weltraumbahnhof bzw. die Startmöglichkeit von normalen Flughäfen dürfte ein übriges zur Kostenersparnis beitragen!