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Oliver Arend

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Oliver Arend

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Beitrag 50965 , Hitzeschutz SpaceShipOne vs. Space Shuttle [Alter Beitrag21. Juni 2004 um 23:19]

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Ich wollte den News-Fred hiermit nicht stören, deshalb ein neuer.

Wenn man ein Sandkorn und einen Stein der Massen m_1 und m_2 mit gleicher Geschwindigkeit v in die Atmosphäre hineinschmeißt, unterscheiden sich die beiden kinetischen Energien E nur noch durch die Masse, die linear eingeht:

E_i=0,5 m_i v^2

Beide Energien müssen vollständig abgebaut werden, und zwar durch Reibung. Idealisiert betrachtet wird also die kinetische Energie vollständig in Wärme umgewandelt, die in beiden Fällen zu gleichem Anteil vom Raumschiff aufgenommen wird (bspw. 30% der gesamten Wärmenenergie). Wenn jetzt beide Raumschiffe die gleichen Werkstoffe verwenden, die also die gleiche spezifische Wärmekapazität c haben, ist der Temperaturunterschied ΔT genau gleich, da sich die Massen im Verhältnis von kinetischer Energie zu Wärmekapazität C einfach herauskürzen:

ΔT = 0,3 E_i / C_i = 0,5 m_i v^2 / (m_i c) = 0,15 v^2 / c

Der Temperaturunterschied zwischen SpaceShipOne und Space Shuttle sollte sich also vornehmlich durch unterschiedliche Geschwindigkeiten erklären lassen.

Oliver
pegi

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Beitrag 50977 [Alter Beitrag22. Juni 2004 um 07:50]

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Es liegt wohl einfach darin, dass das SSO maximal Mach 3 erreicht, die Geschwindigkeit bei dem Parabelflug fast vollständig abbaut, und dann mit Erdbeschleunigung wieder in die Atmosphäre eintaucht. Das STS dagegen knallt mit nahezu Orbitalgeschwindigkeit auf die Atmosphäre - bei Mach 20+ sind die Temperaturverhältnisse nicht mehr so trivial.

Das vielleicht für Leute, die mit Mathe nicht sooo viel am Hut haben...wink

Gerade in der Presse werden hier Farräder mit Ferraris verglichen - selbst CNN hat die Flugkosten vom SpaceShip denen vom Shuttle gegenübergestellt. roll eyes (sarcastic)

Dass die Agenturen gestern ständig Zeuch dahergeblubbert haben wie "hat den Orbit erreicht", ist ja schon fast normal - für dpa zumindest... angry
Heiko

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Beitrag 50983 [Alter Beitrag22. Juni 2004 um 09:22]

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Hallo,

tja, so ist halt die Presse. Eigentlich kann man den Flug des SSO nur mit den extremen Höhenflügen der X-15 vergleichen, die ist Damals meines Wissens, sogar über 160 km Hoch geflogen. Auf N24 lief letzte Woche eine Doku dazu.

Ich könnte mir aber vorstellen, das man auf der Basis der SSO ein unbemanntes Fluggerät bauen kann, welches kleine Sateliten in einen Orbit schießen kann, allerdings wäre dies dann nicht mehr so einfach wiederverwendbar zu konstruieren. Und die Betreiber hätten schon die erste Einnahmequelle.

MFG Heiko

Physiker sind universell einsetzbar, jeder sollte einen haben.
pegi

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Beitrag 50984 [Alter Beitrag22. Juni 2004 um 09:33]

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Zitat:
Original geschrieben von Heiko
Ich könnte mir aber vorstellen, das man auf der Basis der SSO ein unbemanntes Fluggerät bauen kann, welches kleine Sateliten in einen Orbit schießen kann



So etwas wie das da? wink
Hendrik

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Hendrik

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Beitrag 50986 , Re: Hitzeschutz SpaceShipOne vs. Space Shuttle [Alter Beitrag22. Juni 2004 um 09:55]

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Zitat:
Original geschrieben von Oliver Arend

Der Temperaturunterschied zwischen SpaceShipOne und Space Shuttle sollte sich also vornehmlich durch unterschiedliche Geschwindigkeiten erklären lassen.

Oliver




Hallo Oliver,

dies ist so nicht vollständig richtig.

Zur Zeit bin ich gerade speziell auf diesem Thema firm, da ich meinen Promotionsvortrag zu dem Thema "Thermalschutzschichten für Wiedereintrittskörper in der Raumfahrt" hielt!
Natürlich geht die Geschwindigkeit quadratisch in die kinetische Energie ein. Wir haben es jedoch während eines Wiedereintrittes mit einem dynamischen System zu tun. Soll heißen, simultane Umwandlung kinetischer Energie in Wärmeenergie UND ZWINGEND ERFORDERLICH gleichzeitige Abführung der Wärmeenergie durch Ablation (weniger wichtig bei wiederverwendbaren Thermalschutzsystemem (TPS)!) und vielmehr durch Emission; also die Umwandlung von Wärmeenergie in elektromagnetische Strahlung.
Hierbei ist es essentiell, ob wir Metallboride (SiB4, HfB2, ZrB2) an der TPS-Oberfläche haben (meist die schwarzen Oberflächen) oder oxidische Verbindungen (meist die weißen Oberflächen).

Metallboride senken aufgrund ihrer hohen Emissivität, welche wenig mit der Temperatur sinkt (Raleigh-Jeans, Wien, Wien´sches Verschiebungsgesetz), extrem die Oberflächentemeratur der Orbiter. Oxidische Verbindungen (Al2O3, SiC/Al2O3) katalysieren Rekombinationsreaktionen der atomaren Gase im Plasma, welches durch Stoßwellen beim hypersonischen Wiedereintritt entsteht. Metalle haben den Vorteil eines freien Elektronengases, welches die gute elektrische Leitfähigkeit bringt und, dank Wiedemann-Franz, zudem eine gute Wärmeleitfähigkeit. Freie Elektronen können schwingen, schwingende Elektronen sind beschleunigte Elektronen und beschleunigte Elektronen können gut strahlen, siehe die Free-Electron-Laser (FEL) als Magnetstrukturen in der Beschleunigerphysik.

An die kovalenten Bindungen der Oxide können die elektrisch neutralen Radikale als Spaltprodukte neutraler Gasmoleküle gut ankoppeln, sich ein Elektron einfangen (auf diesem Wege ein Gas-Ion werden) und mit einem anderen Gas-Ion in einer STARK exothermen Reaktion rekombinieren. Folge: Heißere Oberflächentemperatur der Orbiter unabhängig von der Geschwindigkeit!

Also, einfach unterschiedliche Oberflächentemperaturen auf den Einfluß der Geschwindigkeit der Orbiter zu reduzieren ist nicht richtig. Es ist die Werkstoffauswahl, welche ebenfalls erheblichen Einfluß auf die Abführung der Wärmeenergie hat und damit die Temperatur der Oberfläche bestimmt!

Viele Grüße,

Hendrik

SOL-2

Die Wissenschaft hat keine moralische Dimension. Sie ist wie ein Messer.
Wenn man es einem Chirurgen und einem Mörder gibt, gebraucht es jeder auf seine Weise.

Wernher von Braun (1912 - 1977), deutsch-US-amerikanischer Raketenforscher

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Brzelinski

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Beitrag 50993 [Alter Beitrag22. Juni 2004 um 11:03]

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Danke Hendrik. Ich lerne nie aus.
MikeHB

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MikeHB

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Beitrag 50994 [Alter Beitrag22. Juni 2004 um 11:10]

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Kaum ist der Hendrik Doktor verstehe ich Ihn nicht mehr... roll eyes (sarcastic)

VG
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(Von mir)
Heiko

Epoxy-Meister

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Beitrag 50995 [Alter Beitrag22. Juni 2004 um 11:22]

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Hallo all,

Zitat:
Kaum ist der Hendrik Doktor verstehe ich Ihn nicht mehr...



Wie? Ist er denn jetzt schon Doktor?


@Pegi

der Phoenix würde nicht gehen, der muss ja oben drauf geschnallt werden, der SSO wird unter den Bauch gehängt. Allerdings kann ich mir vorstellen, dass man das Steurungsprogramm des Phoenix für eine Wiederverwendbare Version verwenden kann. Die beiden Teams könnten sich ja mal zusammentun, allerdings wäre es dann keine private Sache mehr, da das Phoenix-Team von öffentlichen Geldern mitbezahlt wird.

MFG Heiko

P.S. Hendriks Schwiegervater in spe baut doch große Turbinengetrieben Modellflugzeuge und mein Bruder hat da noch ein Hybridtriebwerk rumliegen. Wäre doch mal an der Zeit das Gespann nachzubauen. big grin
P.S.S. mein Bruder sagte mir, dass man bei seinem Hybridtriebwerk Problem hätte es horizontal zu betreiben, weil sonst das Lachgas nicht flüssig in die Brennkammer gelangt. Ist dies evt. auch der Grund, warum der SSO nahezu senkrecht die Triebwerke zündete?

Physiker sind universell einsetzbar, jeder sollte einen haben.
pegi

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Beitrag 50999 , Re: Re: Hitzeschutz SpaceShipOne vs. Space Shuttle [Alter Beitrag22. Juni 2004 um 12:27]

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Zitat:
Original geschrieben von Hendrik
Hallo Oliver,

dies ist so nicht vollständig richtig.
(...)





Was Sie schon immer über das TPS wissen wollten, aber nie zu fragen wagten... roll eyes (sarcastic) big grin
pegi

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Beitrag 51004 [Alter Beitrag22. Juni 2004 um 13:28]

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Zitat:
Original geschrieben von Heiko
Ist dies evt. auch der Grund, warum der SSO nahezu senkrecht die Triebwerke zündete?



Hat es nicht. Das Teil ging horizontal weg und zog dann nach oben

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