Raumfahrt 1

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Flashcards on Raumfahrt 1, created by Jen H on 02/25/2016.
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Question Answer
Wie heißt der unserem Sonnensystem nächstgelegene Fixstern? Wie lange ist das Licht von diesem Stern bis zur Erde unterwegs? Alpha Centauri: 4,3 Lichtjahre Proxima Centauri: 4.22 Lichtjahren
Nennen Sie drei Raumstationen! Mir, ISS, Skylab, Salyut, Almaz
Nennen Sie fünf Raumfahrtbehörden! NASA, ESA, RSA, ISRO, Jaxa, ISA, CSA (Canada), CNES, BNSC (Grossbritannien), DLR, ...
Welcher der genannten Planeten besitzt die wenigsten und welcher die meisten Monde? Venus, Erde, Mars, Jupiter Venus (und Merkur): kein Mond Jupiter: deutlich über 60 Monde Mars: zwei (Deimos, Phobos) Erde: 1 Mond
Nennen sie Namen und Reihenfolge (ausgehend von der Sonne) der Planeten in unserem Sonnensystem! Merkur, Venus, Erde, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun, (Pluto)
Nennen Sie 4 Länder, die sich am Aufbau der internationalen Raumstation beteiligen ! USA, Japan, Kanada, Deutschland, Russland,....
Wie viele Monde besitzt unser Sonnensystem? Unbestimmt - zurzeit bekannt: über 170
Wie viel Planeten findet man außerhalb unseres Sonnensystems? unendlich viele – bekannt Stand Januar 2016: über 2000
Abstand Erde – Leo? 350–1000km
Abstand Erde - Geo? 36'000 km
Abstand Erde - Mond? 360000- 400000km
GEO? Geostationärer Erdorbit
COF? Columbus Orbital Facility
EVA? Energie-versorgungs-anlage oder extra vehicular activity
BOL? begin of life
DoD? Department of Defence
DOD? Depth of Discharge
HEO? High elliptic orbit oder Heliocentric orbit
Space Shuttle: SSME? Space Shuttle Main Engine
Space Shuttle: SRB? Solid Rocket Booster
Space Shuttle: OMS? Orbital Maneuvering System
Space Shuttle: ET? External Tank
Space Shuttle: RCS? Reaction Control System
ISS? International Space Station
LEO? Low Earth Orbit
LOX/LH2I? Liquid oxygen/liquid hydrogen - Brennstoffe für Raketenantriebe
ESA? European Space Agency
DLR? Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt
Aus welchem Grund wird in den Raumanzügen der Astronauten eine reine Sauerstoffatmosphäre verwendet? Mit reinem Sauerstoff genügt ein Druck von 0,2 bar. (Normal ist 1 bar.)
In welchem Jahr und von welchem Land wurde der erste Satellit gestartet? 1957 Start des Satelliten Sputnik auf der Rakete Semjorka von den Russen.
Wann wurde die erste bemannte Raumflugmission durchgeführt? Von welchem Land? Der erste Mensch im All war Juri Gagarin (Russland), 12.4.1961. Er umkreiste in Wostok 1 die Erde in 1h 48min einmal.
Welche Entwicklungen sind Spin-off Produkte der Raumfahrt, welche nicht? a.)Teflon b.)Akkubohrer c.)Moon-Boots d.)Gefriertrocknen a.) nein b.) ja c.) nein d.) ja (http://techtran.msfc.nasa.gov/classroom.html)
Nennen Sie vier Pioniere der Raumfaht-techologie! Robert Goddard, Herrmann Oberth, Wernher von Braun, Sergeij Koroljow, Pedro Paulet
Aus welchen Haupt-komponenten besteht das Space Shuttle-System? Orbiter mit SSME, 2 Feststoffbooster (SRB), Externer Tank (ET), OMS (Orbital Maneuvring System), RCS (Reaction Control System)
Nennen Sie vier Gebiete der Raumfahrt-nutzung! Erderkundung, Kommunikation, Infrastruktur, Erkundung d. Weltalls, Nutzung d. Weltraumumgebung
Nennen Sie zwei wesentliche Vorteile der bemannten gegenüber der unbemannten Raumfahrt! - Ein Roboter kann nur erfassen (messen), wofür seine Sensoren gebaut werden. Menschen können auf unvorhergesehene Dinge reagieren. - Inflight maintanance (Reparaturen können vorgenommen werden) - Zusammenbau von grösseren „Fahrzeugen“ oder Raumstationen - Echtzeit (Reagieren, Steuern, etc.), d.h. keine Zeitverzögerung wie bei remote control Nachteile: -Startsysteme müssen viel sicherer sein -1kg menschliche Nutzlast viel teurer -Beschleunigung begrenzt (<3g)
Nennen Sie Startplätze für Raumfahrtmissionen! Kourou, Cape Canaveral, Sriharikota, Xichang, Negev, Tanegashima, Baikonur, Plestek, Woomera, ...
Nennen Sie Fernerkundungsmissionen aus dem nationalen deutschen oder ESA Programm Giotto, Ulysses, Soho, Cassini/Huygens, Mars Express, Rosetta, Cluster, Landsat, Envisat, ...
In welche Projektphasen wird ein klassisches Raumfahrt-projekt, z.B. bei ESA eingeteilt? ECSS-M-30A -Phase 0: Missionsanalyse/ Identifizierung der Erfordernisse -Phase A: Durchführbarkeit -Phase B: Vordefinition -Phase C: Detaildefinition -Phase D: Produktion/ Bodenqualifikationstest -Phase E: Betrieb -Phase F: Entsorgungsphase
Nennen Sie drei Aufgaben des europäischen ATV (Automated Transfer Vehicle) und einen Namen eines ATV. Name: Johannes Keppler Aufgaben: Anhebung der ISS, Nutzlast-Transport, Müll-Entsorgung
Wie lauten die drei Keplergesetze? 1. Gesetz: Die Planten bewegen sich auf Ellipsenbahnen, in deren einen Brennpunkt die Sonne steht. 2. Gesetz: Der von der Sonne zum Planeten gerichtete Strahl überstreicht in gleichen Zeiten gleiche Flächen (Flächensatz) 3. Gesetz: Die Quadrate der Umlaufzeiten zweier Planeten verhalten sich wie die dritten Potenzen der grossen Halbachse ihrer Umlaufbahnen.
Wie groß ist die spezifische potentielle Energie U eines Satelliten im Abstand r vom Zentralkörper der Masse M?
Was bedeutet sonnensynchroner Orbit und welcher Bahnparameter ist davon betroffen? Der sonnensynchrone Orbit (SSO) ist dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel zwischen der Normalen und der Verbindung Erde-Sonne immer konstant bleibt. Der aufsteigende Knoten benötigt eine Präzessionsrate von 0.9856°/Tag. Dieser Orbit wird häufig von Erdbeobachtungssatelliten genutzt. Diese befinden sich in einem Höhenbereich von 800-1000km und einer Inklination von 98°. Die Höhe wird so angepasst, dass nach einer ganzen Anzahl Tagen der Satellit immer zur selben Tageszeit über denselben Punkt der Erdoberfläche fliegt.
Das Erdgravitationsfeld ist ein konservatives zentrales Kraftfeld! Welche Eigenschaften besitzt ein solches zentrales Kraftfeld? - das Arbeitsintegral ist wegunabhängig - das Vektorfeld ist wirbelfrei - Vektorfeld kann durch skalare Potentialfunkt. beschrieben werden
Die Flugbahnen eines Massenpunktes in einem konservativen Zentralfeld sind Kegelschnitte. Geben Sie die Vorzeichen der spezifischen Flugkörperenergie in Abhängigkeit der Bahnform an!
Skizzieren Sie in der Weltkarte die Bodenspuren folgernder Kreisbahnen: a.) LEO, i=60° b.) GEO, 90° West
Welche Bahnkurven kann ein frei fliegender Körper in einem zentralen Schwerefeld beschreiben? Wie unterscheiden sich die spezifischen Bahnenergien?
Wie sind die 1. und 2. kosmische Geschwindigkeit definiert und was sind ihre Zahlenwerte?
Ein Raumflugkörper besitzt im erdfesten Bezugssystem eine Geschwindigkeit von 20 km/s in Erdnähe. a.)Welche Art von Flugbahn relativ zur Erde beschreibt der Flugkörper? b.)Wie hoch ist seine hyperbolische Exzessgeschwindigkeit?
Wie lautet die allgemeine Energie- oder Vis-Viva-Gleichung für einen Flugkörper im zentralen Schwerefeld und bezeichnen Sie die auftretenden Größen?
Geben Sie die Schubgleichung eines nicht angepassten Raketentriebwerkes an! Wie ist die effektive Ausströmgeschwindigkeit definiert?
Es soll ein Satellit von einer erdnahen Umlaufbahn in die geostationäre Kreisbahn überführt werden. Welches der beiden möglichen Übergangsmanöver Hohmann und Aufspiralen hat a.) den kleineren Antriebsbedarf? Für welches Manöver haben die normalerweise dafür verwendeten Triebwerke b.)die grössere Austrittsgeschwindigkeit? c.)Den kleineren Schub? a.) Hohmann-Transfer hat den geringeren Antriebsbedarf b.) Aufspiralen c.) Aufspiralen
Was ist eine Hohmann-Bahn und wodurch zeichnet sie sich aus? Hohmann-Bahn ist eine Ellipse für den Transfer von einer Kreisbahn in eine andere (in der gleichen Ebene). Ein Hohmann-Transfer ist verbrauchsoptimal für r2/r1<=11,94. Für einen Hohmanntransfer werden zwei Antriebsmanöver benötigt, einmal in der Periapsis und einmal in der Apoapsis.
Optimale Abschussorte für geostationäre bzw polare Umlaufbahn?
a.)Wodurch zeichnet sich die geostationäre Bahn aus? b.)Beschreiben Sie die Höhe und Lage (Inklination) des GEOs. a.)Ein Satellit in der GEO steht immer am gleichen Ort über dem Erdboden (Dadurch steht er immer zur Verfügung -> sehr wichtig für Kommunikation und TV). Seine Umlaufdauer entspricht einem Sterntag. Die Bahn ist kreisförmig und in der Äquatorebene. b.)Höhe: 36’000km, Inklination: i=0°, e=0
Warum müssen geostationäre Satelliten bei Missionsende in einen sogenannten Friedhofsorbit überführt werden? Wie unterscheidet er sich vom GEO? Der GEO ist ein wichtiger Orbit für zum Beispiel Telekommunikation. Ein nicht mehr benötigter Satellit muss somit Platz für neue Satelliten machen. Der Friedhoforbit ist höher als der GEO, um die „Sicht“ (Funksignale) auf die Erde nicht zu versperren.
Was verstehen Sie unter einem Lichtjahr? Distanz, die das Licht in einem Jahr zurücklegt. 1Lj = 9.46*10^12 km oder ungefähr 10 Billionen km
Wie ist der spezifische Drehimpuls eines Himmelskörpers um einen Zentralkörper definiert und wie ist er gerichtet?
Durch welche 6 Parameter wird die Umlaufbahn eines Raumflugkörpers beschrieben? Wie sind diese definiert?
Zur Beschreibung der Bewegung eines Planeten (Keplergleichung) werden zwei Winkel benötigt, die Wahre (v) und die Exzentrische Anomalie (E). Zeichnen Sie diese in die Skizze ein. In dieser Skizze kommt die Grösse ae vor. Geben Sie die Grösse ae als Funktion von a und b an.
Durch welchen Bahnparameter wird die Position eines Satelliten auf seiner als bekannt vorausgesetzten Umlaufbahn (nicht notwendigerweise eine Kreisbahn) beschrieben? Durch die Perigäumsdurchgangszeit T. Anstelle der Perigäumsdurchgangszeit könnte man auch die wahre Anomalie angeben.
Was sind Kometen, und was zeichnet sie aus? Kometen bestehen aus Eis, Methan, Ammoniak und Staub („schmutzige Schneebälle“). Sie kommen meist aus den Grenzen des Sonnensystems. Ihre Bahnen unterscheiden sich stark von den der Planeten oder Kleinplaneten (Exzentrizität und Inklination). In Sonnennähe erscheinen die Kometen mit einer Koma (gasförmige Hülle um den Kern) und einem Schweif, der aus Gas- und Staubteilchen besteht (Es gibt meist zwei Schweife, einen Gas- und einen Staubschweif) und durch den Sonnenwind und den Sonnendruck entsteht. Der Schweif zeigt immer von der Sonne weg.
Was versteht man unter Korpuskular-strahlung? Strahlung, bei der der Teilchencharakter überwiegt, z.B. alpha- und beta-Strahlung (Korpuskeln veraltet für Teilchen).
Ein Satellit bewegt sich auf einer Ellipsenbahn um die Erde. Ihm wird im Peri- bzw. Apogäum ein Geschwindigkeitsimpuls delta-v in Richtung seines Geschwindigkeitsvektors zugeführt. Wie verändern sich folgende Grössen?
a.)Wie gross ist die Kreisbahngeschw. eines Raumflugkörpers im Erdorbit in Abhängigkeit vom Radius r? b.)Warum ist die Kreisbahngeschw. von der Satellitenmasse unabhängig? c.)Muss man den Satelliten abbremsen oder beschleunigen, um ihn schneller umlaufen zu lassen? d.)Wie gross ist im Erdorbit der Antriebsbedarf für eine impulsförmige Inklinationsänderung?
a.)Wie lange braucht ein Satellit ungefähr, um die Erde in einer niedrigen Umlaufbahn zu umkreisen? b.) Wenn der Satellit eine Umlaufbahn mit gleichem Bahnradius um den Mond beschreiben würde, wäre die Umlaufzeit dann kürzer oder länger, und warum? a.) 90 bis 104 min. b.) Länger, da die Umlaufzeit von der Zentralmasse abhängt und der Mond eine geringere Masse als die Erde hat. (Geschwindigkeit des Satelliten wird kleiner v^2=µ/r)
Hohmann-Transfer: a.)Erläutern Sie die Vorgehensweise und die Vorteile! b.)Wie groß sind ungefähr der delta-v-Bedarf und die Transferzeit (Formel) des LEO-GEO-Übergangs?
Geben sie formelmässig die Geschwindigkeitsänderung des ersten Antriebsmanövers des Hohmann-Bahnaufstieges an (mit Bezeichnungen)!
Welcher Übergang zwischen zwei Kreisorbitalen ist am günstigsten für r2/r1< 11.94? Dreiimpulsübergang, Hohmann-Übergang oder Aufspiralen? Hohmann-übergang
Die Inklination einer Kreisbahn (v) soll mit einem Impulsmanöver um delta-i erhöht werden. An welcher Stelle, in welcher Richtung und mit welchem delta-v muss das Manöver durchgeführt werden? (Formel in Abhängigkeit von v und delta-i)
Was ist ein aerodynamisches Orbit-Transfermanöver? Nennen Sie je zwei Vor- und Nachteile gegenüber einem Transfer mit Raketen! Dabei wird die Atmosphäre eines Planeten benutzt, um Bahnänderungen vorzunehmen, die somit weniger Antriebsbedarf und Treibstoff benötigen. Vorteile: -geringerer Treibstoffbedarf / geringerer Antriebsbedarf -günstigere Nutzlastverhältnisse Nachteile: -höheres Strukturmassenverhältnis -höheres Risiko (hohe Systemkomplexität)
Was verstehen Sie unter dem sogenannten Neutralpunkt im Zusammenhang mit Gravitations-feldern? Lagrangepunkte oder Liberationspunkte. Punkte in denen sich die Anziehungskräfte zweier Körper gerade aufheben.
Wie lässt sich ein Zweikörperproblem auf ein Einkörperproblem zurückführen?
Warum führt man zur Berechnung von Satellitenbahnen das Einkörperproblem ein? Kreuzen Sie bitte die richtige(n) Antwort(en) an! [ ]Zur Erhöhung der Berechnungs-genauigkeit [ X ]Zur Vereinfachung der Rechnung [ ]Weil Satellitenbahnen als Kreisbahnen betrachtet werden.
Was bedeutet die Annahme „impulsförmiger“ Bahnübergang? Welche Voraussetzung muss für ihre Anwendung erfüllt sein? Bahnänderungen in kurzen Zeitintervallen und sehr kurzen Bahnstücken. Das Antriebsmanöver ist von so kurzer Dauer, dass alle anderen in dieser Zeit auf den Satelliten wirkende Kräfte nur sehr kleine Geschwindigkeitsänderungen im Vergleich zu den durch den Schub verursachen. Man kann so die Geschwindigkeitsänderung so berechnen, als ob sie im schwerefreien Raum stattfände.
Nennen Sie beim Trägeraufstieg von der Erde auftretende delta-v-Verluste! Luftwiderstand Schwebeverluste Bahnkorrekturverluste Schubvektorverluste Anpassungsverluste
Wie groß ist näherungsweise der Antriebsbedarf einer verlustbehafteten Mission Erde -> LEO?
Wie ist die hyperbolische Exzessgeschwindigkeit definiert?
Wie groß ist der Antriebsbedarf beim Aufspiralen eines Satelliten mit Hilfe eines elektrischen Triebwerkes (unter der Annahme der „Kreisähnlichkeit“ der Bahnen) für den Aufstieg von einer Kreisbahn r1auf eine Kreisbahn r2? Wie vergleicht er sich qualitativ mit dem eines impulsförmigen Übergangs?
Wie groß ist der spezifische Impuls einer vertikal aufsteigenden Rakete an der Erdoberfläche, wenn sie mit einer Beschleunigung von 0,5 g0 vom Boden abhebt, der Massendurchsatz 150 kg/s und die Startmasse 30’000kg beträgt?
Ein Raumflugkörper soll in LEO eine Inklinationsänderung von 90° impulsartig ausführen. Wie groß ist der Antriebsbedarf in Abhängigkeit der Kreisorbithöhe r (Formel)!
Was versteht man unter einem Gravity-Assist-Manöver? Interplanetarisches Manöver, bei dem ein Raumflugkörper mit einem Planeten oder Himmelskörper in Wechselwirkung tritt und an Antriebsbedarf gewinnt. Der Gravitationseinfluss wird für die Geschwindigkeitsänderung ausgenutzt.
Welche Eigenschaften eines Planeten wirken sich positiv auf seine Eignung zum Gravity-Assist-Planeten aus? [ X ] grosse Masse [ X ] grosse Bahngeschwindigkeit [ ] grosse Atmosphäre
Erläutern Sie kurz den Begriff der „Einflusssphäre“ eines Planeten! Welche Parameter sind für den Energiegewinn einer Rauflugsonde beim Vorbeiflug (Gravitations-Abstürzmanöver) an einem Planeten massgebend?
a) Wodurch zeichnet sich die geosynchrone Bahn aus? Welcher Spezialfall ist bekannt? b) Welche Höhe weißt eine geosynchrone Bahn typischerweise auf? c) Wie erscheint die Bodenspur eines geosynchronen Orbits für: 1. Inklination ≠ 0 und Exzentrität = 0 2. Inklination = 0 und Exzentrität ≠ 0 3. Inklination ≠ 0 und Exzentrität ≠ 0 a) Ein geosynchroner Orbit tritt auf, wenn die Umlaufbahn eine Periode von 86164 Sekunden (23 Stunden, 56 Minuten, 4 Sekunden), der Dauer eines Sterntages entspricht. Ein Spezialfall ergibt sich, wenn der Orbit kreisförmig ist und in der Äquatorebene liegt. Man spricht dann von einem geostationären Orbit (GEO, Geostationary Earth Orbit). Der Satellit erscheint also einem Beobachter auf der Erde immer am gleichen Ort. b) Höhe GEO 36000km c) Falls zum Beispiel die Inklination von Null verschieden ist, ergibt sich für die Bodenspur eine gerade Linie, die sich entsprechend der Inklination nach Norden und Süden erstreckt. Für den Fall, dass die Inklination Null ist und die Umlaufbahn eine Exzentrizität aufweist (Ellipse) ergibt sich als Bodenspur eine gerade Linie in Ost- West-Richtung. Sind Inklination und Exzentrizität von Null verschieden, so können als Bodenspuren Figuren wie ein Oval oder eine liegende Acht entstehen (Abb. 3.26 S.111).
Was bedeutet sonnensynchroner Orbit und welcher Bahnparameter ist davon betroffen? Der sonnensynchrone Orbit (SSO) ist dadurch gekennzeichnet, dass die Normale der Bahnebene zur Sonne zeigt und der Satellit sich also durch geschickte Wahl des aufsteigenden Knotens ständig im Sonnenlicht befindet. Höhe 800 –1.000 km und eine Inklination von i=98°
Nennen Sie 2 verschiedene Wärmeschutzkonzepte für Wiedereintrittskörper! passive Kühlung: - Ablationskühlung (Material schmilzt oder verdunstet) - Schwitzkühlung - Strahlungskühlung (wiederverwendbar) - Wärmesenkenmethode (Werkstoff mit hoher Wärmekapazität) aktive Kühlung: - Filmkühlung
Welchen Einfluss hat der ballistische Faktor auf die Verzögerungslasten eines ballistischen Wiedereintritts-flugkörpers? Die Flughöhe, in der die maximale Verzögerung auftritt, nimmt mit zunehmendem ballistischen Faktor Beta ab. Die Grösse des Maximums ist allerdings unabhängig von Beta.
Nennen Sie die 3 Haupteinflussgrößen auf die Fluglasten bei einer Wiedereintritts bzw. Rückkehrmission! Treten die maximalen thermischen und mechanischen Belastungsspitzen gleichzeitig auf?
Wie lange dauert ein typisches Wiedereintritts-manöver eines Space Shuttle nach Zünden der Bremsraketen bis zur Landung? 10-15 min, 8-9 Stunden, 30 min-2Stunden oder 2-3Tage 30min bis 2 Stunden
Der Wärmestrom, der bei einem Wiedereintritt eines Raumfahrzeugs im Staupunkt auf das Fahrzeug übergeht - wird mit zunehmendem Nasenradius des Raumflugkörpers größer - wird mit zunehmendem Nasenradius des Raumflugkörpers kleiner - ist unabhängig vom Nasenradius des Fahrzeugs Die maximale Verzögerung eines Raum fahrzeugs beim Wiedereintritt - nimmt mit zunehmendem ballistischen Koeffiziente ab - nimmt mit zunehmendem ballistischen Koeffiziente zu - ist unabhängig vom ballistischen Koeffizienten
Nennen Sie zwei Vorteile von Rückkehrkörpern mit Auftriebseigenschaften gegenüber ballistischen Rückkehrkörpern. - Bereits kleine Gleitzahlen (A/W-Verhältnis) bewirken extreme Senkungen der Verzögerungslasten. - Haben Körper Gleiteigenschaften, besitzen sie eine Manövrierbarkeit, womit sich die Fluglasten kontrolliert begrenzen und nicht nominale Eintrittsbedingungen oder atmosphärische Dichteschwankungen kompensieren lassen. Haben die Körper gute Gleiteigenschaften, so können sie auch an Orten ausserhalb der Orbitebene landen.
Warum werden für Rückkehrkapseln typischerweise stumpfe Körperformen bzw. für Raumgleiter (z.B. Shuttle Orbiter) hohe Anstellwinkel beim Eintritt in die Erdatmosphäre gewählt? Bei stumpfen Körpern ist der Druckanteil des Widerstandsbeiwertes deutlich größer als der Reibungsanteil. Dadurch ist der Wärmefluss wesentlich kleiner als bei schlanken Körpern.
Wie wirkt sich der ballistische Koeffizient auf die Größe und den Ort der maximalen Verzögerungslast bei einer ballistischen Rückkehrmission aus? Das Maximum der Verzögerungslast ist unabhängig vom ballistischen Faktor, aber die Flughöhe, in der das Maximum auftritt nimmt mit zunehmendem Beta ab.
a) Welche Strömungsbereiche werden bei einem Wiedereintrittsmanöver durchflogen? [ ] Freie Molekularströmung [ ] Übergangsströmung [ ] Eingefrorene Strömung [ ] Isentrope Expansionsströmung [ ] Kontinuumsströmung b) Durch welche Kennzahl werden sie charakterisiert?
Wie sind die Gleitzahl und der ballistische Koeffizient eines Flugkörpers definiert? (Formel und Angabe der auftretenden Größen!)
Was verstehen Sie unter einem aerodynamischen Raumflugmanöver? Geben Sie zwei Anwendungsfälle an! Dabei wird die Atmosphäre eines Planeten benutzt, um Bahnänderungen vorzunehmen, die somit weniger Antriebsbedraf und Treibstoff benötigen. Beispiele: Absenken eines Satelliten aus einer hohen Umlaufbahn (um Erde zum Beispiel) auf eine niedrige, oder synergetische Bahndrehmanöver, wo die Inklination eines Satelliten geändert werden kann.
Wie verhält sich die Dichte, die Temperatur und die mittlere Geschwindigkeit in einer konvergierenden Überschallströmung? (werden sie größer oder kleiner in Strömungsrichtung)? Dichte nimmt zu, Temperartur nimmt zu, mittlere Geschwindig-keit nimmt ab.
Geben Sie die Definitions-Gleichungen für 4 von Schub abgeleitete Leistungs-kenngrössen thermischer Raketen an!
a.) Durch welche 4 Grundgleichungen (Name) wird die idealisierte Rakete mit idealem Gas als Treibstoff beschrieben? b.) Schreiben Sie zwei dieser Gleichungen als Formeln hin.
Eine Flüssigtreibstoff-Rakete weist eine Austrittsgeschwindigkeit von 3000 m/s auf bei einem inneren Wirkungsgrad von n=0.75. Wie gross ist die spezifische Energie des Treibstoffes (Formel und Zahlenwerte)?
Triebwerksteile, die heißen Feuergasen ausgesetzt sind, müssen gekühlt werden. Nennen Sie 4 verschiedene Kühlverfahren! - Kühlung durch Hemmung des Wärmeübergangs: Filmkühlung, Ablativkühlung - Kühlung durch Wärmeabfuhr: Strahlungskühlung, Flüssigkeitskühlung (Regenerativkühlung, wenn Brennstoff als Kühlmittel eingesetzt), Kapazitivkühlung
Nennen Sie 5 verschiedene Verlust-mechanismen, die in einer Düse auftreten können! Divergenzverluste (Radiale Geschwindigkeits-komponete), Profilverluste, Reibungsverluste, Wärmeverluste, Expansionsverluste, Verbrennungsverluste
Was versteht man unter „energiebegrenzten“ und unter „leistungsbegrenzten“ Antriebssystemen? Geben Sie jeweils ein Beispiel an! - Energiebegrenzt: Chemische Rakete, hier begrenzt die chemisch gebundene Energie des Treibstoffs die Austrittsgeschwindigkeit. - Leistungsbegrenzt: Elektrische Triebwerke. Die Energie wird durch die Sonnenstrahlung eingefangen. Aber die Leistung des Energiewandlers ist begrenzt.
a.) Wie groß ist das stöchiometrische Mischungsverhältnis in LOX/LH2-Raketen? b.) Warum werden diese typischerweise statt stöchiometrisch mit Brennstoffüberschuss betrieben?
Was versteht man unter Divergenzverlust und Profilverlust einer Raketendüse?
Kreuzen Sie den typischen Schubbereich für die folgenden TW an:
Erklären Sie den Begriff Hybridantrieb! Welche verschiedenen Arten gibt es? Ein Hybridantrieb ist ein Zweistoffsystem (Diergole), bei welchem ein Stoff fest und der andere flüssig ist. - Normaler Hybridantrieb: Oxidator flüssig, Brennstoff fest - Inverser Hybridantrieb: Oxidator fest, Brennstoff flüssig
Ein Raketentriebwerk ist mit einer für eine Höhe von 10km angepassten Düse ausgestattet. Ist der bei einem Bodentest (H = 0km) gemessene Schub größer oder kleiner als der Nominalschub in 10km Höhe? Gleichung! Auf welche Grösse wirkt sich der Aussendruck aus?
Wie ändert sich a.)der Schub und b.)die Austrittsgeschwindigkeit einer idealen thermischen Rakete mit einer auf Vakuum angepassten Düse, wenn bei konstantem Brennkammerdruck die Brennkammertemperatur durch Einspritzen von neutralem Treibstoff verringert wird? (Annahme: konstantes k) beide werden kleiner
Geben Sie eine mittel- und hochenergetische Treibstoffpaarung an! Welche spezifischen Impulse sind damit im Vakuum ungefähr erreichbar?
a.)Welche Eigenschaft haben hypergole Treibstoff-kombinationen? b.)Was versteht man unter Monergolen? Nennen Sie ein Beispiel! a.) selbstzündend d.h. keine Zündhilfe, sondern spontane Reaktion, sobald Kontakt b.) Einstoffsystem, z.B. Hydrazin, Wasserstoffperoxid, Kaltgasantrieb
Vergleichen Sie (<<, <, =, >, >>) chemische und elektrische Antriebe in den folgenden charakteristischen Größen miteinander:
Welche beiden prinzipiellen Treibstoff-Fördermethoden (neben Kapillar- und Gravitationsförderung) unterscheidet man? Nennen Sie jeweils einen Vor- und Nachteil der beiden Methoden!
Welche Treibstoffkombination und welche Fördertechnik wird bei modernen Satelliten-Antriebsystemen bevorzugt angewandt? Welche spezifischen Impulse können damit maximal erzielt werden? Fördertechnik: Druckförderung In der Lageregelung wird häufig das Einstoffsystem Hydrazin verwendet (Is = 210 – 260s)
Für welche Missionen sind elektrische Antriebe vorteilhafter als chemische Antriebe? Begründen! Durch kurze, sehr präzise Pulse und reproduzierbare Impulse sind die elektrischen TW sehr gut für präzise Ausrichtmanöver in Lage- und Bahnregelung geeignet. Maximierung der Nutzlast, wenn man lange Flugzeiten durch niederenergetische Bahnmanöver in Kauf nimmt.
Mit welchem gasförmigen Treibstoff werden bei Hallionentriebwerken die höchsten effektiven Austrittsgeschwindigkeiten erreicht? Xenon (schwer und leicht ionisierbar)
Teilen Sie die elektrischen TW nach der Treibstoff-beschleunigungsart ein! Ordnen Sie das deutsche RIT-TW dieser Einteilung zu! - Elektrothermisch - Elektrostatisch - Magnetplasma-dynamisch RIT-TW sind Ionentriebwerke, die elektrostatisch beschleunigt werden.
Wodurch wird die effektive Austritts-geschwindigkeit in einem widerstands-geheiztem TW begrenzt? Durch thermisches Versagen des Wärmetauscher-materials in der Brennkammer (z.B. Wolfram hat eine Schmelztemperatur von 3653K).
a.) Warum benötigen einige elektrische Antriebstypen einen Neutralisator? b.) Welche der folgenden Antriebe benötigen einen Neutralisator? - Widerstandsbeheizte TW - RIT - Kaufmann-TW - Parallelschienenbeschleuniger - Hallionen-TW - Feldemissionsantrieb - Thermisches Lichtbogen-TW a.) Bei einigen TW wird der Treibstoff ionisiert und dann beschleunigt ausgestossen. Würde das ausgestossene Gas nicht neutralisiert werden, so würde sich der Satellit negativ laden (Elektronenüberschuss) und somit das ausgestossene ionisierte Gas wieder anziehen, wodurch der Schub wieder zu null wird. b.) Es benötigen einen Neutralisator: RIT-TW, Kaufmann-TW, Feldemissionsantrieb, Hallionenantrieb
Nennen Sie je 2 verschiedene thermische Raketen, die a.) eine direkte und b.) eine indirekte Energie-einkopplung besitzen! a.) chemische Flüssigraketen b.) Resistojet
Ordnen Sie die folgenden Antriebssysteme nach steigendem spezifischem Impuls: - Nuklear-thermische Rakete - Kaltgas-Systeme - Ionen-Antriebe - Chemische Antriebe Kaltgas-Antriebe, Chemische Antriebe, Ionen-Antriebe, Nuklear-Thermische Rakete
Was begrenzt die Lebensdauer von Satelliten? - Ausfall der Nutzlast - Kein „Sprit“ mehr - Degradation der Solarzellen - Degradation der Akkus - Strahlungsprobleme - der Nutzungszweck ist erfüllt oder verschwunden (Iridium) -...
Welche Einsatzgebiete finden sekundäre Antriebssysteme in der Raumfahrt? [ X ] Lageregelung [ X ] Ausführen von Bahnkorrekturen [ X ] genaue Bahnsteuerung [ X ] Stufentrennung [ X ] Steuerung der Rollbewegungen von Trägerfahrzeugen [ X ] Aufspinnen drallstabilisierter Oberstufen [ X ] Vorbeschleunigung von Raketenoberstufen in einer mg-Umgebung zwecks Orientierung des Flüssigtreibstoffs [ ] Schubvektorsteuerung von Oberstufen oder Raumfahrtgeräten
Welche Aufgaben hat ein Lageregelungs-system von Raumflugkörpern zu erfüllen? [ ] Kompensation von Injektionsfehlern [ X ] Regelung der räumlichen Winkelausrichtung [ ] Positionierung und Positionswechsel geostationärer Satelliten [ ] Bahnkorrekturen interplanetarer Sonden und Bahnregelung zur Kompensation von Störungen, insbesondere die Positionsregelung geostationärer Satelliten (Station-Keeping)
Was versteht man unter einer Nutations-bewegung, was unter einer Präzessions-bewegung rotierender Körper? Nutation: Bewegung der Rotationsachse um die Drehimpulsachse, wenn der Drehimpuls nicht parallel zum größten/kleinsten Trägheitsmoment. Pärszession: Ausweichbewegung eines äußeren Kräften unterworfenen Kreisels in Drehbewegung senkrecht zur angreifenden Kraft.
Ein Satellit erfährt nach Ausfall der Lageregelung ein Störmoment von 0,1 Nm um eine Achse mit dem Trägheitsmoment 100 kgm^2. Welche Werte weisen der Lagewinkel und die Drehgeschwindigkeit gegenüber dem rotationsfreien Anfangszustand nach 100 s auf.
Was verstehen Sie unter der Inklinations-korrektur geostationärer Satelliten? Welche Störung macht sie notwendig? Kompensation Nord-Süd-Störung (Winkelkorrektur) Störungsursache: Gravitations-Einflüsse der Sonne und des Mondes
Welche Störungen geostationärer Satelliten werden durch die sogenannte Translationskorrektur kompensiert? Wodurch werden sie verursacht? Ost-West-Drift Ursache: ungleiche Masse-verteilung der Erde
Geben Sie 3 Vorteile der Drall-stabilisierung gegenüber der Dreiachsen-stabilisierung an! - Kein Treibstoff-verbrauch bei keinem Störmoment - Eigenstabilität - Im allgemeinen weniger Triebwerke und Sensoren nötig
Nennen Sie die drei Regelphasen einer Dralls-tabilisierung! Regelphase I: Nutationsbewegung und –dämpfung Regelphase II: Prazessionsbewegung und Zielausrichtung Regelphase III: Lagestabilisierung Zusatz: Regelphasen bei Dreiachsenstabilisierung Regelphase I: Geschwindigkeitsdämpfung Regelphase II: Zielausrichtung Regelphase III: Lagestabilisierung
Wie lange und in welcher Richtung muss ein Stellmoment M = 0,1 Nm aufgebracht werden, um die Rotationsachse eines Satelliten mit dem Drall D = 100 Nms um 5,73° zu drehen?
Aus einer seitlich angeordneten Steuerdüse einer Rakete strömen Treibstoffgase mit der Geschwindigkeit ce aus. In welche Richtung weicht die Spitze der drallstabilisierten Rakete aus? [a] nach rechts [b] aus dem Blatt heraus (Rechte-Hand Regel) [c] nach links [d] in das Blatt hinein
Begründen Sie die unterschiedlichen Anforderungen an das Triebwerks-Schubniveau bei den Regelphasen 2 und 3 einer Drallstabilisierung ! Regelphase 2: hohes Schubniveau, da Präzession induziert werden muss. Regelphase 3: geringes Schubniveau, denn geringe Störmomente rufen nur sehr kleine zu korrigierende Präzession hervor.
Welche Teilaufgaben beinhaltet die Lageregelung, welche die Bahnregelung? Lageregelung: -Geschwindigkeitsregelung, -dämpfung -Zielausrichtung -Lagestabilisierung -Steuerung von Nickbewegungen Bahnregelung: -Kompensation von Injektionsfehlern -Positionierung und Positionwechsel -Bahnkorrektur bei Kompensation von Störungen -Positionsregelung
Ein Raumflugkörper befindet sich auf einer zur Äquatorebene geneigeten elliptischen Umlaufbahn um die Erde. Durch ein Impulsmanöver soll die Inklination der Bahn verändert werden. An welcher Stelle der Bahn wird man dieses Manöver sinnvollerweise durchführen und warum?
Nennen Sie 4 Störeinflüsse, die die Umlaufbahnen von Erdsateliten beeinflussen. Gravitationseinfluss von Sonne und Mond, Restatmosphäre, ungleiche Massenverteilung der Erde, Solardruck, magnetische Störmomente; innere Störmomente (Besatzung, mechan. bewegte Teile, Schubvektorfehler, Lecks)
Worin besteht der wesentliche Unterschied zwischen einer aktiven und einer passiven Stabilisierung? Passive Stabilisierungsverfahren kommen ohne Regeleinrichtung, Sensoren, Stellglieder aus und erfordern keine Energiequellen. Die Genauigkeit ist nich so hoch wie bei aktiven Verfahren.
Nennen Sie vier Stellglieder für die aktive Satelliten-Lagerregelung! Reaktionsdüse, Stellmagnete, Drallräder, Stellkreisel
Benennen Sie die fünf Flugbereiche einer RVD-Mission in ihrer zeitlichen Reihenfolge! Fernlenkphase, Annäherungsphase, Endanflug, Nahbereichsmanöver, Andockphase
Nennen Sie 4 typische Missionen, die Rendevous and Docking-Manöver erforderlich machen! Wartung von Satelliten, Reparatur, Versorgung von Satelliten, Montage von Großstrukturen im Orbit, Austausch und Versorgung der Crew der Iss...
Skizzieren Sie im Phasenebene einen zeitoptimalen und einen treibstoff-optimalen Akquitisitions-vorgang (Zielausrichtung)
Nennen Sie zwei Sensoren zur Lage-/ Bahnregelung. Beschreiben Sie jeweils das Funktionsprinzip und nennen Sie jeweils einen Vor- und Nachteil.
Welche Arten von Energiequellen oder Energiespeichern und Wandlern kommen heute am ehesten für die elektrische Energieversorgung von Raumflugkörpern in Frage, wenn a) relativ hohe Leistungen für kurze Zeiten benötigt werden (wenige Stunden)? b) für lange Zeiten (Monate und Jahre) Leistungen bis ca. 10 kW in einer Erdumlaufbahn benötigt werden? c) ebenfalls für lange Zeiten Leistungen bis 10 kW, aber für eine Flugbahn zu den äußeren Planeten benötigt werden? a.) Batterien, Brennstoffzellen b.) Solarpanels (ev. auch schon nuklear-thermisch) c.) nuklear-thermisch (Radioisotopenbatterien) und nuklear-reaktiv
Erklären Sie anhand einer Skizze die Wirkungsweise einer Solarzelle. Welche Materialien werden für Solarzellen in der Raumfahrt hauptsächlich angewendet? Nennen Sie zwei!
a) Wie groß ist die Energie-einstrahlungsleistung der Sonne pro Quadratmeter in Erdnähe? b.) Wie viel Prozent davon kann typischerweise photovoltaisch genutzt werden? a.) S = 1395 W/m^2 b.) ca. 14% (auf der Erde noch ein bisschen weniger, weil keine harte UV-Strahlung ankommt.)
Wie ist die Solarkonstante definiert, und welchen Zahlenwert hat sie?
Wie groß ist die Solarkonstante (Intensität der Solarstrahlung) im Bereich der Erdbahn (1 AE)? Wie vergleicht sich demgegenüber die Solarkonstante beim Planeten Merkur, dessen Abstand zur Sonne ca. 2/5 AE (gerundet) beträgt. Auf der Erde: 1395 W/m2 Auf dem Merkur: gut 6 mal so groß!
Der Saturn ist ca. 10mal weiter von der Sonne entfernt als die Erde. Wie groß ist die Energieeinstrahlleistung pro Quadratmeter auf dem Saturn im Verhältnis zum entsprechenden Wert auf der Erde? Hundert mal kleiner.
In welcher Form ist die Energie eines Kaltgastriebwerks gespeichert? Überdruck
Nennen Sie mindestens zwei Vor- und Nachteile von Kleinsatelliten-Missionen! Vorteile: - kurze Entwicklungszeiten - geringe Kosten Nachteile: - Nur begrenzte Nutzlast mitführbar - sehr abhängig von der Mission, mit der man beim Start mitfliegen darf. Der „Hauptsatellit“ gibt den Orbit, die Masse und das Volumen des Kleinsatelliten vor!
Was ist die Hauptaufgabe des Kleinsatelliten BIRD? Aufspüren von „Hoch-temperatur-Ereignissen“
Was ist ein schwarzes Loch? Geht bei einem Stern der Wasserstoffvorrat zu Ende, so beginnt er sich aufzublähen. Ist der Stern sehr massereich, so wird es zu keiner Supernova kommen, sondern der Stern stürzt in sich zusammen und wird immer dichter, bis die Fluchtgeschwindigkeit an der Oberfläche die Lichtgeschwindigkeit erreicht. Dies wird dann der „Ereignis-Horizont“ genannt, da von da nicht einmal mehr Licht entweichen kann.
Geben Sie den physikalischen Zusammenhang zwischen dem Plankschen Strahlungsgesetz und dem Stefan-Boltzmann-Gesetz an.
Nennen Sie vier Aufgaben einer Bodenstation. Empfang von Telemetriedaten, Kontrollmessungen zur Empfangsqualität, Bahnvermessung (Tracking und Ranging), Bahnvorausberechnung, Telekommandoplanung und -durchfürhung, Steuerung der Bodenempfänger, Aufbereitung und Verteilung der Daten an Nutzer.
Nennen Sie vier Größen/Parameter die man mittels satellitengestützter Fernerkundung in der Atmosphäre misst. Schadstoffe, Temperaturen, Ozon-Gehalt, Strahlung
Warum werden astronomische Beobachtungen im IR-Bereich nicht von der Erdoberfläche aus durchgeführt, sondern dafür unter anderem Satelliten eingesetzt? Nennen Sie einen Satelliten, der für astronomische Aufgaben eingestetz wird. Der absorbierende Wasserdampf in der Troposphäre beieinträchtigt Beobachtungen im IR-Bereich (siehe Sofia) Satellit für astronomische Aufgaben: Herschel, Planck, Hubble
Welchen Namen trugen die Kommandoeinheit und welchen die Mondlandefähre der ersten bemannten Mondmission? Kommando-einheit: Columbia Mondlandefähre: E
Warum war der Start der Saturnsonde Cassini im Oktober 1997 so umstritten? Protestbewegung da Gefahr durch die an Board befindliche Radionuklidbatterien bei Fehlstart.
Was bedeutet die Abkürzung ATV und welchen Namen trug das, welches dieses Jahr (2013) gestartet wurde? „Automated Transfer Vehicle“, Albert Einstein
Beschreiben Sie die einzelnen Startphasen der Ariane 5 Trägerrakete! Was unterscheidet diese diese Rakete von vielen anderen? - 2 SRB + Hauptstufe - [Abwurf der SRB,] Hauptstufe - [Abwurf der Hauptstufe,] Oberstufe Die Hauptstufe hat eine enorm lange Brennzeit, verglichen mit anderen Raketen.
Diagramm zeichnen: Geschwindigkeitsänderung einer mehrstufigen Rakete pro Zeit
Wie heißt die Sonde der ESA, die im August 2014 in die Umlaufbahn um den Kometen Tschurjumow-Gerasimenko einschwenken wird? Was sind ihre Besonderheiten? Welchen Namen trägt ihr Lander? Die Sonde heißt Rosetta und der Lande Philae. Besonderheiten (Aus Wikipedia): Zur Erforschung des Kometen soll in einen Orbit um ihn eingeschwenkt werden. Unter anderem soll das Gravitationspotential des Kometen vermessen werden, das in der Nähe deutlich von einem Zentral potential abweicht und beobachtbare Bahnstörungen verursacht. Dabei sind weitere Effekte zu berücksichtigen: 1.Der Strahlungsdruck der Sonne 2.Die Koma des Kometen entsteht in Sonnennähe durch Ausgasungen aus aktiven Stellen des Kometen. Der Teilchenstrom bewirkt eine Beschleunigung. Ebenso kann durch die (stationäre) Teilchenwolke um den Kometen eine Abbremsung der Sonde auftreten. 3.Die Gezeitenkraft der Sonne. Durch die große Laufzeit der Kommunikationssignale ist eine direkte Steuerung von der Erde aus nicht möglich. Sonde und Lander müssen daher autonom agieren können. Insbesondere betrifft das die Lageregelung.
a) Was versteht man unter einem Swing-By Manöver? b) Wie wird ein Swing-By Manöver noch genannt? c) Welche Parameter sind für die Energiegewinnung bei einem Swing-By-Manöver relevant? a)Dasselbe wie unter einem Gravity-Assist-Manöver, s. Frage 77 b)Gravity-Assist-Manöver, Slingshot, Schwerkraftumlenkung, Gravitationsmanöver oder Vorbeischwungmanöver c)Bahngeschwindigkeit des Planeten, Gravitationsparameter des Planeten/ Planetenmasse, minimalster Abstand des Vorbeiflugs, Geschwindigkeit des Körpers im Perigäum
Eine Raumsonde fliegt zum Merkur. a) Warum muss sie abgebremst werden, um in die Umlaufbahn der Sonne zu gelangen? b) Muss sie hinter oder vor der Venus ein Swing-By Manöver durchführen, um an Geschwindigkeit zu gewinnen? c) Wenn sie Merkur erreicht hat, muss sie dann gebremst oder beschleunigt werden? a) Sie muss abgebremst werden, um eine niedrigere Bahngeschwindigkeit zu haben um in einen tieferen Orbit zu „fallen“. b) Vor der Venus c) Sie muss gebremst werden.
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