Raumfahrt 1

Wie heißt der unserem Sonnensystem nächstgelegene Fixstern? Wie lange ist das Licht von diesem Stern bis zur Erde unterwegs?

Nennen Sie drei Raumstationen!

Nennen Sie fünf
Raumfahrtbehörden!

Welcher der genannten
Planeten besitzt die wenigsten und welcher die meisten Monde?
Venus, Erde, Mars, Jupiter

Nennen sie Namen und Reihenfolge (ausgehend von der Sonne) der Planeten in unserem Sonnensystem!

Nennen Sie 4 Länder, die sich am Aufbau
der internationalen Raumstation beteiligen !

Wie viele Monde besitzt unser Sonnensystem?

Wie viel Planeten findet man außerhalb unseres Sonnensystems?

Abstand
Erde – Leo?

Abstand
Erde - Geo?

Abstand
Erde - Mond?

GEO?

COF?

EVA?

BOL?

DoD?

DOD?

HEO?

Space Shuttle:
SSME?

Space Shuttle: SRB?

Space Shuttle:
OMS?

Space Shuttle:
ET?

Space Shuttle:
RCS?

ISS?

LEO?

LOX/LH2I?

ESA?

DLR?

Aus welchem Grund wird in den Raumanzügen der Astronauten eine reine Sauerstoffatmosphäre verwendet?

In welchem Jahr und von welchem Land wurde der erste Satellit gestartet?

Wann wurde die erste bemannte Raumflugmission durchgeführt? Von welchem Land?

Welche Entwicklungen sind Spin-off Produkte der Raumfahrt, welche nicht?
a.)Teflon
b.)Akkubohrer
c.)Moon-Boots
d.)Gefriertrocknen

Nennen Sie vier Pioniere der Raumfaht-techologie!

Aus welchen Haupt-komponenten besteht das Space Shuttle-System?

Nennen Sie vier Gebiete der Raumfahrt-nutzung!

Nennen Sie zwei wesentliche Vorteile
der bemannten gegenüber der unbemannten
Raumfahrt!

Nennen Sie Startplätze für Raumfahrtmissionen!

Nennen Sie Fernerkundungsmissionen aus dem nationalen deutschen oder ESA Programm

In welche Projektphasen wird ein klassisches Raumfahrt-projekt, z.B. bei ESA
eingeteilt?

Nennen Sie drei Aufgaben des europäischen ATV (Automated Transfer Vehicle) und einen Namen eines ATV.

Wie lauten die drei Keplergesetze?

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?

Das Erdgravitationsfeld ist ein konservatives zentrales Kraftfeld! Welche Eigenschaften besitzt ein solches zentrales Kraftfeld?

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?

Was ist eine Hohmann-Bahn und wodurch zeichnet sie sich aus?

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.

Warum müssen geostationäre Satelliten bei Missionsende in einen sogenannten
Friedhofsorbit überführt werden? Wie unterscheidet er sich vom GEO?

Was verstehen Sie
unter einem Lichtjahr?

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?

Was sind Kometen, und was zeichnet sie aus?

Was versteht man unter Korpuskular-strahlung?

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?

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?

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!

Was verstehen Sie unter dem sogenannten Neutralpunkt im Zusammenhang mit Gravitations-feldern?

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!

Was bedeutet die Annahme „impulsförmiger“ Bahnübergang? Welche Voraussetzung muss für ihre Anwendung erfüllt sein?

Nennen Sie beim Trägeraufstieg von der Erde auftretende delta-v-Verluste!

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?

Welche Eigenschaften eines Planeten wirken sich positiv auf seine Eignung zum
Gravity-Assist-Planeten aus?

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

Was bedeutet sonnensynchroner Orbit und welcher Bahnparameter ist davon
betroffen?

Nennen Sie 2 verschiedene Wärmeschutzkonzepte für Wiedereintrittskörper!

Welchen Einfluss hat der ballistische Faktor auf die Verzögerungslasten eines ballistischen Wiedereintritts-flugkörpers?

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

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.

Warum werden für Rückkehrkapseln typischerweise stumpfe Körperformen bzw. für Raumgleiter (z.B. Shuttle Orbiter) hohe Anstellwinkel beim Eintritt in die
Erdatmosphäre gewählt?

Wie wirkt sich der ballistische Koeffizient auf die Größe und den Ort der maximalen
Verzögerungslast bei einer ballistischen Rückkehrmission aus?

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!

Wie verhält sich die Dichte, die Temperatur und die mittlere Geschwindigkeit in einer konvergierenden Überschallströmung? (werden sie größer oder kleiner in
Strömungsrichtung)?

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!

Nennen Sie 5 verschiedene Verlust-mechanismen, die in einer Düse auftreten können!

Was versteht man unter „energiebegrenzten“ und unter „leistungsbegrenzten“ Antriebssystemen? Geben Sie jeweils ein Beispiel an!

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 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)

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!

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?

Für welche Missionen sind elektrische Antriebe vorteilhafter als chemische Antriebe?
Begründen!

Mit welchem gasförmigen Treibstoff werden bei Hallionentriebwerken die höchsten effektiven Austrittsgeschwindigkeiten erreicht?

Teilen Sie die elektrischen TW nach der Treibstoff-beschleunigungsart ein! Ordnen Sie das deutsche RIT-TW dieser Einteilung zu!

Wodurch wird die effektive Austritts-geschwindigkeit in einem widerstands-geheiztem TW begrenzt?

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

Nennen Sie je 2 verschiedene thermische Raketen, die a.) eine direkte und b.) eine indirekte Energie-einkopplung besitzen!

Ordnen Sie die folgenden Antriebssysteme nach steigendem spezifischem Impuls:
- Nuklear-thermische Rakete
- Kaltgas-Systeme
- Ionen-Antriebe
- Chemische Antriebe

Was begrenzt die Lebensdauer von Satelliten?

Welche Einsatzgebiete finden sekundäre Antriebssysteme in der Raumfahrt?

Welche Aufgaben hat ein Lageregelungs-system von Raumflugkörpern zu erfüllen?

Was versteht man unter einer Nutations-bewegung, was unter einer Präzessions-bewegung rotierender Körper?

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?

Welche Störungen geostationärer Satelliten werden durch die sogenannte Translationskorrektur kompensiert? Wodurch werden sie verursacht?

Geben Sie 3 Vorteile der Drall-stabilisierung gegenüber der Dreiachsen-stabilisierung an!

Nennen Sie die drei Regelphasen einer Dralls-tabilisierung!

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?

Begründen Sie die unterschiedlichen Anforderungen an das Triebwerks-Schubniveau bei den Regelphasen 2 und 3
einer Drallstabilisierung !

Welche Teilaufgaben beinhaltet die Lageregelung, welche die Bahnregelung?

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.

Worin besteht der wesentliche Unterschied zwischen einer aktiven und einer passiven Stabilisierung?

Nennen Sie vier Stellglieder für die aktive Satelliten-Lagerregelung!

Benennen Sie die fünf Flugbereiche einer RVD-Mission in ihrer zeitlichen Reihenfolge!

Nennen Sie 4 typische Missionen, die Rendevous and Docking-Manöver erforderlich machen!

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?

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?

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.

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?

In welcher Form ist die Energie eines Kaltgastriebwerks gespeichert?

Nennen Sie mindestens zwei Vor- und
Nachteile von Kleinsatelliten-Missionen!

Was ist die Hauptaufgabe des Kleinsatelliten BIRD?

Was ist ein schwarzes Loch?

Geben Sie den physikalischen Zusammenhang zwischen dem Plankschen Strahlungsgesetz und dem Stefan-Boltzmann-Gesetz an.

Nennen Sie vier Aufgaben einer Bodenstation.

Nennen Sie vier Größen/Parameter die man mittels satellitengestützter Fernerkundung in der Atmosphäre misst.

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.

Welchen Namen trugen die Kommandoeinheit und welchen die Mondlandefähre der ersten bemannten Mondmission?

Warum war der Start der Saturnsonde
Cassini im Oktober 1997 so umstritten?

Was bedeutet die Abkürzung ATV und welchen Namen trug das, welches dieses Jahr (2013) gestartet wurde?

Beschreiben Sie die einzelnen Startphasen der Ariane 5 Trägerrakete! Was unterscheidet diese diese Rakete von vielen anderen?

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?

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?

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?