Unkonventionelle Raumfahrtantriebe at Universität Stuttgart | Flashcards & Summaries

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Lernmaterialien für Unkonventionelle Raumfahrtantriebe an der Universität Stuttgart

Greife auf kostenlose Karteikarten, Zusammenfassungen, Übungsaufgaben und Altklausuren für deinen Unkonventionelle Raumfahrtantriebe Kurs an der Universität Stuttgart zu.

TESTE DEIN WISSEN

Was versteht man unter Raumfahrt?

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alle anthropogenen Aktivitäten im Weltraum:

  • launch in den Weltraum
  • operation diverser Objekte in der Einflusssphäre der Erde
  • Missionen im erdnahen Raum, aber außerhalb des irdischen Gravitationseinflusses
  • Reisen innerhalb des Sonnensystems
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Wie lassen sich Raumfahrtantriebe kategorisieren ?

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  • Newtonsche Reaktionsantriebe
    • Massen invariante Systeme
    • Massenvariante Systeme
      • Elektrische Systeme: Elektro-thermisch, -statisch und -magnetisch
      • Thermische systeme
        • chemisch
        • Nuklear thermisch: radioisotopen, fission, fusion, antimaterie
        • nuklearthermische
        • Solarthermische
  • Einsteinsche Relativistische Systeme
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Welche Antriebe werden in der Regel verwendet?

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  • bis auf experimente ausschließlich Newtonsche Reaktionsantriebe mit variabler Masse
  • Launch mit chemischen Hochschub-Antrieben, die energiebeschränkt sind und daher niedrige Austrittsgeschwindigkeiteiten c_e haben
  • Entweder impulsive Orbitmanöver mit niedrigen Austrittsgeschwindigkeiten oder un-/gepulste Niedrigschubspiralmanöver mit hohen Austrittsgeschwindigkeiten
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Welche drei Fundamentalgleichungen sind für Raketenantriebe relevant und welche Bedeutung haben diese?

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  • Gleichungen gelten ohne EInschränkungen für alle Raketenantriebe
  • Tsiolkovsky-Gleichung
  • Kinematische Gleichung
  • Massenspezifische Leistungsdichte
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Nenne Beispiele der Raumfahrt

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  • ballistische Raketen
  • Satelliten
  • Sonden
  • bemannte Launcher
  • Raumstationen
  • Mondfähren
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Welche Möglichkeit gibt es, das Antriebsproblem zu überwinden?

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  • Einkopplung zusätzlicher Energie in elektrischer Form
  • Drei Beschleunigungsmechanismen:
    • rein thermisch (Resistojets)
    • elektrostatisch (Ionentriebwerke)
    • elektromagnetisch (magnetoplasmadynamische Triebwerke)
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Was gilt für elektrische Antriebe?

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  • die Energiequelle ist vom Treibstoff getrennt
  • dem Treibstoff wird elektrische Energie "von außen" zugeführt
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Welche Charakteristiken haben elektrische Antriebe?

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TESTE DEIN WISSEN
  • Aufgrund des Prinzips bestehen erweiterte Treibstoffauswahl- und Schubregelungsoptionen
  • Mit elektrischen Triebwerken können wesentlich höhere effektive Austrittsgeschwindigkeiten erzielt werden, als dies bei chemischen Antrieben möglich wäre, was zu Treibstoffeinsparungen oder höheren Geschwindigkeitsinkrementen dv führt
  • Der Schub F ist bei den derzeit in Entwicklung befindlichen elektrischen Antrieben auf ca. 100N begrenzt
  • Die SChubdichte F/A ist vergleichsweise gering
  • Elektrische Antriebe können aufgurnd ihres geringen Schubniveaus und zum Teil aufgrund ihres Funktionsprinzips erst im Weltraum zum Einsatz kommen
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Was ergibt eine Optimierung elektrischer Antriebe auf der Grundlage der Raketengleichung?

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  1. Die optimale effektive Austrittsgeschwindigkeit und das Nutzlastverhältnis hängen nicht nur vom Antriebsbedarf der Mission, sondern auch vom gewählten Triebwerkstyp, vom Treibstoff und von der Flugzeit ab
  2. Es existiert für jede Mission ein optimales Antriebsvermögen (Nutzlastverhältnis / Flugzeit)


es lässt sich allerdings beobachten, dass auch im Optimalfall ein interplanetarer Transfer mit einem elektrischen Triebwerk sehr lange dauern kann

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Welche Charakteristiken haben thermische Antriebe?

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  • Treibstoffe mit hoher Wärmekapazität und kleiner molekularer Masse werden bevorzugt. Letzters dient der Optimierung von c_e
  • Durch die Begrenzung der Hitzebeständigkeit der involvierten Bauteile können mit thermischen Triebwerken die hohen c_e von elektrischen Antrieben nicht mehr erreicht werden
  • dafür kann der Schub deutlich höher ausfallen, und so die Schubdichte
  • In der Regel sind höhere Leistungsdichten zu erwarten. Auch der Ausfall der Wandlung des Energievorrats in elektrische Formen ist vorteilhaft
  • Thermische Antriebe können unkonventionelle Flugbahnen ermöglichen
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Welche Folgen hat das Antriebsproblem?

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  • Lange Transferdauer
  • Geringer Nutzlastanteil
  • "Einwegraumfahrzeuge"


->  Das Missionsziel dominiert die Architektur, das Raumfahrzeug ist eine Sonderanfertigung

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Welche Konsequenzen ergeben sich aus der Leistungsbegrenzung?

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  • Die Leistungsbegrenzung erklärt die traditionelle Unterscheidung von Hoch- und Niedrigschubantrieben
  • Eine Anwendung zeigt, dass ein elektrischer Launch von der Oberfläche nicht möglich ist
  • Sie motiviert das Interessse, möglichst ergiebige und "leichte" Energiequellen zu entwickeln, jedoch auch "leichte" Strukturen
  • Es stellt sich die Fraage, ob Antriebe gebaut werden können, die trotz beschränkter Leistungsdichte einen optimalen Transport ermöglichen
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Beispielhafte Karteikarten für deinen Unkonventionelle Raumfahrtantriebe Kurs an der Universität Stuttgart - von Kommilitonen auf StudySmarter erstellt!

Q:

Was versteht man unter Raumfahrt?

A:

alle anthropogenen Aktivitäten im Weltraum:

  • launch in den Weltraum
  • operation diverser Objekte in der Einflusssphäre der Erde
  • Missionen im erdnahen Raum, aber außerhalb des irdischen Gravitationseinflusses
  • Reisen innerhalb des Sonnensystems
Q:

Wie lassen sich Raumfahrtantriebe kategorisieren ?

A:
  • Newtonsche Reaktionsantriebe
    • Massen invariante Systeme
    • Massenvariante Systeme
      • Elektrische Systeme: Elektro-thermisch, -statisch und -magnetisch
      • Thermische systeme
        • chemisch
        • Nuklear thermisch: radioisotopen, fission, fusion, antimaterie
        • nuklearthermische
        • Solarthermische
  • Einsteinsche Relativistische Systeme
Q:

Welche Antriebe werden in der Regel verwendet?

A:
  • bis auf experimente ausschließlich Newtonsche Reaktionsantriebe mit variabler Masse
  • Launch mit chemischen Hochschub-Antrieben, die energiebeschränkt sind und daher niedrige Austrittsgeschwindigkeiteiten c_e haben
  • Entweder impulsive Orbitmanöver mit niedrigen Austrittsgeschwindigkeiten oder un-/gepulste Niedrigschubspiralmanöver mit hohen Austrittsgeschwindigkeiten
Q:

Welche drei Fundamentalgleichungen sind für Raketenantriebe relevant und welche Bedeutung haben diese?

A:
  • Gleichungen gelten ohne EInschränkungen für alle Raketenantriebe
  • Tsiolkovsky-Gleichung
  • Kinematische Gleichung
  • Massenspezifische Leistungsdichte
Q:

Nenne Beispiele der Raumfahrt

A:
  • ballistische Raketen
  • Satelliten
  • Sonden
  • bemannte Launcher
  • Raumstationen
  • Mondfähren
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Q:

Welche Möglichkeit gibt es, das Antriebsproblem zu überwinden?

A:
  • Einkopplung zusätzlicher Energie in elektrischer Form
  • Drei Beschleunigungsmechanismen:
    • rein thermisch (Resistojets)
    • elektrostatisch (Ionentriebwerke)
    • elektromagnetisch (magnetoplasmadynamische Triebwerke)
Q:

Was gilt für elektrische Antriebe?

A:
  • die Energiequelle ist vom Treibstoff getrennt
  • dem Treibstoff wird elektrische Energie "von außen" zugeführt
Q:

Welche Charakteristiken haben elektrische Antriebe?

A:
  • Aufgrund des Prinzips bestehen erweiterte Treibstoffauswahl- und Schubregelungsoptionen
  • Mit elektrischen Triebwerken können wesentlich höhere effektive Austrittsgeschwindigkeiten erzielt werden, als dies bei chemischen Antrieben möglich wäre, was zu Treibstoffeinsparungen oder höheren Geschwindigkeitsinkrementen dv führt
  • Der Schub F ist bei den derzeit in Entwicklung befindlichen elektrischen Antrieben auf ca. 100N begrenzt
  • Die SChubdichte F/A ist vergleichsweise gering
  • Elektrische Antriebe können aufgurnd ihres geringen Schubniveaus und zum Teil aufgrund ihres Funktionsprinzips erst im Weltraum zum Einsatz kommen
Q:

Was ergibt eine Optimierung elektrischer Antriebe auf der Grundlage der Raketengleichung?

A:
  1. Die optimale effektive Austrittsgeschwindigkeit und das Nutzlastverhältnis hängen nicht nur vom Antriebsbedarf der Mission, sondern auch vom gewählten Triebwerkstyp, vom Treibstoff und von der Flugzeit ab
  2. Es existiert für jede Mission ein optimales Antriebsvermögen (Nutzlastverhältnis / Flugzeit)


es lässt sich allerdings beobachten, dass auch im Optimalfall ein interplanetarer Transfer mit einem elektrischen Triebwerk sehr lange dauern kann

Q:

Welche Charakteristiken haben thermische Antriebe?

A:
  • Treibstoffe mit hoher Wärmekapazität und kleiner molekularer Masse werden bevorzugt. Letzters dient der Optimierung von c_e
  • Durch die Begrenzung der Hitzebeständigkeit der involvierten Bauteile können mit thermischen Triebwerken die hohen c_e von elektrischen Antrieben nicht mehr erreicht werden
  • dafür kann der Schub deutlich höher ausfallen, und so die Schubdichte
  • In der Regel sind höhere Leistungsdichten zu erwarten. Auch der Ausfall der Wandlung des Energievorrats in elektrische Formen ist vorteilhaft
  • Thermische Antriebe können unkonventionelle Flugbahnen ermöglichen
Q:

Welche Folgen hat das Antriebsproblem?

A:
  • Lange Transferdauer
  • Geringer Nutzlastanteil
  • "Einwegraumfahrzeuge"


->  Das Missionsziel dominiert die Architektur, das Raumfahrzeug ist eine Sonderanfertigung

Q:

Welche Konsequenzen ergeben sich aus der Leistungsbegrenzung?

A:
  • Die Leistungsbegrenzung erklärt die traditionelle Unterscheidung von Hoch- und Niedrigschubantrieben
  • Eine Anwendung zeigt, dass ein elektrischer Launch von der Oberfläche nicht möglich ist
  • Sie motiviert das Interessse, möglichst ergiebige und "leichte" Energiequellen zu entwickeln, jedoch auch "leichte" Strukturen
  • Es stellt sich die Fraage, ob Antriebe gebaut werden können, die trotz beschränkter Leistungsdichte einen optimalen Transport ermöglichen
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