Frage von Chavez2012, 157

Wie schaffte das Apollo-Raumschiff durch das All zum Mond zu gelangen?

Hallo, ich würde gerne von jemanden wissen der sich gut mit Physik bzw. Astrophysik auskennt, wie das Apollo-Raumschiff es geschafft hat, nachdem es in die Schwerelosigkeit des All gelangt ist, die ca. 384 000 km zum Mond zu schaffen und dann später die gleiche Strecke wieder zurück zur Erde zu fliegen? Welche Kräfte habe dabei geholfen diese enomen Strecken zu bewältigen? Vielen Dank im Voraus.

Antwort
von ProfFrink, 134

Nicht die Entfernung ist das Problem, sondern das Schwerefeld der Erde. Also die Entferung von 384.000 km schafft auch ein Verkehrsflugzeug in ein oder zwei Betriebsjahren. Selbst Autos erreichen derartige Laufleistungen.

Das Schwerefeld der Erde muss überwunden werden. Dazu bedarf es einer Mindestgeschwindigkeit, die so genannte Fluchtgeschwindigkeit (rund 40.000 km/h), die erst aufgebaut werden muss. Dazu sind mehrstufige Raketen notwendig. Es bedarf auch mehrere Erdumrundungen bis dieses Geschwindigkeitsniveau erreicht ist. Dann erst erfolgt der Einschuss in Richtung Mond. Ab diesem Zeitpunkt fliegt das Raumschiff praktisch antriebslos mit unverminderter Geschwindigkeit weiter. - Astronauten berichten, dass diese Startvorgänge brutal sind. Enorme Beschleunigungskräfte und zusätzlich Erschütterungen müssen von Mensch und Maschine ausgehalten werden. Man erträgt es nur in der so genannten Beschleunigungsliege, eine Art Liegesitz, der den Beschleunigungsdruck auf den ganzen Körper verteilt. Der lange Weg über 384.000km zum Mond sind dagegen kein Ding. Alles ist ruhig. Kein Geschwindigkeitsempfinden. Schwerelosigkeit. Ab und zu was trinken. Pipi machen. Und abwarten. Vielleicht ab und an mal eine kleine Kurskorrektur durch Zündung einer kleinen Steuerdüse wohldosiert in Richtung und Zeitdauer. Nach wenigen Tagen "Wartezeit" erfolgt ein wohlberechnetes Bremsmanöver um in eine Mondumlaufbahn einzuschwenken. Das ist im Grunde ein Bremsmanöver und ein sich Einfangenlassen in ein Kräftegleichgewicht im Mondorbit. Erst zu diesem Zeitpunkt wird wieder Treibstoff verbraucht. Ist die Mondumlaufbahn erreicht und richtig ausgeregelt geht die weitere Reise um den Mondorbit wieder antriebslos weiter. Das Raumschiff verhält sich da nicht anders als ein irdischer Fernsehsatellit.

Zum Ausschwenken aus der Mondumlaufbahn muss wieder richtig Gas gegeben werden. Eine Zündung des Haupttriebwerks ist nötig. Dann folgt das antriebslose Zurückschweben mit kleinen Kurskorrekturen ab und an.

Dann kommt die hohe Schule der Raumfahrttechnik: Der Wiedereintritt in die Erdatmosphäre. Wird zunächst eingeleitet mit einem längeren Bremsmanöver. Kostet wieder viel Treibstoff, den man von Beginn an mit sich führen muss (teuer, teuer). Und dann kommt es auf die richtige Eintrittsgeschwindigkeit und den Eintrittswinkel an. Es soll nur ein schmales Fenster von 2° sein, habe ich mal gehört. Den Rest des Bremsmanövers muss die Reibung der Erdatmosphäre besorgen. Das ist auch der gefährlichste und unangenehmste Teil der Reise.

Du siehst daran, dass die Entfernung eher nicht das Problem ist. Es sind eher Aspekte wie Beschleunigungs- und Bremsmanöver, Richtungskontrolle, Lageregelung, Thermik und Vibration was die Sache so anspruchsvoll macht.

Kommentar von Chavez2012 ,

Danke! Frag mich aber immer noch wie die Crews der so dünn isolierten Apollo-Kapseln es immer wieder geschafft hat den Van Allen Gürtel ohne Folgeschäden mehrfach zu durchqueren.

Kommentar von Streamer ,

Der Gürtel wird möglichst schnell durchquert, die Raumschiffe waren zumindest gegen einen Teil der Strahlung abgeschirmt  um die Strahlendosis so gering wie möglich zu halten (prinzipbedingt, β-Strahlung lässt sich durch Aluminium abschwächen).

Kommentar von Chavez2012 ,

Wie konnte man den Gürtel der ja auch im All ist denn schneller durchqueren als den Rest der Strecke zum Mond?

Kommentar von Streamer ,

Man hält sich erst in einer niedrigen/erdnahen Umlaufbahn auf. Dann verlässt man die Umlaufbahn und durchquert den Gürtel. Es ist nicht so, als ob man sich mehrere Tage innerhalb des Gürtels aufhalten würde. Der äußere Teil des Gürtels reicht nur etwas 6000 km über die Erdoberfläche, der Mond ist 350000 km oder so entfernt. Wenn man diese große Entfernung zurücklegt ist das Durchqueren des Gürtels nur ein Bruchteil der eigentlichen Flugzeit. 

Expertenantwort
von uteausmuenchen, Community-Experte für Physik, 68

Hallo Chavez2012,

darf ich ganz ehrlich sein? Wenn ich mir hier die Kommentare von Dir auf die Antworten der anderen User anschaue, dann ist mein Eindruck, dass es sich um eine Fake-Frage handelt. Du willst - so mein Eindruck - nicht wissen, sondern ein wenig Mondverschwörung verbreiten.

Naja, ich antworte mal so, als wäre mein Eindruck anders.... ;-)

wie das Apollo-Raumschiff es geschafft hat, nachdem es in die Schwerelosigkeit des All gelangt ist, die ca. 384 000 km zum Mond zu schaffen und dann später die gleiche Strecke wieder zurück zur Erde zu fliegen? Welche Kräfte habe dabei geholfen diese enomen Strecken zu bewältigen?

Deine Frage beginnt also an dem Punkt, an dem die Rakete schon auf "Reisegeschwindigkeit" ist. Und da muss man nun klar sagen: Wenn Du das erst mal geschafft hast, dann ist es wirklich leicht. Die Apollo Kapseln flogen auf einer sogenannten "Free-Return-Trajektorie".

Wenn Du einen Ball hochwirfst, dann ist der Ball für die Flugdauer kräftefrei. Seine Flugbahn ergibt sich genau aus dem Gleichgewicht von nach oben gerichteter Bewegung und nach unten gerichteter Anziehung. Und tatsächlich war die Flugkurve der Apollo-Kapsel genau so etwas - nur "in groß".

Der Vorteil dieser Wahl der Flugbahn ist erstens natürlich, dass man sehr wenig Treibstoff braucht. Im All ist die Bewegung ja nicht durch Reibung gebremst. Die Geschwindigkeit verlangsamt sich nur durch das Überwinden des Schwerefeldes der Erde.

Zweitens ist der Vorteil der "Free-Return-Trajektorie" genau das, was ihr Name sagt: Die Kapsel kommt im Falle eines Defektes an den Steuerdüsen von selber wieder Richtung Erde zurück.

Durchgerechnet findest Du das Ganze - falls es Dich interessiert - zum Beispiel hier sehr schön:

http://www.braeunig.us/apollo/apollo11-TLI.htm

Ganz unten auf dieser Seite findest Du auch Deine in den Kommentaren aufgeworfene Frage zum Van-Allen-Belt angesprochen und einen weiterführenden Link zu einer Rechnung auch dafür.

Die Flugbahn streift tatsächlich den Van-Allen-Belt nur, was die Strahlendosis, denen die Crew ausgesetzt ist, stark begrenzt. Die Zone des äußeren Van-Allen-Gürtels, in denen die energiereichsten Teilchen zu erwarten sind, wurde durch die Wahl der Flugbahn in knapp 10 Minuten durchquert. Und natürlich hält auch die Hülle der Kapsel einiges ab. Auch das sollte man nicht vergessen.

Wie gesagt, im weiterführenden Link ist das Ganze mal durchgerechnet. Allein aus dem Van-Allen-Belt waren für die Apollo 11 Astronauten nur etwa 32 Millirem zu erwarten. Die heute gebräuchliche Einheit ist das Sievert, wobei gilt: Ein Sievert entspricht 100 rem, ein Millisievert also 100 Millirem. Du kannst leicht ergoogeln, dass jeder von uns der natürlichen Strahlungsbelastung von etwa 2mSv im Jahr ausgesetzt ist. Oder anders ausgedrückt: Die Strahlenbelastung war erheblich kleiner als das, was der menschliche Körper sowieso jedes jahr abkriegt.

Und zuletzt zu Deiner hier mehrfach gestellten Frage:

Komisch, dass man daher nicht schon längst auf dem Mars war.

Waren wir ja auch. Aber unbemannt. Und zwar auch bereits in den 1970ern mit den Viking Sonden. Tatsächlich ist nämlich das Hinbringen der Rakete das kleinste Problem.

Bemannt sieht das allein aufgrund der Entfernung anders aus. Der Mond ist 384 000 km weg - im Durchschnitt. Der Mars kommt uns nie näher als 55 Millionen Kilometer. Meist ist er sehr, sehr viel weiter weg. Man darf die Entfernungen nicht unterschätzen.

Eine Kapsel dorthin wäre mehrere Jahre unterwegs, bis sie wieder hier ist. Das wirft bei einer bemannten Mission ganz andere logistische Probleme auf als eine einwöchige Tour wie bei Apollo (Proviant, ärztliche Versorgung, psychische Probleme, Treibstoff,...). Und es erfordert auch einen ganz anderen Strahlenschutz. Nicht zuletzt, weil man über 2 Jahre einen Sonnensturm nicht ausschließen kann - bei einer Woche kann man das Weltraumwetter recht gut abschätzen.

Man muss hier klar sagen: Mit dem Eintreten in das Computerzeitalter war es möglich, mit unbemannten Sonden Daten von der Marsoberfläche oder seiner Atmosphäre zu bekommen. Und zwar erheblich billiger als mit Astronauten. Bemannte Raumfahrt ist teuer - unnötig teuer, weil Naturwissenschaftler ihre Daten heute auch sehr viel billiger unbemannt kriegen können. Und genau deshalb gab es keine bemannten Raumflüge in solche Entfernungen.

Grüße

Antwort
von Roderic, 29

Welche Kräfte habe dabei geholfen diese enomen Strecken zu bewältigen?

Die Schubkraft eines AJ10-137 Triebwerks der AeroJet-General-Corporation mit einem Schub von 95,5kN.

versorgt mit 7.2t Aerozin-50 Treibstoff und 11.4t Distickstofftetroxid als Oxidator.

https://de.wikipedia.org/wiki/Apollo\_%28Raumschiff%29#Triebwerk

;-)

Antwort
von dompfeifer, 38

Als Kräfte sind Gravitationskräfte und Beschleunigungskräfte zu überwinden mittels des Schubes des Triebwerkes. Die Entfernung zwischen Startpunkt und Zielpunkt spielt dabei keine Rolle.

Zunächst wird das Raumschiff mit dem erforderlichen Energieaufwand (mittels Treibsoff) über die irdische Fluchtgeschwindigkeit beschleunigt, wobei auch noch der Luftwiderstand in der Atmosphäre überwunden werden muss. Danach wird das Triebwerk abgeschaltet bis kurz vor Zielerreichung. Damit ist das Schiff keinesfalls  

"in die Schwerelosigkeit des All gelangt ",

es befindet sich ohne Antrieb, ohne Widerstand und ohne Abstützung auf einer Unterlage einfach im zielgerichteten freien Fall (so ähnlich wie ein Golfball), im Zustand der Gewichtslosigkeit (irreführend "Schwerelosigkeit" genannt). Die "Schwerelosigkeit des Alls" ist ein Mythos. Kein Raum kann "schwerelos" sein. Gravitation wirkt überall, sonst gäbe es z.B. keine Mondbahn oder Erdbahn.

Bei Annäherung an den Mond muss das Schiff wieder mittels Triebwerk beschleunigt werden, um z.B. in eine Mondumlaufbahn einzuschwenken und darin antriebslos zu kreisen. Zur Rückkehr muss es zunächst wieder beschleunigt werden, um die Fluchtgeschwindigkeit am Mond zu übertreffen. Danach folgt wieder der zielgerichtete, antriebslose freie Fall bis zur Annäherung an die Erde. Hier wird das Schiff z.T. mittels Triebwerk abgebremst, z.T. mittels Luftwiderstand an den keramischen Außenkacheln. Die werden ähnlich wie Bremsbacken stark erhitzt.

Antwort
von weckmannu, 62

Die Gravitation der Erde hört nicht oberhalb der Atmosphäre plötzlich auf, sondern sie klingt mit der Entfernung allmählich ab, ist also auf dem Erdboden stark und reicht abklingend weit ins All und natürlich auch noch bis zum Mond, der deshalb einmal in 4 Wochen die Erde umkreist.
Für die Raumfahrt heißt das, man braucht am Anfang am meisten Kraft, um eine Rakete vom Boden weg zu bekommen, damit sie schnell genug ist, um bis auf Höhe der Satellitenbahnen zu fliegen. Wenn sie noch etwas schneller ist und die Fluchtgeschwindigkeit für den Flug zum Mond erreicht hat, fliegt sie ohne weiteren Antrieb bis dorthin. Der Unterschied ist ca. 50% mehr. Also ist ein Raketenstart für den Flug zum Mond statt 'nur' zur ISS nicht soviel aufwändiger, wie die Entfernungsunterschiede es erscheinen lassen. Um die Machbarkeit zu kritisieren oder anzuzweifeln, sollte man sich also erst mal die zugehörigen physikalischen Grundkenntnisse aneignen.

Kommentar von weckmannu ,

zurück zur Erde heute fast von allein, weil das Raumschiff ja von ihr angezogen wird. Man muß 'nur' die Schwerkraft des Mondes über winden, um dessen Fluchtgeschwindigkeit zu erreichen. Die Anziehung des Mondes ist nur 1/6 wie auf der Erde und die Kapsel muß ja nicht mehr das Gewicht des Treibstoffs für den Hinflug enthalten. Beim Mars ist die Anziehung viel stärker als beim Mond, also braucht man mehr Treibstoff=Gewicht für die Landung und den Start. Für den langen Flug zum Mars braucht man mehr Sauerstoff, Wasser, Proviant - statt einige Tage zum Mond braucht man viele Monate. Also muß eine Rakete zum Mars viel größer und damit teurer sein als die Mondrakete. Erschwerend kommt noch, daß die Strahlenbelastung auf der Reise zum Mars ein ungelöstes Problem ist.

Kommentar von weckmannu ,

Korrektur des 1. Satzes: es geht fast allein

Kommentar von weckmannu ,

Fluchtgeschwindigkeit Erde -> Mond 11,7 m/sec

Mond -> Erde 2,4 m/sec

Kommentar von Siggy ,

Nicht Meter sondern Kilometer!

Kommentar von weckmannu ,

Sorry - Siggy hat Recht es sind 11km/sec usw. - wäre sonst doch recht langsam --- DANKE

Antwort
von FooBar1, 153

Ohne Luftwiderstand kann jedes Objekt unendlich weit fliegen ohne gebremst zu werden. Sprich es reicht einmal zu beschleunigen und dann einfach nichts zu tun. Die einzige Kraft die da noch mitspielt ist die Gravitation. Die vom Mond wurde genutzt um dort in der Umlaufbahn zu bleiben

Kommentar von Chavez2012 ,

Klingt ja nach einem total einfachen Unterfangen, wenn man deiner Erklärung Glauben schenken mag. Komisch, dass man daher nicht schon längst auf dem Mars war.

Kommentar von Streamer ,

Da ist überhaupt nichts einfaches dran. Nur weil es keinen Luftwiderstand gibt heißt das nicht, dass Dinge so viel einfacher werden. 

Kommentar von Agronom ,

Die Kräfte sind nunmal prinzipiell einfach zu überwinden, natürlich klingt es auch einfacher, als es tatsächlich ist. Außerdem können kleinste Fehler können fatale Folgen haben.

Der Mars ist eine komplett andere Situation, im günstigsten Fall ist der knapp 56 Millionen km entfernt, das war zuletzt vor 12 Jahren und davor zuletzt vor 73.000 Jahren, die Entfernung kann aber auch bis über 400 Mio km betragen.

Kommentar von TomRichter ,

"Schon längst" scheiterte daran, dass nach dem Ende des kalten Krieges niemand mehr bereit war, viel Geld auszugeben für Weltraummissionen, die mehr Prestige als wissenschaftliche Erkenntnis einbringen.

Ein bemannter Flug zum Mars ist aber geplant:

http://www.welt.de/wirtschaft/article123495374/Fuer-sechs-Milliarden-zum-Mars-um...

Kommentar von Roderic ,

Im Vergleich zum Mars liegt der Mond ja auch gleich umme Ecke.

Kommentar von FooBar1 ,

Wenn du jetzt aber bedenkst das die Computer früher alle viel schlechter waren als heutige Taschenrechner und bei jedem kleinen Problem man fast draufgeht war es immernoch eine Riesen Leistung.

Man fliegt heute nicht zum Mond weil erstes viel weniger Geld da ist und zweitens die stecke sehr viel länger ist.

Kommentar von Chavez2012 ,

Weniger Geld da?? Belege?? Die Strecke ist SEHR viel länger?? Belege??

Kommentar von Agronom ,

Die Beiträge der US-Regierung an die NASA werden ständig gekürzt, das ist keine Zauberei das herauszufinden. Die Vergrößerung der Strecke stellt wohl eher kein Problem dar, entscheidend wohl eher das Verhältis von Motivation und Finanzierung, also es bestandbisher keine Motivation dafür, die eine solche Investition gerechtfertigt hätte.

Kommentar von Streamer ,

Die mittlere Entfernung zwischen dem Mond und der Erde wächst jährlich um etwa 3,8 cm. 

https://de.wikipedia.org/wiki/Mond#Vergr.C3.B6.C3.9Ferung_der_Umlaufbahn

Ab 2018 sind übrigens wieder Mondlandungen geplant, NASA's SLS-Raketenfamilie wird derzeit unter anderem dafür entwickelt. 

Kommentar von Chavez2012 ,

Wow, 3,8 cm pro Jahr....Also seit dem Jahr 1969 unglaubliche 166cm^^ 

Kommentar von FooBar1 ,

Haha du brauchst nen Beleg dafür das der Mars weiter weg ist als der Mond? Von wikipedia mal was gehört? Kann man für so einfache Sachen selbst bedienen.

Kommentar von Streamer ,

FooBar, ich glaube es gibt ein Missverständnis weil du vorher geschrieben hattest

Man fliegt heute nicht zum Mond weil erstes viel weniger Geld da ist und zweitens die stecke sehr viel länger ist.

Ich denke du meintest den Mars? 

Kommentar von FooBar1 ,

Ja das war missverständlich. Meine Schuld

Kommentar von FooBar1 ,

Im Vergleich zu jeder anderen Sonne liegt der Mond direkt vor uns.

Antwort
von Marie150998, 157

Im Weltall wird man nicht gebremst, kann also fast unendlich weiter fliegen, zum steuern werden Triebwerke verwendet. Die Triebwerke üben eine Kraft auf die ausgestoßenen Teilchen aus und treiben so die Rakete nach vorne.

Kommentar von Chavez2012 ,

Man kann einfach so unendlich weit fliegen sobald man das Weltall erreicht hat? Interessant.

Kommentar von Marie150998 ,

Dadurch, dass man im Weltall keine Reibung durch die Luft hat behält man die Anfangsgeschwindigkeit, solange man einem Planeten nicht zu nahe kommt.

Kommentar von Chavez2012 ,

Klingt ja nach einem total einfachen Unterfangen, wenn man deiner Erklärung Glauben schenken mag. Komisch, dass man daher nicht schon längst auf dem Mars war.

Kommentar von Marie150998 ,

naja, der Start und die Landung sind ja das schwierigste und so was ist ja auch ziemlich teuer...

Kommentar von Chavez2012 ,

Deine Antwort ergibt keinen Sinn oder? :)

Kommentar von Marie150998 ,

wieso nicht?

Kommentar von Chavez2012 ,

Du hast doch eben geschrieben, dass man wenn man es in All geschafft hat man unendlich weit fliegen kann. Und bist man im All ist übernimmt ja der Düsenantrieb die Aufgabe in dieses zu gelangen.

Kommentar von Marie150998 ,

ja und wo liegt das Problem?

Kommentar von Chavez2012 ,

Das ist habe ich dich doch gefragt. Warum ist man, wenn deine Aussage stimmen sollte, nicht schon längst auf dem Mars gewesen? Du meintest doch eben man kann unendlich weit fliegen wenn man bereits im All ist....

Kommentar von Marie150998 ,

Das sagte ich doch bereits, Das schwierige ist nicht die Strecke zu über winden, sondern die nötige Rakete zu bauen, auf dem Mars zu landen usw. zudem ist ein weiterer wichtiger Punkt die kosten, denn so eine bemannte Raumfahrt ist sehr teuer und die Flüge auf den Mond wurden ja auch aus Kostengründen eingestellt...

Kommentar von Marie150998 ,

außerdem weiß man wahrscheinlich noch nicht genug um eine sichere Landung für Menschen zu gewährleisten...

Kommentar von Chavez2012 ,

Schön wie du die offiziellen "Ausreden" der NASA wiedergibst aber ich mache dir da keinen Vorwurf ;) Danke trotzdem

Kommentar von Marie150998 ,

überzeug mich vom Gegenteil!

Kommentar von Chavez2012 ,

Das empfehle ich dir vom ganzen Herzen eigenständig zu machen ;) Viel Erfolg. Ich habs auch geschafft.

Kommentar von Marie150998 ,

Naja, wenn man nich mal seine eigenen Argumente aufführen kann... aber man, jedem das seine

Kommentar von Marie150998 ,

du fragst eine Frage und blockst die Antwort die du bekommst und die dir andere User auch vorgeben. irgendwo sind deine Gendankengänge, wenn du welche, hast ziemlich paradox

Kommentar von Chavez2012 ,

Naja, um ehrlich zu sein fand ich deine Aussagen sehr fragwürdig und paradox aber das ist halt nur meine persönliche Meinung.

Kommentar von SirHawrk ,

Chavez? wenn du deine Thesen nicht beweisen o.ä. kannst dann stimmen Sie auch nicht

Antwort
von baindl, 131

Lässt sich nicht "simpel" erklären, weil es ein komplexes Thema ist.

Vielleicht hilft Dir diese Seite:

https://www.lernhelfer.de/schuelerlexikon/physik-abitur/artikel/raketenantrieb-u...

Antwort
von FloTheBrain, 59

Sämtliche Fragen auf die angeblichen Ungereimtheiten der Mondmissionen wurden bereits beantwortet. Unlogisch sind daher nur noch die Argumente der Verschwörungstheoretiker. Schade, was da an Lebenszeit verschwendet wird um sich mit solchen Unsinn zu befassen.

http://scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/sternengeschichten/

Antwort
von SirHawrk, 127

Dabei geholfen haben das es überhaupt keinen antrieb brauchte auf dieser Strecke - sobald es einmal unterwegs ist wird es von nichts mehr gebremst

Kommentar von Chavez2012 ,

Verstehe ich leider nicht wie das funktionieren soll. Deswegen habe ich auch explizit in meiner Fragestellung darauf hingewiesen das Leute diese Frage beantworten die vom Fach sind um mir das physikalisch erklären können.

Kommentar von SirHawrk ,

Also guck auf der Erde schwirren Teilchen umher (Luft) die haben wie ein Stein oder sowas eine Masse und einen widerstand - der ist allerdings sehr gering deswegen merken wir ihn nicht aber er ist da // wenn du jetzt im Weltall bist gibt es diese Teilchen nur noch sehr selten also auch einen extrem geringen Widerstand und ein Raumschiff kann nahezu unendlich weit fliegen / problematisch wird es bei der Landung auf dem bzw beim Abflug von da / weil man dort dann im prinzip eine Raketen Abschuss Rampe haben müsste da auf dem Mond aber nur ca 1/8 der erd Schwerkraft herrscht ist es für ein Raumschiff deutlich einfacher von dort wieder in Richtung Erde abzuheben als umgekehrt

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