Wie schaffen es Raketen auf 28.000 km/h zu beschleunigen?
Wie schaffen es raketen die Fluchtgeschwindigkeit zu erreichen?
Um die 28000 km/h zu erreichen müssen die Abgase eines Raketentriebwerkes ca. 7000 m/s erreichen. Gibt es irgendeinen Trick um diese Geschwindigkeit zu erreichen?
Mit Hilfe von Programmen wie CEA oder RPA konnte ich mit den Treibstoff CH4 und dem Oxidator O2 Geschwindigkeiten von etwas über 4000 m/s erreichen, auf optimalen Einstellungen. Jetzt stellt sich mir die Frage woher die restlichen 3000 m/s herkommen sollen. Freue mich über jegliche Antworten.
5 Antworten
> Wie schaffen es raketen die Fluchtgeschwindigkeit zu erreichen?
Das müssen sie gar nicht ;-)
Du könntest auch mit konstant 1 m/s von hier zum Mond fliegen, wenn Du einen geeigneten Treibstoff hättest: Immer so viel Rückstoß erzeugen, dass die Rakete ihre 1 m/s beibehält. Wäre allerdings ein sehr verschwenderischer Umgang mit dem Treibstoff ;-(
Wegen der Verschwendung und wegen des Fehlens eines "unendlich energiereichen" Triebstoffs wird in Erdnähe auf die benötigte Geschwindigkeit beschleunigt, danach nicht mehr.
Die Fluchtgeschwindigkeit (ebenso wie die beiden anderen kosmischen Geschwindigkeiten) gilt für ein Projektil, das auf der Erde abgeschossen wird (denk' Dir eine riesige Kanone), also einmalig seine kinetische Energie erhält und davon für den gesamten Flug zehren muss.
Die von Dir genannten 28.000 km/h sind übrigens nicht die Fluchtgeschwindigkeit (aka zweite kosmische Geschwindigkeit. Die wird benötigt, um der Erdanziehung zu entfliehen), sondern die erste kosmische Geschwindigkeit. Die wird benötigt, um auf einer - theoretischen - Kreisbahn knapp über der Oberfläche zu fliegen.
https://www.lernhelfer.de/schuelerlexikon/physik-abitur/artikel/kosmische-geschwindigkeiten
Dabei ist die Geschwindigkeit, die für eine antriebslose niedere Umlaufbahn um die Erde, beispielsweise die der ISS, gebraucht wird, kaum geringer als die erste Fluchtgeschwindigkeit, ca. 27.500 km/h hat die ISS.
https://www.dlr.de/schoollab/desktopdefault.aspx/tabid-14214/24656_read-60998/
Beim Mondflug blieb die Geschwindigkeit auch nur knapp unter der zweiten kosmischen Geschwindigkeit von 40.300 km/h. Die Apollo-Missionen beschleunigten bis 39.400 km/h.
https://www.leifiphysik.de/mechanik/kraft-und-bewegungsaenderung/ausblick/mondlandung-apollo-11
Deine 7000 m/s entsprechen fast den 28.000 km/h, also der Geschwindigkeit für eine niedrige Erdumlaufbahn. Und nein, diese Geschwindigkeit müssen die Abgase nicht erreichen, auch nicht annähernd.
Es ist ja nicht so, dass 100 Tonnen Rakete sich an 100 Tonnen Treibstoff abstoßen, einmalig. Vielmehr wird beim Start der Rakete fast nur Treibstoff am Treibstoff abgestoßen, der noch nicht verbrannte am verbrannten. Mit jeder Sekunde hat der unverbrannte Treibstoff dann eine höhere Geschwindigkeit, von der Erde gesehen, und auf Basis dieser schon erreichten Geschwindigkeit erfolgt die weitere Beschleunigung.
Deswegen haben Raketen ja so eine immense Größe, weil sie zu 90 % aus Treibstoff bestehen, der beschleunigt werden muss, um in späteren Phasen bei hohen Geschwindigkeiten als Grundlage für Rückstoß zu dienen. Und deswegen gibt es auch mehrere Stufen, weil die riesigen und schweren Tanks nur anfangs benötigt werden und später nur Ballast sind.
Genaues dazu findest du unter dem Stichwort Raketengleichung.
Raketen erreichen Fluchtgeschwindigkeit durch Verbrennen von Treibstoffen und Oxidatoren in Raketentriebwerken. Die Abgase des Raketentriebwerks erzeugen einen Rückstoß, der die Rakete nach vorne treibt. Um eine Geschwindigkeit von 28.000 km/h zu erreichen, müssen die Abgase eines Raketentriebwerks eine Geschwindigkeit von etwa 7000 m/s erreichen. Es gibt keinen Trick, um diese Geschwindigkeit zu erreichen; es ist das Ergebnis der Verbrennung von Treibstoffen und Oxidatoren in einem Raketentriebwerk.
Die Fluchtgeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit, die ein Objekt erreichen muss, um der Anziehungskraft eines Himmelskörpers zu entkommen. Die Fluchtgeschwindigkeit der Erde beträgt etwa 11,2 km/s oder etwa 40.320 km/h. Wenn eine Rakete diese Geschwindigkeit erreicht hat, kann sie die Anziehungskraft der Erde überwinden und ins Weltall fliegen.
Die Geschwindigkeit von Raketen hängt von vielen Faktoren ab, einschließlich des Gewichts der Rakete und des Nutzlasts sowie der Menge und Art des verwendeten Treibstoffs und Oxidators. Die Geschwindigkeit einer Rakete kann auch durch die Verwendung von mehreren Stufen erhöht werden. Jede Stufe enthält ein eigenes Raketentriebwerk und wird abgeworfen, wenn sie verbraucht ist.
Ich hoffe das hilft Ihnen weiter!
Die Raketengrundgleichung sagt Dir, wie: Es muß genug Treibstoffmasse ausgestoßen werden.
https://www.bernd-leitenberger.de/raketengrundgleichung.shtml
Ganz einfach, die eine Geschwindigkeit hat mit der anderen nichts zu tun.
Auch eine Rakete deren Abgase nur 1000 m/s schnell sind, kann die Fluchtgeschwindigkeit erreichen, wenn sie leicht genug ist.
Die Triebwerke müssen einfach nur genügend Schub erzeugen, um die Schwerkraft der Erde zu übertreffen. Wie schnell die Abgase dazu sein müssen hängt vor allem vom Gewicht der Rakete ab und lässt sich sicher über ein paar komplizierte Formeln berechnen. Sobald der Schub stark genug ist, beschleunigt die Rakete kontinuierlich, bis sie irgendwann die Fluchtgeschwindigkeit erreicht hat.
Bei dem Gesetz geht's aber nicht um Geschwindigkeit sondern um Kraft.
Zeigt Franz's Beispiel ganz gut.
Der Satz sagt aus, dass wenn der Raketenstrahl mit einer bestimmten Kraft unten rausschießt, die Rakete mit derselben Kraft in die andere Richtung (nach oben) gedrückt wird.
Ich dachte eine Rakete kann sich nicht schneller fortbewegen, als die Abgase die ausgestoßen werden, wegen dem Impuls-Erhaltungs-Gesetz