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Alt 13.04.2015, 14:34   #1   Druckbare Version zeigen
Cu  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 119
CFK Materialien beim Wiedereintritt

Hallo zusammen

Ich habe neulich einen Artikel über weiterentwicklungen im Bereich der Raketenbooster gelesen. Hier sollen jetzt vermehrt auch in den Tanks CFK Materialien (also Kohlenstoffbasierte Materialien) verwendet werden um das Gewicht zu reduzieren. Was mich in dem Zusammenhang interessiert ist, wie sich dieses Material denn beim wiedereintritt verhält? Es kommt ja doch ab und zu vor, dass insbesondere die Metalltanks der letzten Raketenstufe den wiedereintritt überstehen und auf die Erde stürzen da sie nicht vollständig verdampfen. Was passiert umgekehrt wenn man diese Tanks aus CFK fertigen würde wie es in den nächsten Raketengenerationen ja geplant ist? Wenn ein Metallteil eintritt dann muss ja um es verdampfen zu können Energie zugeführt werden. Das heißt das System kühlt sich während dem verdampfen ja gewissermaßen selbst wie es auch die ablativen Hitzeschilde bewerkstelligen. CFK als Kunststoff hat ja aber die Eigenschaft recht gerne mit Sauerstoff zu reagieren, insbesondere wenn die Temperaturen steigen (beim wiedereintritt sollte das CFK ja mit Sauerstoffmolekülen in Kontakt kommen). Da bei diesem Prozess ja Energie frei wird, müsste sich das ganze ja sogar noch zusätzlich erhitzen, oder? Das heißt dass ja CFK eigentlich hervorragend geeignet ist um Weltraumschrott in der Atmosphäre sicher zu entsorgen, da es A) zu CO2 regiert und B) das ganze noch unter Energiefreisetzung wodurch der Prozess verstärkt statt gehemmt wird? Oder habe ich da jetzt einen Denkfehler?

Liebe Grüsse
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Alt 13.04.2015, 15:26   #2   Druckbare Version zeigen
Nick F. Männlich
Mitglied
Beiträge: 21.618
AW: CFK Materialien beim Wiedereintritt

booster sind dazu entwickelt worden, um die haupttriebwerke im take-off zu unterstützen. daher sind booster entweder die erste stufe der rakete oder spielen eine unterstützende rolle als kurz-feuernde teilstufen einer länger-feuernden ersten stufe, falls nur wenige stufen im raketen design sind. solche booster werden auch als nullte stufe bezeichnet (im russischen jargon gibt es nichteinmal ein wort für booster/hilfsraketen, die sprechen ausschließlich von "blöcken der ersten stufe"). daher kommen booster nicht einmal ansatzweise in die höhen, sodass man von einem wiedereintritt reden könnte. die frage, was mit einem booster während eines wiedereintritts passieren würde, ist folglich komplett irrelevant für raketen design.

die frage, ob man solche booster als weltraumputze benutzen könnte, ist natürlich eine andere geschichte und garnicht so uninteressant. allerdings ist es meiner meinung nach zu teuer und ineffizient. wenn du einen booster feuerst, dann kannst du ihn nicht mehr abstellen. ergo, der gesamte booster kann nur ein einziges stück weltraumschrott gen atmosphäre schicken. da es aber ausreicht einem solchen stück weltraumschrott nur einen kleinen ruck in die richtige richtung zu geben und man danach zum nächsten fliegen könnte und jenes auf kollisionskurs mit der erde schicken, wäre es imho sinnvoller ein steuerbares triebwerk für solche zwecke zu nutzen.

Nick
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Alt 13.04.2015, 16:09   #3   Druckbare Version zeigen
Cu  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 119
AW: CFK Materialien beim Wiedereintritt

Stimmt die Booster werden ja recht früh abgetrennt, allerdings gibts ja dann dennoch die Tanks der weiteren Raketenstufen die irgendwann eintreten können .
Im generellen Raketendesign zeichnet sich ja der Umstieg zu CFK ab. Bei der nächsten Ariane sollen ja auch die Tanks in CFK hergestellt werden und nicht mehr wie bisher rein aus Metalllegierungen. Es kommt ja doch ab und zu mal vor dass so ein Tank aus Metall den Wiedereintritt übersteht wie hier z.B.:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/05/Debris-sAfrica.jpg

Wenn man jetzt allerdings versucht diese Tanks in GFK zu fertigen dann müsste sich das doch auch positiv auf das "Verglühverhalten" auswirken oder? GFK müsste doch theoretisch von sich aus leichter verglühen als ein massiver Metallblock, oder irre ich mich da?

Liebe Grüsse
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Alt 13.04.2015, 17:13   #4   Druckbare Version zeigen
Nick F. Männlich
Mitglied
Beiträge: 21.618
AW: CFK Materialien beim Wiedereintritt

da kommen aber auch noch eine ganze reihe anderer probleme ins spiel. diese tankbehälter übernehmen eine strukturelle komponente, was bei boostern nicht der fall ist. booster müssen einfach nur stabil genug sein, um nicht selbst zu zerbrechen. hauptstufen müssen auch resonanzen unterdrücken und sehr viel höhere temperaturen sowie zug/kompressionsspannungen überstehen. das ist deutlich anspruchsvoller und da ist mein verständnis von materialwissenschaften auch deutlich zu gering als dass ich hier noch irgendwas sinnvoll sagen könnte. es würde mich aber nicht wundern, wenn da noch haufenweise anderer stoffe beigemischt werden bzw metallische strukturkomponenten verbaut werden. das wiedereintrittsverhalten wird durch solche feinheiten deutlich beeinflusst. schwer hier irgendetwas generelles zu prognostizieren.

Nick
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Alt 13.04.2015, 18:40   #5   Druckbare Version zeigen
Cu  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 119
AW: CFK Materialien beim Wiedereintritt

Ja das stimmt, da hast du recht. Sicherlich wird da Materialtechnisch rausgeholt was nach derzeitigem Verständnis technisch möglich ist denn es ist ja auch im Sinne der Raketenbauer Gewicht zu sparen. Weniger Eigengewicht ist wieder mehr Nutzlast und billigerer Start. Schade dass man hierzu als Laie weniger Literatur zum lesen findet wie man GFK und vorallem wo im Raketenbau einsetzen kann.


Liebe Grüsse
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