Startbeschleunigungen: Werte, Geschichte

Aufstieg G-Kräfte

Der Flugbericht der Apollo 11 AS-506-Trägerrakete enthält eine schöne Grafik der G-Kraft-Kurve dieses berühmten Saturn-V-Starts:

Aus diesem Diagramm können Sie ersehen, dass die erste Stufe des Saturn V außerhalb des Pads etwa 1,2 g leistet; Dies steigt schnell an, wenn der atmosphärische Luftwiderstand abnimmt und Kraftstoffmasse verbraucht wird. Der mittlere Motor wird absichtlich abgeschaltet, um die Beschleunigung zu begrenzen, und die vier Außenborder drücken weiter auf ein Maximum von etwa 3,9 g. Dies ist die höchste Beschleunigung in der Mission bis zum Wiedereintritt und der Landung.

Die oberen Stufen sind weniger dramatisch in ihrer Beschleunigung, folgen aber ähnlichen ansteigenden Kurven; Die Kurve der zweiten Stufe fällt einmal für die mittlere Motorabschaltung und noch einmal ab, wenn das Kraftstoff-Oxidationsmittel-Verhältnis umgeschaltet wird ("EMR-Verschiebung" in der Grafik für das Motormischungsverhältnis) - dies erfolgt, um I _sp im Vakuum zu optimieren , wobei der Zeitpunkt dynamisch gewählt wird, um eine gleichzeitige Erschöpfung von Brennstoff und Oxidationsmittel sicherzustellen. Die frühe Abschaltung des Mitteltriebwerks der zweiten Stufe wird durchgeführt, um Längsschwingungen (Pogo) zu reduzieren, anstatt die Beschleunigung zu begrenzen. Dies wurde ab dem Apollo 10-Flug eingeführt.

Die dritte Stufe verbraucht in diesem Teil der Mission nicht ihren gesamten Treibstoff; Der größte Teil der Treibstofflast ist für die spätere Mondinjektionsverbrennung, und deshalb ist seine Beschleunigungskurve im Vergleich zu den anderen so flach.

Mercury-Atlas-Missionen waren dramatischer: 1,35 g vom Pad, mit einem Spitzenwert von etwa 7 g, kurz bevor die Booster-Triebwerke abschalteten und abfielen, und stieg wieder auf fast 8 g, bevor dem Sustainer der Treibstoff ausging.

Hier ist Merkur-Atlas 7 :

Gemini-Titan erreichte auf der zweiten Stufe über 7 g. Hier ist eine Handlung aus dem Missionsbericht von Gemini VIII:

Sowohl Atlas als auch Titan wurden als Interkontinentalraketen entworfen, also nicht wirklich für den menschlichen Komfort optimiert.

Das Space Shuttle war im Vergleich viel sanfter; Beim Burnout des soliden Boosters erreichte es den ersten Peak von 2,5 g, fiel kurzzeitig etwas unter 1 g und stieg dann langsam wieder auf 3 g bei den Hauptmotoren an. Das Netz wurde wiederholt gedrosselt, um etwa 3 g für etwas mehr als eine Minute zu halten.

Ich denke, Sojus macht beim Start weniger als 4 g.

Unter sonst gleichen Bedingungen kann ein Start mit höherem g treibstoffeffizienter sein, da weniger Energie an die Schwerkraft verloren geht, da er schneller in die Umlaufbahn gelangt, und Schwerkraftverluste dominieren normalerweise über Luftwiderstandsverluste. STS auf 3 g zu halten, war ein herausforderndes Designziel – es ist schwierig, eine tiefe Drosselungsfähigkeit in einen Motor einzubauen, aber das Shuttle wurde entwickelt, um relativ zerbrechliche Nutzlasten zu tragen. Sojus ist da ein kleiner Kompromiss.

Falcon 9 startet bei etwa 1,15 g und hätte je nach Nutzlast eine Spitzenbeschleunigung der ersten Stufe von etwa 4,5 g, aber es scheint, dass es seine Motoren gegen Ende der Verbrennung der ersten Stufe zurückdrosselt, um näher an 3,5 g zu bleiben.

Wiedereintritt und Landung von G-Forces

Ich habe kein gutes Zeitreihendiagramm der Wiedereintrittskraft gefunden, aber die Spitzen sind relativ kurz - die Kraft nimmt zu, wenn die Kapsel in dichtere Luft absteigt, aber ab, wenn die Kapsel langsamer wird. Je höher also die verlangsamende g-Kraft, desto kürzer es wird dauern.

Mercury-Astronauten nahmen beim Wiedereintritt etwa 11 g Spitzenkraft auf, Apollo etwa 6,5-7 g. Das Space Shuttle war erstaunlich sanft, mit einer Wiedereintrittskraft von nur 1,6 g.

Auch hier macht Sojus ungefähr 4 g, denke ich.

Es kann auch einen ziemlich guten Ruck beim Aufsetzen / Spritzen geben. Einige der Apollos trafen am Ende der Fahrt auf steigende Wellen, um einen sehr kurzen Stoß von 15 g zu erzielen.

STS- und Sojus-G-Streitkräfte sind notwendigerweise ebenfalls niedrig, weil sie zivile Besatzungen transportieren. Auch im Fall des Shuttles ist dies eine wichtige Konstruktionsüberlegung: Der sanfte Wiedereintritt bedeutet, dass das Schiff eine längere Zeit hoher thermischer Belastung bewältigen muss, was eher ausgefallene und anfällige Keramikfliesen als einen einfachen ablativen Hitzeschild erfordert.

Um Ihre zweite Frage zu den Erfahrungen der Astronauten zu beantworten und wie viel Gedanken in die Anpassung des G-Kraft-Profils eines Starts gesteckt wurden, hat die NASA ein Dokument veröffentlicht, das Informationen über die Überlebensfähigkeit eines Menschen bei der G-Kraft enthält.

Hier ist das Papier , die relevante Abbildung, die Sie wollen, ist Abbildung 5, die sich etwa auf der Hälfte der Seite befindet. Die Figur ist ein Diagramm von g-Kräften auf der y-Achse und der Zeit auf der x-Achse mit hervorgehobenen Bereichen der Überlebensfähigkeit.

Abb. 5 - Menschliche Zeittoleranz: Beschleunigung