Warum werden Satelliten und andere Nutzlasten immer oben auf Raketen platziert?

Bei allen Raketen, die Satelliten in die Umlaufbahn bringen, befindet sich der Satellit immer oben.

Warum werden Nutzlasten immer oben auf Raketen platziert?

Für einen Moment hast du mich ratlos gemacht :) Tatsächlich kann die Nutzlast an der Seite platziert werden, also ist Ihre Prämisse falsch. Eine Sache, die ich nicht tun werde, ist, das Sat UNTER die Motoren zu stellen. Frittierte Sats sind schlecht für die Karriere.
Space Shuttle wird zur Seite gestartet, aber ansonsten...
@PearsonArtPhoto - Die Nutzlast von STS befindet sich in der Bucht über den SSMEs :) Sie denken eindeutig an Buran / Energia.
Andererseits hängt bei Stratosphärenballons die Nutzlast immer unter dem Ballon ;-)
Und bei bemannten Raumfahrzeugen befindet sich oft eine Abbruchrakete an der Spitze des Raumfahrzeugs.
@gerrit meine frage bezieht sich auf raketen, nicht auf luftballons :-) :-)
@DeerHunter (zweiter Kommentar): Der größte Teil des Treibmitteltanks liegt jedoch sogar über der Nutzlast.

Antworten (2)

Schauen wir uns zunächst einmal an, welche Einschränkungen beim Platzieren von Objekten in einer Rakete bestehen.

  1. Das Objekt muss aerodynamisch sein, sodass es die Starteigenschaften nicht beeinflusst.
  2. Sie müssen in der Lage sein, die Objekte leicht von der Rakete zu trennen.
  3. Der Schub muss unten erfolgen, um maximale Wirksamkeit zu erzielen, gerade nach unten, und der Schwerpunkt sollte mit dem Schub / Zentrum der Luftwiderstandsvektoren ausgerichtet sein.
  4. Sie wollen den Satelliten nicht überhitzen.
  5. Jedes bisherige Startsystem ist mehrstufig.

Okay, was sind angesichts all dessen Ihre Optionen, abgesehen von einem Satellitenstart an der Spitze, wie Sie erwähnt haben? Es gibt zwei bemerkenswerte Dinge, die ich einbeziehen werde.

  1. Der letzte Booster könnte in einen Satelliten eingebaut werden. Dies wird selten gemacht, wurde aber mit dem Explorer 1 , dem ersten US-Satelliten, gemacht. Der Grund dafür, dass dies selten gemacht wird, ist, dass der Satellit und die Rakete größtenteils unabhängig voneinander gebaut werden und daher der endgültige Raketenzustand nicht viel zum Satelliten beitragen kann. Außerdem passt dies immer noch zu dem Satelliten, der die Spitze des Stapels ist.
  2. Das Space Shuttle wurde von der Seite gestartet. Das Space Shuttle sollte aerodynamisch sein und konnte die Stöße der Fahrt aushalten, aber es wäre schwierig für ein nicht aerodynamisches Objekt wie die meisten Satelliten, die Kraft aufzunehmen. Es verlor durch sein Design an Effizienz, obwohl es keine signifikante Komponente des Verlusts war.
  3. Abbruchraketen werden bei bemannten Raumfahrtmissionen oft ganz oben auf dem Stapel platziert.

Unter dem Strich ist es praktisch, den Satelliten oben zu platzieren, um Vibrationen zu dämpfen, aerodynamische Turbulenzen zu reduzieren, die Leistung zu verbessern, die Erwärmung des Raumfahrzeugs zu reduzieren usw. Es muss nicht so gemacht werden, aber es macht das Design sicher a viel einfacher, und es gibt keine überzeugenden Fälle, die mir bekannt sind, etwas anders zu machen.

Ich könnte hinzufügen, dass Sie möchten, dass der Schwerpunkt des Stapels entlang des Schubvektors liegt, wenn alle Ihre Triebwerke in die gleiche Richtung zeigen. Wenn dies nicht der Fall ist, treten sogenannte „Kosinusverluste“ auf. Das Shuttle beispielsweise erfährt große Kosinusverluste. Dies ergibt sich aus der Tatsache, dass die SSMEs (an der Basis des Orbiters) auf den Schwerpunkt zeigen müssen und dadurch ein Teil des Vorteils ihres Schubs verloren geht.
Beachten Sie, dass die frühen Raketen von Robert Goddard den Motor oben hatten, um die passive Stabilität zu verbessern.
Goddard dachte, das würde zu einer stabileren Rakete führen, aber er lag falsch. en.wikipedia.org/wiki/Pendulum_rocket_fallacy
Ein neuer Kommentar zu einer alten Frage: "Der Schub muss unten passieren". Nicht ganz richtig. Das DARPA ALASA- Programm erwog eine „Puller“-Konfiguration mit den Triebwerken an der Spitze der ersten Stufe. Tatsächlich würden die Motoren von der ersten und zweiten Stufe geteilt (ein Albtraum für Klempnerarbeiten).
Es gibt andere Möglichkeiten, aber die höchste Effizienz besteht darin, den Schub unten zu haben.
@RussellBorogove: Zugegeben, er hat sich geirrt, aber deshalb hat er den Motor immer noch oben platziert.
Bei einer Reihe von Vorschlägen für nicht-atmosphärische nukleare interplanetare und interstellare Schiffe schleppen der glühend radioaktive Reaktor und der Motor den Fracht- und Lebenserhaltungsabschnitt an einem langen Kabel.
Es ist auch erwähnenswert, dass Raketentreibstoffrohre in der Regel einen so großen Durchmesser haben, dass es nicht trivial ist, die Motoren irgendwo anders als am Boden direkt mit den Tanks zu verbinden.

Sehen Sie sich ein (vorgeschlagenes) Gegenbeispiel an, den Vorschlag von Martin Marietta für den Space Shuttle External Tank Aft Cargo Carrier! (Das Bild wird Martin Marietta zugeschrieben; ich habe es im Spaceflight History-Blog gefunden .)Illustration eines Space Shuttles, das ohne Booster an seinem externen Tank montiert ist. Zwei Frachtvolumen sind blau hervorgehoben: die normale Shuttle-Nutzlastbucht und eine meist zylindrische Verlängerung des Außentanks, die hinter den Shuttle-Triebwerken hervorsteht

Ich habe keine vollständige Version des Konferenzpapiers „External Tank Aft Cargo Carrier“ für alle Nachteile gefunden, aber David SF Portees Blogbeitrag One Space Shuttle, Two Cargo Volumes: Martin Marietta’s Aft Cargo Carrier (1982) fasst einige zusammen Probleme (die nach meiner Lektüre aus den Marietta-Studien stammen und nicht aus der redaktionellen Bearbeitung durch den Blogger):

Die Position des ACC neben den drei Space-Shuttle-Haupttriebwerken (SSMEs) des Orbiters und zwischen den leistungsstarken zwei Solid-Rocket-Boostern (SRBs) bedeutete, dass die von ihm beförderten Nutzlasten stärkerer Erwärmung und akustischen Schlägen ausgesetzt waren als die in der Nutzlastbucht des Orbiters. Martin Marietta schlug ein ACC „Umweltschutzsystem“ vor, das aus 707 Pfund Wärmedämmung und einer 2989 Pfund schweren „Schallmauer“ besteht.

...

Martin Marietta ging davon aus, dass ein Orbiter mit geplanten Shuttle-Leistungsverbesserungen in der Lage sein würde, 36,9 Tonnen Nutzlast in eine 160 Seemeilen hohe Umlaufbahn zu befördern, die um 28,5 ° relativ zum Erdäquator geneigt ist. Ein leeres ACC würde die Masse des Shuttles beim Start um 8,3 Tonnen erhöhen, was möglicherweise die Nutzlastmasse verringern würde, die der Orbiter und das ACC in die Umlaufbahn bringen könnten. Wenn das ACC bis zum SSME-Cutoff angeschlossen bliebe, würde die Nutzlastmasse, die der Orbiter und das ACC in die Umlaufbahn bringen könnten, insgesamt 28,7 Tonnen betragen.

Nach meiner Lektüre wäre es ziemlich kompliziert gewesen, es in der Praxis anzuwenden. Die Verkleidungsinszenierung wurde vorgeschlagen, um nach dem SRB-Burnout Masse zu sparen, aber der externe Tank ist nicht für den Orbit bestimmt, sodass die Nutzlast am Ende Trittstufen usw. benötigt etwas anderes, von dem ich dachte, dass es Spaß machen würde, es zu teilen.

Warum werden Satelliten und andere Nutzlasten immer oben auf Raketen platziert?
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