Wie viel weniger Treibstoff verbrennen Raketen mit höherer G-Kraft?

Wie unterscheidet sich die G-Kraft beim Start zwischen Raumfahrzeugen in Bezug auf die Effizienz zwischen bemannten und unbemannten Raumflügen? Bedeutet weniger Zeit in der Atmosphäre eine Treibstoffeinsparung für einen interplanetaren Start? Könnte der Normalbürger oder erfahrene Pilot sicher mehr als 3G standhalten, wenn die Brenndauer auch kürzer ist?

Definiere "Effizienz". Wie hast du es eilig?
@RussellBorogove ist diese bessere und nette Antwort.

Antworten (1)

In der Vergangenheit setzten Atlas- und Titan-Booster, die im Mercury- und Gemini-Programm verwendet wurden, Astronauten beim Aufstieg für kurze Zeit bis zu 8 g aus. Da die Astronauten während des Aufstiegs nicht viel tun mussten, war dies kein großes Problem; Wenn sie ausgegraut oder sogar kurzzeitig schwarz wurden, würde der Booster unbemerkt weitermachen. Dies waren geübte Testpiloten und Kampfpiloten, die daran gewöhnt waren, durch Manöver mit hohem g zu funktionieren, aber ich glaube, jeder einigermaßen gesunde Zivilist könnte ein paar kurze Stromausfälle bei 7 g oder 8 g überleben.

Spätere Booster, die speziell für Flüge mit Besatzung gebaut wurden, tauschten eine kleine Menge Delta-V-Fähigkeit gegen den Komfort der Besatzung ein. Saturn-Apollo lag bei 4 g und Shuttle bei 3 g.

Die Trägerrakete Titan II Gemini verbrauchte etwa 8950 m/s Delta-V, um die Umlaufbahn zu erreichen; Der Saturn V verbrauchte etwa 9200 m/s, so dass ein Abfall von 8-g-Peaks auf 4-g-Peaks zu etwas weniger als 3 % ∆v-Effizienzeinbuße führte.

Aufgrund der Nichtlinearität der Raketengleichung beträgt der Unterschied in der Treibstoffmasse weniger als 3 % (und hängt stark von der jeweiligen Konstruktion der Trägerrakete ab). Für einen zweistufigen Trägerraketen zum Orbit ist die Treibstoffmasse, die für einen 8-g-Peak-Aufstieg benötigt wird, wahrscheinlich etwa 1% höher als die für einen 4-g-Peak-Aufstieg benötigte Treibstoffmasse, wenn alle anderen Dinge gleich sind.

John Stapp hat viel mehr als 7 oder 8 g überlebt, mehr als 30 und 40 g.
Also haben sie sie für die Crew weniger effizient gemacht, das ist nett. Wie viel weniger effizient sind sie?
@Uwe Stapp hat etwa eine halbe Sekunde lang ~46g gemacht.
@Muze Diese Informationen wurden der Antwort hinzugefügt.
@Muze, es ist nicht nur die Besatzung, wenn Sie Ihre maximale G-Belastung halbieren, halbieren Sie die Schublasten auf der Rakete und der zugehörigen Ausrüstung und können sie leichter machen, indem Sie Schwerkraftverluste gegen weniger strukturelle Masse / mehr Treibstoff eintauschen.
Ich denke, Sie sollten näher darauf eingehen, warum Sie nur 1 % mehr Kraftstoff benötigen, um 3 % mehr zu bekommen Δ v
Bezüglich der Beobachtung, an Manöver mit hohem g gewöhnt zu sein: Es ist erwähnenswert, dass die überwiegende Mehrheit der Manöver mit hohem g in Kampfflugzeugen so durchgeführt wird, dass der Beschleunigungsvektor (oder g) ungefähr auf die Wirbelsäule des Piloten zeigt, während während ein Raketenstart, besagter Vektor zeigt seitlich durch die Brust und geradeaus durch den Rücken ... Ich persönlich empfinde den ersten Fall als viel weniger unangenehm ...
@Digger - Mein Verständnis ist, dass die transversale G-Kraft physisch besser toleriert wird und weniger wahrscheinlich G-LOC induziert, da das Blut nicht vom Kopf weggezogen wird, und dass der F-16-Sitz um 30 ° geneigt ist, um g zu verbessern Toleranz. Ist das eine Unterscheidung zwischen „weniger unbequem“ und „weniger gefährlich“?
@RussellBorogove Ja, ich hätte erwähnen sollen, dass die Wahrscheinlichkeit von G-LOC geringer, vielleicht viel geringer ist, wenn man den Fall der Trägerrakete im Vergleich zum Fall des Kampfflugzeugs betrachtet. Insofern ist der Startfall als weniger „gefährlich“ einzustufen. Ich bleibe jedoch bei meiner "Komfort" -Behauptung ... Ich versichere Ihnen, wenn Sie ein Auto finden könnten, das 5 Minuten lang mit 3 g beschleunigen könnte, würden Sie feststellen, dass nur der Akt des Atmens werden würde ermüdend, wie Sie das Beschleunigungsereignis ertragen mussten ...
Wenn ich fragen darf, ist das g-for-g bequemer, oder fühlt es sich mit 3 g im Shuttle auf dem Rücken schlechter an als 5-6 g in einem F-16?
@RussellBorogove Gute Frage. Ein Aspekt, den ich vernachlässigt habe, war die zeitliche Komponente, die mit den beiden besprochenen g- Belastungsszenarien verbunden ist ... und ich würde sagen, dass "g-für-g" der Fall, auf dem Rücken zu liegen, weniger unangenehm ist. Es ist nur so, dass die g- Belastung während des Starts über einen Zeitraum von Minuten ausgeübt wird, während die g- Belastung in einer Kampfflugzeugsituation über einen Zeitraum von Sekunden ausgeübt wird. Aber ja, drei quer verlaufende Gs sind für fünf Minuten in Folge schwieriger zu ertragen als 9 Gs für fünf Sekunden in Folge (obwohl die Wahrscheinlichkeit von G-LOC im zweiten Fall viel größer ist).