Nennen Sie das ein Gedankenexperiment.
Raumfahrzeuge in die Erdumlaufbahn und darüber hinaus werden traditionell mittels eines oder mehrerer Raketentriebwerke gestartet. Das grundlegende Prinzip ist, dass sich eine Rakete bewegt, indem sie den Dampf aus einer hochenergetischen Verbrennung ausstößt. Diese Energie reicht aus, um die Rakete sowie alles (im Rahmen des Zumutbaren!) In physischer Nähe zu bewegen….
Die offensichtliche Einschränkung dieses Ansatzes besteht darin, dass das Raumfahrzeug, das eine Rakete tragen kann, nur ein winziger Bruchteil der kombinierten Masse der Rakete und ihres Treibstoffs ist.
Angenommen, ein gestartetes Raumschiff ist für den Wiedereintritt für Menschen geeignet. Was ist der typische Anteil seines Wiedereintrittstreibstoffs und Hitzeschilds als Bruchteil von
(Die Zahlen werden wahrscheinlich von einem Trägerraketentriebwerk zum anderen variieren; ein ungefährer Bereich reicht als Antwort aus, z. B. 3 % bis 5 % der Nutzlast und 0,9 % bis 1,2 % der Treibmittelmasse.)
Sie suchen nach dem Massenanteil des Treibmittels .
Natürlich hängt es von den Komponenten ab und variiert von Motor zu Motor, wie Sie vorschlagen, aber für eine schnelle Antwort im Durchschnitt:
Treibmittelmassenanteile liegen typischerweise bei etwa 0,8 bis 0,9.
Es hängt von einigen Entscheidungen ab, die der Konstrukteur des Raumfahrzeugs getroffen hat. Wenn es einer anhebenden, überspringenden Wiedereintrittsbahn folgt, kann das Raumfahrzeug möglicherweise ohne Hitzeschild davonkommen (da die Flugzeugzelle als Wärmesenke dient) und nur eine kleine Menge Treibmittel zum Deorbit haben. (ungefähr 10 % der Masse des Raumfahrzeugs ist in diesem Fall der Wiedereintrittstreibstoff)
Wenn eine ballistische Wiedereintrittsbahn verwendet wird, steigen die Wärmeströme enorm an, da die gesamte kinetische Energie des Raumfahrzeugs durch Stoßwellenerwärmung in die Luft abgegeben wird. Aus diesem Grund sind ablative Hitzeschilde mit bestehenden Materialien die einzigen Konstruktionen, die für diese Wiedereintrittsbahn funktionieren, was bedeutet, dass der Hitzeschild durch den Wiedereintritt weggefressen wird. (Hier könnten fast 25% der Raumfahrzeugmasse der Hitzeschild/Deorbit-Treibstoff sein. Dies hängt von der spezifischen Wärme und Verdampfungswärme des Hitzeschildmaterials ab. Aktueller Stand der Technik ist hier das PICA-X-Material SpaceX verwendet auf seinen Dragon-Kapseln)
Wenn eine angetriebene Wiedereintrittsflugbahn verwendet wird, bei der das Raumfahrzeug Rückwärtsschub verwendet, um während der gesamten Flugbahn zu verlangsamen, können die während des Wiedereintritts erfahrenen Wärmebelastungen stark reduziert werden, da bei richtiger Ausführung der größte Teil der kinetischen Energie des Raumfahrzeugs in Höhen über 200.000 entladen werden kann ft, wodurch ein Hyperschall-Wiedereintritt in einen leicht hypersonischen Wiedereintritt umgewandelt wird. Die Treibmittelkosten einer solchen Flugbahn sind jedoch hoch. Gegenwärtige Raketentriebwerke mit einem maximalen Isp von 465 würden das Raumfahrzeug so antreiben, dass es fast 90 % Treibstoff enthält, wenn dieser Wiedereintrittsmodus gewählt wird.
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