Warum sind Raketenstarts so wetterempfindlich?

Blitz und Wind sind die wichtigsten Wetterprobleme, die einen Raketenstart verhindern.

Das Steuersystem einer Rakete muss viele nicht modellierte oder schwer zu modellierende Faktoren kompensieren. Zum Beispiel Unsicherheit in Masseeigenschaften, Motorleistung, mechanischen Ausrichtungen, Fehlern in Trägheitsmesseinheiten (IMU), Gyroskopen, GPS usw. Wenn einer dieser Fehler zu groß wird, wird das System nicht mehr in der Lage sein, das System zu kompensieren unkontrollierbar werden und die Mission verloren geht.

Wind ist, wenig überraschend, einer dieser Unsicherheitsfaktoren, und insbesondere Windscherungen , also schnelle Änderungen der Windrichtung in Abhängigkeit vom Standort, sind für Steuerungssysteme schwierig zu handhaben, da sie sehr schnell enorme aerodynamische Belastungen auf ein Fahrzeug ausüben können.

Blitze sind aus ganz anderen Gründen gefährlich. Raketen sind voller empfindlicher Elektronik, ziehen Blitze gut an (auch wenn sie nicht geerdet sind) und sind anfällig für direkte Blitzeinschläge. Sogar etwas so typisch Gutartiges wie ein Reset oder eine vorübergehende Störung, die möglicherweise in einem Satelliten toleriert werden könnte, wäre für eine Rakete im Motorflug katastrophal. Flugzeuge vermeiden Gewitter aus dem gleichen Grund, obwohl sie mehr Spielraum haben, um Blitzabschwächung in ihre Konstruktionen einzubeziehen.

Aus diesen Gründen (und in geringerem Maße aus anderen, wie dem Beispiel für extreme Temperaturen in einer anderen Antwort) werden Raketenstarts häufig für ideale Bedingungen verzögert. Es macht keinen Sinn, eine Woche lang eine Rakete und Nutzlast im Wert von Hunderten Millionen Dollar zu riskieren.

Im Gegensatz dazu werden Raketen, die sofort gestartet werden können müssen (man denke an ICBMs und SLBMs ), mit sehr unterschiedlichen Anforderungen konstruiert. Hier wird der Leistungseinbruch in Kauf genommen, um die Robustheit gegenüber dem Wetter zu entwerfen, da eine Waffe nicht sehr nützlich ist, wenn Sie warten müssen, bis der Sturm vorüber ist, bevor sie abgefeuert werden kann.

Es ist hauptsächlich nur Pech.

Es gibt wirklich nur eine relativ häufige Wetterlage, in die Sie keine Rakete starten möchten, und das ist ein Gewitter. Zugegeben, auch starker Wind kann problematisch sein. Und es sollte selbstverständlich sein, dass Sie nicht während eines Hurrikans oder Tornados starten möchten.

Raketen sind durchaus in der Lage, direkt in ein Gewitter zu starten, genau wie ein Verkehrsflugzeug, aber es gibt ein kleines Problem damit. Raketen bestehen aus Metall und ihre Abgase sind teilweise ionisiert, sodass beim Abheben die gesamte Rakete + Abgasspur wie ein riesiger leitender Draht ist, der die Rakete mit dem Boden verbindet. Fliegt die Rakete in ein Gewitter, zieht sie Blitze an. Raketen können so gebaut werden, dass sie solchen Schlägen standhalten, und der größte Teil des Stroms fließt über die Haut des Fahrzeugs (genau wie bei einem Verkehrsflugzeug), aber das fügt eine Menge Schwierigkeiten hinzu. Dies geschah tatsächlich während des Starts von Apollo 12,

Wie bei allen von Natur aus gefährlichen Aktivitäten lautet das Grundprinzip im Allgemeinen, „die Chancen zu Ihren Gunsten zu stapeln“, wenn Sie es also vermeiden können, eine Hyperschallrakete mit buchstäblich Kilotonnen explosiven Treibstoffs in ein Szenario zu starten, in dem es fast sicher ist, dass es einen Blitzschlag gibt dann tust du das.

Warum verursacht das Wetter so viele Startverzögerungen? Nun, das ist meistens nur ein Problem für die USA. Aus orbitaldynamischen Gründen ist es am vorteilhaftesten, von niedrigeren Breiten aus in östlicher Richtung zu starten. In den kontinentalen USA befinden sich die niedrigsten Breitengrade in Florida, das bequem an der Küste liegt, die dem gesamten Atlantischen Ozean im Osten zugewandt ist, sodass von dort aus der Großteil der amerikanischen Weltraumstarts erfolgt.

Zufälligerweise hat Südflorida auch die höchste Gewitteraktivität in den gesamten USA. In der Gegend um Cape Canaveral kommt es normalerweise an einem von fünf Tagen im Jahr zu einem Gewitter (insgesamt 70 oder mehr pro Jahr).

Ein hohes Gewitterrisiko direkt über dem Zentrum der US-Raumfahrtaktivitäten führt also zu einem hohen Aufkommen an wetterbedingten Peelings.

Der Weltraumbahnhof in Virginia hat es etwas besser als Südflorida, aber das häufige Auftreten von schlechtem Wetter dort sorgt immer noch für eine unglückliche Kombination.

Warum sind Raketenstarts so wetterempfindlich?

Es könnte den Unterschied ausmachen, ob ein O-Ring versagt oder nicht.

Bei der Challenger-Katastrophe ..

Der Zerfall des Fahrzeugs begann, nachdem eine O-Ring-Dichtung in seinem rechten Feststoffraketen-Booster (SRB) beim Start versagt hatte. Das Versagen des O-Rings verursachte einen Bruch in der abgedichteten SRB-Verbindung, wodurch unter Druck stehendes heißes Gas aus dem Feststoffraketenmotor nach außen gelangen und auf die angrenzende SRB-Befestigungshardware und den externen Kraftstofftank auftreffen konnte. Dies führte zur Trennung der hinteren Befestigung des rechten SRB und zum strukturellen Versagen des Außentanks. Aerodynamische Kräfte lösten den Orbiter auf.

Dies wurde teilweise dem Niedrigtemperaturwetter zugeschrieben .

Es wurde angenommen, dass dies das Ergebnis von unterkühlter Luft war, die von der Entlüftung des Flüssigsauerstofftanks auf das Gelenk geblasen wurde. Sie war viel niedriger als die Lufttemperatur und weit unter den Konstruktionsspezifikationen für die O-Ringe. ..

Die Temperatur am Tag des Starts war weitaus niedriger als bei früheren Starts: unter dem Gefrierpunkt bei 28 bis 29 ° F (–2,2 bis –1,7 ° C); zuvor war der kälteste Start bei 12 ° C (53 ° F).Obwohl das Eisteam die ganze Nacht über daran gearbeitet hatte, Eis zu entfernen, äußerten die Ingenieure von Rockwell immer noch Bedenken. Rockwell-Ingenieure, die das Pad von ihrem Hauptquartier in Downey, Kalifornien aus beobachteten, waren entsetzt, als sie die Menge an Eis sahen. Sie befürchteten, dass sich während des Starts Eis lösen und auf die Wärmeschutzkacheln des Shuttles treffen könnte, möglicherweise aufgrund der Aspiration, die durch den Abgasstrahl der SRBs verursacht wird. Rocco Petrone, der Leiter der Raumtransportabteilung von Rockwell, und seine Kollegen betrachteten diese Situation als Startbeschränkung und sagten den Managern von Rockwell am Kap, dass Rockwell einen Start nicht unterstützen könne. Die Manager von Rockwell am Kap äußerten jedoch ihre Bedenken in einer Weise, die den in Houston ansässigen Missionsmanager Arnold Aldrich dazu veranlasste, den Start fortzusetzen. Aldrich beschloss, den Start des Shuttles um eine Stunde zu verschieben, um dem Eisteam Zeit für eine weitere Inspektion zu geben. Nach dieser letzten Inspektion, bei der das Eis zu schmelzen schien,Challenger wurde schließlich zum Start um 11:38 Uhr EST freigegeben.[12]

Flugzeuge müssen Gewicht reduzieren und mit der minimalen Stärke auskommen, mit der sie ein hohes Maß an Sicherheit für Maschinen bieten können, die bei einer Reise mit Geschwindigkeiten von Hunderten von Kilometern pro Stunde Tausende von Kilometern zurücklegen können.

Raumfahrzeuge arbeiten schneller und höher und müssen noch näher an den Grenzen der Materialtechnologie sein. Mit zunehmender Hightech steigen auch die Risiken und die Anfälligkeit (u. a. durch Witterungseinflüsse) des Fahrzeugs. Gleichzeitig sinkt der Fehlerspielraum und die Sicherheit.