Warum Überschallraketen bis zu 24 Stunden brauchen können, um Astronauten auf der Internationalen Raumstation ISS zu erreichen
Angeführt von einem Astronauten indischer Herkunft Raja Chari |, startete Anfang dieser Woche eine NASA-Mission zur Internationalen Raumstation (ISS) auf einer SpaceX-Rakete Falcon 9. Die Rakete kann Geschwindigkeiten von über 39.000 km / h erreichen, aber es dauert etwa 22 Stunden für Reisende um das Haus der Menschheit im Himmel zu erreichen. Warum dauert es also so lange, die Entfernung zu überwinden, die ein durchschnittlicher Pkw in wenigen Stunden auf der Erde zurücklegen kann?
Warum können Raketen nicht direkt zur ISS fliegen?
Der Verkehr ins All ist dichter denn je und die Warteschlangen zu himmlischen Zielen werden nur noch länger. Glücklicherweise, würde man sagen, haben wir Raketen, die uns mit Überschallgeschwindigkeit über die Erdatmosphäre hinaustreiben. Der Bodengeschwindigkeitsrekord liegt bei über 1.200 km/h, während die schnellsten Kampfjets 3.500 km/h erreichen können. Weltraumraketen hingegen fliegen in der Regel mit über 30.000 km/h. Was angesichts der stellaren Entfernungen zu erwarten ist, die man bei Reisen dorthin mit sich bringt.
Aber es ist nur so, dass die Zeiten der Raumfahrt nicht so geradlinig sind, wie wir denken möchten, und wenn man dort oben ankommt, geht es nicht nur darum, wie schnell man reist. Dies liegt daran, dass die Dinge im Weltraum nicht stationär sind, denken Sie daran. Und Dinge wie Planeten, Satelliten und die ISS bewegen sich ziemlich schnell. Die Erde zum Beispiel umkreist die Sonne auf einer fast kreisförmigen Umlaufbahn mit einer Geschwindigkeit von etwa 108.000 km/h.
Die ISS umkreist die Erde mit einer Geschwindigkeit von etwa 28.000 km/h. Es muss genauso schnell reisen, weil es sich in einer niedrigen Erdumlaufbahn (LEO) befindet und jede langsamere Bewegung es zur Erde zurückbringen würde. Das heißt, wenn es auf die Erde fällt, bewegt es sich so schnell seitwärts, dass seine Bahn der Krümmung der Erde entspricht. Aber das erklärt immer noch nicht, warum es fast einen Tag dauert, bis die Raumsonde die ISS erreicht?
Wie erreichen Raumschiffe die ISS?
Um zur ISS zu gelangen, muss eine Rakete zunächst die Höhe erreichen, in der sich die ISS befindet, und dann in die Umlaufbahn eintreten, in der sie sich bewegt. Wie die Experten betonen, geht es angesichts der kreisförmigen Route, die sie um die Erde zurücklegt, wenn das Andocken endlich eintrifft, darum, dass die ISS die Raumsonde einholt und nicht wirklich die Ankunft von dieser zum Weltraumlabor.
Beim Andocken eines Raumfahrzeugs an die ISS oder beim Landen einer Sonde auf dem Mars oder dem Mond spielen mehrere Faktoren eine Rolle. Einer davon ist das Bedürfnis nach Geschwindigkeit. Das heißt, die Geschwindigkeit, die erforderlich ist, um dem Anziehungskraft der Erde. Dafür muss eine Rakete viel Schubkraft aufwenden. Diese Leistung hängt jedoch vom mitgeführten Kraftstoff ab, und dieser Kraftstoff erhöht wiederum das Gewicht des Schiffes, wobei jedes zusätzliche Kilogramm das Heben eines Fahrzeugs noch schwieriger macht.
Das Ziel der Wissenschaftler beim Start eines Raumfahrzeugs ist es also, einen Niedrigenergiemodus zu finden, um es an seinem Zielort zu erreichen. Dafür stützen sie sich auf eine spezielle Art von Umlaufbahn, die so genannte Hohmann-Transferbahn. Der Hohmann-Transfer wird als “Orbitalmanöver, das einen Satelliten oder ein Raumfahrzeug von einer kreisförmigen Umlaufbahn in eine andere überführt” beschrieben und ist nach dem deutschen Wissenschaftler benannt, der die Strategie 1925 entdeckte.
Obwohl es als der treibstoffeffizienteste Weg gilt, von einer kreisförmigen Umlaufbahn zu einer anderen kreisförmigen Umlaufbahn zu gelangen, “ist es ein ziemlich langsamer Prozess”. Was erklärt, warum es 22 Stunden dauert, um die ISS zu erreichen, oder acht Monate, um zum Mars zu gelangen, während die geradlinige Reise (wenn diese Raumkörper stationär gewesen wären) einige Minuten bzw. etwa zwei Monate gedauert hätte.
Sobald eine Rakete abhebt, muss sie zunächst darauf abzielen, der Anziehungskraft der Erde zu entkommen und den Orbitalraum zu erreichen. Wenn Sie zu schnell fliegen, könnten Sie die ISS passieren, und zu langsam kommt nicht in Frage, da die Rakete direkt auf die Erde zurückfallen würde. Anstatt geradlinig auf die ISS oder einen anderen Himmelskörper zuzusteuern, muss eine Rakete mit der Hohmann-Transfermethode eine Umlaufbahn finden.
Um den Hohmann-Transfer abzuschließen, nutzt die Rakete also zunächst ihre Triebwerke, um ins All zu gelangen, und zündet dort erneut ihre Triebwerke, um die zweite kreisförmige Umlaufbahn zu erreichen, in der sich das Ziel befindet. Dies beinhaltet, dass sich das Raumfahrzeug selbst in die Umlaufbahn bewegt, bevor es schließlich eine Reihe von kurzen Patch-Burns verwendet, um an die richtige Stelle zu gelangen, um an der ISS anzudocken.
Aber wenn sich die ISS und das Raumschiff mit halsbrecherischer Geschwindigkeit bewegen, warum erwecken Weltraumvideos dann den Anschein, als würden die Dinge sehr langsam voranschreiten? Dies wird durch die Relativgeschwindigkeit erklärt. Wenn Sie sich auf der Erde schnell bewegen, bleiben die Dinge um Sie herum still. Aber wenn sich alles mit der gleichen Geschwindigkeit bewegen würde, würde man nicht bemerken, wie schnell sie sich bewegen.
Gibt es nicht einen einfacheren Weg in den Weltraum zu kommen?
Derzeit ist der Hohmann-Transfer der beste Weg zu Himmelsobjekten, aber Wissenschaftler und Weltraumbegeisterte haben daran gedacht, eine ‘Weltraumaufzug‘um zukünftige Streifzüge in den tiefen Himmel zu erleichtern.
Nach Angaben der US-Raumfahrtbehörde Nasa würde bei einem Weltraumlift „ein langes Kabel, das von der Oberfläche unseres Planeten in den Weltraum reicht, mit seinem Massenschwerpunkt auf der geostationären Umlaufbahn der Erde (GEO)“ aufgehängt werden in einer Höhe von mehr als 35.000 km. „Die elektromagnetischen Fahrzeuge, die entlang des Kabels fahren, könnten als Massentransportsystem dienen, um Menschen, Nutzlasten und Energie zwischen Erde und Weltraum zu bewegen“, sagt er.
Eines zu bauen wird jedoch nicht so einfach sein, wie es sich anhört, denn ein solches Kabel müsste superstark sein und, damit es nicht auf die Erde fällt, an einer großen Ausgleichsmasse dort drüben im Weltraum befestigt werden, wahrscheinlich ein Asteroid “zu diesem Zweck bewegt” oder der Mond. Obwohl die Idee für einen Weltraumaufzug über ein Jahrhundert zurückreicht, scheint es noch einiges zu tun, bis so etwas erreicht werden kann. Bis dahin hängt die Raumfahrt von aufwendigen Berechnungen und dem Einsatz massiver Raketen ab, die Tonnen von Treibstoff verbrennen.
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