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Über dieses Buch

Dieses Standardwerk über Raumfahrtsysteme vermittelt dem Leser die Grundlagen der Raketentechnik, Orbitmechanik, Raumfahrtantriebe, Lage- und Bahnregelung, Energieversorgung, Thermalkontrolle, Kommunikationssysteme sowie Raumtransportsysteme.Zunächst wird der Aufbau einer Rakete sowie die Beschreibung und Änderung der Bewegung von Satelliten erläutert. Anschließend werden verschiedene wichtige Sub- und Gesamtsystemaspekte von Satelliten, Raumsonden und Trägerraketen näher betrachtet.Besonderen Wert legen die Autoren auf eine gut verständliche, physikalische und mathematisch nachvollziehbare Darstellung. Die 5. Auflage wurde in allen Kapiteln, insbesondere hinsichtlich der jüngsten Entwicklungen in der Raumfahrt, aktualisiert und mit zahlreichen weiteren Übungsaufgaben ergänzt.Die Zielgruppen
Das Buch wendet sich an Studierende der Luft- und Raumfahrttechnik und an Raumfahrt-Ingenieure in Forschung und Praxis.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Chapter 1. Einleitung

Die Raumfahrt ermöglicht uns die Reise in die Zukunft. In der einzigartigen Verbindung von Wissenschaft und Technik, vorangetrieben durch die menschliche Neugier, eröffnet sie uns neue Horizonte in Raum und Zeit.

Ernst Messerschmid, Stefanos Fasoulas

Chapter 2. Die Ziolkowsky-Raketengleichung

Die in diesem Kapitel hergeleitete Raketengleichung wird dem russischen Gymnasiallehrer Konstantin Ziolkowsky zugeschrieben, der diese Ende des 19. Jahrhunderts entdeckte und 1903 publizierte. Er wurde damit zum Begründer der mathematischen Theorie zur Beschreibung des Raketenfluges.

Ernst Messerschmid, Stefanos Fasoulas

Chapter 3. Grundlagen der Bahnmechanik

In diesem Kapitel sollen die grundlegenden physikalischen Gesetze für die Beschreibung der Bewegung von Satelliten und Planeten im Raum erläutert werden. Man bezeichnet diese Fragestellung als Bahnmechanik, häufig aber auch als Astrodynamik oder Orbitmechanik.

Ernst Messerschmid, Stefanos Fasoulas

Chapter 4. Manöver zur Bahnänderung

Im Kapitel 3 wurden allgemein die möglichen Flugbahnen ohne eine zwischenzeitliche Bahnänderung behandelt. Damit man aber überhaupt erst in eine Umlaufbahn kommt, z. B. in einen geostationären Orbit, sind teilweise mehrere Bahnänderungsmanöver notwendig, deren Energiebedarf durch eine „Rakete“ (Triebwerk) mit einer entsprechenden Treibstoffmenge bereitgestellt werden muss.

Ernst Messerschmid, Stefanos Fasoulas

Chapter 5. Thermische Raketen

Als „thermische Raketen“ bezeichnen wir alle Triebwerke, in denen die in der Energiequelle enthaltene Energie in Wärme umgewandelt und damit ein Treibstoff aufgeheizt wird. Anschließend wird diese Wärme im Treibstoffgas durch Expansion so gut wie möglich in „gerichtete kinetische Energie“ der Treibstoffteilchen (Schubstrahlenergie) umgewandelt.

Ernst Messerschmid, Stefanos Fasoulas

Chapter 6. Elektrische Antriebe

Aus der Diskussion in den Kapiteln 2 und 5 wurde deutlich, dass bei chemischen Raketenantrieben das Antriebsvermögen durch die Limitierung im möglichen Energiegehalt des Treibstoffes begrenzt ist. Die maximal erreichbaren Austrittsgeschwindigkeiten der chemischen Treibstoffe liegen deshalb bei ca. 4 bis 5 km/s. Eine Möglichkeit diese Beschränkung zu überwinden, ist die Einkopplung zusätzlicher Energie, z. B. in Form von elektrischer Energie.

Ernst Messerschmid, Stefanos Fasoulas

Chapter 7. Antriebssysteme für die Lage- und Bahnregelung

In diesem Kapitel werden die grundlegenden Gleichungen für die Beschreibung der Lage- und Bahnregelung von Satelliten und insbesondere die dazugehörigen Antriebssysteme diskutiert. Diese Satellitenantriebe gehören zur Klasse der sekundären Antriebssysteme, deren augenfälligstes Unterscheidungsmerkmal zu Hauptantriebssystemen in der Kleinheit des Triebwerksschubes und des Antriebsvermögens besteht. Gegenüber Primärantrieben weisen sie eine Reihe spezifischer Charakteristiken auf, die sich aus dem Einsatzgebiet in der Schwerelosigkeit und der Aufgabenstellung ergeben.

Ernst Messerschmid, Stefanos Fasoulas

Chapter 8. Energieversorgungsanlagen

Jedes Raumfahrzeug und jeder Satellit benötigt elektrische Energie zum Betrieb der Subsysteme für Lage- und Bahnregelung, Thermalkontrolle, Bordrechner, Datenund Kommunikationsverbindungen, Nutzlastbetrieb usw. und bei von Astronauten betriebenen Raumfahrzeugen und Raumstationen insbesondere für das Lebenserhaltungssystem. Ein Energieversorgungssystem muss wie alle anderen Subsysteme sicher, zuverlässig und möglichst über einen langen Zeitraum betrieben werden können.

Ernst Messerschmid, Stefanos Fasoulas

Chapter 9. Thermalkontrollsysteme

Als Bezeichnung für die Regulierung des Wärmehaushaltes wird inzwischen allgemein der aus dem Englischen („thermal control“) abgeleitete Begriff Thermalkontrolle verwendet. In der Raumfahrt bezeichnet man damit die Bereitstellung und Aufrechterhaltung der von Besatzung, Geräten und Subsystemen geforderten thermalen Umgebung während aller Phasen einer Raumflugmission, auch unter Berücksichtigung eventuell auftretender Extremsituationen. Dieses Kapitel stellt nach einer kurzen Einführung in die Grundlagen der Wärmeübertragung und einer Beschreibung der thermalen Umgebung im Weltraum den Entwurfsprozess, die Analyse und den Test von Thermalsystemen dar.

Ernst Messerschmid, Stefanos Fasoulas

Chapter 10. Raumtransportsysteme

Ziel dieses Kapitels ist, einen Überblick und ein größeres Verständnis für die Technologien von Raumtransportsystemen zu gewinnen. Ausgewählte frühere und gegenwärtige Trägersysteme werden kurz beschrieben, wobei insbesondere auf die Entwicklung des Ariane-Programms eingegangen wird. Unterschiedliche Entwicklungsrichtungen werden schließlich anhand von einigen Konzepten zukünftiger Raumtransportsysteme vorgestellt.

Ernst Messerschmid, Stefanos Fasoulas

Chapter 11. Der Eintritt von Fahrzeugen in die Atmosphäre

Heutzutage stellt der erfolgreiche Wiedereintritt von Raumfahrzeugen den Stand der Technik dar. Jeder hat schon über die Rückkehr von Kapseln und geflügelten Fahrzeugen gehört, die sich der Erde nähern und daraufhin sicher landen. Dies konnte jedoch nur nach sehr vielen Untersuchungen in der Hochgeschwindigkeitsaerodynamik und nach zahlreichen Parameterstudien verwirklicht werden, um ein optimales Entwurfskonzept auszuwählen.

Ernst Messerschmid, Stefanos Fasoulas

Chapter 12. Daten- und KommunikationssystemeDaten- und Kommunikationssysteme

Der Betrieb von Raumfahrzeugen und Nutzlasten erfordert sorgfältig konzipierte Daten- und Kommunikationssysteme. Dies rührt nicht nur vom Umfang der zu verarbeitenden Datenmenge her, sondern von der Vielfalt der Datenquellen und -senken und dem Zusammenwirken von Bord- und Bodensystemen bei ständig wechselnden Übertragungsbedingungen. Benötigt wird daher Mobilfunk für sowohl kleine wie auch sehr große Entfernungen unter Einbeziehung von Satelliten- und bodengebundenen Kommunikationssystemen – und all dies äußerst zuverlässig und möglichst rund um die Uhr.

Ernst Messerschmid, Stefanos Fasoulas

Chapter 13. Umweltfaktoren

Satelliten, Raumsonden, Raumstationen und Raumfahrzeuge unterliegen einer Vielzahl von Umgebungseinflüssen. Diese Einflüsse können direkt oder indirekt auf den Orbit, auf Beschaffenheit und Zustand der verwendeten Werkstoffe, auf an Bord befindliche Besatzungsmitglieder oder auf Experimente und deren Betrieb einwirken. In Tabelle 13.1 sind die auftretenden Umwelteinflüsse und deren mögliche Auswirkungen (speziell in „Low Earth Orbit“) dargestellt.

Ernst Messerschmid, Stefanos Fasoulas

Backmatter

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