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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. // --> (Verlagstext)

 

 

Aus dem Inhalt:

1 EINLEITUNG 1 / 1.1 Einführung 1 / 1.2 Geschichtliche Entwicklung 3 / 1.2.1 Frühe Entwicklungsphase (vorchristliche Zeit bis 1900) 3 / 1.2.2 Die Phase der ideenreichen Literaten (1865-1927) 4 / 1.2.3 Die Phase der ¿enthusiastischen Ingenieure¿ (1895-1935) 4 / 1.2.4 Die Phase der vorsichtigen Akzeptanz (1935-1957) 5 / 1.2.5 Die Phase der operationeilen Raumfahrt (ab 04.10.1957) 5 / 1.3 Raumfahrtnutzung heute und morgen 6 / 1.3.1 Überwachung, Erforschung und Erhaltung der terrestrischen Umwelt.7 / 1.3.2 Verbesserung der Infrastruktur in Verkehr und Kommunikation 10 / 1.3.3 Erkundung des Weltraums 13 / 1.3.4 Nutzung der Weltraumumgebung 16 / 1.4 Wirtschaftliche Relevanz der Raumfahrttechnik und -Nutzung 18 / 1.5 Vom Spacelab über die Mir-Station zur ISS 22 / 1.6 Mögliche Missionen nach der Internationalen Raumstation 31 / / 2 DIE ZIOLKOWSKY-RAKETENGLEICHUNG 39 / 2.1 Die Annahme des schwerefreien Raumes 39 / 2.2 Impulsgleichung der Rakete 40 / 2.3 Wichtige Impulsdefinitionen 43 / 2.3.1 Der Gesamtimpuls 43 / 2.3.2 Der spezifische Impuls 43 / 2.4 Leistungs- oder Energiewirkungsgrade 44 / 2.4.1 Gesamtwirkungsgrad, innerer und äußerer Wirkungsgrad 44 / 2.4.2 Der integrale oder mittlere äußere Wirkungsgrad 45 / 2.5 Ein- und mehrstufige chemische Trägerraketen 47 / 2.5.1 Grenzen einstufiger chemischer Raketen 47 / 2.5.2 Stufenprinzip und Arten der Raketenstufungen 49 / 2.5.3 Tandemstufung 50 / 2.5.4 Parallel-Stufung 58 / 2.6 Stufenoptimierung (Tandemstufung) 68 / / 3 GRUNDLAGEN DER BAHNMECHANIK 71 / 3.1 Begriffe und Anwendungsbereiche 71 / 3.2 Keplers Gesetze und Newtons Ergänzungen 72 / 3.3 Die Vis-Viva-Gleichung 77 / 3.3.1 Definitionen 77 / 3.3.2 Drehimpulserhaltung - Masse im zentralen Kraftfeld 77 / 3.3.3 Konservatives Kraftfeld und Energieerhaltung 79 / 3.3.4 Masse im Gravitationsfeld 80 / 3.3.5 Gravitationsbeschleunigung an der Erdoberfläche 80 / 3.3.6 Energien im Gravitationsfeld und Vis-Viva-Gleichung 81 / 3.4 Allgemeine Lösung der Vis-Viva-Gleichung 83 / 3.5 Wichtige Ergebnisse aus der Vis-Viva-Gleichung 87 / 3.5.1 Umlaufzeiten für geschlossene Bahnen 87 / 3.5.2 Erste kosmische Geschwindigkeit 88 / 3.5.3 Zweite kosmische Geschwindigkeit (Fluchtgeschwindigkeit) 89 / 3.5.4 Minimaler Energiebedarf bei einem Start von der Erdoberfläche 90 / 3.6 Alternative Herleitung der Grundgleichungen 92 / 3.6.1 Die Bewegungsgleichung für ein Zweikörperproblem 92 / 3.6.2 Die Drehimpulserhaltung 93 / 3.6.3 Die Vis-Viva-Gleichung 94 / 3.6.4 Die Kegelschnittgleichung 95 / 3.6.5 Das Dreikörperproblem 96 / 3.6.6 Das n-Körperproblem 98 / 3.7 Beschreibung von Flugkörperbahnen 99 / 3.7.1 Koordinatensysteme und Darstellung von Umlaufbahnen 99 / 3.7.2 Die klassischen Bahnelemente 105 / 3.7.3 Ausgewählte Umlaufbahnen 105 / 3.8 Anwendung von Ellipsenbahnen 110 / 3.8.1 Zeit entlang einer Keplerbahn 110 / 3.8.2 Ballistische Flugbahnen zwischen zwei Erdpunkten 113 / / 4 MANÖVER ZUR BAHNÄNDERUNG 117 / 4.1 Einführende Bemerkungen 117 / 4.2 Manöver mit impulsiven Schubphasen 118 / 4.2.1 Definitionen 118 / 4.2.2 Allgemeine Betrachtung 119 / 4.2.3 Abhängigkeit des Antriebsbedarfs von Verteilung Schubphasen 120 / 4.2.4 Hohmann-Übergänge 123 / 4.2.5 Dreiimpuls-Übergänge (bielliptische Übergänge) 128 / 4.2.6 Inklinationsänderung 129 / 4.3 Bahnen mit endlichen Schubphasen 130 / 4.3.1 Richtungsänderung in konstanter Höhe 130 / 4.3.2 Aufspiralen 132 / 4.4 Aufstiegsbahnen unter Berücksichtigung von Verlusten 136 / 4.5 Rendezvous- und Andockmanöver 143 / 4.5.1 Problemstellung 144 / 4.5.2 Flugphasen 146 / 4.5.3 Die Bewegungsgleichungen für das Rendezvous-Problem 147 / / / 4.5.4 Restbeschleunigung in einem Raumfahrzeug 152 / 4.5.5 Ankoppeln (Docking) und Landung auf einem Planeten 153 / 4.6 Gravity-Assist- oder Swingby-Manöver 154 / 4.6.1 Zur Entwicklung der Gravity-Assist-Technologie 154 / 4.6.2 Übergang vom heliozentrischen ins planetenfeste System 154 / 4.6.3 Berechnung der Geschwindigkeitsänderung 157 / 4.6.4 Maximaler Energiegewinn im heliozentrischen System 159 / 4.6.5 Maximierung der Austrittsgeschwindigkeit 161 / 4.7 Sonnensegel 163 / 4.8 Tethers (Seile) im Gravitationsfeld 167 / 4.8.1 Der Gravitationsgradient 167 / 4.8.2 Schwingungsverhalten und Störkräfte 171 / 4.8.3 Bahnmechanische Anwendung 171 / 4.8.4 Elektrodynamische (leitende) Seile 174 / 4.8.5 Konstellationen und künstliche Schwerkraft 176 / 4.9 Zahlenwerte für verschiedene Missionen 178 / / 5 THERMISCHE RAKETEN 181 / 5.1 Einteilung 181 / 5.1.1 Methoden der Treibstoffheizung 181 / 5.1.2 Thermische Raketen mit geschlossener Heiz- oder Brennkammer 183 / 5.1.3 Thermische Raketen ohne geschlossene Heizkammer 185 / 5.2 Bemerkungen über die Vorgänge in thermischen Raketen 187 / 5.3 Raketenschub - Details 192 / 5.4 Ergebnisse aus der Energiegleichung 193 / 5.5 Idealisierte Rakete mit idealem Gas als Treibstoff 197 / 5.5.1 Grundgleichungen der eindimensionalen reibungsfreien Strömung. 197 / 5.5.2 Bestimmung der Lavalbedingungen 199 / 5.5.3 Abhängigkeiten von der Querschnittsänderung 200 / 5.6 Ideale Rakete 201 / 5.6.1 Massenstrom und Schub einer idealen Rakete 203 / 5.6.2 Spezifischer Impuls einer idealen Rakete 205 / 5.6.3 Wirkungsgrad des idealen Triebwerks 206 / 5.6.4 Einfluss des Flächenverhältnisses auf den Schub 207 / 5.6.5 ¿Abgesägte¿ Düse 208 / 5.7 Reale (verlustbehaftete) Düsen 210 / 5.7.1 Mechanische Verluste 210 / 5.7.2 Thermische Verluste 214 / 5.7.3 Chemische Verluste 214 / 5.8 Chemische Raketentreibstoffe 216 / 5.8.1 Theoretische Leistungen chemischer Raketentreibstoffe 216 / 5.8.2 Treibstoffauswahl 216 / 5.9 Antriebssysteme chemischer Raketen 219 / 5.9.1 Einteilung nach dem Aggregatzustand der Treibstoffe 219 / 5.9.2 Einteilung nach dem spezifischen Impuls 220 / 5.9.3 Einteilung nach der Zahl der Treibstoffkomponenten 221 / 5.9.4 Einteilung nach sonstigen Betriebsparametem 225 / 5.9.5 Einteilung nach Art der Anwendung 226 / 5.9.6 Komponenten und Prozesse 227 / / 6 ELEKTRISCHE ANTRIEBE 241 / 6.1 Definition 241 / 6.2 Vorteile elektrischer Antriebe 242 / 6.3 Widerstandsbeheizte Triebwerke (Resistojet) 244 / 6.4 Grundlagen für Lichtbogentriebwerke 246 / 6.5 Elektrothermische Lichtbogentriebwerke (Arcjets) 248 / 6.6 Magnetoplasmadynamische Triebwerke 250 / 6.6.1 Eigenfeldbeschleuniger 250 / 6.6.2 Fremdfeldbeschleuniger 252 / 6.6.3 Hallionenbeschleuniger 254 / 6.7 Elektrostatische Triebwerke 254 / 6.7.1 Grundlagen zu elektrostatischen Triebwerken 256 / 6.7.2 Kaufman-Triebwerk 257 / 6.7.3 RIT-Triebwerk 257 / 6.7.4 Feldemissions-Triebwerk 258 / 6.8 Unkonventionelle Konzepte elektrischer Raumfahrtantriebe 259 / / 7 ANTRIEBSSYSTEME FÜR DIE LAGE- UND BAHNREGELUNG 261 / 7.1 Einführung 261 / 7.2 Abgrenzung der Sekundär- gegenüber den Primärsystemen 262 / 7.3 Aufgaben und Anforderungen 267 / 7.4 Die Lageregelung von Raumfahrzeugen 268 / 7.4.1 Die Eulerschen Gleichungen 268 / 7.4.2 Aufgaben der Lageregelung, Stabilisierungsarten, Stellglieder 269 / 7.4.3 Anforderungen der Drallstabilisierung 272 / 7.4.4 Anforderungen der Dreiachsenstabilisierung 277 / 7.5 Bahnregelung und Bahnkorrektur 281 / 7.5.1 Übersicht 281 / 7.5.2 Kompensation von Injektionsfehlem und Positionierung 281 / 7.5.3 Bahnregelung geostationärer Satelliten 284 / 7.6 Systemanforderungen 289 / 7.7 Arten sekundärer Antriebssysteme 291 / 7.8 Vergleich der wichtigsten Triebwerkssysteme 296 / / 8 ENERGIEVERSORGUNGSANLAGEN 299 / 8.1 Allgemein 299 / 8.1.1 Leistungsbedarf von Raumfahrzeugen 299 / 8.1.2 Mögliche Energiesysteme für Raumfahrtzwecke 300 / 8.1.3 Typische Missionen und Erfordernisse 305 / 8.1.4 Einfluss der Schattenphase auf solare Energieversorgungssysteme 307 / 8.2 ÜBERSICHT ÜBER KURZZEIT-ANLAGEN 310 / 8.2.1 Primärzellen 310 / 8.2.2 Sekundärzellen 311 / 8.3 ÜBERSICHT ÜBER LANGZEIT-ANLAGEN 313 / 8.3.1 Solarzellenanlagen 313 / 8.3.2 Das Prinzip der Solarzelle 313 / 8.3.3 Ausgeführte Anlagen 315 / 8.3.4 Nukleare Anlagen 318 / 8.3.5 Thermoelektrische Wandlung 318 / 8.3.6 Radioisotopenbatterien 320 / 8.3.7 Nukleare Reaktoren 322 / 8.4 Andere untersuchte Energieversorgungssysteme 325 / 8.4.1 Solardynamische Energieversorgungsanlagen 325 / 8.4.2 Vergleich Photovoltaik - Solardynamik für eine Raumstation 327 / 8.4.3 Solare Kraftwerksatelliten 330 / / 9 THERMALKONTROLLSYSTEME 331 / 9.1 Grundlagen der Wärmeübertragung durch Strahlung 331 / 9.1.1 Der schwarze Strahler 331 / 9.1.2 Optische Eigenschaften von Materialien 333 / 9.1.3 Graue Strahler und technische Oberflächen 334 / 9.2 Umweltbedingungen 337 / 9.2.1 Solarstrahlung 337 / 9.2.2 Albedostrahlung 339 / 9.2.3 Erdeigenstrahlung 340 / 9.2.4 Aerodynamische Aufheizung 341 / 9.3 Entwurf von Thermalkontrollsystemen 343 / 9.4 Thermalanalyse 345 / 9.4.1 Durchführung von Thermalanalysen 345 / 9.4.2 Wärmebilanz 347 / 9.4.3 Gleichgewichtstemperaturen 348 / 9.4.4 Mathematische Modellierung 349 / 9.4.5 Thermische Massen 351 / 9.4.6 Wärmetransportmechanismen 352 / 9.4.7 Formfaktoren, Strahlungskopplungen 353 / 9.4.8 Software-Werkzeuge 354 / 9.5 Arten von Thermalkontrollsystemen 355 / 9.5.1 Passive Thermalkontrolle 355 / 9.5.2 Aktive Thermalkontrolle 361 / 9.6 Thermaltests 366 / / 10 RAUMTRANSPORTSYSTEME 369 / 10.1 Einleitung 369 / 10.2 Momentaner Stand 371 / 10.2.1 Überblick 371 / 10.2.2 China 379 / 10.2.3 Europa 379 / 10.2.4 Indien 381 / 10.2.5 Japan 381 / 10.2.6 Russland 383 / 10.2.7 USA 384 / 10.3 Das Ariane-Programm 387 / 10.3.1 Ariane 1-4 388 / 10.3.2 Ariane 5 389 / 10.3.3 Ariane 6 396 / 10.4 Aktuelle und zukünftige Projekte in den USA 397 / 10.4.1 NASA¿s geplantes Constellation- und Folgeprogramm 397 / 10.4.2 Privatisierung des Raumtransports am Beispiel von SpaceX 401 / 10.5 Studien über zukünftige Raumtransportsysteme 403 / / 11 DER EINTRITT VON FAHRZEUGEN IN DIE ATMOSPHÄRE 415 / 11.1 Einleitung 415 / 11.2 Flugbereiche 417 / 11.2.1 Wiedereintrittsflugprofile 417 / 11.2.2 Strömungsbereiche 417 / 11.3 Flugbereichsbeschränkungen und Fahrzeuganforderungen 419 / 11.4 WÄRMESCHUTZMETHODEN 424 / 11.5 Ballistischer und semiballistischer Wiedereintritt 425 / 11.5.1 Wiedereintrittsflüge ohne Auftrieb 425 / 11.5.2 Wiedereintrittsflüge mit Auftrieb 425 / 11.6 Wiedereintritt von geflügelten Gleitfahrzeugen 431 / 11.7 Aerodynamische Orbit-Transferfahrzeuge (AOTV) 438 / 11.7.1 Einleitung 438 / 11.7.2 Aerodynamische Orbit Transfer Fahrzeuge für erdnahe Bahnen 438 / 11.7.3 Synergetische Bahndrehmanöver 442 / 11.7.4 Planetenmissionen 444 / 11.7.5 Technologieaspekte der Aeroassist-Konzepte 446 / / 12 DATEN- UND KOMMUNIKATIONSSYSTEME 447 / 12.1 Einleitung 447 / 12.2 Datenmanagementsystem 448 / 12.3 ÜBERTRAGUNGSSTRECKEN ZU DEN RAUMSTATIONEN 449 / 12.4 Verteilte Datensysteme 451 / 12.4.1 Netz-Topologien 452 / 12.4.2 Physikalische Datenverbindungen 453 / 12.4.3 Software und Programmiersprachen 453 / 12.5 Auslegung der Funksysteme 455 / 12.6 Antennen 459 / 12.7 Modulation und Codierung 462 / 12.8 Das TDRS-System 465 / / 13 UMWELTFAKTOREN 469 / 13.1 Einführung 469 / 13.2 Gravitationsfelder 469 / 13.2.1 Gravitationsfeld in größerem Abstand von einem Zentralkörper 469 / 13.2.2 Gravitationsfeld in der Nähe eines Zentralkörpers 471 / 13.2.3 Entwicklung des Gravitationspotenzials nach Kugelfunktionen 472 / 13.3 Magnetfelder 473 / 13.3.1 Das magnetische Dipolfeld 473 / 13.3.2 Das Magnetfeld der Sonne 474 / 13.3.3 Das Magnetfeld der Erde 475 / 13.4 Elektromagnetische Strahlung 478 / 13.5 Atmosphäre 479 / 13.6 Feste Materie 482 / 13.7 Das Sonnensystem 485 / 13.7.1 Die Sonne 485 / 13.7.2 Die Planeten und Zwergplaneten 485 / 13.7.3 Die Planetoiden 489 / 13.7.4 Die Monde 490 / 13.7.5 Die Kometen 491 / / ANHANG A GESCHICHTLICHE DATEN 495 / / ANHANG B ÜBUNGSAUFGABEN 519 / / ANHANG C FORMELSAMMLUNG. 613