Messerschmid E., Fasoulas S. Raumfahrtsysteme: Eine Einführung mit Übungen und Lösungen

4., neu bearbeitete Auflage, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2011. XVIII, 603 S. 366 Abb. — ISBN: 978-3-642-12816-5, e-ISBN: 978-3-642-12817-2, DOI 10.1007/978-3-642-12817-2 — GermanEinstieg in die interdisziplinäre, komplexe und faszinierende Problematik der Raumfahrttechnik mit schnell abrufbaren Informationen
Aktualisierte und insbesondere hinsichtlich eines Selbststudiums überarbeitete
4. Auflage
Durchgehende Nomenklatur, durchgerechnete Beispiele mit Lösungen als Lernhilfe
Geschrieben von einem der ersten deutschen Astronauten und Inhaber des Lehrstuhls für Raumfahrtsysteme
Dieses erfolgreiche Standardwerk deckt inhaltlich und didaktisch die Bedürfnisse von Studierenden der Luft- und Raumfahrttechnik ab. Aber auch der Raumfahrt-Ingenieur in Forschung und Praxis erhält einen Überblick und rasch abrufbare Informationen über sein Fachgebiet. Besonderen Wert legen die Autoren auf eine gut verständliche, physikalische und mathematisch nachvollziehbare Darstellung der Grundlagen der Raumfahrt. Die
4. Auflage wurde insbesondere hinsichtlich der wirtschaftlichen Relevanz der Raumfahrt sowie den gegenwärtig diskutierten zukünftigen Konzepten aktualisiert.
Content Level » Graduate
Stichwörter » Bahnmechanik - Bahnänderung - Raketen - Raketenantriebssysteme -Raumfahrtsysteme - Raumfahrttechnik - Raumtransportsysteme - Ziolkowsky-Raketengleichung
Verwandte Fachbereiche » MaschinenbauInhaltsverzeichnisEinleitung
Einführung
Geschichtliche Entwicklung
Frühe Entwicklungsphase (vorchristliche Zeit bis 1900)
Die Phase der ideenreichen Literaten (1865–1927)
Die Phase der „enthusiastischen Ingenieure (1895–1935)
Die Phase der vorsichtigen Akzeptanz (1935–1957)
Die Phase der operationellen Raumfahrt (ab 04.10.1957)
Raumfahrtnutzung Heute Und Morgen
Überwachung, Erforschung und Erhaltung der terrestrischen Umwelt
Verbesserung der Infrastruktur in Verkehr und Kommunikation
Erkundung des Weltraums
Nutzung der Weltraumumgebung
Wirtschaftliche Relevanz Der Raumfahrttechnik Und -Nutzung
Vom Spacelab Über Die Mir-Station Zur Iss
Mögliche Missionen Nach Der Internationalen RaumstationDie Ziolkowsky-RaketengleichungDie Annahme Des Schwerefreien Raumes
Impulsgleichung Der Rakete
Wichtige Impulsdefinitionen
Der Gesamtimpuls
Der spezifische Impuls
Leistungs-Oder Energiewirkungsgrade
Gesamtwirkungsgrad, innerer und äußerer Wirkungsgrad
Der integrale oder mittlere äußere Wirkungsgrad
Ein-Und Mehrstufige Chemische Trägerraketen
Grenzen einstufiger chemischer Raketen
Stufenprinzip und Arten der Raketenstufungen
Tandemstufung
Parallel-Stufung
Stufenoptimierung (Tandemstufung)Grundlagen Der BahnmechanikBegriffe Und Anwendungsbereiche
Keplers Gesetze Und Newtons Ergänzungen
Die VIS-VIVA-Gleichung
Definitionen
Drehimpulserhaltung – Masse im zentralen Kraftfeld
Konservatives Kraftfeld und Energieerhaltung
Masse im Gravitationsfeld
Gravitationsbeschleunigung an der Erdoberfläche
Energien im Gravitationsfeld und Vis-Viva-Gleichung
Allgemeine Lösung Der Vis-Viva-Gleichung
Wichtige Ergebnisse aus der VIS-VIVA-Gleichung
Umlaufzeiten für geschlossene Bahnen
Erste kosmische Geschwindigkeit
Zweite kosmische Geschwindigkeit (Fluchtgeschwindigkeit)
Minimaler Energiebedarf bei einem Start von der Erdoberfläche
Alternative Herleitung Der Grundgleichungen
Die Bewegungsgleichung für ein Zweikörperproblem
Die Drehimpulserhaltung
Die Vis-Viva-Gleichung
Die Kegelschnittgleichung
Das Dreikörperproblem
Das n-Körperproblem
Beschreibung Von Flugkörperbahnen
Koordinatensysteme und Darstellung von Umlaufbahnen
Die klassischen Bahnelemente
Ausgewählte Umlaufbahnen
Anwendung Von Ellipsenbahnen
Zeit entlang einer Keplerbahn
Ballistische Flugbahnen zwischen zwei ErdpunktenManöver Zur BahnänderungEinführende Bemerkungen
Manöver Mit Impulsiven Schubphasen
Definitionen
Allgemeine Betrachtung
Abhängigkeit des Antriebsbedarfs von der Verteilung der Schubphasen
Hohmann-Übergänge
Dreiimpuls-Übergänge (bielliptische Übergänge)
nklinationsänderung
Bahnen Mit Endlichen Schubphasen
Richtungsänderung in konstanter Höhe
Aufspiralen
Aufstiegsbahnen Unter Berücksichtigung Von Verlusten
Rendezvous-Und Andockmanöver
Problemstellung
Flugphasen
Die Bewegungsgleichungen für das Rendezvous-Problem
Restbeschleunigung in einem Raumfahrzeug
Ankoppeln (Docking) und Landung auf einem Planeten
Gravity-Assist-Oder Swingby-Manöver
Zur Entwicklung der Gravity-Assist-Technologie
Übergang vom heliozentrischen ins planetenfeste System
Berechnung der Geschwindigkeitsänderung
Maximaler Energiegewinn im heliozentrischen System
Maximierung der Austrittsgeschwindigkeit
Sonnensegel
Tethers (Seile)Im Gravitationsfeld
Der Gravitationsgradient
Schwingungsverhalten und Störkräfte
Bahnmechanische Anwendung
Elektrodynamische (leitende) Seile
Konstellationen und künstliche Schwerkraft
Zahlenwerte Für Verschiedene MissionenThermische RaketenEinteilung
Methoden der Treibstoffheizung
Thermische Raketen mit geschlossener Heiz- oder Brennkammer
Thermische Raketen ohne geschlossene Heizkammer
Bemerkungen Über Die Vorgänge In Thermischen Raketen
Raketenschub – Details
Ergebnisse Aus Der Energiegleichung
dealisierte Rakete Mit Idealem Gas Als Treibstoff
Grundgleichungen der eindimensionalen reibungsfreien Strömung
Bestimmung der Lavalbedingungen
Abhängigkeiten von der Querschnittsänderung
Ideale Rakete
Massenstrom und Schub einer idealen Rakete
Spezifischer Impuls einer idealen Rakete
Wirkungsgrad des idealen Triebwerks
Einfluss des Flächenverhältnisses auf den Schub
Abgesägte Düse
Reale (Verlustbehaftete) Düsen
Mechanische Verluste
Thermische Verluste
Chemische Verluste
Chemische Raketentreibstoffe
Theoretische Leistungen chemischer Raketentreibstoffe
Treibstoffauswahl
Antriebssysteme Chemischer Raketen
Einteilung nach dem Aggregatzustand der Treibstoffe
Einteilung nach dem spezifischen Impuls
Einteilung nach der Zahl der Treibstoffkomponenten
Einteilung nach sonstigen Betriebsparametern
Einteilung nach Art der Anwendung
Komponenten und ProzesseElektrische AntriebeDefinition
Vorteile Elektrischer Antriebe
Widerstandsbeheizte Triebwerke (Resistojet)
Grundlagen Für Lichtbogentriebwerke
Elektrothermische Lichtbogentriebwerke (Arcjets)
Magnetoplasmadynamische Triebwerke
Eigenfeldbeschleuniger
Fremdfeldbeschleuniger
Hallionenbeschleuniger
Elektrostatische Triebwerke
Grundlagen zu elektrostatischen Triebwerken
Kaufman-Triebwerk
RIT-Triebwerk
Feldemissions-Triebwerk
Antriebssysteme Für Die Lage- Und Bahnregelung
Einführung
Abgrenzung der Sekundär-Gegenüber den Primärsystemen
Aufgaben Und Anforderungen
Die Lageregelung Von Raumfahrzeugen
Die Eulerschen Gleichungen
Aufgaben der Lageregelung, Stabilisierungsarten, Stellglieder
Anforderungen der Drallstabilisierung
Anforderungen der Dreiachsenstabilisierung
Bahnregelung Und Bahnkorrektur
Übersicht
Kompensation von Injektionsfehlern und Positionierung
Bahnregelung geostationärer Satelliten
Systemanforderungen
Arten Sekundärer Antriebssysteme
Vergleich Der Wichtigsten TriebwerkssystemeEnergieversorgungsanlagenAllgemein
Leistungsbedarf von Raumfahrzeugen
Mögliche Energiesysteme für Raumfahrtzwecke
Typische Missionen und Erfordernisse
Einfluss der Schattenphase auf solare Energieversorgungssysteme
Übersicht Über Kurzzeit-Anlagen
Primärzellen
Sekundärzellen
Übersicht Über Langzeit-Anlagen
Solarzellenanlagen
Das Prinzip der Solarzelle
Ausgeführte Anlagen
Nukleare Anlagen
Thermoelektrische Wandlung
Radioisotopenbatterien
Nukleare Reaktoren
Andere Untersuchte Energieversorgungssysteme
Solardynamische Energieversorgungsanlagen
ergleich Photovoltaik – Solardynamik für eine Raumstation
Solare KraftwerksatellitenThermalkontrollsystemeGrundlagen der Wärmeübertragung Durch Strahlung
Der schwarze Strahler
Optische Eigenschaften von Materialien
Graue Strahler und technische Oberflächen
Umweltbedingungen
Solarstrahlung
Albedostrahlung
Erdeigenstrahlung
Aerodynamische Aufheizung
Entwurf Von Thermalkontrollsystemen
Thermalanalyse
Durchführung von Thermalanalysen
Wärmebilanz
Gleichgewichtstemperaturen
Mathematische Modellierung
Thermische Massen
Wärmetransportmechanismen
Formfaktoren, Strahlungskopplungen
Software-Werkzeuge
Arten von Thermalkontrollsystemen
Passive Thermalkontrolle
Aktive Thermalkontrolle
ThermaltestsRaumtransportsysteme
EinleitungMomentaner Stand
Überblick
Einteilungskriterien von Trägerraketen
Das Ariane-Programm
Zusammenfassung Existierender Startfahrzeuge
Die europäische Ariane im kommerziellen Geschäft zeitweise vorn
Russland: Der wieder erstarkte Riese
Marktführer USA
Aufsteiger Japan
Die Neulinge China und Indien
Zukünftige Projekte Für Raumtransportfahrzeuge
NASA’s geplante Constellation-Raketen zum Mond
Europäische Entwicklungen und die Konkurrenz
Studien über zukünftige Raumtransportsysteme
Missionen für die zukünftigen Raumtransportsysteme
Konzepte für zukünftige europäische Transportsysteme
Startkosten für zukünftige Startfahrzeuge
Technologieentwicklungen und langfristige ZielsetzungDer Eintritt Von Fahrzeugen In Die AtmosphäreEinleitung
Flugbereiche
Wiedereintrittsflugprofile
Strömungsbereiche
Flugbereichsbeschränkungen Und Fahrzeuganforderungen
Wärmeschutzmethoden
Ballistischer Und Semiballistischer Wiedereintritt
Wiedereintrittsflüge ohne Auftrieb
Wiedereintrittsflüge mit Auftrieb
Wiedereintritt Von Geflügelten Gleitfahrzeugen
Aerodynamische Orbit-Transferfahrzeuge (Aotv)
Einleitung
Aerodynamische Orbit Transfer Fahrzeuge für erdnahe Bahnen
Synergetische Bahndrehmanöver
Planetenmissionen
Technologieaspekte der Aeroassist-KonzepteDaten- Und KommunikationssystemeEinleitung
Datenmanagementsystem
Übertragungsstrecken Zu Den Raumstationen
erteilte Datensysteme
Netz-Topologien
Physikalische Datenverbindungen
Software und Programmiersprachen
Auslegung Der Funksysteme
Antennen
Modulation Und Codierung
Das TDRS-SystemUmweltfaktorenEinführung
Gravitationsfelder
Gravitationsfeld in größerem Abstand von einem Zentralkörper
Gravitationsfeld in der Nähe eines Zentralkörpers
Entwicklung des Gravitationspotenzials nach Kugelfunktionen
Magnetfelder
Das magnetische Dipolfeld
Das Magnetfeld der Sonne
Das Magnetfeld der Erde
Elektromagnetische Strahlung
Atmosphäre
Feste Materie
Das Sonnensystem
Die Sonne
Die Planeten und Zwergplaneten
Die Planetoiden
Die Monde
Die Kometen
Anhang A Geschichtliche Daten
Anhang B Übungsaufgaben
Anhang C Formelsammlung