Flashcards
Raumfahrt II
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- 1Wie verhält sich die Dichte, die Temperatur und die mittlere Geschwindigkeit in einer Konvergierenden Überschallströmung?
- 2Geben Sie die Defintionsgleichungen für 4 vom Schub abgeleitete Leistungskenngrößen thermischer Raketen an.
- 3Durch welche 4 Grundgleichungen wird die idealisiert Rakete mit idealem Gas als Treibstoff beschrieben?
- 4—
- 5Triebwerksteile, die heißen Feuergasen ausgesetzt sind, müssen gekühlt werden. Nennen Sie 4 Kühlverfahren.a) Hemmung des Wärmeübergangs
- Filmkühlung
- Ablativkühlung
b) Kühlung durch Wärmeabfuhr
- Kapazitivkühlung (massive Düsenteile
mit hoher Wärmekapazität)
- Strahlungskühlung
- Flüssigkeitskühlung
(Regenerativkühlung) - 6Nennen Sie 5 verschiedene Verlustmechanismen, die in einer Düse auftreten können.-Mechanische Verluste
- Anpassungsverluste
- Divergenzverluste
- Profilverluste
- Reibungsverluste
-Thermische Verluste
-Chemische Verluste - 7Was versteht man unter „energiebegrenzten“ und unter „leistungsbegrenzten“ Antriebssystemen?Energiebegrenzt:
Energie innerhalb des Treibstoffes limitiert die
erzielbare Austrittsgeschwindigkeit (chem. TW)
Leistungsbegrenzt:
Energiequelle ist vom Treibstoff getrennt und somit
nicht auf dessen Energiegehalt beschränkt.
Einkopplung externer Energie ermöglicht signifikant
höhere Austrittsgeschwindigkeiten. Das System ist
somit von der Leistung der verfügbaren
Energieversorgung limitiert (elektr. TW) - 8Wie ist das stöchiometrische Mischungsverhältnis in LOX/LH2-Raketen? Warum werden diese statt stöchiometrisch mit Brennstoffüberschuss betrieben?8:1
Verringerung der mittleren Molmasse ->Steigerung
des spez. Impuls - 9Was versteht man unter Divergenzverlust und Profilverlust einer Raketendüse?Divergenzverlust:
Verluste durch radiale
Geschwindigkeitskomponenten im Strahl.
Profilverlust:
Verluste durch Abweichung des
Geschwindigkeitsprofils des Strahls vom
Rechteckprofil der idealisierten Betrachtung. - 10Was ist der Schubbereich der folgenden TW? a) Chemisches Trägerraketen TW b) MPD-TW c) Hallbeschleuniger d) Lagekorrektur/Einstoffsystema) Chemisches Trägerraketen TW ~7,6 MN (max.)
b) MPD-TW ~30 N (max.)
c) Hallbeschleuniger ~100 mN (max.)
d) Lagekorrektur/Einstoffsystem ~10 N (max.) - 11Ein Raketen-TW ist mit einer für eine Höhe von 10 km angepassten Düse ausgestattet. Ist der bei einem Bodentest (H = 0 km)gemessene Schub größer oder kleiner als der Nominalschub in 10 km Höhe? Auf welche Größe wirkt sich der Außendruck aus?
- 12Für eine Trägerrakete sind folgende Werte gegeben: Schub F = 1 MN Austrittsgeschwindigkeit ce = 3.000 m/s Berechnen Sie die Strahlleistung.
- 13Wie hängt die maximale Düsenaustrittgeschwindigkeit we von der Brennkammertemperatur T0 und dem Molekulargewicht M ab?
- 14Wie hängen für eine ideale thermische Rakete mit einer auf Vakuum angepassten Düse a) Der Schub F b) Die Austrittsgeschwindigkeit we Von der Brennkammertemperatur T0 ab?
- 15Wie ändern sich Schub und Austrittgeschwindigkeit einer ideal thermischen Rakete mit einer auf Vakuum angepassten Düse, wenn bei konstantem Brennkammerdruck die Brennkammertemperatur durch Einspritzen von neutralem Treibstoff verringert wird? (Annahme k = const.)Beide sinken.
- 16Geben Sie eine mittel- & eine hochenergetische Treibstoffpaarung an. Welche spezifischen Impulse sind damit im Vakuum ungefähr erreichbar?
- 17Welche Eigenschaften haben hypergole Treibstoffkombinationen? Was versteht man unter Monergolen?Hypergole:
Selbstentzündend bei Komponentenmischung (z.B.
Dimethylhydrazin + Distickstofftetroxid)
Monergole:
Einstoffsystem, katalytische oder oxidative Reaktion
oder einfache Expansion (z.B. Hydrazin) - 18Vergleichen Sie chemische und elektrische Antriebe in den folgenden charakteristischen Größen miteinander: a) Effektive Austrittsgeschwindigkeit ce b) Massendurchsatz m(punkt) c) Spezifischer Schub F/m0a) Effektive Austrittsgeschwindigkeit ce:
Elektrisch >> chemisch
b) Massendurchsatz m(punkt)
Elektrisch << chemisch
c) Spezifischer Schub F/m0
Elektrisch < chemisch - 19Welche prinzipiellen Treibstoff-Fördermethoden (neben Kapillar- und Gravitationsförderung) unterscheidet man? Nennen Sie jeweils einen Vor- & Nachteil der beiden Methoden.Pumpenförderung:
+ leichte Tankbauweise, genaue Regelbarkeit
- kompliziert (störanfällig), Energiebedarf
Druckförderung:
+ unkompliziert, schwerere Tanks aber leichtere
Gesamtbauweise
- schlechte Regelbarkeit, Druckabfall - 20Für welche Missionen sind elektrische Antriebe Vorteilhafter als chemische Antriebe?Lage- & Bahnregelung:
Sehr präzise (reproduzierbare) Pulse, auch im
Kleinstschub-Bereich.
Interplanetare Missionen:
Maximierung der Nutzlast zu Kosten eines
kontinuierlichen Antriebes mit kleinem Schub und
langen Flugzeiten. - 21Mit welchem Treibstoff werden bei Hallionen-TW die höchsten effektiven Austrittsgeschwindigkeiten erzielt?Xenon (hohes Molekülgewicht, leicht ionisierbar)
- 22Teilen Sie die elektrischen TW nach der Treibstoffbeschleunigungsart ein. Ordnen Sie das dt. RIT dieser Einteilung zu.- Elektrothermisch
- Magnetoplasmadynamisch
- Elektrostatisch (RIT) - 23Wodurch wird die effektive Austrittgeschwindigkeit in einem Resistorjet begrenzt?
- 24Warum benötigen einige elektrische TW einen Neutralisator?Elektrostatische TW benötigen einen Neutralisator
zur Verhinderung der (negativen) Aufladung des
Raumflugkörpers. Dieser würde sonst den ionisierten
Schubstrahl anziehen und den Schubeffekt
unterbinden. - 25Welche der folgenden Antriebe benötigen einen Neutralisator? - Widerstandsbeheizte TW - Kaufmann TW - Parallelschienenbeschleuniger - Hallionen-TW - Feldemissionsantrieb - Thermische Lichtbogen-TW- Widerstandsbeheizte TW: nein
- Kaufmann TW: ja
- Parallelschienenbeschleuniger: nein
- Hallionen-TW: ja
- Feldemissionsantrieb: ja
- Thermische Lichtbogen-TW: nein - 26Nennen Sie verschiedene thermische Raketen, die a) Eine direkte b) Eine indirekte Energiekopplung besitzen.a) Chemische Raketen-TW
b) Resistorjets - 27Ordnen Sie die folgenden Antriebssysteme nach steigendem spezifischen Impuls: - Nuklear-thermische Rakete - Kaltgas-Systeme - Ionenantriebe - Chemische Antriebe1. Kaltgas-Systeme
2. Chemische Antriebe
3. Nukular-thermische Rakete
4. Ionenantriebe - 28Was begrenzt die Lebensdauer von Satelliten?- Treibstoffvorrat
- Degradation von Solarzellen/Akkumulatoren
- Einsatzzweck
- Zustand der Nutzlast - 29Welche Einsatzgebiete finden sekundäre Antriebssysteme in der Raumfahrt?- Steuerung der Rollbewegung von
Transferfahrzeugen
- Stufentrennung
- Aufspinnen drallstabilisierter Oberstufen
- Vorbeschleunigung von Oberstufen in mg-
Umgebung zur Orientierung des Flüssig-TS
- Lageregelung
- Bahnregelung/-korrektur - 30Was versteht man unter Nutations- /Präzessionsbewegung rotierender Körper?Nutation:
Bewegung der Rotationsachse eines Körpers um die
Achse des Drehmomentes, wenn der Drehimpuls
nicht parallel zur Achse des größten/kleinsten
Trägheitsmomentes wirkt.
Präzession:
Bewegung des Drehimpulsvektors eines rotierenden
Körpers aufgrund äußerer Momente. - 31Was verstehen sie unter der Inklinationskorrektur geostationärer Stelliten? Welche Störung macht sie notwendig?Kompensation der Nord-Süd-Strömung
(Winkelkorrektur)
Ursache:
Gravitationseinfluss von Sonne, Mond erzeugt
langperiodische Störung der Bahninklination. - 32Welche Störung geostationärer Satelliten wird durch die sog. Translationskorrektur kompensiert? Wodurch wird sie verursacht?Kompensation des Ost-West-Drift
Ursache:
Inhomogene Massenverteilung der Erde verursacht
Störbeschleunigung. - 33Geben sie Vor- & Nachteile von Drallstabilisierung gegenüber Dreiachsenstabilisierung an.
- 34Welche Störung geostationärer Satelliten wird durch die sog. Exzentrizitätskorrektur kompensiert?Kompensation der Änderung der Exzentrizität eines
Orbits aufgrund des Solaren Strahlungsdrucks. - 35Nennen Sie die drei Regelphasen der Drallstabilisierung bzw. Dreiachsenstabilisierung.
- 36Aus einer seitlich angeordneten Steuerdüse einer Rakete strömen Treibstoffgase mit der Geschwindigkeit ce aus. In welcher Richtung weicht die Spitze der drallstabilisierten Rakete aus?
- 37Welche Teilaufgaben beinhaltet die Lageregelung, welche die Bahnregelung?Lageregelung
Geschwindigkeitsdämpfung, Regelung des
Drehvektors (Nutation, Taumeln), Zielausrichtung,
Lagestabilisierung, Steuerung der Nickbewegung
Bahnregelung:
Kompensation von Injektionsfehlern,
Positionierung/Positionswechsel von Satelliten,
Störungskompensation, Station Keeping, Rendezvous,
Andockmanöver, Bahnkorrektur interplanetarer
Sonden - 38Begründen Sie die unterschiedlichen Anforderungen an das TW-Schubniveau bei den Regelphasen 2 & 3 einer Drallstabilisierung.Regelphase II: Präzessionsbewegung/Zielausrichtung
Ausrichten des Drallvektors -> höherer Schubbedarf
Regelphase III: Lagestabilisierung
Ausgleich geringer Störmomente -> geringer
Schubbedarf - 39Nennen Sie vier Stellglieder für die aktive Satelliten- Lageregelung RSDS.- Reaktionsdüsen
- Stellmagnete
- Drallräder
- Stellkreisel - 40Nennen Sie vier Störeinflüsse, die die Umlaufbahnen von Erdsatelliten beeinflussen.Äußere Einflüsse:
Strahlungsdruck, Restatmosphäre,
Gravitationsgradient, planetare Magnetfelder,
Abweichung der Erde bzw. ihres Gravitationsfeldes
von der Kugelform (Geoid)
Innere Einflüsse:
Bewegte Komponenten, Schubverktorfehler,
Bewegung der Besatzung, Treibstoffschwappen - 41Bennen Sie die fünf Flugbereiche einer RVD-Mission in ihrer zeitlichen Reihenfolge.RVD: Rendezvous und Docking
1. Fernlenkphase
2. Annäherungsphase
3. Endanflug
4. Nahbereichsmanöver
5. Andockphase - 42Worin besteht der wesentliche Unterschied zwischen einer aktiven und einer passiven Stabilisierung?Passive Stabilisierung:
Keine Regeleinrichtungen, Sensoren, Stellglieder,
Energiebedarf
Geringere Genauigkeit
(tw. Ausnutzung externer Einflüsse) - 43Nennen Sie vier typische Missionen, die Rendezvous und Docking-Manöver erforderlich machen.- Montage von Strukturen im Orbit
- Versorgung/Austausch
- Wartung/Reparatur
- Rückführung/Bergung - 44Welche Arten von Energiequellen oder Energiespeichern und Wandlern kommen heute am ehesten für die elektrische Energieversorgung von Raumflugkörpern in Frage, wenn a) Relativ hohe Leistungen für kurze Zeit benötigt werden (wenige Stunden)? b) Für lange Zeit (Monate/Jahre) Leistungen bis ~ 10 kW in einem Erdorbit benötigt werden? c) Ebenfalls für lange Zeiten Leistungen bis ~10 kW, aber für eine Flugbahn zu den äußeren Planeten benötigt werden?a) Primärbatterien
Brennstoffzellen
b) Solarzellen
Nuklearreaktoren
c) Radioisotopenbatterien
Nuklearreaktoren - 45Bei der Jupitersonde GALILEO wurden zur Energieversorgung Radioisotopenbatterien verwendet. Was versteht man darunter? Welche Energiewandlerart wird angewandt?Umwandlung der Zerfallswärme von Radioisotopen
durch thermoelektrische Wandler in elektrische
Energie. - 46Erklären Sie anhand einer Skizze die Wirkungsweise einer Solarzelle. Welche Materialen werden in der Raumfahrt verwendet?
- 47Wie ist die Solarkonstante definiert undwelchen Zahlenwert hat sie in Erdnähe? Wie viel Prozent können davon typischerweise Photovoltaisch in Erdnähe genutzt werden?
- 48Wie groß ist die Solarkonstante auf Merkur (2/5 AE) & Saturn (10 AE)?
- 49In welcher Form ist die Energie eines Kaltgas-TW gespeichert?Überdruck
- 50Nennen Sie mindestens zwei Vor-& Nachteile von Kleinsatelliten-Missionen.+ reduzierte Kosten
+ Entwicklung an Hochschulen möglich
+ Erprobung unkonventioneller Ideen
- sehr begrenzte Nutzlast
- Piggyback limitiert Startzeitpunkt, Orbit - 51Was ist ein schwarzes Loch?Endzustand sehr massereicher Sterne. Die
Fluchtgeschwindigkeit innerhalb des
Ereignishorizonts liegt über der Lichtgeschwindigkeit. - 52Was ist die Hauptaufgabe des Kleinsatelliten BIRD?Bi-Spectral Infrared Detection
Beobachtung von Hochtemperatur-Ereignissen - 53Welcher Breitengrad wäre für den Start einer Rakete in eine geostationäre Umlaufbahn optimal?0. Breitengrad -> Zielorbit liegt in der
Äquatorialebene + Ausnutzung der Erdrotation - 54Nennen Sie drei Aufgaben des europäischen ATV.Versorgung der ISS
Angedockt an ISS für Bahnänderungsmanöver
(Reboost)
„Müllentsorgung“ -> verglüht in der Atmosphäre bei
Wiedereintritt - 55Geben Sie den physikalischen Zusammenhang zwischen den Plank’schen Strahlungsgesetz und dem Stefan-Boltzmann-Gesetz an.Stefan-Boltzmann-Gesetz geht durch Integration aus
dem Plank’schen Strahlungsgesetz hervor.
PSG beschreibt die Intensitätsverteilung der
Schwarzkörperstrahlung bei bestimmten
Temperaturen.
SBG beschreibt die thermisch abgegebene Leistung
eines Schwarzkörpers bei bestimmten Temperaturen. - 56Nennen Sie vier Aufgaben einer Bodenstation.- Empfang von Telemetriedaten
- Kontrollmessungen zur Empfangsqualität
- Bahnvermessung (Tracking, Ranging)
- Bahnvorausberechnung
- Telekommandoplanung & Durchführung
- Steuerung der Bodenempfänger
- Aufbereitung & Verteilung der Daten - 57Nennen Sie vier Größen/Parameter, die man mittels satellitengestützter Fernerkundung in der Atmosphäre misst.- Aerosole
- Atmosphärischer Wasserdampfgehalt
- Treibhausgase
- Höhenverteilung der Gasbestandteile der
Atmosphäre - 58Wird bei der Berechnung der kosmischen Geschwindigkeit die Atmosphäre berücksichtigt?nein
- 59Ein Raketentriebwerk ist mit einer für eine Höhe von 50 km angepassten Düse ausgestattet. Wie ändern sich folgende Parameter, wenn das TW am Boden (H = 0 km) bzw. im Vakuum (H = 1000 km) betrieben wird? Brennkammerdruck p0, Schub F, Massenstrom m(punkt), effektive Ausströmgeschwindigkeit ce, mittlere Ausströmgeschwindigkeit we
- 60Nennen Sie drei typische Anwendungsmöglichkeiten von Tethers im Erdorbit.- Gewinnung von elektrischer Energie
- Erzeugung künstlicher Schwerkraft durch
Rotation zweier verbundener Objekte
- Stabile radiale Ausrichtung zweier
verbundener Objekte
- Bahnänderungsmanöver - 61Satelliten müssen vor dem Start auf ihre Weltraumtauglichkeit geprüft werden. Nennen Sie 6 notwenige Nachweise.- Betrieb im Vakuum
- Schock, Vibration, mechanische Belastung
- Thermalhaushalt
- Schwerelosigkeit
- Strahlenbelastung
- Energieversorgung/Power Management
- Schlaffähigkeit für lange Reisen
- Kalibrationsmöglichkeit
- Safemode/“Auferstehung“
- Elektromagnetische Verträglichkeit
- Alterungsprozesse/Kontaminierung
- Redundanzen - 62Geben Sie drei verschiedene optische Spektrometertypen an und sortieren Sie diese nach ihrem Auflösungsvermögen.Filterspektrometer < Prismenspektrometer ≤Gitterspektrometer
- 63Wie hängt die beugungsbegrenzte optische Auflösung von der Wellenlänge und dem Objektivdurchmesser ab?
- 64Nennen Sie zwei Vor- & Nachteile von Feststoffraketen gegenüber flüssigen Treibstoffen.+ Einfach (keine Fördersysteme/keine bewegten
Komponenten)
+ leicht Lagerfähig
+ zuverlässig
- keine Schubregelung
- Brenndauer fest, nicht wiederzündbar - 65Was ist der Unterschied zwischen Hauptstrom- /Nebenstromtriebwerken?Hauptstrom-TW:
Gesamter Treibstoff geht durch die Brennkammer
Nebenstrom-TW:
Treibstoffanteil zum Betrieb des Fördersystems wird
dem Hauptstrom erst im divergenten Teil der Düse
wieder zugeführt oder ganz in einer kleineren
parallelen Düse entspannt. - 66Nennen Sie zwei Wärmeschutzkonzepte für Widereintrittskörper.- Kapazitive Hitzeschilde
- Ablationskühlung
- Strahlungskühlung
- Film-/Schwitzkühlung - 67Welchen Einfluss hat der ballistische Faktor auf die Verzögerungslasten eines ballistischen Wiedereintrittskörpers?Die Flughöhe, bei der die maximale Verzögerung
auftritt nimmt mit zunehmendem ballistischen Faktor
Beta ab. Der Betrag der maximalen Verzögerung ist aber
vom ballistischen Faktor Beta unabhängig. - 68Nennen Sie die 3 Haupteinflussgrößen auf die Flauglasten bei der Widereintritts- bzw. Rückkehrmission. Treten die maximalen thermischen und mechanischen Belastungsspitzen gleichzeitig auf?- Lokale atmosphärische Umgebung (z.B.
Dichte, Temperatur)
- Momentaner Flugzustand (z.B.
Geschwindigkeit, Anstellwinkel)
- Fahrzeugeigenschaften (z.B. Geometrie,
Gewicht, Aerodynamik)
Thermische Lastspitzen treten vor mechanischen auf. - 69Wie verhält sich der Wärmestrom, der bei einem Wiedereintritt eines Raumfahrzeuges im Staupunkt auf das Fahrzeug übergeht in Bezug auf den Nasenradius?
- 70Wie lange dauert ein typisches Wiedereintrittsmanöver eines Space Shuttle von der Zündung der Bremsraketen bis zur Landung?ungefähr 60 min
- 71Nennen Sie zwei Vorteile von Rückkehrkörpern mit Auftriebseigenschaften gegenüber ballistischen Rückkehrkörpern.- Begrenzung der mechanischen und
thermischen Lasten
- Manövrierbarkeit, Anflug von Landeplätzen
außerhalb der Orbitebene
- Begrenzung von nicht nominalen
Eintrittsbedingungen und Kompensation
atmosphärischer Dichteschwankungen - 72Warum werden für Rückkehrkapseln typischerweise stumpfe Körperformen bzw. für Raumgleiter hohe Anstellwinkel beim Eintritt in die Erdatmosphäre gewählt?Für stumpfe Körper ist der druckbedingte Anteil des
Widerstandsbeiwertes wesentlich höher als der
reibungsbedingte Anteil. Folglich sinkt der
Wärmefluss auf den Flugkörper.
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- Description
- Flashcards on Raumfahrt II, created by Christian Kunzi on 11/09/2015.
- Created by
- Christian Kunzi
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- Created by Akram Ben Dhia · Sep 11, 2015
- Copied by Christian Kunzi · Sep 11, 2015
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