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Fachbereichsarbeit

Fach­be­reichs­ar­beit: Raketen und deren physi­ka­li­schen Grund­la­gen.

1.469 Wörter / ~11 Seiten sternsternsternsternstern_0.2 Autor Richard M. im Mrz. 2019
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Dokumenttyp

Fachbereichsarbeit
Physik

Universität, Schule

Salvatorkolleg Bad Wurzach

Note, Lehrer, Jahr

2,4, 2015

Autor / Copyright
Richard M. ©
Metadaten
Preis 5.30
Format: pdf
Größe: 0.33 Mb
Ohne Kopierschutz
Bewertung
sternsternsternsternstern_0.2
ID# 81476







Fachbereichsarbeit: Raketen und deren physikalischen Grundlagen.

Vorwort


Es stimmt, die Erde ist die Wiege der Menschheit, aber der Mensch kann nicht ewig in der Wiege bleiben. Das Sonnensystem wird unser Kindergarten.

Konstantin Eduardowitsch Ziolkowski (1857–1935)


Die Raketentechnik ist den Menschen schon seit langer Zeit bekannt, doch erst seit wir durch Ziolkowskis Raketengrundgleichung Berechnungen mit Raketen aufstellen können, ist die Weltraumforschung das, was sie heute ist. Ohne Raketen wäre es uns nie möglich gewesen unser Sonnensystem zu erforschen.

Auf den folgenden Seiten möchte ich Ihnen die physikalischen Grundlagen der Raketentechnik sowie verschiedene Raketentypen vorstellen. Ich hoffe, Sie erhalten durch meine Facharbeit einen guten Einblick in die Welt der Raketentechnik.


Aufbau einer Rakete (Flüssigkeitstriebwerk)


Abb.1


Aufbau einer Rakete (Flüssigkeitstriebwerk)


Wie man anhand der Abbildung auf der vorherigen Seite erkennen kann, sind moderne Raketen überwiegend aus 2 Stufen aufgebaut.

Die erste Stufe wird beim Start benötigt und sorgt dafür, dass die Rakete abheben kann. Sie besteht meist aus 2 Tanks gefüllt mit flüssigem Sauerstoff als Oxidator und flüssigem Wasserstoff als Brennstoff. Durch Pumpen werden beide Flüssigkeiten mit der exakten Dosierung in die darunterliegende Brennkammer gepumpt.

Sobald die Zündkerze betätigt wird, reagieren nun Brennstoff und Oxidator und es werden explosionsartig Gase ausgestoßen. Die Düse unter der Brennkammer lenkt die Gase optimal nach unten und die Rakete hebt ab.

Manche Flüssigkeitsraketen besitzen darüber hinaus noch Booster mit einem Feststofftreibsatz, um noch mehr Schub zu erzeugen. Diese Booster werden jedoch nur verwendet, wenn der in der Brennkammer erzeugte Schub nicht ausreicht, um die Erdgravitation zu überwinden.

Über der ersten Stufe liegt die zweite Stufe der Rakete. Sie besteht meist aus Nutzlast wie Satelliten und einem Triebwerk.

Sobald der Treibstoff der ersten Stufe ausgebrannt ist, werden die Triebwerke der zweiten Stufe automatisch gezündet. Die erste Stufe fällt dann von der Rakete und nur noch der obere Teil der Rakete fliegt weiter. Ziel der Rakete ist es, die Nutzlast in die Erdumlaufbahn zu bringen.

Das Triebwerk unter der Nutzlast wird für diesen Vorgang benötigt. Die Rakete wird nun noch einmal beschleunigt und der Satellit wird abgeworfen. Ohne diese Beschleunigung wäre es nicht möglich den Satellit so abzuwerfen, dass er auch .....[Volltext lesen]

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Nebenstehendsieht man den Querschnitt einer solchen Feststoffrakete. Wie man a uf den ersten Blick erkennen kann, besteht sie größtenteils aus dem Tank mit dem festen Treibsatz. Um die Reaktion in Gang zu setzen, ist der Zünder verantwortlich, welcher manuell aktiviert wird.

Wenn dieser Impuls ausgesendet wird, schlägt der Zünder einen Funken und der Treibsatz beginnt explosionsartig zu verbrennen. Dieser dehnt sich aus und muss irgendwie entweichen. Mithilfe der Expansionsdüse wird der Schub optimal nach unten gelenkt und das entstandene Gas kann entweichen.

Die Rakete drückt sich nach oben und hebt ab (Wechselwirkung). Da der Endstoff mehr Energie als der Ausgangsstoff besitzt, handelt es sich hierbei um eine exotherme Reaktion (= Energie wird abgegeben).


Flüssigkeitsantrieb


Ein Flüssigkeitsantrieb wird durch die Verbrennung flüssiger Antriebsstoffe wie zum Beispiel Hydrazin, Kerosin oder flüssigem Wasserstoff angetrieben. Er besteht meist aus 2 Tanks, 2 Pumpen und einer gemeinsamen Brennkammer. In den Tanks befinden sich Brennstoff und Oxidator voneinander getrennt.

Beim Start der Rakete werden Brennstoff und Oxidator in die Brennkammer gepumpt, wo sie miteinander reagieren. Bei dieser Reaktion entstehen Gase mit einer Temperatur von mehreren Tausend Grad und ein Druck von 200-300 bar. Ein mit Wasserstoff und Sauerstoff betriebenes Triebwerk kann einen spezifischen Impuls von bis zu 4200 m/s erreichen.

Flüssigkeitsantriebe sind zwar wesentlich komplizierter als Feststoffantriebe aufgebaut, haben ihnen gegenüber jedoch auch einige Vorteile. Ein großer Vorteil liegt in der Effizienz des Treibstoffes und seiner sehr hohen Schubkraft. Flüssig-keitsraketen produzieren denselben Schub wie eine Feststoffrakete bei eringerem Energieaufwand, das heißt sie verbrauchen weniger Treibstoff.

Ein weiterer Vorteil findet sich im Transport. Die Rakete wird erst kurz vor dem Start betankt und man kann somit Brennstoff und Oxidator getrennt voneinander lagern. Man trägt also kein hochexplosives Gemisch mit sich herum. Jedoch muss man beachten, dass Wasserstoff und Sauerstoff bei Zimmertemperatur flüssig sind, was bedeutet, dass man sie vor dem Start auf -180 Grad Celsius kühlen muss, um .....

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Mv: Masse der Rakete beim Start

Ml: Leermasse der Rakete


Hat man nun alle benötigten Angaben, kann man mit dieser Formel die Endgeschwindigkeit einer Rakete berechnen.


(16.04.2016)

Wechselwirkungsgesetz


Das Wechselwirkungsgesetz wurde vom englischen Naturforscher Isaac Newton entdeckt. Es wird auch als 3. newtonsches Axiom bezeichnet. Man spricht bei diesem Gesetz auch von actio=reactio oder auf Deutsch Kraft=Gegenkraft. Simpel ausgedrückt bedeutet dies: Übt ein Körper A eine Kraft auf einen Körper B aus, so übt Körper B die gleiche Kraft auf Körper A aus.

Folgende Formel beschreibt diesen Vorgang:

Kräfte treten immer paarweise auf. Übt ein Körper A auf einen anderen Körper B eine Kraft aus (actio), so wirkt eine gleich große, aber entgegen gerichtete Kraft von Körper B auf Körper A (reactio)“².

Bei diesem Vorgang gilt der Impulserhaltungssatz. Der Impuls vor dem jeweiligen Vorgang entspricht dem Impuls nach dem Vorgang.

Auf Raketen bezogen spielt das Wechselwirkungsgesetz eine sehr wichtige Rolle. Eine Rakete bewegt sich genau durch dieses Prinzip fort. Da Raketen jedoch im Vakuum fliegen, kann sich die Rakete, also Körper A nicht vom eigentlichen Kör.....

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Nachwort


Hier endet meine Facharbeit zum Thema Raketen. Ich hoffe ich konnte Ihnen mit diesen Ausführungen einen guten Einblick in den Raketenbau gewähren. Nun möchte ich Ihnen noch meine persönliche Meinung mitteilen und auch über die Zukunft des Raketenbaus sprechen. Ich finde, Raketen haben in der Entwicklung des Menschen eine wichtige Rolle gespielt.

Ohne sie wäre es uns Menschen nie möglich gewesen, das Weltall zu entdecken und es wäre vieles unentdeckt geblieben. Ich glaube jedoch auf keinen Fall, dass wir schon alles entdeckt haben, und ich denke, dass es in Zukunft bestimmt noch bessere Raketen geben wird, mit denen wir noch viel fernere Galaxien erkunden können.


Bild- und Quellenangaben


Bildquellen:


Textquellen:

Eigenständigkeitserklärung


Hiermit bestätige ich, dass ich die vorliegende Arbeit selbstständig angefertigt und keine anderen als die von mir angegebenen Quellen und Hilfsmittel verwendet habe. Die den benutzten Werken inhaltlich entnommenen Stellen sind als solche gekennzeichnet.


Ort, Datum Unterschrift


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Quellen & Links

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