<
>
Download

Referat
Physik

Hebel-Gymnasium Pforzheim

1,7, Januar 2013

Bernd A. ©
2.00

0.14 Mb
sternsternsternsternstern_0.2
ID# 29363







Referat über Raumfahrt - Sputnik, Voyager 1, Kosmische Geschwindigkeiten und Swing By

Sputnik

1957 wurde zum ersten Mal ein künstlicher Satellit ins Weltall geschossen. Er wurde von den Russen gebaut und "Sputnik 1" genannt. Sputnik ist russisch und heißt "Begleiter", weil der Satellit auf seiner Umlaufbahn die Erde umkreist. Er ist am 4. Oktober 1957 gestartet und ist 92 Tage auf der Erdumlaufbahn geblieben.

Als die Russen 1957 einen Satelliten ins Weltall schossen, war die ganze Welt geschockt:
Man konnte schon mit den einfachsten Radios Pieptöne der Sputnik aus dem All empfangen. Damit begann das Raumfahrtzeitalter. Und niemand rechnete damit, dass die damalige Sowjetunion dies einleiten würde.

Zwölf Jahre nach dem zweiten Weltkrieg war die Welt geteilt. Auf der einen Seite standen die westlichen demokratischen Staaten und auf der anderen Seite stand der so genannte "Ostblock". Die kommunistischen Staaten, die eigentlich auch Diktaturen waren.


Sputnik 1 war 83.6kg schwer. Er bestand aus einer 2mm starken Aluminiumlegierung, außen poliert. Er hatte einen Durchmesser von 58cm. Die Kugel enthielt einen Radiosender. Es war selbst für Funkamateure möglich das Piep-Piep zu empfangen. Die Energie für den Sender lieferten 3 Silber-Zink Batterien, welche eine Lebensdauer von ca. 3 Wochen besaßen.

Man hatte ihn mit Stickstoff gefüllt und einen kleinen Ventilator sowie ein einfaches Regulationssystem installiert gehabt, um die Temperatur im Innern zwischen 20° und 30° Celsius zu halten.

Amerikanische Wissenschaftler arbeiteten fieberhaft an ihrer ersten Rakete und berichteten öffentlich von ihren Fortschritten. Als dann im Radio die Piepstöne von Sputnik 1 hören waren und klar wurde, dass sie nicht von einem amerikanischen Satelliten stammten, stand die westliche Welt und damit auch die Amerikaner unter Schock.

Sputnik 1 konnte Piepstöne zur Erde senden, aber auch nicht mehr.1961 flog der erste Mensch ins Weltall. Und zwar der russische Kosmonaut Jurij Gagarin. 108 Minuten brauchte, um einmal um die Erde zu fliegen. 1969 war dann Neil Amstrong der erste Mensch der auf dem Mond landete.

Voyager 1

Anfang der 1970er Jahre beschloss man den Bau der Voyager 1. Die Konzeptphase war im März 1975 abgeschlossen und man begann mit dem Bau der Sonde. Am 05.09.1977 startete sie am Cape Canaveral .

Missionziele:

Die Voyager Sonde hatte zu beginn keinen Forschungsschwerpunkt. Sie war anfangs dazu gedacht nur die äußeren Planeten zu erforschen. Daher waren die ursprünglichen Ziele der Sonde weit gefasst:

  • Untersuchung der Atmosphäre von Jupiter und Saturn im Hinblick auf Zirkulation, Struktur und Zusammensetzung

  • Analyse der Zusammensetzung der Monde

  • Genauere bestimmung der Masse, Größe und Form der Planeten, aller Monde und Ringe.

  • Untersuchung diverser Magnetfelder im Hinblick auf ihre Struktur

  • Genaue Untersuchung der Monde lo(Jupiter) und Titan(Saturn)

Voyager 1 befindet sich seit dem er am Saturn vorbeiflog auf dem Weg durch die äußeren Bereiche des Sonnenystems und in den interstellaren Raum. Die letzte Phase der Erkundungsmission begann am 01.01.1990 unter dem Namen „Voyager interstellar Mission“. Nach dem Stand 2009 untersucht die Voyager1 folgende Phänomene:

  • Stärke und Ausrichtung des Magnetfeldes der Sonnensystem

  • Zusammensetzung, Richtung und Energiespektren von Sonnenwind und kosmischer Strahlung.

  • Die Stärke von Radiowellen, die voraussichtlich aus der Heliopause stammen.

  • Verteilung von Wasserstoff im Bereich der äußeren Heliopause.

Aus Budgetgründen kam das Programm mehrmals in Bedrängnis, da der Betrieb der Sonde mehrere Millionen von US Dollar pro Jahr kostet. Trotz der Fortsetzung des Progamms, mussten dennoch Budgetkürzungen hingenommen werden.

Zukunft:

Voyager 1 wird 2015 die Heliosphäre, also den Einflussbereich des Sonnenwindes, endgültig verlassen haben. Sie passiert dann die Heliopause, also den Grenzbereich, an dem der Sonnenwind aufhört und wo das interstellare Medium zu herrschen beginnt.

Kosmische Geschwindigkeiten

Die Geschwindigkeiten die ein Körper braucht um auf die Bahn eines Himmelskörpers zu kommen oder ihn gar zu verlassen, nennt man Kosmische Geschwindigkeiten.

Es gibt gesamt vier Kosmische Geschwindigkeiten:

  1. Als erste Kosmische Geschwindigkeit bezeichnet man die Geschwindigkeit die man benötigt um eine erdnahe Umlaufbahn zu erreichen. Auch bekannt als die minimale Kreisbahngeschwindigkeit. Sie beträgt 7.9 km/s.

  • Die zweite Kosmische Geschwindigkeit muss erreicht werden, wenn man das Gravitationsfeld der Erde verlassen möchte. Sie ist auch bekannt als die Fluchtgeschwindigkeit und beträgt 11.2 km/s


    1. Die dritte Kosmische Geschwindigkeit braucht ein Objekt, damit es unser Sonnensystem verlassen kann und diese beträgt 16.7 km/s.

  • Um schliesslich noch die Galaxie zu verlassen, benötigen wir die vierte Kosmische Geschwindigkeit. Dafür wären 129 km/s nötig.

    Swing By

    Der Swing By ist die Veränderung, durch Vorbeifluges an einem Planeten, einer Raumsondenbahn.

    An der Abbildung ist der Verlauf der zwei Voyager Sonden zu erkennen. Bei jedem Vorbeiflug an einem Planeten, knickt sich die Flugbahn der jeweiligen Sonden. Wobei zu erkennen ist, dass sich nach einer Zeit die Bahn wieder gerade verläuft.

    Um diesen Vorgang besser verstehen zu können sollte man den Swing By aus zwei perspektiven betrachten. Zum einen aus der Sicht des Planeten. Die Sonde tritt mit seiner Geschwindigkeit in die Einflusssphäre des Planeten ein, wird dadurch beschleunigt und im Planetennächsten Punkt kriegt sie noch eine extra Geschwindigkeit.

    Durch verlassen der Einflusssphäre nimmt die Geschwindigkeit der Sonde wieder ab und sie kommt wieder auf ihre usprüngliche Geschwindigkeit mit der sie in den Planeten eintrat. Vom Planeten aus gesehen hat die Sonde weder an Geschwindigkeit gewonnen noch verloren, nur ihre Bahn wurde durch die Anziehungskraft gekrümmt.

    Vergleichsweise ist das mit dem Spiel Squash in dem der Ball mit einem Tennisschläger gegen die Wand gefeuert wird. Er prallt gegen die Wand ab und verlässt mit der selben Geschwindigkeit und dem selben Winkel. So dasselbe Prinzip bei der Sonde. Auch sie verlässt mit dem selben Einfallswinkel den Planeten wie der Ball die Wand.

    Das ist aber nur die Perspektive vom Planeten aus. Nun ist noch zu beachten das die Sonde sich auf der Sonnenumlaufbahn befindet. Hier sind zwei weitere Faktoren zu beachten:

    • Der Planet bewegt sich auch um die Sonne

    • Ein- und Austrittswinkel unterscheiden sich im Bezug auf die Sonne, da man noch den Geschwindigkeitsvektor des Planeten addieren muss.

    Gehen wir etwas genauer auf den zweiten Punkt ein. Wie vorhin gezeigt krümmt der Planet die Bahn der Sonde in eine andere Richtung, selbst wenn kein Geschwindigkeitsgewinn vorhanden ist.

    Viel wichtiger ist der zweite Punkt. Die Sonde hat wie der Planet eine Geschwindigkeit relativ zur Sonne. Auch hier kann man den Vorgang mit einer Sportart die uns bekannt ist vergleichen. Und zwar dem Tennis. Dort gibt es anders als zuvor einen Gegenspieler und der kann nun seinen Schläger auf den Ball zu bewegen, um ihn zu beschleunigen, oder sich von ihm wegbewegen, um ihn zu verlangsamen.

    Das selbe macht der Planet auch: Er bewegt sich auf einer Sonnenumlaufbahn und die Sonde kann sich entweder auf ihn zu bewegen oder ihn von hinten langsam einholen.




  • Nachteile des Swing By Manövers:

    Zwar sieht er auf den ersten Blick danach aus Planeten schneller zu erreichen oder zumindest um Treibstoff zu sparen aber auch dieser Vorgang trägt seine Nachteile mit sich.

    Das erste Problem ist die Planetenkonstellation. Für die Flüge von der Erde zu Planeten, gibt es bestimmte Startfenster die sich ständig wiederholen. Will man beispielsweise mehrere Planeten nacheinander anfliegen so müssen die Erde und die beiden dementsprechenden Planeten So kann man Saturn über Jupiter nur alle 20 Jahre anfliegen.

    Und für die Startgelegenheit zu (Jupiter-Saturn-Uranus-Neptun) hat man nur alle 176 Jahre die Chance. Diese Problematik war bei der Sonde Cassini zu erkennen. Geplant war es um zum Saturn schnellstmöglich zu kommen, dass man im Frühjahr 1999 den Planeten Jupiter erreicht.

    Zeitverzögerungen:

    Ein Swing By Manöver kann zwar eine Mission beschleunigen, bestes Beispiel sind die beiden Voyager Sonden, aber durch mehrere Vorbeiflüge an zu kleinen Planeten kann man auch das Ziel verspätet erreichen.

    • Ein direkter Flug zum Saturn dauert 6 Jahre. Cassini brauchte für die gleiche Strecke mit 4 Vorbeiflügen 7 Jahre.

  • Ein direkter Flug zum Jupiter dauert 27 Monate. Galileo brauchte mit 3 Vorbeiflügen für diese Strecke 5 Jahre, 2 Monate.

  • Ein direkter Flug zu Merkur dauert 122 Tage. Messenger braucht mit 3 Vorbeiflügen 41 Monate dafür.

    Quellen

    SWING BY:

    KOSMISCHE GESCHWINDIGKEITEN:

    keit.html

    at/riedgym/physik/11/grav_feld/gravpotential.htm&docid=HMcvVlIlPepdXM&imgurl= rt=0&ndsp=19&ved=1t:429,r:3,s:0,i:91&tx=63&ty=81



  • cus.de/wissen/weltraum/abschied-von-der-sonne-sonde-voyager-1-an-der-schwelle-zur-unendlichkeit_aid_874676.html


    | | | | |
    Tausche dein Hausarbeiten

    G 2 - Cached Page: Thursday 28th of March 2024 09:26:52 AM