(Maximale) Geschwindigkeit der BFR-Rakete (Starship + Super Heavy) im Weltraum?
Angenommen ich betanke die BFR im Erd-Orbit, und schicke sie dann in Richtung eines anderen Planeten - Was ist die Maximale Geschwindigkeit, die die BFR erreichen wird? (Vom Treibstoff her, und so dass es ihr möglich ist auf dem angestrebten Planeten noch zu landen, und so dass der Tank nicht zu warm wird.)
Auf Wikipedia steht: "Um die Rakete auf Fluchtgeschwindigkeit zu bringen...", und dass sich während der Reise die Raumschiff-Nase Richtung Sonne ausrichten soll, um den Treibstoff kühl zu halten -> Es wird nicht mehr beschleunigt. Kann man also davon ausgehen, dass sie mit Fluchtgeschwindigkeit fliegen wird? Stellt sich noch die Frage: Wie Hoch ist die Fluchtgeschwindigkeit im niederen Erdorbit? Und ist das nicht Unsinn, da "Fluchtgeschwindigkeit" ja von einer Startgeschwindigkeit und nicht von einer Beschleunigung ausgeht?
Wisst ihr die Geschwindigkeit (finde sie nämlich nirgends), und was sagt ihr zu meinem zweiten Absatz?
4 Antworten
Die muss die Fluchtgeschwindigkeit erreichen um vom Orbit aus aufzubrechen. Bei der Landung ist dass Gewicht egal, wenn die Triebwerke genug Schub erzeugen können um das Raumschiff zu starten reicht er auch um das Raumschiff auszubremsen und zu landen
Der spezifische Impuls und die Massen der beiden Stufen stehen in den technischen Daten. Der Rest ist Rechnerei:
Das ist auf der Seite unter Raketengleichung zu finden, beachte aber dabei den Abschnitt zum spezifischen Impuls.
Eine Geschwindigkeit ist generell auf ein Inertialsystem bezogen. Eine Rakete kann z.B. die Geschwindigkeit x gegenüber dem Mont Blanc auf der rotierenden Erde haben, gegenüber dem Erdmittelpunkt, dem Mond, der Sonne, der Milchstraßenachse u.s.w. Somit ergibt die Frage nach der "Höchstgeschwindigkeit einer Rakete" keinen Sinn.
Wir können natürlich die erzielbare Geschwindigkeit einer Rakete gegenüber dem Startpunkt bei geradliniger Beschleunigung betrachten oder in einem Orbit (z.B. um die Erde). Da ist die erzielbare Geschwindigkeit nach Beendigung der Beschleunigung erreicht, praktisch nach Verbrauch des Treibstoffs. Sie ist abhängig vom Energievorrat und vom Startgewicht. Siehe Wiki "Raketengrundgleichung". Daraus lässt sich die erzielte Geschwindigkeit errechnen in Abhängigkeit von diesen Größen. Die Geschwindigkeit kann natürlich geändert werden theoretisch durch "Nachtanken von Treibstoff" oder auch praktisch durch auftretende Gravitationsfelder (Siehe "Swing-by-Manöver" bzw. "Vorbeischwung-Manöver").
Die Höchsgeschwindigkeit gehört nicht zu den Eigenschaften von Raketen außerhalb der Erdatmosphäre, sondern z.B. zu den Eigenschaften von Straßen-, Wasser oder Luftfahrzeugen wegen des zunehmenden Widerstandes mit der Geschwindigkeit. Solche Fahrzeuge werden ja ohne Antrieb abgebremst auf die Geschwindigkeit null gegenüber der Erdoberfläche.
Die Fluchtgeschwindigkeit der Erde beträgt 11,2 km/s. Sie ist das Ergebnis einer Beschleunigung auf eine Kreisbahn um die Erde.
Alles klar, oder noch Fragen dazu?
Ja, und zwar die eigentliche Frage.
Was ist die höchste erzielbare Geschwindigkeit der BFR (gegenüber dem Startpunkt) (mit vollständiger Befüllung im Orbit)?
Dazu kann ich Dir keine Angaben machen, so wenig wie Wikipedia oder vermutlich andere User hier, weil die Fragestellung schlicht zu praxisfern ist. Wen interessiert so eine rein theoretische Frage überhaupt? Wer recherchiert auch dazu noch die Daten?
Bei einer Tank-Befüllung an der irdischen Startrampe (Wer kennt die schon?) wäre zunächst die Energie zur Erreichung der Kreisbahngeschwindigkeit im niedrigen Orbit um die Erde zu berechnen unter Berücksichtigung der Erdgravitation und des Luftwiderstandes.
Eine "vollständige Befüllung im Orbit" könnte ich mir vorstellen an einem mit Treibstoff beladenen Erdsatelliten als Tankstelle. Wer betreibt so eine solche Station? Unter derartigen Annahmen sowie einer Annahme des Startgewichtes und der Treibstoffenergie ließe sich eine geradlinige Beschleunigung errechnen und deren Endgeschwindigkeit gegenüber der Startrampe. Diese sinnfreie geradlinige Beschleunigung ist aber praktisch technisch kaum zu bewerkstelligen, weil immer Schwerkräfte zu Ablenkungen führen. Und damit wird die Berechnung erst richtig kompliziert! Und das Ergebnis würde nur als Rechenübung taugen ohne jede praktische Nützlichkeit.
Alles klar, oder noch Fragen dazu?
Wir könnten natürlich eine ganz simple Berechnung machen für die theoretische Annahme einer geradlinigen Beschleunigung vom fest stehenden Startpunkt aus, wenn wir die zugeführte Energie durch den Treibstoff kennen, bei Vernachlässigung des Wirkungsgrades des Triebwerkes:
Da gilt kinetische Energie = Masse mal Endgeschwindigkeit im Quadrat. Daraus folgt Endgeschwindigkeit = Wurzel aus (Energie/Masse). Für den Start in den Orbit wäre hier neben der mit der Höhe abnehmenden Luftreibung die mit der Höhe aufgebaute potentielle Energie (Lageenergie) einzubeziehen. Beim Start aus dem höheren Orbit heraus würde nur die Luftreibung wegfallen. Bei der Berechnung der potentiellen Energie wäre die mit zunehmender Höhe sinkende Gravitationskraft zu berücksichtigen.
Ich mache einmal einen simplen Vergleich: Wie berechne ich die Endgeschwindigkeit eines Körpers, der über einen 300 Meter hohen Berghang herunter rollt?
- hängt es vom spezifischen Impuls ab.
- liegt die minimale Entweichgeschwindigkeit aus dem Gravitationstrichter der Erde bei 11,2 km/s, rund 40.000 km/h. Da spielt ein Orbit von rund 400 km keine große Rolle. Mehr ist immer besser, um die Flugzeiten kurz zu halten, bedingt aber natürlich einen Mehrverbrauch an Treibstoff.
- hängt der Mehrverbrauch - und damit die Start- bzw. Abflugmasse -, von der beabsichtigten Bahn und die wiederum von den Keplergesetzen und der Stellung der Planeten zueinander ab. Es gibt jeweils ein Optimum an Flugzeit, Treibstoffverbrauch, Nutzlast usw.
- Die Bahn mit dem niedrigsten Energieaufwand ist die sog. "Hohmannbahn"; sie bedingt aber extrem lange Flugzeiten.
Und wie rechne ich des aus?