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Raumfahrt

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Weltraumeinflüsse auf Raumfahrzeuge

Kurzbeschreibung

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Dieser Artikel thematisiert den Einfluss eines Raumfahrzeuges auf der Erde und im Orbit. Zu den Einflüssen gehören u.a. Elektromagnetische Strahlung, Teilchenstrahlung, Vakuum, Mikrogravitation, Beschleunigungen, mechanische Belastungen und Atmosphäre.

Beschreibung

Elektromagnetische Strahlung (EMS)

EMS entsteht vorwiegend mit etwa 1371 W/m² (auf Höhe der Erde) durch die Sonne. Die Erde strahlt ebenfalls EMS um die 240 W/m² aus. Dazu kommt noch ein geringer Anteil an IR-Strahlung aus dem Weltall.

Positive Auswirkungen:

Aus EMS kann über Solar Panels Energie erzeugt werden.

Negative Auswirkungen:

EMS erhitzt und die Oberflächen vom Raumfahrzeug und lässt diese zudem altern. Durch das ständige Wechselspiel zwischen Schatten und Sonnenbelastung entsteht eine hohe thermische Belastung. Zusätzlich entsteht durch die EMS ein sogenannte "Sonnendruck", der das Raumfahrzeug in seinem Orbis stört.

 

Teilchenstrahlung

Teilchenstrahlung entsteht ebenfalls durch die Sonne (Elektronen, Protonen, Plasma), durch eine kosmische Strahlung (Ionenstrahlung) und durch eine Konzentration an Teilchen innerhalb der Van Allen Radiation Belts.

Auswirkungen:

Durch die Teilchenstrahlung laden sich externe Bauteile auf und zerstören Bindungen in Gefügestrukturen. Zudem können sich geladene Teilchen im Material einlagern. Durch eine ständige Dosis entstehen zusätzlich durch Protonenschläge nukleare Strahlung.

 

Vakuum

Auswirkungen:

Entlüftung beim Start.

Maßänderungen durch Ausgasungen.

Gefahr durch Leckage von bedruckten Modulen.

Mikrolöten durch mechanische Kontaktflächen unter Druck.

Hohe UV-Strahlung (keine Atmosphäre als Filter)

Keine Wärmeübertragung durch Konduktion oder Konvektion

 

Mikrogravitation

Durch die vektorielle Addition von Flieh- und Erdbeschleunigung ist nur der Schwerpunkt des Satelliten im Gleichgewicht, nicht aber die anderen Punkte. Die Mikrogravitation macht sich somit besonders in vertikal ausgerichteten Komponenten bemerkbar. Kleine Kräfte haben in dieser Umgebung große Auswirkungen. Als Beispiel ist das Auslassen einer Flüssigkeit aus einem Tank, wenn die Mikrogravitation die Flüssigkeit an die andere Seite des Tanks bewegt.

 

Beschleunigung und mechanische Belastung

Beim Start entstehen hohe Beschleunigungskräfte, mechanische (statisch und dynamisch) und akustische Belastungen. Das Design der Trägerrakete und des Raumfahrzeuges wird von diesen Belastungen stark beeinflusst. Daraus folgt eine Definition der Designanforderungen und der Nutzlasten (Launcher Authority Verification Plan)

 

Atmosphäre

Besonders im LEO sind die Effekte der Atmosphäre hoch. Durch die Reibung entsteht ein Wiederstand, wodurch das Raumfahrzeug absinkt. Ein weiterer Effekt ist das aufladen des Raumfahrzeuges durch die Ionen angereicherte Atmosphäre und den unterschiedlichen Geschwindigkeiten zwischen Ionen und Elektronen im Verhältnis zum Raumfahrzeug.

 

Weitere Einflüsse sind das Magnetfeld, Meteoriten, Weltraumschrott, Gravitationsfelder und die Belastung im Riedereintritt.

Bilder

Umweltfaktoren eines Raumfahrzeuges

Video