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Vandenberg, 17. April 2022 – Eine schwere Trägerrakete des Typs Falcon 9 von SpaceX hat am Sonntag zwei streng geheime Militärsatelliten des National Reconnaissance Office (NRO) der US-Regierung ins All geschossen. Sie stiegen um 15:13 Uhr deutscher Zeit von der Space Force Base in Vandenberg (Kalifornien)  auf. Zwei vorangegangene Startversuche mussten wegen technischer und Wetterprobleme abgesagt werden.

Es war dies der 14. Falcon 9-Start in diesem Jahr und der 156. Start dieser Raketenfamilie seit 2006.

(c) Gerhard Kowalski

6 Gedanken zu „Falcon 9 bringt streng geheime Militärsatelliten auf eine Umlaufbahn“
  1. Wann darf eine Falcon starten, (Ein technischer Beitrag, auch hier extrem verkürzt)

    Die beiden Kosmodrome der Weltmächte liegen auf unterschiedlichen Breitengraden, mit deutlich unterschiedlichen Wetterbedingungen die auch bei der Entwicklung der Träger einen gewissen Einfluss haben. Schon vor dem Start der Energia-Buran zog ein Zyklon noch Baikonur, die Eisdecke an der Trägerrakete erreichte stellenweise eine Dicke von 1 … 1,7 mm, und 30 Minuten vor dem Start erhielt der Startleiter Gubanow eine Sturmwarnung, die Böen erreichten eine Geschwindigkeit bis 20m/s. Der Start wurde nur möglich, weil der Träger nicht die max. Nutzlast hatte. Noch schlimmer war es bei der ersten Startvorbereitung der N1 Trägerrakete, die ganzen 20 Tage der Vorbereitung herrschte ein extrem eisiger Frost von Minus 45 Grad, es war eine Zumutung für die vielen Menschen vor Ort. Der Start mit den 4.300 Mitarbeitern, Militärs und Zuschauern um die N1 wurde um ein Tag verschoben, die Kälte blieb aber… Bei Challenger Start am 28. Januar 1986 führten schon Temperaturen nahe Null zu Tragödie des Space Shuttles. Könnte die Falcon bei Minus 45 Grad starten? Diese Frage werde ich bei meiner nächster Musk Begegnung stellen.

    Möchte hier bemerken, das unter den Bedingungen von Baikonur wird eine Rakete bei einer Umgebungstemperatur von +20 ° C zu einem Paket zusammengebaut. Am Ende der Montage gerät es in Bedingungen, in denen die Temperatur zwischen -50 und +40 ° C liegen kann. Gleichzeitig überlagert sich der Einfluss mehrerer Faktoren auf die Temperaturänderung der Raketenstruktur, was zu einer erheblichen Ungleichmäßigkeit in der Verteilung der Temperaturfelder führt. Weiter: Durch das Betanken oder Temperieren, ungleichmäßige Betankung durch die Komponenten der Seitenblöcke, Sonneneinstrahlung und Wind führt zu unterschiedlichen Mustern des Auftretens von Temperaturbelastungen in Blockverbindungen und Blöcken, was zu Biegung und einer Scherung der Konstruktion insbesondere der Seitenblöcke führt. Das alles müssen die Konstrukteure bei der Entwicklung einer Trägerrakete berücksichtigen und berechnen.

    Wetterkontrolle und Vorhersage für Starts vom Space Center Kennedy und für die Startplätze in Cape Canaveral ist eine Einheit der US Air Force im Einsatz, die mehrere Namen trägt: Weather Squadron 45, Space Wing 45 oder Task Force 45. Sie ist auf der Patrick Air Force Base in der Nähe des Weltraumbahnhofs stationiert, 40 Kilometer südlich der Startrampe, von der aus Crew Dragon gestartet wird.

    Spezialisten dieser Abteilung liefern meteorologische Daten zur Unterstützung von Starts vom Space Center Kennedy und Cape Canaveral. Basierend auf seinen Beobachtungen liefert das 45th Weather Squadron Wettervorhersagen, Empfehlungen für Starttermine und schätzt mögliche Gewitteraktivität. Und sie warnt vor den Grenzen akzeptabler Wetterbedingungen für den einen oder anderen Raketentyp, der geplant werden soll. Diese Grenzwerte basieren auf den NASA-Startwetterkriterien und werden für jeden Typ von Trägerrakete berechnet. Sie sind ziemlich detailliert und decken den Start mit einer detaillierten Auflistung ab. Um einen Eindruck von der Tiefe der Ausarbeitung einer solchen Liste von Einschränkungen zu bekommen, möchte ich hier die Wetterkriterien von Falcon 9 auflisten.

    DER START IST VERBOTEN, WENN:

    1) In einer Höhe von 49 Metern über dem Startbereich ein stetiger Wind mit einer Geschwindigkeit von mehr als 56 km / h herrscht

    2) Windscherung in der oberen Troposphäre wird beobachtet – sie kann Probleme bei der Steuerung der Trägerrakete verursachen

    3) Während des Fluges die Rakete eine mehr als 1400 Meter dicke Wolkenschicht durchdringen muss, die sich bis in die Zone der negativen Temperaturen ausbreitet

    4) Weniger als 19 Kilometer vom Standort entfernt es Kumuluswolken mit Spitzen gibt, die sich bis in die Zone der Gefriertemperaturen erstrecken

    5) Weniger als 19 Kilometer vom Standort entfernt ist der Rand eines Gewitters, bei dem innerhalb von 30 Minuten nach dem vorherigen Blitz ein Blitz beobachtet wurde

    6) Weniger als 19 Kilometer von der Startrampe entfernt befindet sich ein Gewitter-Amboss (eine mächtige Kumuluswolke mit einer gegen die Tropopause abgeflachten Spitze)

    7) Es gibt Schlechtwetterwolken, die weniger als 9,3 Kilometer entfernt sind, sich in die Zone mit Gefriertemperaturen ausbreiten und mäßige oder mehr Niederschläge enthalten

    8) Weniger als 5,6 Kilometer entfernt sich noch Reste einer aufgelösten Gewitterwolke befinden und die Rakete muss durch die Kumuluswolken fliegen

    9) Es sind weniger als 15 Minuten vergangen, seit ein elektromagnetisches Drehfeldmesser, das sich fünf Seemeilen (9,2 km) vom Startplatz entfernt befindet, mehr als ± 1500 V / m oder unter besonderen Bedingungen ± 1000 V / m anzeigt.

    10) 30 Minuten lang, wenn innerhalb von 19 Kilometern um die Startrampe oder Flugbahn ein Blitz beobachtet wird.

    Bei einen bemannten Start kommen noch einige Punkte dazu. Das Streckenwetter wird an mehr als 50 Punkten entlang der Startroute der Ostküste Nordamerikas und im Nordatlantik überwacht. Die Wahrscheinlichkeit, dass das Wetter außerhalb der Reichweite liegt, wird an jedem Punkt anhand der Indikatoren für Wind, Wellen, Blitz und Niederschlag berechnet. Wie beim Space Shuttle muss das Wetter an bestimmten Orten der vier Zonen für eine mögliche Absage der Mission bestimmte Kriterien erfüllen, um die Falcon 9-Rakete mit dem Crew Dragon zu starten.

    Benji Reed, SpaceX-Direktor für bemannte Missionsdienste, gab während einer Pressekonferenz 2020 zur Flugbereitschaft bekannt, dass NASA und SpaceX das Wetter an 50 Standorten überwachen werden, die sich vom Launch Complex 39A entlang der Ostküste der Vereinigten Staaten und Kanadas erstrecken, und über den Atlantik bis nach Irland. Auch Daten von den Bojen der National Oceanic and Atmospheric Administration, die vom meteorologischen Weltraummissionsteam verarbeitet werden, spielen eine entscheidende Rolle bei der Entscheidung ob eine bemannte Mission starten kann.

    Einschränkungen des Windes in der Oberflächenschicht sind offensichtlich – ein horizontaler Wind von großer Stärke an der Startrampe kann die Rakete im Moment ihrer Trennung von der Startanlage einfach umwerfen. In diesem Moment sind böige Windböen besonders gefährlich – ein plötzlicher starker Anstieg der Geschwindigkeit. Bei Sturmböen im Bereich der Startrampe werden heute keine Raketen gestartet. Aber es war nicht immer so… Zur Erinnerung: Vor einem halben Jahrhundert, am 14. November 1969, als Apollo 12 startete. Die Stimmung an diesem Tag war stürmisch und äußerst ungünstig. Windböen in Bodennähe erreichten 26 Meter pro Sekunde, es gab einen heftigen Regenguss. Launch-Direktor Walt Capriian, der diese Position zum ersten Mal innehatte, gab die Erlaubnis, 13 Minuten vor „Zeit Null“ zu starten. Danach folgte der Blitzeinschlag in die Saturn-5.

    Auch in größeren Höhen gibt es weiterhin Gefahren für die Trägerrakete, eine genaue Beschreibung wäre hier extrem zu umfangreich. Möchte nur anmerken, mit welchen Kräften eine Trägerrakete sich messen muss, es sind:

    1) Vertikalen Ströme in der Troposphäre und Stratosphäre

    2) Hochgelegene Jet-Ströme, diese Ströme bewegen sich in konstanter Richtung von West nach Ost und erreichen über Baikonur eine Geschwindigkeit von 90-100m/s. Die höchsten Geschwindigkeiten von Jetstreams wurden über Japan gemessen – 180-200 Meter pro Sekunde.

    3) Windscherung, gefährlich für Flugzeuge und für Trägerraketen, führt zu Biegewindwirkung auf die Konstruktion

    4) Ab 15 km durch Überschallgeschwindigkeit kommt es zu einen zusätzlicher Anstellwinkel der Rakete (Überschallkompression auf den Raketenkörper). Dieser Vorgang ist sehr deutlich auf einer NASA-Schlierenaufnahme des schrägen Anblasens des aerodynamischen Modells der SLS-Trägerrakete durch eine Überschallströmung in einem Windkanal zu sehen.

  2. Teil 2 zu Raketenstarts

    Aerogasdynamik beim Start einer Trägerrakete (auch hier extrem verkürzt)

    Möchte auf ein Thema kurz eingehen, das nur in wissenschaftlichen Publikationen untersucht wird, es geht um den ganzen Komplex der gasdynamischen Belastungen beim Start einer Trägerrakete und die damit verbundenen Probleme. Damit die Leser den Umfang der Gasdynamischen-Komplexität verstehen, möchte ich folgende Zahlen der Energia Trägerrakete präsentieren. Für die Energia wurden die aerodynamischen Eigenschaften für eine Reihe von Layout-Schemata mit unterschiedlichen Nutzlasten bestimmt. Die Arbeitsdokumentation nur zu den aerogasdynamischen Eigenschaften der Trägerrakete Energia besteht aus 10 dicken Bänden mit Bild- und Textmaterial, das sind etwa 7.000 Seiten.

    In diesem Zusammenhang wurden Studien durchgeführt, um Zonen mit schmalbändigen Pulsationen zu identifizieren, sowie Studien und Maßnahmen, die darauf abzielen, diese zu reduzieren. So wurden im Zeitraum von 1975 bis 1987 rund 200 Energia Modelle und deren Modifikationen konstruiert, gefertigt und getestet. Die meisten von ihnen waren grundlegend neu mit sehr hohen Parametern, jedes Modell lieferte bis zu 1200 statische und 75 dynamische Parameter. Das größte Modell hatte einen Maßstab von 1:10. Insgesamt wurden 189 Einrichtungen (Prüfstände) für die Prüfung von Komponenten, Systemen, Einheiten und Baugruppen des Energia-Buran-Systems genehmigt und gebaut. Die Ergebnisse der aerodynamischen Untersuchungen wurden in 270 wissenschaftlichen und technischen Berichten präsentiert.

    Das Problem der Aerogasdynamischen Belastungen kommen besonders bei großen Trägerraketen zu Vorschein, darunter mit asymmetrischer Anordnung der Booster und der seitlichen Nutzlasten wie bei Space Shuttle und Energia. Das bringt eine Reihe neuer Problemstellungen in der Aerogasdynamik mit sich, deren Lösung maßgeblich von Dynamik, Belastungen, Stabilität und Beherrschbarkeit bestimmt ist. Das für Berechnungen und mathematische Modellierung schwierige Zusammenspiel von Hochleistungstriebwerken und deren Jets mit der Startrampe und den darauf befindlichen Aggregaten führt zu für die Trägerrakete gefährlichen Prozessen: Gasdynamische Reflexion von Jets mit hoher kinetischer und thermischer Energie, das Auftreten von Stoßwellen und akustischer Energie, die in ihrer Intensität den Aufprall von Lasten auf die Trägerrakete im Flug übersteigen.

    Besonders die Erfahrung die mit der N-1 Trägerrakete gemacht wurde, zeigt die Bedeutung des Problems der instationären gasdynamischen Belastung. Die Werte der Belastungen für so leistungsstarke Träger wie N-1 erwiesen sich in einigen Fällen als kritisch für das Design, da die hohe Druckpulsation zu hohen Anforderungen an die Konstruktionsressource führte. Heute sprechen wir vom N-1 Syndrom.

    Kurz zu Starsihp: Warum hat die neue Musk Trägerrakete so einen einzigartigen und sehr hohen Starttisch? Ganz einfach, die mathematische Simulation hat gezeigt, das so ein Tisch optimal gegen das N-1 Syndrom wäre. Zu Deutsch: Damit werden die extremen Belastungen, die durch die Reflexion der Gase entstehen, deutlich reduziert.

    Reduktion von Stoßwellen

    Es ist unmöglich, die Schallstrahlung des Jetstreams selbst zu schwächen und die Überschallgeschwindigkeit zu verringern. Es ist jedoch möglich, die Reflexion von Wellen von den festen Oberflächen der Startstruktur und ihrer Elemente zu reduzieren. Dazu muss die reflektierende Oberfläche uneben und verschwommen, verformbar, inhomogen und veränderlich gemacht werden. Eine solche Oberfläche wird die Stoßwelle teilweise absorbieren und teilweise streuen.

    Um eine Streufläche zu erzeugen, wird die Ausgangsstruktur mit einer großen Wassermenge geflutet, deren Strahlen die Wirkung von Druckwellen aufnehmen müssen. Wenn sie auf eine sich ständig verändernde, brodelnde Wasserschicht fallen, werden Stoßwellen verwischt, ihre Reflexion wird erheblich geschwächt. Die aufgeschäumte Wassermasse mit einer Vielzahl von sich schnell ändernden Inhomogenitäten und Bläschen absorbiert akustische Schwingungen. Intensive Verdunstung und elastische inhomogene Dampfströmungen verwischen und beugen auch Stoß- und Schallwellen und schwächen sie ab. Mehrere Stellen der Startanlage werden gleichzeitig mit Wasser versorgt. Seine Strömungen sind sowohl über der Struktur als auch im Strömungsteil des Gasauslasstrakts organisiert, wohin Überschallstrahlen von Motorabgasen gelangen.

    Für die Reduktion der enormen Kraft von Überschall-Jetstreams, ist die Zufuhr riesiger Wassermengen pro Sekunde erforderlich. An Startplätzen für Shuttles befand sich die Wasserversorgung in einem großen, neben dem Gelände aufragenden Turm mit einem Reservoir auf der Spitze, das 1.100 Tonnen Wasser fasste. Um eine schnelle Entladung zu gewährleisten, beträgt die Höhe des Tankturms etwa 80 Meter. Von dort floss das Wasser durch die Schwerkraft durch titanische Rohre mit zwei Metern Durchmesser in die Sprühvorrichtungen am Start. Das als Sound Suppression System bezeichnete System befand sich sowohl auf den Startrampen des Space Shuttles im Kennedy Space Center als auch auf dem Startplatz der Vandenberg Air Force Base in Kalifornien.

    Wasser gegen Aerodynamische Belastungen und Schallunterdrückung

    Um die ganzen aerogasdynamischen Belastungen zu unterdrücken, ist also die Verwendung eines Wassersprühsystem beim Start einer Trägerrakete erforderlich. Das System wird Sekunden vor dem Start aktiviert, um das stärkste Geräusch der laufenden Triebwerke zu dämpfen und den Nutzlastträger und die Bodeninfrastruktur vor akustischem Schock zu schützen. Die von den Abgasen von Motoren erzeugten Stoßwellen überschreiten die Schallgeschwindigkeit. Der Geräuschpegel zum Zeitpunkt des Starts und einige Sekunden danach nähert sich 200 Dezibel (bei Saturn-5 waren bis 220 Dezibel), kann erheblichen Schaden an der Nutzlast und der Trägerrakete verursachen.

    Der Geräuschpegel während des Starts des Space-Shuttle-Systems ohne Verwendung eines Schallunterdrückungssystems betrug 200 Dezibel. Eine Person in der Nähe wird bei einem solchen Lärm in wenigen Sekunden sterben. Der Geräuschpegel im Cockpit des Orbiters war geringer, erreichte aber immer noch zu hohe Werte, die aus Sicht des Wohlbefindens der Besatzung nicht akzeptabel waren. Bei eingeschalteter Schalldämpfungsanlage sank der Startgeräuschpegel auf 143 Dezibel – ein technisch vertretbarer Wert liegt bei 145 Dezibel. Die riesigen dichten weißen Wolken, die die Startrampe während des Shuttle-Starts umgeben, sind nicht der Auspuff seiner Düsen. Dies ist meist strahlverdampftes und dann kondensiertes Wasser aus der Schalldämpfungsanlage.

    Ein ähnliches System zur Unterdrückung akustischer Felder während des Starts wurde für das sowjetische Weltraumsystem Energia verwendet. Bei der Erstellung haben sie die vorhandenen Erfahrungen beim Betrieb des Space Shuttles berücksichtigt und nicht an Zahlen und Parametern gespart. Drei oberirdische Wassertanks enthielten zusammen 18.000 Tonnen Wasser, die der Startanlage beim Start zugeführt wurden. In den Momenten des maximalen Durchflusses kamen 18 Kubikmeter Wasser pro Sekunde am Start an. Mit der Beendigung der Starts von Energia wurde das System außer Betrieb genommen.

    Am Weltraumbahnhof Kourou in Französisch-Guayana wurde am Startkomplex für die neue europäische Rakete Ariane 6 auch ein Sprühsystem installiert. Um eine Zerstörung von Raketenstrukturen und Bodensystemen zu vermeiden, werden beim Start drei Zonen nacheinander mit 700 Kubikmeter Wasser geflutet. Aufbereitetes Wasser befindet sich in einem 1200 m3 großen Turm in der Nähe. Nach dem Start wird das gesamte Wasser unter der Startrampe abgepumpt, der Turm wird aus dem nächsten See wieder aufgefüllt.

    Für die SLS Trägerrakete wurden erhebliche Verstärkungen des Schalldämpfungssystems vorgenommen, die Kapazität des Wassertanks wurde bis auf 15.000 Tonnen Wasser erhöht. Die Hauptleitungen wurden verstärkt und ein neues Wasserverteilungssystem zu den Sprinkleranlagen wurde gebaut.

  3. Lieber Herr Kowalski,
    rufen sie mich bitte mal an unter:
    0361 7508441

    Liebe Grüße aus Erfurt
    Detlef Höner

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