Was ist Raketenaerodynamik?

Raketenaerodynamik sind die Kräfte, die auf einen Raketenkörper im atmosphärischen Flug ausgeübt werden, und umfassen normalerweise Raketenwiderstand, Raketenantrieb oder Raketenschub; das Gewicht der Rakete; und seinen aerodynamischen Auftrieb basierend auf der Körperform. Aerodynamische Kräfte in Bezug auf Raketen müssen auch die Ballistik berücksichtigen, die die allgemeine Wirkung der Schwerkraft auf eine Rakete ist, wenn sie in vertikaler Richtung von der Erdoberfläche wegfliegt und zurückkehrt.

Die Geschichte der Raketentechnik lässt sich bis mindestens 1045 n. Chr. zurückverfolgen. Zu dieser Zeit nutzten die Chinesen sie bereits als militärisches Gerät. Die grundlegende Raketenaerodynamik hat daher weltweit tendenziell ein viel breiteres Verständnis als die Flugzeugaerodynamik.

Aerodynamik wirkt auf jeden Körper, der sich durch die Luft bewegt und zwei Hauptqualitäten aufweist: Kraft und Vektor oder Richtung. Die direkte Raketenaerodynamik, die auf die Fahrzeugkarosserie einwirkt, ist Widerstand und Auftrieb, wobei Widerstand die Widerstandskraft der Luft ist, die die Rakete durchdrücken muss, und wirkt direkt entgegen der Fahrtrichtung der Rakete. Der Auftrieb wirkt senkrecht zur Bewegung der Rakete oder im rechten Winkel zum Horizont, und seine Größe hängt von der Form des Raketenkörpers und der Dichte der Luft ab, durch die er strömt.

Kräfte wie Auftrieb und Widerstand sind nur relevant, wenn sich die Rakete im Vergleich zu der eines anderen Körpers bewegt. Beispiele für solche Körper sind die Erde und der Betrieb in der Atmosphäre. Raketen in voller Größe, die schnell in den Weltraum aufsteigen, werden von Auftriebs- und Widerstandskräften außerhalb der Erdatmosphäre nicht beeinflusst.

Auftriebs- und Widerstandselemente der Raketenaerodynamik werden auch direkt durch den Vektor der Rakete oder ihren Steigwinkel gegenüber der Erdoberfläche beeinflusst. Vektorkräfte kommen in Bezug auf Gewicht und Schub einer Rakete im Vergleich zu ihrem Aufstiegswinkel direkter zum Tragen. Je mehr Schub eine Rakete im direkten Vergleich zu ihrem Gewicht erzeugen kann, desto weiter kann sie von der Erdoberfläche aufsteigen, bevor ihr Treibstoff ausgeht.

Diese Komponente der Raketenaerodynamik wird oft als Delta v bezeichnet und als reine Zahl berechnet, wenn kein Luftwiderstand und keine Gravitationsbeschleunigung die Rakete nach unten zieht. Der Raketenantrieb, den ein Fahrzeug benötigt, um eine Umlaufbahn zu erreichen, wird als Fluchtgeschwindigkeit bezeichnet. Für die Erde ist es eine Geschwindigkeit von etwa 25,000 Meilen pro Stunde (40,233 Kilometer pro Stunde) oder 5,300 Meilen pro Stunde (8,530 Kilometer pro Stunde) auf der Mondoberfläche.