Raumfahrttechnik I
Astronautics and Space Technology I

Modul MW0401 [RFT1]

Dieses Modul wird durch Fakultät für Maschinenwesen bereitgestellt.

Diese Modulbeschreibung enthält neben den eigentlichen Beschreibungen der Inhalte, Lernergebnisse, Lehr- und Lernmethoden und Prüfungsformen auch Verweise auf die aktuellen Lehrveranstaltungen und Termine für die Modulprüfung in den jeweiligen Abschnitten.

Basisdaten

MW0401 ist ein Semestermodul in Deutsch auf Bachelor-Niveau und Master-Niveau das im Wintersemester angeboten wird.

Die Gültigkeit des Moduls ist von WS 2003/4 bis WS 2013/4.

GesamtaufwandPräsenzveranstaltungenUmfang (ECTS)
150 h 45 h 5 CP

Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen

Inhalt

" Grundlagen des Raketenantriebs: Raketenprinzip; Raketengrundgleichung; Rückstoßschub & Druckschub; Spezifischer Impuls; Spezielle Lösungen der Raketengleichung; Antriebs- und Treibstoffbedarf; Wirkungsgrad; Trade Offs Struktur vs. Nutzlast; Stufung; Stufungstypen; Nutzlast- & Antriebsaufwandoptimierung " Antriebssysteme: Antriebskonzepte; Thermodynamische Betrachtungen; Strömungsverhältnisse; Brennkammer und Düsengeometrie; Düsenanpassung; Triebwerksauslegung; Schubkoeffizient; Expansionsverhältnis; Über/Unterexpansion; Antriebskühlung; Monoergole Antriebe; Diergole Antriebe; Kaltgas; Treibstoffe; Fördersysteme; Nebenstromtriebwerke; Hauptstromtriebwerke; Feststoff-Antriebe; elektrische Antriebe; Exotische Antriebe " Trägersysteme: Leistungsmerkmale; Auswahlkriterien; Startbelastungen; Nutzlastkapazität; Kosten; Verlässlichkeit; Übersicht der verfügbaren Systeme; Startplätze; Satellitenmarkt; Zukunftsprognosen " Umwelteinflüsse: Umwelteinflüsse auf Orbits; Atmosphäre; Atmosphärenschichtung; Atmosphärenphysik; Dichteverteilung; chemische Zusammensetzung & Temperatur; elektromagnetische Eigenschaften; Sonneneinfluss; Solar Flares; Solarkonstante; Erdmagnetfeld; Sonnenstrahlung; Van Allen Gürtel; Galactic Cosmic Radiation; Strahlungseinflüsse (SEUs); Weltraummüll; Schutzschilde " Aufstiegsbahnen: Bewegungsgleichungen & Koordinatensysteme; Aufstiegsbahnen; Aufstiegsphasen; Gravity Turn; Pitch Maneuer " Astrodynamik I: Newtonsche Bewegungsgleichung; Erhaltungssätze; Drehimpulserhaltung; Energieerhaltung; ZweikörperProblem; Kegelschnitte " Astrodynamik II: Bahnelemente; Keplerelemente; Keplersche Gesetze; Bahnkurven; Vis-Viva; Kosmische Geschwindigkeit; Lösungen der Bewegungsgleichungen; 2-Impuls Bahntransfers; Hohmannübergänge; Zielfehler " Interplanetare Flüge: Flugbahnen zu den Planeten & Mond; Konzept der Einfluss-Sphären; Transferzeiten; Startfenster; Flyby-Manöver; Weak Stability Boundary Transfers; Librationspunkte " Wiedereintritt: Thermik-Problem des Wiedereintritts; Bewegungsgleichungen; Re-Entry in großen Höhen; Ballistischer Eintritt; Skip Re-Entry; Thermische Belastungen; Kritische Beschleunigung; Schutzmaßnahmen; Apollo und Shuttle Beispiele

Lernergebnisse

Nach der Teilnahme an der Modulveranstaltung sind die Studierenden in der Lage, die relevanten Grundlagen der Raketentechnik, Astrodynamik und Umwelteinflüsse zu verstehen und deren Auswirkungen auf raumfahrttechnische Systeme zu identifizieren. Sie sind in der Lage auf Basis dieser Kenntnisse bestehende Missionen zu analysieren und gewählte Lösungen zu hinterfragen. Sie besitzen nach Abschluss der Veranstaltung alle notwendigen Kenntnisse um bei Missionsbewertungen mitreden und einen relevanten Beitrag leisten zu können.

Voraussetzungen

keine

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

Lehrveranstaltungen und Termine

ArtSWSTitelDozent(en)Termine
VO 2 Grundlagen der Raumfahrt Dienstag, 13:00–14:30
UE 1 Übung zu Grundlagen der Raumfahrt Mittwoch, 16:00–17:00
UE 1 Vertiefungsübung zu Grundlagen der Raumfahrt Mittwoch, 17:00–17:30

Lern- und Lehrmethoden

In der Vorlesung werden die Lehrinhalte anhand von Vortrag, Präsentation und Tafelanschrieb vermittelt. Zur Ergänzung und Nachbereitung wird das Buch zur Vorlesung empfohlen. In der begleitenden Übung werden wichtige Kernpunkte wiederholt und vertieft behandelt. Die Studenten lernen anhand von Überschlagsrechnungen und Abschätzungen Systembewertungen durchzuführen. Die Übung gibt darüber hinaus Beispiele und Informationen zu aktuellen Themen in der Raumfahrt.

Medienformen

Vortrag, Präsentation, Handzettel, Tafelanschrieb

Literatur

U. Walter, Astronautics, Wiley-VCH, ISBN 3-527-40685-9 (Das Buch zur Vorlesung) Ein weiterführender umfangreicher Literaturüberblick ist in den Vorlseungsunterlagen gegeben.

Modulprüfung

Beschreibung der Prüfungs- und Studienleistungen

In einer schriftlichen Prüfung sind die vermittelten Inhalte auf verschiedene Problemstellungen aus Vorlesung und Übung anzuwenden. Die schriftliche Prüfung besteht aus ca. 20 bis 30 kürzeren Aufgaben, die den gesamten Vorlesungsinhalt abdecken. Es sind sowohl Kurzfragen als auch Rechenaufgaben enthalten. Die Aufteilung zwischen den beiden Fragearten beträgt ungefähr 50%. Geprüft wird das Verständnis der raumfahrttechnischen Grundlagen. Der Studierende muss unter Beweis stellen, dass er in der Lage ist die in der Raumfahrttechnik Grundlegenden Einflussfaktoren und deren komplexe Zusammenhänge zu verstehen, die daraus auf die Mission resultierenden Anforderungen zu erfassen und anhand von Abschätzungen machbare Lösungen zu finden. Für die Bearbeitung der Prüfung wird den Studenten eine Formelsammlung bereitgestellt. Außer einem nichtprogrammierbaren Taschenrechner sind sonst keine weiteren Hilfsmittel erlaubt.

Wiederholbarkeit

Eine Wiederholungsmöglichkeit wird im Folgesemester angeboten.

Kondensierte Materie

Wenn Atome sich zusammen tun, wird es interessant: Grundlagenforschung an Festkörperelementen, Nanostrukturen und neuen Materialien mit überraschenden Eigenschaften treffen auf innovative Anwendungen.

Kern-, Teilchen-, Astrophysik

Ziel der Forschung ist das Verständnis unserer Welt auf subatomarem Niveau, von den Atomkernen im Zentrum der Atome bis hin zu den elementarsten Bausteinen unserer Welt.

Biophysik

Biologische Systeme, vom Protein bis hin zu lebenden Zellen und deren Verbänden, gehorchen physikalischen Prinzipien. Unser Forschungsbereich Biophysik ist deutschlandweit einer der größten Zusammenschlüsse in diesem Bereich.