Welche Materialien, Bauformen und Farben sind für Raumschiffe geeignet?
Der Weltraum ist eine extrem tödliche Umgebung.
Raumschiffe müssen viele Anforderungen genügen, damit Menschen/Maschinen überleben können.
Folgende Gefahren gibt in einem Raumschiff Design zu beachten:
-Schutz vor Strahlung.(Röntgen und Gamma/Neutronenstrahlung)
-Schutz vor Mikrometeoriten
-Schutz vor Unterkühlung
-Schutz vor Wärme(Ableiten von Wärme)
-Dichtigkeit (genügend Druck)
Als Schutz vor Strahlung werden meistens Kunststoffe mit einem hohen Wasserstoffanteil verwendet. Blei wäre als Schutz viel zu schwer.
Die Elektronik muss ebenfalls gegen harte Strahlung gehärtet werden. Dafür gibt es verschiedene Techniken.
Hohe Strahlung kann Fehler in Speichermodulen oder der CPU verursachen.
Gehärtete Elektronik ist sehr aufwendig und teuer. Meistens auch viel langsamer als handelsübliche Elektronik. (Foto Elektronik vom Curiosity Rover, übersteht bis zu 1000 Sievert)
Als Schutz gegen Mikrometeoriten wird meistens eine Kombination von Kevlar, Titan, leichte Aluminiumlegierungen, Keramikgewebe und andere moderne Materialien verwendet die dann eine bis zu 10 cm dicke Schutzschicht bilden.
Als Schutz vor Unterkühlung wird meistens die goldfarbene biaxial orientierte Polyester-Folie(Mylar) verwendet die sehr leicht ist und in vielen Lagen eine hervorragende Isolation ermöglicht. (habe bereits darüber geschrieben, siehe unten)
Der Weltraum ist ein sehr kalter Ort. (Als Beispiel Pluto wird maximal -223 Grad C° warm und am kältesten -233 Grad C°.
Elektronik, Systeme und natürlich die Lebenserhaltung muss sowohl im Schatten/Sonnenuntergang(z.B eines Mondes oder Planeten) als auch im direkten Sonnenlicht gewährleistet sein.
In diesem Bild des Mars Reconnaissance Satellit(kurz MRO), sind die Flächen die vor Kälte geschützt werden müssen goldfarben und die Flächen die Wärme abstrahlen müssen schwarz.
Bei Raketen oder zum Beispiel die ISS wird auch die weisse Farbe verwendet um die Wärme zu reflektieren.
Eine andere Möglichkeit wärme in den Weltraum abzustrahlen, verwendete das Space Shuttle.
Nach dem Start eines Space Shuttles sammelte sich grosse Hitze an.
Im Vakuums des Weltall, lässt sich Hitze sehr schlecht ableiten.
Dafür verwendete das Space Shuttle die Freon gekühlten Radiatoren, die nach erreichen einer niedrigen Umlaufbahn geöffnet wurden.
Zuletzt, der Einsatzzweck diktiert die Form.
Muss das Raumschiff in eine Atmosphäre eintreten? Dafür verwendet man meistens konische Formen.
Im Windkanal fand man heraus, dass konische Formen sich am besten eignen, um das durch die Reibung entstehende heisse Plasma um das Schiff herumzuleiten.
Hier ein Foto der der Galileo Sonde die vom Galileo Satellit in die Atmosphäre von Jupiter geschickt wurde. Man erkennt gut die konische Form und den Ablativen Hitzeschild.
Die Sonde musste von Mach 50 abbremsen, dabei erwärmte sie sich auf 15500 Grad C° und Kräfte von 225g ertragen.
Wird das Raumschiff nur im Weltraum verwendet?
Ein Raumschiff das nur für den Weltraum konzipiert ist, muss nicht aerodynamisch sein.
Wie zum Beispiel die Mondlandefähre, das einzige bis jetzt wirkliche Raumschiff, das nur für den Weltraum gebaut wurde.
Landet es auf einem Planeten oder einem Objekt mit schwacher Schwerkraft/keine Atmosphäre?
Das bedingt ganz andere Lösungen, wenn zum Beispiel auf einem Kometen oder Asteroiden gelandet werden soll.
Wie zum Beispiel Philae, dass auf dem Kometen 67P Tschurjumow-Gerassimenko landete.
Über allem steht jedoch die Forderung auf jedes zusätzliche Kilogramm zu achten.
Nicht nur benötigt jedes zusätzliche Kilogramm viel mehr Treibstoff und eine schwerere Rakete, sondern es treibt die Kosten enorm in die Höhe.
Antwort von Michael Schneider auf Warum wird bei den meisten Raumfahrtmissionen Goldfolie verwendet?