Wie groß könnte die Erde maximal werden, bevor Raketen nicht mehr funktionieren?

Grenzen chemisch angetriebener Raketen: Startmöglichkeiten von Planeten, die größer als die Erde sind

• Antwort auf die Frage, ob chemisch angetriebene Raketen auch von größeren Planeten mit einer ähnlichen Dichte wie die Erde starten können.
• Untersuchung der Startmöglichkeiten bei zunehmendem Radius und zunehmender Masse der Erde.
• Diskussion der theoretischen Grenzen chemischer Raketen und der praktischen ingenieurtechnischen Probleme.

Raketengleichung und die Grenzen chemisch angetriebener Raketen

• Laut der Raketengleichung ist auf größeren Planeten eine höhere Geschwindigkeit erforderlich, was ein höheres Massenverhältnis der Rakete bedeutet.
• Die Ausströmgeschwindigkeit chemischer Triebwerke ist begrenzt, und das Massenverhältnis einer Rakete kann nicht unbegrenzt erhöht werden.
• Auf Planeten, die größer als die Erde sind, muss das Schub-Gewichts-Verhältnis der Rakete höher sein; das erhöht die Trockenmasse und verringert das erreichbare Δv.

Praktische Grenzen chemisch angetriebener Raketen

• Wenn Radius und Masse der Erde vergrößert werden, steigt die Gesamtmasse der Rakete exponentiell an.
• Ab einer gewissen Gravitation können selbst die stärksten Triebwerke ihr eigenes Gewicht nicht mehr anheben.
• Die Δv-Anforderungen für chemisch angetriebene Raketen sind theoretisch unbegrenzt, werden in der Praxis jedoch wegen struktureller Probleme und Ressourcenbeschränkungen unmöglich.

Theoretische Grenzen chemisch angetriebener Raketen

• Theoretisch können chemisch angetriebene Raketen von Planeten beliebiger Größe starten, praktisch wächst das erforderliche Massenverhältnis jedoch exponentiell.
• Wird die Rakete zu groß, treten strukturelle Probleme auf, und die Triebwerke können ihr eigenes Gewicht nicht mehr anheben.
• Wenn die Masse des Planeten im Verhältnis zur Raketenmasse sehr groß wird, sinkt die effektive Ausströmgeschwindigkeit der Rakete, sodass sie das für den Weltraum nötige Δv nicht mehr liefern kann.

Meinung von GN⁺

• Dieser Beitrag untersucht die Grenzen chemisch angetriebener Raketen eingehend und betont, dass die Schwierigkeit von Raketenstarts mit wachsender Planetengröße exponentiell zunimmt.
• Unter Berücksichtigung des Massenverhältnisses und der strukturellen Grenzen deutet er darauf hin, dass Starts mit chemisch angetriebenen Raketen auf Planeten, die deutlich größer als die Erde sind, unmöglich sein könnten.
• Der Beitrag bietet ein interessantes Thema für Menschen, die sich für Weltraumforschung und Raketentechnik interessieren, und kann Diskussionen über die Zukunft von Weltraumstartsystemen anregen.

[GN⁺]

Hacker-News-Kommentare

• Eines der offenen Probleme der frühen Raketenwissenschaft war, ob es für ein theoretisches Raketenkonzept überhaupt eine Treibstoffkombination mit ausreichend hoher Ausströmgeschwindigkeit gibt. In Goddards Arbeit wurde diskutiert, wie groß eine Rakete werden müsste, um bei geringerer Treibstoffgeschwindigkeit die gleiche Leistung zu erzielen. Am Ende landet man bei einer Situation, in der man einen ganzen Berg Schwarzpulver verbrennen müsste, um einige Dutzend Meilen Höhe zu erreichen. Für die frühen Raketenpioniere war die Erkenntnis, dass wir auf einem Planeten leben, auf dem Gravitation und Chemie orbitalfähige Raketen ermöglichen, eine erfreuliche Überraschung und eine Erleichterung. Der Rest war dann nur noch eine Frage der Ingenieurskunst.
• Ein interessanter Punkt mit möglichem Einfluss auf die Drake-Gleichung ist, dass die durchschnittliche Überlebensdauer von Zivilisationen auf Planeten mit hoher Gravitation geringer sein könnte. Der Grund wäre, dass ihre Möglichkeiten eingeschränkt sein könnten, zu einer multiplanetaren Spezies zu werden und große Katastrophen zu überstehen.
• Wenn auf einem gasriesenähnlichen Planeten eine Wasserstoffatmosphäre einen Gesteinskern umgibt, stellt sich die Frage, ob ein wasserstoffatmendes Raumschiff möglich wäre, das bis an den Rand des Weltraums gelangt, oder ob man bei ausreichend dichten Stickstoff- oder Kohlendioxidatmosphären aerodynamisch fliegen oder sogar schweben könnte, bis man einen Punkt erreicht, an dem die Gravitation deutlich geringer ist als an der Oberfläche.
• Es wurde angemerkt, man solle sich einmal vorstellen, welche Herausforderung es wäre, auf einem Wasserplaneten die Fluchtgeschwindigkeit zu erreichen.
• Mit einer ausreichend hohen ersten Stufe und Hot Staging könnte es sogar auf einer sehr großen Erde funktionieren. Die erste Stufe müsste sich möglicherweise weit über die Atmosphäre hinaus erstrecken.
• Es wurde gefragt, ob es eine der Drake-Gleichung ähnliche Formel gibt, die einen Faktor dafür enthält, dass ein Planet klein genug ist, um von ihm entkommen zu können. Es ist zwar ziemlich deprimierend, darüber nachzudenken, wie selten intelligentes, raumfahrendes Leben sein könnte, zugleich ist aber die Vorstellung faszinierend, dass in einer kleinen Ecke des Universums mehrere Raumfahrer-Zivilisationen innerhalb weniger Lichtjahre gleichzeitig existieren könnten.
• Es gab kaum Erwähnungen von nuklearthermischen Raketen, obwohl das theoretisch eine bedenkenswerte Technologie wäre.
• Es wurde gefragt, welche technologischen Entwicklungen für eine Zivilisation unmöglich wären, die nicht ins All gelangen kann.
• Der Beitrag über einen 1,55R⊕-Planeten weckt Neugier und scheint eine interessante Diskussion zu sein.
• Die praktischen Berechnungen zu Stoßwellen wurden vergessen, aber das ist kein Problem, das sich einfach berechnen lässt. Nach den Erfahrungen auf der Erde üben die von überschallschnellen Triebwerksabgasen erzeugten Stoßwellen starken Druck auf Strukturen aus, und in den genannten Größenordnungen würde nichts lange genug standhalten. Ob wir irgendwann wesentlich stärkere Materialien herstellen können, ist derzeit unbekannt und nicht vorhersagbar. Starts auf Meereshöhe sind dabei wichtig; aktuell erinnere ich mich nur an zwei Weltraumraketen, die von Orten mit stark abweichender Höhe gestartet wurden. Starts in großer Höhe könnten eine Lösung für das Stoßwellenproblem sein, bringen aber andere Einschränkungen mit sich.