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Weltraum Mond |
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Weltraum Informationen |
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| Die Gravitations- oder Schwerkräfte bzw. Gewichtskräfte |
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Zu den Gravitationskräften gehören die Erd- und die Mondanziehungskraft. Sie sind die Folge der Massenanziehung der Planeten. Die mittlere Erdanziehungskraft beträgt 9,81 Newton pro Kilogramm Masse. Die Erdanziehungskraft ist an den Polen am stärksten und am Äquator als Folge der Zentrifugalkräften am geringsten. Die Mondanziehungskraft beträgt etwa ein Sechstel der Erdanziehungskraft.
Die Gravitationskräfte der Planete sibnd unterschiedlich. Die Massen sind überall gleich, die Gewichtskräfte nicht.
* Die Gewichtskraft, die auf einen Körper wirkt, hängt davon ab, wo sich der Körper befindet. Sie ist also keine Eigenschaft eines einzelnen Körpers.
Die Gravitationskräfte beeinflussen die Flugbahn von Sonden
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Jeder Himmelskörper, welcher ins Gravitationsfeld (d.h. in den Raum, wo die Schwerkräfte eines Planeten Kräfte ausüben) eines Planeten eintaucht, wird von diesem mehr oder weniger stark abgelenkt, verzögert oder beschleunigt. Die Beeinflussung hängt u.a. vom Eintrittswinkel, der Geschwindigkeit und der Masse des Flugobjekts ab. Weltraumingenieure machen sich diese Wirkungen bei der Flugbahnberechnung zunutzen. |
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| Die Reise zum Mond |
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Der Start einer Rakete: Die Schwerkraft muss überwunden werden
Trägerraketen wie die «Saturn V» für die bemannten Mondreisen, die «Atlas V», die «Delta II» der NASA oder die «Ariane» oder die «Vega» der ESA, welche Nutzlasten (Satelliten für Wetterbeobachtungen, die Telekommunikation, die militärische und zivile Aufklärun, für die Erderkundung, für die wissenschaftliche Forschung usw.) in den Weltraum befördern, bestehen grundsätzlich aus 3 Teilen:
- dem Antriebsblock
- den Treibstofftanks
- dem Nutzlastteil
Die Raketentriebwerke, welche die Nutzlast auf die erste kosmische Geschwindigkeit (7,9 km/s) beschleunigen müssen, entwickeln grosse Schubkräfte und entsprechend auch einen grossen Treibstoffverbrauch.
Der Startschub der «Saturn V» - Mondrakete betrug 34 Mio. Newton. Ca. 80% des Raketenvolumens sind für Treibstofftanks vorgesehen. Am Ende einer Beschleunigungsphase werden die leeren Tanks mit ihrem Motorenteil abgestossen.
 Im
Gegensatz zu Flugzeugen sind Raketen nicht auf den engeren Bereich der
Erdatmosphäre begrenzt. Raketen benötigen weder den Auftrieb
durch die Luft, noch den in der Luft enthaltenen Sauerstoff zur Treibstoffverbrennung
in der Brennkammer. Da Raketen sämtliche zur Verbrennung benötigten
Substanzen in fester oder flüssiger Form selbst mitführen, können
sie sowohl im lufterfüllten als auch im luftleeren Raum (Vakuum) arbeiten.
Die
Rakete arbeitet nach dem Prinzip des Rückstosses (actio
= reactio; 3. Newton'sches Gesetz).
Genau die gleiche Kraft, die wir beim Abfeuern einer Pistolenkugel in unserem
Arm verspüren, treibt die Rakete vorwärts.
Eine
Rakete fliegt, indem sie eine möglichst hohe Masse an kleinen Teilchen
(= Verbrennungsgase) aus ihrem Triebwerk ausstösst und der dabei entstehende
Impuls sie in die entgegengesetzte Richtung bewegt. Der entstehende Rückstoss
(= Raketenschub) ist um so grösser, je höher der zeitliche Treibstoff-Massendurchlass
und
je höher die Ausströmgeschwindigkeit ist.
Der Mond fliegt der Erde nicht davon
Der Mond bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 3'700 km/h um die Erde. Wegen der Trägheit seiner grossen Masse entwickeln sich dabei grosse Fliehkräfte. Unter dem Einfluss der Erdanziehungskraft bildet sich jedoch ein Kräftegleichgewicht. Erdanziehungs-, Mondanziehungs- und Fliehkraft heben sich gegenseitig in ihrer Wirkung auf. Ein kleiner Überschuss an beschleunigender Kraft (Radialbeschleunigung) zwingt den Mond auf eine kreisähnliche Erdumlaufbahn.
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| Die Raketentriebwerke beschleunigen die Kommandokapsel und die Mondlandefähre auf die 2. kosmische Geschwindigkeit (11,2 km/s). Danach werden die Triebwerke und die leeren Treibstofftanks abgetrennt. Das Raumflugobjekt fliegt nun fast antriebslos auf den Mond zu. Lediglich kleinere Kurskorrekturtriebwerke stehen noch zur Verfügung. Die Schwerkraft der Erde verzögert nun fortwährend das Raumschiff. Rund 200’000 km von der Erde entfernt wird ein Punkt erreicht, wo die Gravitationskraft des Mondes das Raumschiff wieder zu beschleunigen beginnt. |
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Die Flugbahn wurde so berechnet, dass die Schwerkraft des Mondes das Raumschiff auf eine Mondumlaufbahn zieht . Bremsraketen verzögern den Flug.
Der Mond hat keine Atmosphäre
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| Mit seiner geringen Massenanziehungskräfte konnte sich um den Mond keine Atmosphäre bilden. Die fehlende Gashülle verunmöglicht ihm die eingestrahlte Sonnenenergie einzufangen, dann zu speichern, und anschliessend gleichmässig zu verteilen. Die Sonnenwärme wirkt unmittelbar auf einen Körper und wird von diesem sogleich wieder abgestrahlt. Das hat zur Folge, dass zwischen der Sonnen- und der Schattenseite des Mondes eine Temperaturdifferenz von ca. 260° C besteht. |
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Funkverkehr zwischen der Erde und dem Mond
Die Entfernung der ERde zu ihren Trabanten Mond beträgt je nach Lage des Mondes im Mondorbit zwischen 360'000 und 405'000 km. Der Mondorbit ist nicht genau kreisförmig, sondern leicht elliptisch.
Ein Funksignal, welches sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet, benötigt rund 1,25 s, bis es den Mond erreicht hat. Für den Weg zurück zur Erde verstreicht wieder gleichviel Zeit. Damit es im Sprechverkehr zwischen der Leitstelle (mission control) und den Astronauten auf dem Mond keine unverständlichen Überschneidungen gab, wurde jeweils das Ende einer Funksequenz der einen Seite mit einem gut hörbaren Signalton, einem «Piep», beendet.
Arbeiten im Weltraum: Im Weltall gibt es Trägheitskräfte, aber keine Gewichtskräfte
* Schwerelosigkeit bedeutet, dass sich alle Kräfte, welche auf einen Körper einwirken, gegenseitig aufheben,
und dass die Summe aller Kräfte gleich 0 Newton ist. Ein schwereloser Körper erfährt demnach keine Gewichtskräfte.
Obwohl im Weltall auf einen Körper keine Gewichtskräfte wirken, sind die Massen unverändert vorhanden. Ändert der Bewegungszustand eines Körpers, so gilt der Trägheitssatz "Die Massen wollen ihren Bewegungszustand beibehalten. Auf Zustandsänderungen reagieren sie mit scheinbaren Widerstandskräften" ebenfalls.
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| Text: RAOnline |
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