"Curiosity" beobachtet die Sonnenfinsternis am Mars

Zunächst die Bremsenergie: Ich vernachlässige, dass im Schlussstück die Kapsel abgeworfen ist, auf der anderen Seite vernachlässige ich die Marsgravitation.
Gewicht Landekapsel gesamt: 3,4 t.
Startgeschwindigkeit: 20800 km/h
Bremsenergie: mv²/2 = 56750617284 Jule
Bremsleistung (7 Minuten) = 135 Megawatt

So, und was kann das Hitzeschild?
Thermische Belastung: 216 W/cm²
Durchmesser Hitzeschild: 4,57 m
Fläche Hitzeschild: 16.4 m²
Abführleistung: 35.4 Megawatt

Nanu? Wo liegt der Fehler? 35 MW können abgeführt werden, 135 MW fallen im Schnitt an, maximal ist aber ca das 5-fache zu erwarten, also mehr als 600 MW.

Könnte ja ein Denkfehler sein, aber worin liegt der?

Die Kapsel hat etwas über 700kg nicht 3400.
Den Fallschirm haben Sie vergessen.
mfg

und es waren doch 3400kg und nicht 700kg.
Aber ein Teil der Abbremsung erfolgte auch noch durch Raketen,
etliches der Masse wurde abgeworfen bevor sie ganz abgebremst wurde.
Die Bremskraft des Fallschirm betrug beachtliche 300kN

Ich bin absoluter Laie, aber folgende Überlegungen könnten nicht richtig sein:

- Startgeschwindigkeit = vielleicht nicht gleich Entrittsgeschwindigkeit, (Abbremsmanöver, Gravitationsbremsungen)

- Ausgangsgewicht zu hoch, heißt minus Marschflugkörper

- Wenn die NASA Hitzeschilde bauen kann, die 43 kw/cm2 vertragen, sind die 216 W/cm2 vielleicht ein Blödsinn (Faktor 200)

- Vielleicht gibt es zusätzlich atmosphärische und/oder marsatmosphärische Effekte, die sich günstig auf die Bremsung auswirken und ein mehr an Abführleistung nicht notwendig machen...

- Ist diese Rechnung gut bei der Nasa aufgehoben

Ich finde die Rechnung aber interessant...

Die Startgeschwindigkeit ist auf jeden Fall OK. Da es keine anderen Bremsen gibt, muss diese gleich der Reisegeschwindigkeit sein.
Das Ausgangsgewicht wurde schon weiter unten korrigiert, der Wert ist aber nach wie vor viel zu hoch.

Ich könnte mir auch vorstellen, dass es atmosphärische Abhängigkeiten gibt: Allerdings ist die Funktionsweise ja die, dass das Material des Hitzeschildes verdampft wird. Das heißt die Abführleistung wird in die Verdampfungsenergie des Materials des Schildes gesteckt. Mehr als alles Verdampfen geht somit nicht. Wärmeleitung in die Atmosphäre wäre da viel zu langsam.

Die Technologie des Hitzeschildes: PICA = phenolic impregnated carbon ablator

Der Denkfehler ist eben, dass große Wärmemengen durch das ablative Hitzeschild in die Atmosphäre abgeführt werden und es zu durch Pyrolyse und chemische Vorgänge zu "Transpirationseffekten" kommt, die weiters Wärme abführen.

Hitzeschilder für die Marsatmosphäre haben eine andere Form, da sich die Schockfront durch den hohen atmosphärischen CO2 Anteil näher am Flugkörper befindet.
Das ablative Hitzeschild: Eine geniale und hochkomplexe Sandwichkonstruktion. Für den Mars beherrscht die NASA dies seit den Vikings.

Näheres in diesem Essay: http://courses.ucsd.edu/rherz/mae... 1A_F06.pdf

Außerdem geht die atmosphärische Bremsung zu einem großen Teil auch in Taumelbewegungen des Flugkörpers, der durch Stabilisationstriebwerke auf Kurs gehalten wird oder werden durch die strukturelle Integrität der Kapsel geschluckt.

also Denkfehler 2: Thermische Belastung ist nicht gleich benötigte Bremsenergie

Bewegungsenergie als Wärmeenergie, egal ob der Flugkörper taumelt, ob das Hitzeschild verdampft oder welche chemischen Vorgänge auch immer stattfinden.

Und die Angabe der thermischen Belastung in W/cm² macht doch nur Sinn, wenn das die gesamte Fähigkeit (inklusive aller Effekte) ist, Bewegungsenergie zu entziehen, andernfalls könnte man in der Praxis mit dem Wert nichts anfangen.

Auch in Testversuchen ist das der Wert, den man am einfachsten messen kann.

Also warum soll man nicht den Wert angeben, den man in Testversuchen leicht messen kann und der auch in der Praxis relevant ist?

Hast du dir den Essay durchgelesen?

Es ist ganz entscheidend, dass das Hitzeschild ablativ ist: Die Wärme wird dadurch weggeschleudert, durch Sogeffekte und Druckeffekte, die sicher sehr komplex sind, mehr als die thermische Belastung/cm2. Sonst könnte der ableitende Effekt gar nicht entstehen, der ja sehr günstig ist. Mit anderen Worten, wird ein cm2 des Schutzschildes mit mehr als 216W/cm2 belastet gibt es pyrolytische Effekte und es schleudert die Partikel weg und wärme wird auch durch sog zusätzlich abgeführt!! Zusätzlich kommt es noch zu chemischen Effekten die kühlen. Du hast ja selbst ausgerechnet, dass die Bremsenergie wesentlich höher ist, als die thermische Belastung des schutzschildes!

es lässt sich zwar herauslesen, dass es verschiedene Mechanismen gibt, um Wärme abzuleiten: das eine ist eben die Wärmekonvektion durch Kühlmaterial, das die Wärme nach außen trägt und zum anderen normale Wärmeleitung bzw. Wärmestrahlung.
Die Frage ist nun, worauf bezieht sich die Angabe 216 W/cm², das lässt sich nicht klar herauslesen.
Die Frage ist also: wie ist "nominal peak heating
rate" definiert.

Dafür gibt es dort genauere Info:

http://ntrs.nasa.gov/archive/n... 014732.pdf

Dort wird von "peak convective
heating conditions = 1200 W/cm2" gesprochen.
Konvektive Wärmeabfuhr ist ja der wesentliche Mechanismus. Wärmestrahlung liegt nur im Bereich von 1/10 der konvektiven Wärmeabfuhr.

"peak convective heating conditions" = 1200 W/cm2 bei 0,5 ATM

Das sind die Extrembedingungen die die Stardustsonde bei ERDatmosphäreneintritt zu erwarten gehabt hat, aufgrund der parameter, keine Materialkenngröße sondern erwartete Bedingungen. Das PICA Material wurde entsprechend dieser Bedingungen getestet, also wieviele cm es verdampft.

"nominal peak heating rate" oder "thermische Belastung" wie du es beschrieben hast, ist eher eine Materialkenngröße, die sich auf die OBERFLÄCHE des ablativen Hitzeschildes bezieht, was extrem sinnvoll ist, wenn man schon eher experimentell an die Schichtdicke herangehen muss, Puffer braucht und es davor noch eine Schmelzschicht gibt. Bei über 216 W/cm verdampfen die Partikel. Da fängt es erst an!

Wird das Schild mit 1000W/cm2 belastet, dann hat man eine Rezessionsrate von Hausnummer 0,5 mm/sec. Um da zu hohe Rezessionsraten des Schildes zu vermeiden, tritt die Kapsel in einem Winkel von 10° in die Marsatmosphäre ein (geringere thermische Belastung über eine längere Zeit) = sanftere Bremsung

Es wird extrem schwer werden, die potentielle Bremsleistung des Hitzeschildes so einfach daheim zu berechnen.
Vergleich das einmal mit den Bremsbacken deines Autos, kein Mensch kann dir genau sagen, wieviel Bremsenergie in Ihnen steckt, weil es auf tausend paramter ankommt. Du weißt aus Erfahrung, nach 20 - 40 tausend km muss ich sie tauschen! Und wenn ich mir das genau überlege, wieviele Verzögerungen das sind....hutab!

Hut ab natürlich auch vor meiner Bremsscheibe!! Am Auto und natürlich auch am Mountainbike!!

Was natürlich auch noch entscheidend ist:

Es kommt durch hohe temperaturen zur Pyrolyse, also einer thermochemischen Spaltung der Molekühle ohne Sauerstoff. Diese Prozesse werden jede Menge Energie schlucken.
Der O2 Anteil der Marsatmosphäre ist ja verschwindend gering.
Verdampfen ist eigentlich nicht das Prinzip.

er sucht doch nur einen strohhalm um am gschichtl, dass das ganze nicht zu bremsen ist, festhalten zu können.

ein spöler charakterisierte den fayman mal so. "ein aal ist rau gegen ihn (im sinne von sich überall rauszuwinden, rauszureden". der troll ovl ist auf fays spuren.

danke schön für die antwort, so ähnlich hab ich das mit der ablativen bremsung eh auch gesehen.

im Forum aufreibt, würde eine nicht unwesentliche Hitze entstehen, wenn diese nicht entsprechend glatt wäre.
Werde aber die PICA Technologie testen, vielleicht hilft sie mir bei der Wärmeableitung.

was mir auch noch eingefallen ist.

- sehr großes hitzeschild mit wahrscheinlich hoher aerodynamischer wirkung

- Kann man die benötigte Bremsenergie sicher nicht
mit der thermischen Belastung gleichsetzen

- materialspezifische und formspezifische Effekte sind sowieso außen vor.

die sonde is gar nicht auf dem mars, die nasa veräppelt uns alle. OvL hat recht.

und die mondlandungen waren auch gefälscht - jetzt ist es mir sonnenklar.

denkfehler in deinem primitiven system keiner.
ein methodenfehler bzw. zielfehler.

dein ziel, ein szenario zu entwickeln (möglichst glaubwürdig so dass manche hier das durchaus als überlegenswert finden) das die landung in zweifeln zieht.

motivlage, ich glaube freude am trollen.

was du übersehen hast ist
http://de.wikipedia.org/wiki/Abla... tzeschilde

Deshalb ändert sich ja nichts an der Fähigkeit des verwendeten Hitzeschilds, Wärmeenergie abzuführen. Sprich die Spezifikation ist nach wie vor 216 W/cm².

dann stimmts wider
Papa Breitfuss

meist in der zensur stecken ...

rechnerisch nachzuvollziehen glaubst du tatsächlich, dass das ein Indiz dafür wäre, dass die USA keinen Roboter auf den Mars geschickt hat?
Das wirkt auf mich sehr Ignorant. Immerhin ignorierst du logische Argumente nicht völlig. Das wird wohl der Grund sein wieso einige dann doch auf deine Beiträge eingehen.

zunächst glaube ich an einen Denkfehler. Es konnte mir nur noch niemand sagen, worin der besteht.
Die grundlegende Physik kann jedenfalls auch eine Curiosity nicht umgehen, die muss gelten.

Ich selber sehe nur einen Ansatz bei der Spezifikation des Hitzeschildes von 216 W/cm². Vielleicht gibt es da noch Details zu berücksichtigen. Alles andere ist von der Überlegung her und der Rechnung her korrekt, da kommt man nicht drum rum.