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Sprache Deutsch
Stufe Grundschule
Erstellt / Aktualisiert 20.02.2018 / 27.02.2019
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1.1

Welche Energiequellen können für folgende Szenarien primär zum Einsatz kommen? Nennen sie jeweils einen Grund!

a) Satellit, 100W Durchschnittsleistung, t=72h

b) Satellit, 800W Durchschnittsleistung, t=5a

c) Interplanetare Sonde, elektrisches Triebwerk, t>5a

d) Interplanetares bemanntes Raumfahrzeug, 200kW Durschnittsleistung, t>2a

e) Transferfahrzeug Erde - LEO-Raumstation

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a) Primärbatterie, geringe Leistung, kurze Missionsdauer, hohe Energiedichte

b) Photovoltaisch, mittlere Leistung, lange Missionsdauer.

c) Radioisotopengenerator, geringe Leistung, lange Dauer, keine Abhängigkeit von Sonne

d) Nuklear, sehr hohe Lesitung, lange Missionsdauer. Sicherheitsprobleme

e) Primärbatterien/Brennstoffzellen, kurze Mussionsdauer

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1.2. Welche der folgenden Subsysteme benötigt elektrische Energie? Nenne jeweils einen elektrischen Verbraucher!

  1. Structure and Mechanisms
  2. Attitude & Orbit Control
  3. Propulsion
  4. Communication
  5. Command & Data Handling
  6. Electrical Power
  7. Thermal Control
  8. Payload
  9. Environmental Control & Life Support
  10. Extra Vehicular Activity
  1. Bewegen von Klappen/Solarpanelen/Radiatoren. 
  2. Elektrische Stelltriebwerke, Sensorik
  3. Elektrische Triebwerke, Schunbvektorkontrolle
  4. Transmitter
  5. Rechenleistung
  6. Transformatoren, Wirkungsgrade beim Wandeln?
  7. Heizer/Peltierelemente
  8. Sensoren, Experimente, Aktoren
  9. Sensoren, Aifbereitung Luft/Wasser
  10. Launch des Vehikels, Kommunikation
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1.3.1 Erläutere Exergie!

Exergie bezeichnet den Teil der Gesamtenergie eines Systems, der Arbeit verrichten kann, wenn dieses in das thermodynamische (thermische, mechanische und chemische) Gleichgewicht mit seiner Umgebung gebracht wird.

Exergie + Anergie = Energie = const., Anteile können sich jedoch verändern

Exergie wird zu Anergie, wenn sie Arbeit verrichtet

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1.3.2 Erläutere das Masse-Energie-Äquivalent

 

Es besagt, dass die Masse m und die Ruheenergie E eines Objekts zueinander proportional sind:

E=mc^2

Die Masse eines Atomkerns ist aufgrund der freigesetzten Bindungsenergie kleiner als die Summe der Massen seiner Bestandteile

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1.3.3 Erläutere Radioisotop!

 

Ein chemisches Element wird über die Protonenzahl im Atomkern definiert. Atomkerne, die bei gleicher Protonenzahl eine verschiedene Anzahl von Neutronen besitzen, sind sogenannte Isotope des selbogen chemischen Elements

Die Isotope die Instabil sind, also einem radioaktivem Zerfall unterliegen, sind Radioisotope

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1.4 Nennen sie 6 Aufgaben von / Anforderungen an Energiesysteme für RFZ.

  • Dauerhafte Versorgung mit elektrischer Leistung über die Lebenszeit (Speicherbedarf)
  • Regulieren und Verteilen Elektrischer Leistung zu den Komponenten des RFZ
  • Bereitstellen von DC/DC oder DC/AC Wandlern 
  • Bereitstellen von Durchschnitts- und Spitzenlasten
  • Bereitstellung von Housekeeping Daten
  • Bereitstellung von redundanzen für sicherheitsrelevante Systeme
  • Autonome und / oder ferngesteuerte Kontrolle des EPS
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1.5 Nennen sie 4 mögliche Primärenergiequellen, die in der Raumfahrt zur Verfügung stehen. Geben sie jeweils eine Möglichkeit der Wandlung zu elektrischer Energie an!

 

  • Solarenergie - Photovoltaisch, Konzentrator
  • Nukleare Energie - Reaktoren, RTG
  • Gespeicherte Energie - Chemisch (Batterien),  Mechanisch (Momentenräder)

 

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1.6 Erläutern sie den Unterschied zwischen einem Thermoionischen und einem Thermoelektrischen Wandler!

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Thermoionischer Wandler

  • Elektrode wird so stark erhitzt (1500-2000K), dass sie thermisch Elektronen abgibt
  • Kalte Elektrode fängt Elektronen auf --> Stromfluss
  • Spannungen 0,5-1V, einige Ampere pro cm^2 elektrodenfläche

 

Thermoelektrtischer Wandler

  • basiert auf Seebeck Effekt
  • p und n dotierte HAlbleitermaterialien werden so verbunden, dass Kontaktstellen abwechselnd heiß und kalte Kontaktstellen vorkommen sowie der Strom nur in eine Richtung fließt.