Ein Kreiselinstrument oder Gyroskop (von gyros für ‚Drehung‘ und skopein für ‚sehen‘) ist ein sich schnell drehender symmetrischer Kreisel, der an einem oder an mehreren Punkten kardanisch aufgehängt ist - So lautet zumindest die Erklärung von Wikipedia. In der Tat ist dies eine treffliche Erklärung dessen, was einen Teil dieser Seminararbeit darstellt. Ziel ist aber nicht nur die Erläuterung der sogenannten "mechanischen Kreisel", sondern vor allem die Betrachtung der optischen Gyroskope und insbesondere Erkenntnisse der Einsatzgebiete von Faserkreiseln in Raketen zu erlangen.
Inhaltsverzeichnis
1 Einführung und Zielsetzung
2 Bauarten und Funktionsweisen unterschiedlicher Gyroskope
2.1 Das mechanische Gyroskop
2.2 Der Laserkreisel
2.3 Der Faserkreisel
2.4 Der Sagnac Effekt und das Sagnac-Interferometer
2.5 Technischer Vergleich der einzelnen Systeme
3 Einsatzgebiete der Gyroskope
4 Faserkreisel in Raketen
4.1 Einsatz in der zivilen Raumfahrt
4.2 Die militärische Nutzung
5 Fazit und Ausblick
Zielsetzung & Themen der Arbeit
Diese Arbeit untersucht den Stand der Technik und die Einsatzmöglichkeiten von Faseroptischen Kreiseln (FOGs) in Raketensystemen. Dabei wird analysiert, wie diese modernen, nichtmechanischen Sensoren im Vergleich zu klassischen Gyroskopen oder Laserkreiseln abschneiden und welche spezifischen Rollen sie in der zivilen sowie militärischen Luft- und Raumfahrt einnehmen.
- Grundlagen der mechanischen und optischen Gyroskop-Technologie
- Physikalische Prinzipien wie der Sagnac-Effekt
- Vergleichende Analyse von Genauigkeit, Baugröße und Wartungsaufwand
- Anwendungsbeispiele in Trägerraketen und militärischen Lenkflugkörpern
Auszug aus dem Buch
2.3 Der Faserkreisel
Der Faserkreisel, im englischen Fiber Optic Gyro (FOG), beruht wie der Laserkreisel auch auf dem Sagnac-Effekt. Auch er nutzt als Lichtquelle einen Laser, genauer gesagt eine Laserdiode oder auch eine Superlumineszenzdiode (SLD). Auch hier werden wie beim Laserkreisel Detektoren eingesetzt, die bei Rotation das entstehende Interferenzmuster messen. Der Hauptunterschied liegt nun darin, dass der FOG Glasfaser als Lichtleiter verwendet und keine Spiegel. Diese Fasern können bis zu fünf Kilometer lang sein und über 3180 Windungen haben.
Durch das Aufwickeln auf eine Spule werden sehr kleine Baugrößen erreicht, kleiner als bei Laserkreiseln. Die Glasfaser im FOG ist eine so genannte Monomodefaser mit geringer Dämpfung, die aus dotiertem amorphem Quarz besteht.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einführung und Zielsetzung: Einführung in die Definition des Gyroskops und Erläuterung der Motivation, insbesondere optische Kreisel in Raketen zu untersuchen.
2 Bauarten und Funktionsweisen unterschiedlicher Gyroskope: Detaillierte technische Beschreibung mechanischer Kreisel, Laserkreisel und Faserkreisel inklusive des physikalischen Sagnac-Effekts sowie eines Systemvergleichs.
3 Einsatzgebiete der Gyroskope: Übersicht über die vielfältigen Anwendungsfelder von der Schifffahrt bis hin zu spezialisierten militärischen und zivilen Anwendungen.
4 Faserkreisel in Raketen: Untersuchung der spezifischen Nutzung von FOGs in der zivilen Ariane-5-Rakete sowie bei militärischen Lenkflugkörpern wie der RAM.
5 Fazit und Ausblick: Zusammenfassende Bewertung der technologischen Überlegenheit von FOGs und Einschätzung ihrer zukünftigen Marktentwicklung.
Schlüsselwörter
Gyroskop, Faserkreisel, FOG, Laserkreisel, Sagnac-Effekt, Inertialnavigation, Raumfahrt, Raketentechnik, Sensortechnik, Mechanisches Gyroskop, Luftfahrt, Militärtechnik, Interferometrie, Drehratensensor, Ariane 5
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der Frage, ob und wie faseroptische Kreisel (FOGs) in modernen Raketensystemen zur Navigation und Lagebestimmung eingesetzt werden.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Zentrale Themen sind die Funktionsweisen verschiedener Kreiselsysteme, ein technischer Vergleich ihrer Fehlerquellen sowie die Praxisbeispiele in der Raumfahrtindustrie.
Was ist das primäre Ziel der Forschungsarbeit?
Das Ziel ist es, aufzuzeigen, dass faseroptische Kreisel aufgrund ihrer Baugröße und Wartungsarmut gegenüber mechanischen Systemen zunehmend an Bedeutung in der Raketentechnik gewinnen.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es wird eine fundierte Literaturrecherche sowie eine technische Analyse und Vergleiche der verschiedenen Sensortechnologien durchgeführt.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in eine theoretische Erläuterung der Kreiseltypen und den praktischen Nachweis ihres Einsatzes bei der Ariane 5 und militärischen Lenkflugkörpern.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Schlüsselbegriffe sind unter anderem Gyroskop, Faserkreisel (FOG), Sagnac-Effekt, Inertialnavigation und Raketentechnik.
Wie unterscheidet sich der FOG vom Laserkreisel?
Der Hauptunterschied liegt in der Bauweise: Während der Laserkreisel auf Spiegel setzt, verwendet der FOG lange Glasfaserkabel, was eine kompaktere Bauweise ermöglicht.
Welche Rolle spielt die Ariane 5 in diesem Kontext?
Die Ariane 5 dient als Praxisbeispiel, in deren Oberstufe und in den mitgeführten Satelliten FOGs zur präzisen Lagebestimmung verbaut werden.
Was ist unter der "Strap-down"-Anordnung zu verstehen?
Bei der "Strap-down"-Anordnung ist die Sensoreinheit starr mit dem Flugkörper verbunden, sodass alle Bewegungen des Flugkörpers unmittelbar von den Sensoren erfasst werden.
- Arbeit zitieren
- Heiko Henn (Autor:in), 2010, Gyroskope in Raketen, München, GRIN Verlag, https://www.hausarbeiten.de/document/161974
