Nutzlast

Insbesondere beim Transport von Massengut ist die Eisenbahn bei Güterzügen mit einer Nutzlast von bis zu 3000 Tonnen und Fahrgeschwindigkeiten zwischen 80 km/h und 120 km/h pro Zug deutlich im Vorteil gegenüber anderen Transportmitteln vor allem im Güterfernverkehr.[4]

Bei Kraftfahrzeugen oder Anhängern ist Nutzlast die gewichtsmäßige Beladung mit Frachtgut, berechnet im Regelfall als Bruttogewicht.[5] Nutzlast ist die Höchstlast, die ein betriebsbereites Fahrzeug aufnehmen kann, ohne dass die zulässige Gesamtmasse überschritten wird.[6] Lastkraftwagen weisen eine Ladekapazität von 26 Tonnen bei einer Geschwindigkeit bis 80 km/h auf.[7] Verkehrsrechtlich wird auf die Achslast verwiesen, die von den Rädern einer Achse oder einer Achsgruppe auf die Fahrbahn übertragen wird (§ 34 StVZO). Die frühere Regelung von Eigengewicht, Nutzlast (Zuladung) und Gesamtgewicht wurde aufgegeben.

Schema des Nutzlast-Reichweiten-Diagramms

Im Luftverkehr setzt sich die Nutzlast aus dem Gewicht der Passagiere, ihrem Gepäck und der mitgeführten Luftfracht zusammen.[8] Vorteil ist die kurze Flugzeit gerade bei Langstreckenflügen, wo Frachtflugzeuge Nutzlasten von 125 Tonnen und Fluggeschwindigkeiten zwischen 850 km/h und 1000 km/h erreichen können.[4] Beim größten Frachtflugzeug der Welt, der Antonow An-225, waren 345 Tonnen maximale Zuladung, also Treibstoff und Fracht, möglich.

Als Nutzladefaktor wird das prozentuale Verhältnis von real genutztem, zu am Markt angebotenem Ladevermögen bezeichnet.[9] Bei Bombern spricht man von „Bombenlast“.

Das besondere Verhältnis zwischen Nutzlast und Reichweite wird durch ein Nutzlast-Reichweiten-Diagramm dargestellt.[10]

Im Schiffsverkehr ist die Nutzlast die größte Last, die mit einem bordseitigen Ladegeschirr gehoben werden darf.[11] Die größte Ladekapazität weisen Containerschiffe mit bis zu 140.000 Tonnen Fracht bei einer Geschwindigkeit von 45 km/h auf. Die Binnenschifffahrt übernimmt Lasten bis zu 3.000 Tonnen bei einer Geschwindigkeit von 20 km/h.[4] Die mitzuführende Nutzlast hängt vom Wasserstand ab, so dass bei Hoch- und Niedrigwasser weniger Nutzlast befördert werden kann.[12]

In der Raumfahrt bezeichnet die Nutzlast die Masse, die von einer Rakete bzw. einem Raumschiff (neben dem Treibstoff) transportiert werden kann. Im Zusammenhang mit Raumfahrt wird Nutzmasse mitunter synonym dafür verwendet.[13]

Für eine Rakete ist eine typische Nutzlast ein oder mehrere Satelliten. Eine Sekundärnutzlast ist eine weitere Zuladung, die zusätzlich zur Primärnutzlast mitgeführt wird, um die Transportmöglichkeiten bestmöglich auszunutzen, beispielsweise bei Huckepacksatelliten wie den Cubesats oder Testmodule, die auf Raketenstufen oder Nutzlastadaptern montiert werden, um neue Technologien zu testen.

Das Nutzlastverhältnis berechnet sich zu:[14]

${\displaystyle \mu _{L}={\frac {m_{L}}{m_{0}}}}$,

mit

• ${\displaystyle \mu _{L}}$ Nutzlastverhältnis,
• ${\displaystyle m_{L}}$ Nutzlast,
• ${\displaystyle m_{0}}$ Trägersystemmasse mit Treibstoff.

Manchmal beträgt die Nutzlast nur 2 % der Startmasse (siehe Trägerrakete).

Bei Satelliten und Raumsonden bezieht sich der Begriff Nutzlast auf den Massenanteil, der die eigentlichen Aufgaben des Raumfahrzeugs wahrnimmt, beispielsweise Instrumente, Kameras, Elektronik, spezielle Kommunikationseinrichtungen oder Testmodule.

Nicht zur Nutzlast gehört dann Satellitenbus, oder die Versorgungseinheit, welche die Grundfunktionen wie Stromversorgung, Bordcomputer, Navigation, Lageregelung, Temperaturregelung, Treibstofftanks, Antrieb und Kommunikation bereitstellt. Häufig hat ein solches System zwei verschiedene Kommunikationseinrichtungen in verschiedenen Frequenzen, ein System für die Steuerung des Satellitenbusses oder der Versorgungseinheit, ein weiteres für die Übermittlung der Daten der Nutzlast.

Technologietests von Teilen, die typische Bestandteile von Satellitenbussen sind, werden als redundante Technologien zusätzlich in den Satellitenbus eingebaut. Das Raumfahrzeug hat dann beispielsweise zusätzliche Elektronikmodule, einen weiteren Satz von Triebwerken, ein Teil der Solarpaneele wird mit neuen Solarzellen bestückt, oder ein zusätzlicher Computer dient zum Testen von Software und Computerchips etc., die dann für den Betrieb des Raumfahrzeugs nicht notwendig und somit ebenfalls Teil der Nutzlast sind.

Bei bemannten Missionen sind die Lebenserhaltungssysteme, Sauerstoffvorräte, Wasser, Nahrungsmittel etc., aber auch die Astronauten selbst ein Teil der Nutzlast.