Ich habe folgende Frage zum Thema: Lagerung von großen Mengen Xenon als Treibgas für Langzeitmissionen.
Es geht mir speziell darum wie man möglichst Energie- und Massearm Xenon lagern kann.
Das sehe ich als eines der Teilprobleme wenn man relativ Schubstarke DS4G Triebwerke (siehe hier:
http://www.esa.int/esasearch?q=ds4g)
einsetzt um große Nutzlasten im inneren Sonnensystem durch die gegend zu Schieben.
Mir schweben da Lösungen vor mit denen man Fracht von 500t+Treibstoff von einem LEO (oberhalb 200km) bis zum Mars schieben kann.
Es geht nicht darum das dies schnell, sondern vor allem mit relativ wenig Treibstoff möglich sein soll.
Bitte hier nur die Tankproblematik behandeln, also NICHT das Thema Solarpanelsysteme, Struktur, Strahlungsgürtel usw.
Eins der Problem sind hierbei die Tanks. Das was ich gelesen habe, ist das man dafür Drucktanks benötigt.
Ich vermute mal das die relativ viel Masse hätten.
Eine Idee von mir ist dabei folgende:
Soweit ich weiß werden Strukturen im All welche man sehr gut gegen die Sonneneinstrahlung schützt sehr kalt, geht das den soweit das man Xenon z.B. wie Sauerstoff so kalt in Tanks in den Weltraum befördern könnte, das hierfür kein richtiger Drucktank im All, sondern nur gut abgeschirmte Tanks nötig wären?
Das Tankvolumen sollte so groß sein das man darin vielleicht 120t Treibstoff unterbringen kann.
Der Tank soll nicht komplett drucklos sein, aber nur soviel Druck haben, das dieser ausreicht damit der Tank in Form bleibt.
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Mir schwebt ein Scheppersystem mit folgenden Daten vor:Es geht hier aber NUR um die Tanks, wenn Interesse besteht mache ich noch weitere Themen auf.
Leermasse zwei Tanks a' 20m
3 :3t
180x DS4g Triebwerke
a' 80cm und Schub 9N, bei 50km/s: 18t
Solarpanels für 50MW im LEO: : 50t
Steuerung, Struktur,
Kopplung usw. : 12t
Summe Leermasse : 83t
Treibstoff : 17t
Summe Betankt : 83t
Gesamt :100t
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Treibstoff für Nutzlasttransfer : 100t (max. deltaV bei: ISP5k: 7,7km/s; ISP10k: 15,5km/s)
Schub in Erdnähe. : ISP5k=1800N; ISP10k=950N
Treibstoffverbrauch pro Tag : ISP5k=3100kg;ISP10k=1550kg
Schub in Marsnähe (1,41AE) : ISP5k= 900N; ISP10k=455N
minimales deltaV/Tag, LEO,700t : ISP5k=233,9m/s; ISP10k=117m/s
minimales deltaV/Tag, LMO,600t : ISP5k=129,6m/s; ISP10k=64,8m/s
Treibstoff Rückkehr Schlepper : 17t (max. deltaV bei: ISP5k: 9,32km/s; ISP10k: 18,7km/s)
Massekorrekturfaktor :700t/100t=7 hieraus folgt,
ISP bei ca. gleicher Beschleunigung: (max. deltaV bei: ISP13,4k: 25km/s; ISP27k: 50km/s)
Hinweis woher die 13,4k und 27k Werte kommen:Die Rückkehrmasse um den Faktor 7 kleiner.
Bei gleicher Beschleunigung einer um den Faktor 7 kleineren Masse, kann bei gleicher Energie der ISP um den Faktor Wurzel(7)=2,646 erhöht werden,
wenn dafür der Massestrom um den gleichen Betrag reduziert wird.
Um die Gravitationsverluste klein zu halten, wird nur in Erdnähe beschleunigt, bei einem ISP von 5000s würde das etwa so aussehen würde (geschätzt):
Start, am Tag 0: min. 340km, max. 340km (Nahe ISS)
(das sind nur die Bahnelemente, es gibt natürlich keinen ganzen Bahnumlauf bei weitem Apogäum!)
Tag | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 |
Perigäum | 370 | 400 | 430 | 460 | 490 | 520 | 550 | 580 | 610 | 640 | 670 | 700 | 730 | 760 | 790 | 820 | 850 | 880 | 910 | 940 | 970 | 1000 | 1030 | 1060 | 1090 |
Apogäum | 750 | 1.250 | 1.750 | 2.300 | 2.900 | 3.600 | 4.300 | 5.150 | 6.100 | 7.150 | 8.250 | 9.500 | 11.000 | 12.800 | 15.000 | 17.500 | 20.800 | 24.500 | 29.500 | 36.000 | 45.000 | 59.000 | 80.000 | 120.000 | 220.000 |
Tag26: Fluchtgeschwindigkeit wird überschritten, vielleicht auch 1-2 Tage später.
Masse noch ca. 657t, die Steigerung der Beschleunigung wurde NICHT berücksichtigt.
deltaV/24h
(t=25Tag)=235m/s für ISP 5000s, Reserve ca. 4,54km/s
deltaV/24h
(t=25Tag)=120m/s für ISP10000s, Reserve ca. 9,08km/s
der Hinflug erfolgt auf der günstigsten Bahn, ist aber recht langsam (bis zu 210 Tage)
Die Rückkehr des Schleppers wird wohl erheblich schneller gehen, da dieser leer unterwegs ist und bei gleicher Beschleunigung mit erheblich höherem ISP länger beschleunigen kann.
Falls das Schiff z.B. für 0,5AE ausgelegt ist, kann man mit nochmal bis zum Faktor 2 höherem ISP beschleunigen, was es wohl zulässt das man vielleicht in weniger als 3 Monaten zurück ist.
Umgekehrt wäre damit auch ein sehr schneller Personentransport zurück möglich, falls man wenig (<50t) Fracht zurück mit nimmt.
Eine Hinreise ist ebenfalls viel schneller möglich, wenn der Rückflugtreibstoff vorher per Frachttransport erfolgt ist.