Space-Schleuder

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jlutat

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Re: Space-Schleuder
« Antwort #25 am: 31. Juli 2011, 21:34:35 »
123... :

700g 100g??
Wenn ein Handy aus dem Fenster auf einen harten Gegenstand (Bürgersteig) fällt, dann hat man sehr viel höhere Beschleunigungen, das der "Bremsweg nur wenige zehntel mm beträgt. Fällte es auf eine Wiese, hat man schon einige
mm und die Beschleunigung sinkt rapide, weshalb diesen Sturz viele Handys überleben.

Was die Satelliten selbst betrifft, so bin ich eher optimistisch. Zum einen lassen sich die Komponenten sehr gut vorher testen. Dann gibt es Tricks, wie das Vergiessen von Schaltungen und gut CAD Software kann mittlerweile Schwachstellen schon im Vorfeld gut aufzeigen. Als Maschinenbauer sehe ich diesen Punkt eher gelassen.

Was eine potentielle Raketenstufe betrifft. auch das ist machbar, aber sie wird etwas schwerer. Da aber insgesamt zwei Stufen fehlen hat immer noch eine enorme Gewichtsersparnis.

"Orbitalkanone"

Ja, die technischen Aufgaben sind ähnlich.  Mit der "Steinschleuder" habe ich aber einige Vorteile. Ich kann einen deutlich längeren Beschleunigungsweg realisieren. gleichzeitig gewinne ich an Höhe und habe die hohen Beschleunigungen mit dem kritischen Luftwiderstand in Bereichen mit sehr geringer Luftdichte.

Superseil notwendig:

Das Eigengewicht des Seils musste ich bei meinem Vorüberlegungen natürlich mit berücksichtigen. dann braucht man ähnliche Werkstoffe, wie Sie auch ein Weltraumaufzug benötigt, aber 100 km statt 36.000 km Länge. Zudem darf ein
Seil für eine Spaceschleuder ca. 50% schlechter sein, als für einen Weltraumaufzug. Dann ist man im Bereich der Nanoröhrchen, die man heute schon (leider erst im Labormaßstab) herstellen kann.

Lufttransportprojekte und die Konstruktion der Schleuder kann man aber ggf. schon jetzt mit Zylonfasern beginnen.
Später tauscht man dann "einfach" das Seil aus.

Was die Temperaturbelastung betrifft, so versuche ich gerade mein mathematisches Modell zu verfeinern.
Wenn jemand, jemanden kennt, der sich wirklich in der Berechnung von Überschallprofilen auskennt, wäre ich für einen Kontakt dankbar.

Aktuell ist der Stand meiner Überlegungen wie folgt.
Bis in den klassischen Überschallbereich wird es keine Probleme geben, außer einer gewissen Geräuschentwicklung,
welche aber nicht einem Überschallknall entsprechen wird. Ob es zischt oder pfeift, kann ich momentan nicht sagen.

Ein dünnes breites Band stellt das ideale Überschallprofil dar. Cw-Werte << 0.01 sind auf jeden Fall möglich.
Je schmaler ich das Band gestalte, desto besser werden die Verhältnisse. Nimmt man den Begriff Nonoröhrchen
wörtlich, gäbe es gar kein Erwärmungsproblem  ;)

Momentan ist als "Hitzeschutzschild" geplant. die vorderen Fasern als Siliziumcarbidfasern auszuführen, die die hinteren temperaturempfindlichen Nanoröhrchen schützen. Um hier das Optimum zu finden, bräucht ich im ersten Schritt eine komplexe numerische Simulation. Leider habe ich im Moment keine starke Simulationssoftware wie z.B.
ANSIS zur Verfügung. Zudem müsste man auch überprüfen, ob das Programm im Überschallbereich sinnvolle Ergebnisse liefert. Aber es ist ein wichtiger Schritt auf meine To-Do Liste.

Zudem muss diese Modell dann in das mechanische Model eingeführt werden, um die Seilbahn genau berechnen zu können. Mein momentaner Ansatz mit der barometrischen Höhenformel ist da eher eine Worst-Case  Betrachtung.

Da aber herrauskommt "könnte funktionieren" stelle ich die Idee zur "informellen Diskussion" und Weiterentwicklung.

Momentan suche ich noch nach einem Weg, die mathematischen Modelle öffentlich zu diskutieren.

Sowohl ein WIKI als auch ein Forum sind dafür leider noch keine perfekten Lösungen.
Ich habe auch schon mal versucht, ein numerisches Modell mit dem guten alten Excel darzustellen,
aber auch das bleibt für externe schwer lesbar.

Ich bin daher für gute Ideen offen, wie man die Rechnungen möglichst transparent macht.

jlutat

  • Gast
Re: Space-Schleuder
« Antwort #26 am: 31. Juli 2011, 21:45:19 »
Websquid:

Rein mechanisch muss ich dir Recht geben.
Irgendeine Form der "Restrakete" wir benötigt.
Aber ich möchte Sie gerne so klein, wie möglich halten.

Wenn ich den Turm leicht neige "kämpfe" ich damit gegen Restluftwiderstand an. Meine Hoffnung ist es dadurch auf einer "besseren" Bahn zu landen und etwas weniger Korrekturbedarf durch Rakentenantriebe zu haben.

Hallo Schrillich:

dann glaube ich dir mal, und gebe Wikipedia als Quelle an  ;).

P.S. Wenn Du das mal studiert hast, kennst du jemanden, der sich mit
Überschallprofilen und geeigneten thermischen Modellen auskennt?

tobi

  • Gast
Re: Space-Schleuder
« Antwort #27 am: 31. Juli 2011, 22:17:05 »
Durch die Neigung deines Turms setzt du das Perigäum der Bahn weit hinab und machst alles noch schlimmer. :o Außerdem der Turm ist 30m hoch und das Seil ist 60km(?) lang, da kannst du nicht viel neigen. Der Cw-Wert 0,01 ist unrealistisch, Seile haben einen erheblichen Luftwiderstand. Und natürlich gibts da einen heftigen Überschallknall. Materialfestigkeitswerte nehmen mit steigender Temperatur stark ab. Kein heutiges Material würde das aushalten.

Es gibt noch ganz andere Problem: Wo willst du das aufstellen und der ganze Luftraum im Umkreis von 60km müsste gesperrt sein, es darf keine Erhebungen geben, die höher als 30 m sind. Allein durch Schwingungen im Seil kannst du die perfekte Ausrichtung nicht halten und es haut den Satelliten auf den Boden. Du kannst dein Seil allein schon dadurch nicht perfekt horizontal schwingen, da durch die Erdgravitation immer eine kleine Komponente nach unten geben wird und diese Komponente kann nur durch eine sehr hohe Geschwindigkeit minimiert werden. Laut einer kleinen Überschlagsrechnung muss das Seil noch schneller rotieren oder du musst deinen Turm deutlich höher bauen.

Wenn der Satellit mit Stufe 10 Tonnen wiegt bei 100 G kommst du auf eine Kraft von 10 MN  (noch ohne Berücksichtigung des Eigengewichts des Seils), da brauchst du ein sehr starkes und schweres Seil.

Ergo: Aus dieser Idee wird nichts werden. ;)

jlutat

  • Gast
Re: Space-Schleuder
« Antwort #28 am: 31. Juli 2011, 22:37:46 »
Hallo Tobi,

mein aktuelles Excelsheet "für Überschlagsrechnung" ist z.Z. 4Mb groß.

Ich habe ungefähr 12 Hauptparameter die ich optimal variieren muss.
Zudem komme ich im Überschallbereich mit den normalen Profilüberlegungen und Cw-werten nicht weiter.

Definitiv setzte ich aber mit einem sehr flachen Band das "ideale" Überschallprofil ein.
Den Turm möchte ich gar nicht höher bauen. ggf. denke ich über eine Verlängerung des Seils nach.
Das ist gut für die Beschleunigung. Den Turm möchte ich zur Zeit noch nicht erhöhen sondern eher nach einem Startplatz auf einem Hügel oder Berg suchen.

60 km Luftraum sperren, das ist natürlich nicht im Ruhrgebiet realisierbar. Aber es gibt hinreichend Orte auf der Erde, wo man so etwas machen kann.

Was die thermischen Belastungen betrifft, so habe ich aktuell ca. 350 W/m  an den Extrempunkten. Was dort thermisch mit einer sehr dünnen Siliziumcarbidfaser passiert, versuche ich gerade herauszufinden. Eine einfache Extrapolation aus dem Unterschallbereich hilft da z.Z. nicht weiter.  :'( .



       

Das Eigengewicht des Seils ist wie bereits gesagt in die Berechnungen eingeflossen. Daher ergibt sich dann die Forderung nach Werkstoffen wie Kohlenstoffnanoröhrchen.

Offline Ruhri

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Re: Space-Schleuder
« Antwort #29 am: 31. Juli 2011, 23:18:23 »
Wie soll dieses 60-km-Kabel eigentlich beschleunigt oder abgebremst werden? Einfach auf die Erde knallen zu lassen, wäre sicherlich keine Lösung. Oder soll das eine kreisförmige Start- und Landebahn mit einem Radius von 60 km geben? Das klappt aber auch nicht, da man dann vielleicht die Startvorrichtung landen lassen könnte, aber mit Sicherheit das Seil nicht.

Mit anderen Worten: Das ist eine lustige Idee ohne jeden praktischen Nutzen.  :)

Re: Space-Schleuder
« Antwort #30 am: 01. August 2011, 00:11:34 »
Das Kabel wird aus- bzw. aufgerollt wenn man beschleunigt bzw. abbremst?
42/13,37 ≈ Pi

Offline Kryo

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Re: Space-Schleuder
« Antwort #31 am: 01. August 2011, 00:22:11 »
je länger ich die Posts vom Threadersteller lese, desto mehr frage ich mich, ob das ein Scherz ist hier

Re: Space-Schleuder
« Antwort #32 am: 01. August 2011, 00:31:38 »
;D
Nein, aber mal ehrlich:
Dann hätte er sich aber sehr viel Mühe gegeben für einen so kleinen Scherz - unwahrscheinlich, deswegen finde ich wir sollten fair diskutieren.
42/13,37 ≈ Pi

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Offline -eumel-

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Re: Space-Schleuder
« Antwort #33 am: 01. August 2011, 00:31:50 »
Die erforderlichen 7-8 km/s können in dichten Atmosphäre-Schichten nicht erreicht werden.
Mir ist nicht klar, wie das Ganze angetrieben werden soll, aber die Bremswirkung der dichten Luft ist extrem, wobei Geschwindigkeit in Wärme umgewandelt wird.
Bei Raumfahrzeugen, die mit dieser Geschwindigkeit in die Atmosphäre eintreten, glüht der Hitzeschild bereits in 80-60 km Höhe, wo die Luft noch extrem dünn ist.
In dichten Atmosphäre-Schichten wäre der Aufwand für den Antrieb enorm, um der Bremswirkung entgegen zu wirken.
Die dabei entstehenden Temperaturen sind unbeherrschbar.

Bei Deiner Idee wird es nicht genügen, kleine Werte einfach hoch zu rechnen.
Bei hohen Überschallgeschwindigkeiten treten unkalkulierbare Strömungen auf, die noch nicht ausreichend verstanden sind.
Bei Schockwellen gelten andere Gesetze, als bei Luftströmungen.
Selbst wenn mit der Schleuder Orbital-Geschwindigkeit erreicht werden könnte, wird sie nach dem Ausklinken sehr schnell durch die Schockwelle/Reibung in der dichten Atmösphäre und dem Aufbau der potentiellen Energie abgebaut.
Um diese Verluste auszugleichen, muss die Anfangsgeschwindigkeit beim Ausklinken noch viel höher sein.
Die Orbital-Geschwindigkeit muss im Orbit noch vorhanden sein, sonst stürzt das Ganze unkontrolliert ab.

Wie willst Du für die Sicherheit garantieren?
Wenn kurz vor dem Erreichen der Orbital-Geschwindigkeit das Seil reißt, wird die Nutzlast irgendwo unkontrolliert einschlagen! :o
« Letzte Änderung: 01. August 2011, 06:00:11 von -eumel- »

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Offline Schillrich

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Re: Space-Schleuder
« Antwort #34 am: 01. August 2011, 07:29:30 »
Guten Morgen,

Profil und Auftriebserzeugung
Das einfachste Überschallprofil ist der Doppelkeil. Damit könnte man dann auch Auftrieb erzeugen, zum "Halten der Seilmasse". Auftrieb führt aber zu zusätzlichem Widerstand.


Thermische Belastung

Die von eumel sehr plastisch beschriebenen thermischen Lasten sind das Problem. Es ist nicht unmöglich das zu meistern, wie es u.a. ja Wiedereintrittskörper (Nuklearsprengköpfe) zeigen, die mit hoher Geschwindigkeit bis zur Oberfläche durchkommen. Aber bei den hier angedachten Größenordnungen und anderen Randbedingungen (Haltbarkeit, Dauer des Einsatzes, Dynamik des Seils, Kostenkotrolle, ...) halte ich das momentan auch für unmöglich.
\\   //    Grüße
 \\ ///    Daniel

"We are following you ... but not on twitter." (Futurama)

Flint

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Re: Space-Schleuder
« Antwort #35 am: 01. August 2011, 14:46:38 »
Sind die 60km der zu erreichende Radius oder die Seillänge? Aufgrund des Luftwiederstands wird das Seilende ja auf jeden Fall gegenüber dem Antrieb hinterhergeschleppt was den Radius verklenert. Muss das Seil denn so lang sein? Würde hier nicht ein kürzeres reichen, vorausgesetzt die Drehzahl wird erhöht? Mit einem kürzeren Seil würde sich auch die Masse verringern, der Platzbedarf verkleinern und es gäbe eher die Möglichkeit das Seil von innen her irgendwie zu kühlen.

Ich bin übrigens der Ansicht, dass sich Diskussionen wie diese durchaus lohnenswert sind. Kreative Leute braucht die Welt. Das Thema wäre auf jeden Fall eine wissenschaftliche Arbeit an einer Uni wert. Auch wenns nicht funktioniert ist das ja wissenschaftlich begründbar.

Offline Ruhri

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Re: Space-Schleuder
« Antwort #36 am: 01. August 2011, 23:27:38 »
Die erforderlichen 7-8 km/s können in dichten Atmosphäre-Schichten nicht erreicht werden.
[...]

Eine sehr schöne Auflistung, warum das Konzept über eine Gedankenspielerei niemals hinaus kommen wird.

Mir ist aber noch etwas zu der Behauptung von jlutat aufgefallen, dass die Nutzlast bei seinem Startverfahren wesentlich weniger durchgerüttelt würde als bei einem konventionellen Raketenstart. Das Seilende und die Nutzlast beim Verlassen des Seil bewegen sich mit einer Geschwindigkeit, die fast zum Erreichen eines niedrigen Erdorbits reicht, also extreme Hyperschallgeschwindigkeit. Wenn man genügend Energie hinein pumpen und Seil wie Nutzlast vor dem Verglühen bewahren könnte, so dürfte es doch noch zu extrem hohen Vibrationen kommen, oder?

Aber wo wir schon am Theoretisieren sind - wenn man alle Probleme, die man sich mit einem tieffliegenden 60-km-Kabel einhandeln würde, tatsächlich in den Griff bekommen könnte, macht das am Ende wirklich noch Sinn? Wie wir gesehen haben, könnte man mit so einem Katapult keine raumtauglichen Nutzlasten starten, da Aerodynamik und Hitzeschild für einen Satelliten unnützer Ballast wären. Es müsste also ein Transportfahrzeug her, dass wiedereintrittsfähig - genauer gesagt natürlich austrittsfähig. Dieses könnte man mit minimaler Antriebsleistung ausstatten und wie gewohnt den Satelliten mit eigenen Triebwerken ausstatten. Unter Verwendung modernster Kacheltechnik sollte so ein Vehikel auch wieder zur Erde zurück kehren und erneute verwendet werden können. Das würde natürlich die zu startende Masse erheblich in die Höhe treiben, aber ohne gibt es eben keine Chance.

Würde sich der ganze Aufwand dann überhaupt noch lohnen? Welche Energien wären notwendig, und wie sähen die aus im Vergleich zu einem normalen Raketenstart? Ich denke, so ein Startkatapult würde sein eigenes Kraftwerk benötigen, zumal es logischerweise in einer völlig menschenleeren Gegend liegen müsste. Ein Kraftwerk ist allerdings je nach Bauart und Leistung ziemlich groß, und sollte daher mindestens 60 km (= Kabellänge) vom Katapult entfernt gebaut werden. Die Stromleitungen müssten allerdings bodennah oder sogar als Erdkabel verlegt werden.

Noch eine Frage zur Schallentwicklung. So ein schnell rotierendes Kabel sollte ähnlich wie ein Hubschrauberrotor erheblichen Lärm verursachen. Könnte der Schall aber bei der ungehuren Größe der Anlage vielleicht im Infraschallbereich liegen? Dann wäre ein Aufenthalt in der Nähe des Kabel für ungeschützte Menschen sicherlich sehr unangenehm - Infraschall hat schon merkwürdige Auswirkungen...
« Letzte Änderung: 02. August 2011, 23:35:04 von Ruhri »

Jens

  • Gast
Re: Space-Schleuder
« Antwort #37 am: 28. Juni 2014, 17:22:25 »
Hallo zusammen,

das dargestellte Konzept halte ich nicht für realisierbar,
weil ein zu hoher Reibungswiederstand in der Atmosphäre und der Lastwechsel.

Die Idee einer Space-Schleuder habe ich für den Mond weiterentwickelt.

http://www.overunity.de/1738/mond-weltraumschleuder/msg33842/#msg33842

Gruß,
Jens

McFire

  • Gast
Re: Space-Schleuder
« Antwort #38 am: 28. Juni 2014, 18:06:29 »
je länger ich die Posts vom Threadersteller lese, desto mehr frage ich mich, ob das ein Scherz ist hier
Naja, dacht ich auch erst, ist ja schließlich vermutbar. Aber vlt hat GlassMoon recht.
Dennoch - hier werden Berechnungsversuche erwähnt (von denen nichts zu sehn ist) ohne daß man mal Erfahrungen des einfachen täglichen Lebens bedenkt. Es ist auch nicht zu spüren, daß mal normal zugängliche Werte und Tabellen in die "Gedanken" einflossen. Geschweige denn, daß man mit verfügbaren Materialien mal einen Modellversuch gemacht hat. Beispiel : Das Thema flaches Band als ideales Profil hätte sich dann von selbst erledigt.
Nichts gegen Schüler und ihr Schülerwissen, aber wer über Raumfahrttechnik (allgemein gesagt) sprechen will, sollte erst ein bissel mehr Beschäftigung damit durchblicken lassen.
Hier wird in letzter Zeit ein Thread nach dem Anderen aufgemacht nach dem Motto "Ach ich werf einfach mal so eine Frage hier rein" . Also beim Besten Willen - das alles zu tolerieren, geht mir zu weit.

Jens

  • Gast
Re: Space-Schleuder
« Antwort #39 am: 29. Juni 2014, 10:19:27 »
Hallo McFire,

leider gibt es noch keine Berechnung oder Werte zu einer Berechnung.
Ich kenne die aktuellen technischen Möglichkeiten nicht.
Wir diskutieren nur eine Idee.
Was ist an einer Weltraumschleuder witzig,
wenn wir damit schneller und billiger in der Raumfahrt werden?

Gruß,
Jens

McFire

  • Gast
Re: Space-Schleuder
« Antwort #40 am: 29. Juni 2014, 10:30:56 »
Naja, an das "scherzhafte" hatte ich mich nur angeschlossen.
Aber 2 oder 3 Gedankenexperimente und 2 oder 3 Modellversuche und dazu ein bissel kaufmännisches Denken hätte einfließen können. Und womöglich den Text erspart.
Es gibt fundierte Ideen, die man diskutieren kann und wo man selbst beim ad acta legen einen Erkenntnisgewinn hat. Und es gibt Unausgegorenes. 
Ergänzend möchte ich nochmal drauf hinweisen, daß das auch andere Threads der letzten Zeit betrifft.
So, mehr sag ich nicht dazu. Und wenn ich der einzige bin , der das so sieht, dann darf mein Text als nicht vorhanden betrachtet werden. Damit kann ich leben :)

Jens

  • Gast
Re: Space-Schleuder
« Antwort #41 am: 29. Juni 2014, 10:46:58 »
Hallo McFire,

ja du bist offensichtlich der einzige, der so denkt. ;)
Ich beziehe die Ökonomie in meinen Modellen mit ein.
Mit Raketen haben wir eine sehr schlechte ökonomische Bilanz.

Einen Erd-Orbit Katapult und einen Orbit-Mond Katapult würde ich später
vorstellen, wenn keiner das zu witzig findet.

Gruß,
Jens

Re: Space-Schleuder
« Antwort #42 am: 29. Juni 2014, 11:13:15 »

Hier wird in letzter Zeit ein Thread nach dem Anderen aufgemacht nach dem Motto "Ach ich werf einfach mal so eine Frage hier rein" . Also beim Besten Willen - das alles zu tolerieren, geht mir zu weit.

... naja, dieser Thread stammt aber aus Juli / Augist 2011 und wurde von Jens nur wieder "aufgewärmt"  ;)

McFire

  • Gast
Re: Space-Schleuder
« Antwort #43 am: 29. Juni 2014, 11:49:00 »
...aufgewärmt und damit wieder aufgemacht. Aber wie ich schon schrieb - es geht nicht nur um diesen Thread und schon garnicht nur um Jens.

Jens

  • Gast
Re: Space-Schleuder
« Antwort #44 am: 07. Juli 2014, 16:23:56 »
Hallo zusammen,

leider war ich 2011 noch nicht im Forum.
Was ist am aufwärmen alter Threads schlecht?
Ich finde das Thema interessant.
Eine Space-Schleuder ermöglicht völlig neue Anwendungen.

Gruß,
Jens

Re: Space-Schleuder
« Antwort #45 am: 08. Juli 2014, 11:37:28 »
Was ist am aufwärmen alter Threads schlecht?

... nichts!
Darum ging es mir nicht, nur darum, dass der Thread nicht neuerdings enstand ;)