Nukleare Stromerzeugung

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urfin

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Re: Nukleare Stromerzeugung
« Antwort #25 am: 24. Januar 2006, 23:25:06 »
Das Prinzip von VASIMIR gefällt mir auch ungemein, ich hatte mir damals vor vier Jahren als der Artikel kam mich etwas näher damit beschäftigt. Was mich etwas irritiert, dass derzeit kaum noch etwas davon zu lesen ist bzw. ob es nicht doch wieder eingemottet wurde. Es wäre jedenfalls schade darum.

Martin

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Re: Nukleare Stromerzeugung
« Antwort #26 am: 25. Januar 2006, 11:29:24 »
Und pünktlich zu diesem Thread erschien gestern dieser Artikel:
http://www.spacedaily.com/reports/NASA_To_Commercialize_Advanced_VASIMR_Plasma_Rocket_Concept.html
Die Weiterentwicklung des Antriebs soll nun auf kommerzieller Basis laufen.

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Offline EM

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Re: Nukleare Stromerzeugung
« Antwort #27 am: 28. Januar 2006, 20:25:26 »
Denkt mal nach, was man für Möglichkeiten an Bord eines Raumschiffes hätte, wenn man hohe Mengen an elektrischem Strom zur Verfügung hätte.

Ich habe mir mal Gedanken gemacht über ein luftatmendes, elektromagnetisches Triebwerk für den Einsatz in der Erdatmosphäre. Als Energiequelle käme im Moment nur ein Nukleargenerator in Frage. Dieser Generator müsste leicht und kompakt gebaut sein. Er müsste in einem absturzsicheren Containment eingehüllt sein und wäre bewusst nicht mit Plutonium betrieben.

Das hier vorgeschlagene System unterscheidet sich auch von der Idee von Zubrin einer Nuklearrakete, die mit auf dem Mars aus der Luft erzeugtem Treibstoff betrieben wird und wo der Treibstoff direkt durch den Reaktor erhitzt wird (analog alte NERVA-Konzepte). Ein solches System wäre zwar einfacher zu konstruieren (ohne all die Stromerzeugungsanlagen) und würde vermutlich auch als luftatmendes System funktionieren, jedoch scheint es mir wegen der direkten Erhitzung des Treibstoffs am Reaktor politisch heikler als ein Reaktor in einem relativ sicheren Containment.

Der Generator liefert den notwendigen Strom für das elektromagnetische Triebwerk im xMegawattbereich. Das Hauptaugenmerk soll im Moment nicht auf dem Generator liegen, sondern auf der Triebwerktechnik. Wir gehen mal davon aus, dass genügend elektrische Energie verfügbar ist.

Das Raumschiff startet konventionell wie ein Flugzeug waagrecht mit einem luftatmenden Kerosin-Triebwerk (alternative Möglichkeit wäre eine rein elektrisch betriebene Turbine). Nach dem Start schaltet sich das elektromagnetische Triebwerk hinzu und bringt zusätzlichen Schub bis das Kerosin-Triebwerk nicht mehr benötigt wird und eingezogen werden kann. Das elektromagnetische Triebwerk verwendet nur die Umgebungsluft und beschleunigt nur allmählich. Die Höhe entspricht jeweils der optimalen Einstellung von Luftdruck, Geschwindigkeit, Luftwiderstand, Reibungshitze, etc. In der Höhe, wo noch genügend Luftmoleküle für den Betrieb vorhanden sind, wird die Höhe gehalten und nur noch die Geschwindigkeit erhöht, bis dann mit Hilfe von einer kleinen Menge Treibstoff aus den Tank die Erdumlaufbahn erreicht werden kann.

Funktionsweise:
Das Raumschiff hat am Bug eine grosse Öffnung, um die Luft anzusaugen (z.B. 20 m x 5 m). Diese Öffnung besteht aus einer Wabenstruktur, welche die Kathode darstellt. Diese grosse Öffnung verengt sich auf einen kleinen Durchmesser. Hier befindet sich die Ringanode. Zwischen der Kathode und der Anode entsteht ein Lichtbogen (eventuelle mehrere), der die Luft extrem erhitzt. Das entstandene Plasma wird durch ein elektromagnetisches Feld zu einer zweiten Anode hin beschleunigt.

Gemäss Bernd Leitenberger wird bei  einem elektromagnetischen Triebwerk der Treibstoff zuerst in ein Plasma verwandelt und dann durch ein elektromagnetisches Feld beschleunigt, was auch als Lichtbogentriebwerk mit Nachbrenner bezeichnet wird. Mit Wasserstoff sind Ausströmgeschwindigkeiten bis 70 km/sec erreichbar, mit Wasser oder Ammoniak 10 – 15 km/sec
(siehe www. bernd-leitenberger.de/zukuenftige_antriebe.html).

Mit dem hier beschriebenen Konzept werden nicht die hohen Ausströmgeschwindigkeiten erreicht. Der grosse Vorteil liegt jedoch darin, dass dieses System fast keinen Treibstoff benötigt, da die Umgebungsluft verwendet wird. Dies erlaubt, auf grosse Treibstofftanks zu verzichten. Jedoch muss ein Reaktor die nötige elektrische Energie liefern. Andere elektrische System funktionieren nur im Weltall. Dieses hier könnte meiner Meinung nach auch in der Atmosphäre funktionieren und gemütlich auf die erforderlichen Geschwindigkeiten kommen.

urfin

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Re: Nukleare Stromerzeugung
« Antwort #28 am: 31. Januar 2006, 23:10:20 »
Etwas wollte ich noch zum Thema Plutonium los werden. Dieses wird ja hauptsächlich in RTG s eingesetzt, da bei dessen Zerfall und dem der Zerfallsprodukte kaum Gamma Strahlung frei wird. Damit braucht man nur eine kleinere Abschirmung.  Soweit ich weiß sind übrigens die russischen Kollegen die Einzigen, die es mit einem hohen Reinheitsgrad herstellen können. Und weil wir schon dabei sind, seltsamer weise sind die meisten Radioisotopengeneratiore bei den Amerikanern geflogen. Hingen die Russen bauen hauptsächlich Kernreaktoren.

Das große Problem bei deinem Triebwerk ist und bleibt die Energie. Ohne das Ganze zu pessimistisch sehen zu wollen, ich glaube dafür brauchst du schon fast ein kleines Fusionskraftwerkt. Dies hätte, wenn es denn funktionieren würde, das größte Verhältnis von Leistung zu Gewicht. Problematisch ist auch hier, dass du nur über Zwischenwandlung Energie gewinnst. Andererseits nimmst du sehr viel Masse mit in den Orbit, die du vorher beschleunigen musst. Wäre es hier daher nicht vielleicht besser das System in Stufen einzuteilen. Also bestehend aus einem Träger mit Staustrahltriewerk und einer Oberstufe?

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Offline EM

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Re: Nukleare Stromerzeugung
« Antwort #29 am: 04. Februar 2006, 17:46:44 »
Es ist richtig, dass die Energieerzeugung nicht zuviel Gewicht haben darf. Das Gesamtgewicht des vorgeschlagenen Konzeptes ist jedoch viel kleiner als bei normalen Raketen, da nur eine geringe Menge Treibstoff mitgeführt werden muss, da die Umgebungsluft verwendet wird.

Ein Blockheizkraftwerk von 200 kW elektrischer Leistung und 260 thermischer Leistung hat (zum Verlgeich) die Grösse eines Lastwagenmotores. Deshalb sollte ein Reaktor im Bereich von 1 MW bei einem Gewicht von 5-10 Tonnen machbar sein. Die Frage ist, würde die Leistung von 1 MW für ein solches Luft- und Raumfahrzeug genügen. Wie gesagt, würden die erforderlichen Geschwindigkeiten erst allmählich erreicht (Stichwort langsamer Weg ins All).

urfin

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Re: Nukleare Stromerzeugung
« Antwort #30 am: 07. Februar 2006, 14:14:43 »
Ich hab mal etwas in meinen Büchern geschnüffelt, also die Amis haben mit SNAP 50 und einer Kaliumdampfturbine bis zu 1200kW erzeugt. Alles Systeme mit thermisch - elektrischen Wandlern liegen bei etwa 100kW (SNAP 100). Beides ist aber nie geflogen. Bei den Russen sind glaub nur die Buk's und Topaz (waren glaub auch unter Topolbekannt?) geflogen. Die maximale nutzbare Energie hier ist glaub um die 10kW.
Bedenke aber auch, dass du bei den terestrischen Kraftwerken irgendwo ein Kühlturm oder einen Fluss hast. In den höheren Atomsphärenschichen nimmt die Wärmeableitung durch Konvektion ab, wodurch nur noch Abstrahlung möglich ist. Außerdem bewegst du dich mit Flugzeug recht schnell (sagen wir M=6), damit erzeugst du um dich herum ebenfalls ein Temperaturfeld. Könnte mir vorstellen, dass dies etwas hinderlich wirkt. Du mußt den Reaktor auch noch abschirmen, d.h. zusätzliches Material ist notwendig. Unbekannt ist auch wie sich ein Reaktor bei ständigem Starten und Landen bei den ganzen Vibrationen verhält. Problematisch ist auch noch der Gefahrenfall, was passiert, wenn das Fluggefährt explodiert. Halb Kanada mußte schon einmal abgetragen werden. Hier träfe es wahrscheinlichnoch mehr. Besonders von den russischen Reaktoren kreisen noch einige im niedrigen Erdorbit, die langsam anfangen radioaktives Material zu verlieren und ihre Bahn weiter absenken. Man denke lieber noch nicht darüber nach, wenn sie in der Erdatm. verglühen.

Wie wäre es eigentlich, wenn man einen gepulsten Laser als Antrieb einsetzt. Diesen könnte man mit einem irdischen Kraftwerk speisen, was wesentlich ungefährtlicher ist. Damit könnte man Objekt in den Orbit heben bzw. beschleunigen. Oder ein Staustrahltriebwerk mit flüssigem Wasserstoff. Sicherlich ist die Einsatzzeit begrenzt, aber als Träger allemals ausreichend.

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Offline EM

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Re: Nukleare Stromerzeugung
« Antwort #31 am: 07. Februar 2006, 21:09:42 »
Die Frage der Gefährdung müsste natürlich diskutiert werden.
Hier gings mir mal darum, ob so ein Gefährt funktionieren könnte. Technisch erscheint mir auch die Ableitung der Wärme problematisch.

Es wäre interessant, wenn du deinen Vorschlag mit dem gepulsten Laser näher erklären könntest.

Sicher  wäre es am elegantesten, wenn man die benötigte Strommenge von aussen zuführen könnte (Laser, Mikrowellen, o.ä.), aber das scheint mir auch eher unrealstisch.

Re: Nukleare Stromerzeugung
« Antwort #32 am: 07. Februar 2006, 22:14:00 »
Ich finde auch, dass das Hauptproblem bei der Wärmermeableitung besteht. Konventionelle Dampfturbinen können im Weltraum nicht benutzt werden solange nicht übermäßig viel Wasser vorhanden ist... und in der Schwerelosigkeit kann ich mir eine Dampfturbine auch nicht vorstellen, denn da kann der Dampf ja nicht "nach oben" steigen. Dafür müsste man schon runde Raumstationen bauen die sich um ihre eigene Achse drehen um Fliehkräfte zu erzeugen. Aber bis dahin ist es wohl noch ein langer Weg, ich schätze selbst auf dem Mond wird es nicht möglich sein effektiv Dampf in elektrischen Strom umzuwandeln.

Die Idee mit gepulsten Lasern ist tatsächlich interessant, wenn du die Idee weiter diskutieren möchtest öffne aber bitte ein neues Thema, weil hier sonst keine Verbindung mehr zum Thema "Nukleare Stromerzeugung" bestehen würde :)

Bis dann
Tobias
« Letzte Änderung: 07. Februar 2006, 22:17:16 von Tobias_Kolkmann »

urfin

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Re: Nukleare Stromerzeugung
« Antwort #33 am: 08. Februar 2006, 19:45:05 »
Prinzipiell ist es möglich eine Dampfturbine im Weltall zu betreiben. Durch das verdampfen der Flüssigkeit baust du einen Druck auf und diesen expandierst du dann in einer Turbine. Anschließend mußt du nur den Restdampf wieder kondensieren. Diese Abwärme ist problematisch, da sie nur über Radiatoren abgegeben werden kann. Sicherlich muss man den Reaktor anders auslegen als hier auf der Erde. Ach ja und wegen der Funktionstüchtigkeit im All, Turbopumpen arbeite nach dem gleichen Prinzip nur halt andersherum. Man muss nur in den Tanks dafür sorgen, dass der Treibstoff seinen weg dahin findet. Den Rest erledigt der auferlegte Druckgradient.

Übrigens, weuch wenn es nicht hier her paßt, ich glaube in absehbarer Zeit wird man keine drehbare Raumstation bauen. Dies wäre zwar für den Tourismus schön, aber die meisten Experimentatoren wollen ja gerade keine Gravitation für ihre Versuche.

À propos ich eröffne mal einen neuen Thread über gepulste Laser.

Martin

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Re: Nukleare Stromerzeugung
« Antwort #34 am: 09. Februar 2006, 11:10:36 »
Hallo,

am Anfang diese Threads hatte ich diesen Link schonmal gebracht, aber an der Stelle wo es um technische Details geht, paßt er nochmal gut rein:
http://www.world-nuclear.org/info/inf82.htm
Da stehen viele Details zu SNAP und den russischen Reaktoren (Topaz-1 und -2, usw.) drin.

Lesenswert.

Martin
« Letzte Änderung: 10. Februar 2006, 07:03:46 von Tobias_Kolkmann »

Re: Nukleare Stromerzeugung
« Antwort #35 am: 10. Februar 2006, 07:01:42 »
Ja schon okay, ich habs dann mal Martins Beiträge zusammen  gepackt ;D
Aber eigentlich hast auch du hier eine "Ändern" Funktion für deine eigenen Beiträge ;)  
« Letzte Änderung: 10. Februar 2006, 12:56:44 von Tobias_Kolkmann »

Martin

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Re: Nukleare Stromerzeugung
« Antwort #36 am: 10. Februar 2006, 23:51:23 »
Zitat
Ja schon okay, ich habs dann mal Martins Beiträge zusammen  gepackt ;D
Aber eigentlich hast auch du hier eine "Ändern" Funktion für deine eigenen Beiträge ;)  

Ich sehs aber echt nicht, bei mir steht nur "zitieren" und "löschen" da!?

Edit: Bei diesem Beitrag gabs jetzt doch ändern, bei obigen von mir aber nicht. Woran liegt das?

nochmal Edit: Ich vermute jetzt zu wissen woran es liegt, dürfte damit gelöst sein.
« Letzte Änderung: 11. Februar 2006, 10:30:55 von Martin »