Slingatron - Orbitschleuder

Hier mal ein Kickstarter-Projekt, um einen "Orbitwerfer" zu entwickeln:
http://www.kickstarter.com/projects/391496725/the-slingatron-building-a-railroad-to-space

Grundidee ist es über eine Schleuder eine Masse auf Orbitgeschwindigkeit zu bringen und dann tangential freizulassen. Anstelle die Winkelgeschwindigkeit der Schleuder zu erhöhen, soll hier die Winkelgeschwindigkeit konstant sein, während die Nutzlast auf einer Spiralbahn nach außen gleitet. Aus Sicht der Nutzlast, die unter hoher/steigender Zentripetalkraft steht, ist die Spirale lokal eine schiefe Ebene, auf der sie herab rutscht (nach außen rutscht) und so beschleunigt.

Ich frage mich gerade wie das mit der Impulserhaltung hier ist ...

sieht abgefahren aus, und scheint ja physikalisch zu funktionieren, aber die Kräfte auf die Schleuder müssen ja enorm sein, wenn die Austrittsgeschwindigkeit aus der Schleuder mehrere km/s betragen soll. Das kann doch eigentlich nur mit kleinen Nutzlasten funktionieren.

Außerdem sind auch die aerodynamischen Kräfte viel höher als bei einem Raketenstart, weil man ja von Anfang an in der Atmosphäre schon orbitale Geschwindigkeit hat.

Stellt sich nur die Frage was für Nutzlasten man damit starten will.

Die dabei auftretenden Kräfte und Beschleunigungen dürften wohl jede Nutzlast die wir heute kennen killen. Und die Reibungswärme die Auftritt wenn ich in der unteren Atmosphäre schon Orbitalgeschwindigkeit habe (für den LEO 7-8 km/s) dürfte die Nutzlast schnell verglühen lassen.

So gesehen ist das keine sonderlich gute Idee.
Solange wir nicht einen großen Bedarf danach haben massive Blöcke aus hochtemperaturfestem Metall ins All zu bringen kann man diese Idee getrost in die Tonne treten.

Die dabei auftretenden Kräfte und Beschleunigungen dürften wohl jede Nutzlast die wir heute kennen killen. Und die Reibungswärme die Auftritt wenn ich in der unteren Atmosphäre schon Orbitalgeschwindigkeit habe (für den LEO 7-8 km/s) dürfte die Nutzlast schnell verglühen lassen.

Eigentlich müßte die Austrittsgeschwindigkeit ja noch höher sein um oben dann Orbitalgeschwindikkeit zu haben,
weil die ja bei dem Flug durch die Atmosphäre wieder abnimmt.
Das mit der hohen Beschleunigung sollte aber bei speziellen Nutzlasten beherschbar sein, denn schließlich
gibt es ja auch Versuche zu Penetratoren die beim Aufschlag ähnlich hohen Kräften standhalten müssen.

Gab ja auch mal Projekte mit Weltraumkanonen (HARP & SHARP), was ja Vergleichbar ist nur das
bei dem Slingatron die Beschleunigung etwas geringer ist als bei der Kanone.

Tanks (Treibstoff, Wasser, Luft) sollten das aushalten können. Die Frage ist nur, ob die Leistung für sowas reicht.

Tanks (Treibstoff, Wasser, Luft) sollten das aushalten können.

40000 - 60000 g, das ist aber nicht so einfach machbar. Schreiben die Antragsteller ja auch selbst. High peak g-loads of up to 40-60,000 g’s during launch limits the type and complexity of payloads that can be launched.

Gruss,
Volker

Die Nutzlast rutscht hier ja eine lange schiefe Ebene runter, unter hoher Anpresskraft und hoher Hangabtriebskraft. Die Reibung zwischen Laufbahn und Nutzlast soll reduziert werden, indem Material verdampft und einen "plasma bearing film" zwischen den Kontaktflächen erzeugt.
Ich könnte mir vorstellen, dass es mit die größte Herausforderung ist, das Material hier unter Kontrolle zu bringen, damit das funktioniert.

So ein Slingatron wär doch was für eine Mondbasis - geringere Fluchtgeschwindigkeit und keine störende Atmosphäre. Jetzt müssen wir nur noch überlegen, was wir vom Mond aus sinnvollerweise ins All schleudern wollen.

Grüße

Roland

Helium 3?

So ein Slingatron wär doch was für eine Mondbasis - geringere Fluchtgeschwindigkeit und keine störende Atmosphäre.

Ja aber da könnte man auch das hier nehmen. (Gaußgewehr)
Wär denk mal auch leichter umzusetzen als so eine riesige schwingende Spirale da die grundlegende Technick erprobt ist bzw. sich im Einzatz befindet,
und ohne Atmosphäre und weniger Gravitation würde mich interessiern wie schnell man sowas bekommt,
wenn man die nötige elektrische Energie bereitstellt. 

Wie war das nochmal?
Beim Eintritt in die Erdatmosphäre wird ein Hitzeschild ziemlich warm?
Nun, soweit ich weiß muss man die vor einem liegende Luft zur Seite schieben, da dies mit 7800m/s geschieht und die Energie eines bewegten Körpers proportional zu V² ist, ist die Luftmenge wohl 7800m*Körperfläche*spezifische_Dichte/m³*V². Wenn man es genau nimmt, steigt der Widerstand mit V³.
Ich hatte mal eine Windlast für 120km/h ausgerechnet, soweit ich weiß waren das etwa 1kN. Also über den Daumen gepeilt, macht das dann etwa 12,8GN, selbst auf 5500müNN gestartet ist das immer noch die Hälfte.
Das Konzept ist nur für einen luftlosen Mond oder so tauglich, oder vielleicht auf dem höchsten Berg im Sonnensystem, alles andere ist einfach Unsinn.

Hallo Klakow,

ich kann deiner Überschlagsrechnung so nicht folgen. Was willst du berechnen? Welche Größen gehen ein? Welche Formel setzt du an?

ich glaube, Klakow hat schnell ein paar Formeln selbst erfunden^^

Beim Wiedereintritt hast du aber auch eine breite Fläche, weil es ja dein Ziel ist, Bewegungsenergie zu verheizen.

Beim ballistischen Aufstieg müsste die Nutzlast vorne spitz sein (wie Skylon). Dann wird auch weniger Reibung/Kompressions-hitze frei.

ich glaube, Klakow hat schnell ein paar Formeln selbst erfunden^^

Jeder Körper der sich durch die Luft bewegt, muss logischerweiße die Luft so vor sich wegschieben, macht er das mit einer bestimmten Energie. Er wird so lange schneller, bis die Kraft mit der er die Luft wegschiebt, genau so groß ist wie Luftreibung.
Da die Luftmenge der er wegschiebt proportional mit der Geschwindigkeit ist kann man das so schreiben F_Luftmenge~V.
Da die Energie eines bewegten Körpers, in dem Fall die bewegte Luft, beschrieben werden kann mit: F_{Bewegungsenergie_Luftmenge}~V².
Bringt man dies zusammen, ergibt sich das die Energie zur dritten Potenz der Geschwindigkeit steigt, also F_Gesamt~V³.
Vergleicht man jetzt z.B. die Energien die man reinstrecken muss bei 180km/h (=50m/s) mit 7800m/s, dann ist das ein Faktor 156 der Geschwindigkeiten, aber ca. ein Faktor 3,8 Millionen der Energien.
Es geht mir nicht darum exakte Zahlen zu berechnen, sondern nur um die Größenordnungen!

Hallo Klakow,

deinen Analogie-Schlüssen kann ich so nicht folgen.

Da die Luftmenge der er wegschiebt proportional mit der Geschwindigkeit ist kann man das so schreiben F_Luftmenge~V.

Im Satz beschreibst du einen Massenzusammenhang: verdrängte Luftmenge ~ zur Geschwindigkeit. In der Formel am Ende setzt du dann eine Kraft F zur Geschwindigkeit proportional. Wieso leitest du aus der Luftmenge eine Kraft ab?
Um aus der wechselwirkenden Luftmenge eine Kraft abzuleiten, geht das über die Impulserhaltung. Welcher Impuls geht vom Körper auf die Moleküle der Luft über (und auf wieviele Moleküle)? Aus diesem Impulsaustausch ergibt sich eine Kraft proportional zur Änderung der Geschwindigkeit des Objekts. Hier müssen wir dann aber aufpassen, dass sich die Katze nicht in den Schwanz beißt. Wir wollen ja gerade die Geschwindigkeitsänderung des Objekts mit einer Kraft erklären, und nicht die (beobachtnbare) Geschwindigkeitsänderung als Erklärung für eine Kraft anführen.

Da die Energie eines bewegten Körpers, in dem Fall die bewegte Luft, beschrieben werden kann mit: F_{Bewegungsenergie_Luftmenge}~V².

Was ist F_{Bewegungsenergie_Luftmenge}? Noch eine Kraft? Irgendwie gekoppelt mit der Energie?
Aus der Energieerhaltung kann man nicht direkt eine Kraftbeziehung ableiten. Wenn es um Wirkungen geht, dann über Kräfte und Impulserhaltung (das ist äquivalent). Aus Energieerhaltung kann man nicht direkt eine Kraftbeziehung ableiten. Wenn du Energiegehalt und -veränderung eines Mediums bestimmen möchtest, solltest du dich auf die Zustandsgleichung und die Zustandsgrößen des Mediums beziehen: Druck und Temperatur. Energieerhaltung ist beliebig komplex/unscharf, da hier ungenaue dissipative Komponenten reinkommen. Wir müssten die Reibung erfassen, und das ist nicht so einfach und allgemeingültig möglich. Im Überschallflug kommen hier Größen wie Kompressibilität und Wellenwiderstand mit rein.
In der Impulserhaltung kann man das vermeiden und ist eh direkt auf der Wirkungsebene mit Kräften und Bewegungsgrößen.

Willkürliche Analogien führen nicht zum Ziel.

Klakow,

wenn du schon rechnest, nutze doch physikalisch bewiesene Formeln^^

Wie z.b. für den Luftwiderstand:
F= 1/2*rho*V^2*Cw*A

Wenn man jetzt och die Formel für Arbeit W= F*s nimmt, bekommt man vllt sinnvolle Werte für Energie

Es ist doch wohl klar das ein Körper der sich durch die Luft bewegt diese aus dem Weg schieben muss?
(Das da der cw Wert drin steckt und für Körper die sich schneller als der Schall bewegen irgendwas ähnliches, ist mir schon klar.)
Irgendwohin muss die Luft ja verdrängt werden?
Wenn dem so ist, könnte man doch einfach mal annehmen das je schneller ein Körper die Luft verdrängt, je mehr Luftvollumen, also Luftmenge wird zur Seite geschoben?
Die Masse der Luft die zur Seite geschoben wird, ist ja wohl Fläche_Rakete*Geschwindigkeit*Zeit*Spezifische_Luftmasse, in Einheiten ist das: m²*(m/s)*s*kg/m³=kg, also die Luftmasse.
Diese Luft wird um so schneller weggeschoben, je höher die Geschwindigkeit ist. Beim wegschieben wird die Luft offensichtlich beschleunigt und das diese Beschleunigung ist um so stärker, je höher die Geschwindigkeit der Rakete ist.
Hierfür kann man Schreiben: F_Luft~V²_Rakete
(und nicht vergessen, da steht ein Proportionalzeichen und kein Gleichheitszeichen dazwischen und die verdrängte Luftmenge ist hier nicht berücksichtigt)

Da F=M*a ist, also in Einheiten: kg*m/s² ist, ergibt die Zusammenführung eben das F_Rakete~V₃
Es geht mir dabei nicht um exakte Zahlenwerte, sondern um einen wichtigen Zusammenhang das die benötigte Kraft eben zur dritten Potenz der Geschwindigkeit ansteigt.
Alles was man jetzt, z.B. über einen höheren Startplatz macht, reduziert die benötigten Kräfte aber nur linear oder mit M_Luft~1/h, also zur zweiten Potenz.

FLuft ~ v² stimmt, aber FLuft = Frakete, das folgt aus actio = reactio. Keine ahnung wie du auf F_rakete ~ v³ kommst XD

Hallo Klakow,

das ist so nicht nachvollziehbar, egal ob jetzt die Einheiten passen oder nicht. Passende Einheiten sind eine notwendige, aber keine hinreichende Bedingung.

Deine Argumentation ist aber grundlegend inkonsistent: Es gilt Actio=Reactio, also F_Luft=-F_Objekt. Die Kraft, die vom durchfliegenden Objekt "beschleunigend" auf die  Luft wirkt, wirkt umgekehrt bremsend auf das durchfliegende Objekt zurück.
Wenn jetzt F_Luft~v² gilt, dann gilt sofort auch -F_Objekt~v². Alles andere widerspricht der Impulserhaltung. Du würdest Impuls aus dem Nichts generieren.

Ich mach mir das einfacher : Ich find die Idee hinreißend komisch.
Und ich sage : Die sollen das ruhig mal aufbauen 

Hallo Klakow,

das ist so nicht nachvollziehbar, egal ob jetzt die Einheiten passen oder nicht. Passende Einheiten sind eine notwendige, aber keine hinreichende Bedingung.

Deine Argumentation ist aber grundlegend inkonsistent: Es gilt Actio=Reactio, also F_Luft=-F_Objekt. Die Kraft, die vom durchfliegenden Objekt "beschleunigend" auf die  Luft wirkt, wirkt umgekehrt bremsend auf das durchfliegende Objekt zurück.
Wenn jetzt F_Luft~v² gilt, dann gilt sofort auch -F_Objekt~v². Alles andere widerspricht der Impulserhaltung. Du würdest Impuls aus dem Nichts generieren.

Ich verstehe was du meinst, aber du liegst da trotzdem falsch. Stell dir doch einfach mal eine Rakete vor innerhalb von einer Sekunde 1km zurücklegt. Es ist doch wohl klar das die ganze Luft auf dem Kilometer von der Rakete beiseite geschoben werden muss, oder was denkst du wo die hin soll?
Es ist doch wohl auch klar das diese Luft dabei beschleunigt werden muss und das offensichtlich um so schneller, je schneller die Rakete fliegt?
Es ist doch wohl auch einleuchtend das die Luft bei doppelter Geschwindigkeit der Rakete auch doppelt so schnell beiseite geschoben werden muss.
Da die Energie der beiseite geschobenen Luft, wohl von deren Luftmasse und dem Quadrat der Geschwindigkeit dieser Luftmasse ab hängt, ergibt das in Summe F~V³.
Und nochmal, es geht hier um Größenordnungen und nicht um eine exakte Formel in der Art: F_{Luftwiederstand}(V)=blablabla(V)!
Man kann dies zwar für laminare Strömungen, als unterhalb der Schallgeschwindigkeit auch berechnen und vielleicht auch im Überschallbereich, aber das wird dann sicher höllisch komplexer.
Meine Relation sagt z.B. aus, das ein Auto um die doppelte Höchstgeschwindigkeit zu erreichen die achtfache Leistung benötigt. Ich habe mal einen VW Käfer mit 35PS gefahren, der kam soweit ich mich erinnere so etwa auf 120km/h, ich denke für 240km/h würde das mit dem Faktor 8 schon passen (280PS)

du hast einfach ein paar Denkfehler und gehst nicht wissenschaftlich an das Problem heran. Außerdem scheinst du aber von deiner Position so eingenommen zu sein, dass du dir nix erklären lassen willst, also gilt: Du hast Recht, und ich/wir meine/unsere Ruhe^^

Wie Kryo bereits geschrieben hat, gilt F=0.5*A*cw*rho*v^2. Wenn F~v³ sein sollte, müsste cw proportional zur Geschwindigkeit sein, was definitiv nicht der Fall ist...

ihr habt beide recht