Ich stelle hier ein mir ein von mir erstelltes Konzept für einen Schlepperantrieb vor.
Mir schwebt da ein Lösung , mit der man Fracht bis zu 500t Netto von einem LEO
>300km bis zum Mars schieben kann.
Es geht nicht darum das dies schnell passiert, sondern vor allem mit relativ wenig Treibstoff möglich sein soll.
Als Triebwerk sehe ich derzeit das DS4G
http://www.esa.int/esasearch?q=ds4gals aussichtsreichste Technologie, es ist recht leicht mit einem sehr variablen ISP bei sehr hoher Effizient.
Das Thema Solarpanelausleger ist derzeit noch ein Knackpunkt, sowohl was die spezifische Leistung, wie denn Zusammenbau im All betrifft,
allerdings habe ich da einige Ideen.
Die Tankproblematik ist in einem anderen Beitrag separat behandeln und ich würde deswegen den Punkt als gelöst und unproblematisch betrachten!
(siehe:
https://forum.raumfahrer.net/index.php?topic=12519.msg288285#msg288285)
Bei Interesse werde ich weiter Bereiche anlegen.
Hier gehts mir erstmal um die Idee als solche, also noch NICHT die Details zu den Themen Solarpanelsysteme, Struktur, Strahlungsgürtel usw.
Bezeichnung der Missionszeiträume:MissionRoom 1.0 bis 1.5: Transfer LEO->LMO oder Landung Phobos1.0 Startbereitschaft, LEO
(auf 340km)1.1 Aufspiralphase vom LEO bis zum erreichen der Fluchtgeschwindigkeit
1.2 Nachbeschleunigung mit ISP oberhalb 5ks
1.3 Freiflugphase
1.4 Abbremsphase vor dem Einfangorbit, ISP oberhalb 5ks
1.5 Abspiralen mit ISP 5ks, bis Parkposition nahe oder auf Phobos
MissionRoom 2.0 bis 2.5: Abkopplung von Nutzlast und Rückflug zur Erde (=LEO,h=340km)2.0 Abkopplung Nutzlast
2.1 Aufspiralen mit ISP5ks vom LMO (Phobos?) bis zur Fluchgeschwindigkeit.
2.2 Freiflugphase oder Beschleunigung mit sehr hohem ISP
2.3 Nachbeschleunigung mit ISP oberhalb 13ks
2.4 Freiflugphase, eventuell mit SwingBy um die Venus
2.5 Abbremsphase bis dicht an Einfanggeschwindigkeit (zwischen Venus und Erde)
2.6 Abspiralen bis ains LEO auf 340km Höhe
Mir schwebt ein Scheppersystem mit folgenden Daten vor:180x DS4G Triebwerke mit jeweils 80cm und einem Schub von 9N, bei 50km/s:
Tanks : 3t
Treibwerke : 18t
Solarpanels für 50MW im LEO : 50t
Steuerung, Struktur,
Kopplung usw. : 12t
Summe Leermasse :
83tTreibstoff : 17t
Summe Betankt :
100t
Treibstoff für Nutzlasttransfer : 100t (MaxDeltaV bei: ISP
5k: 7,7km/s; ISP
10k: 15,5km/s)
Schub in Erdnähe. : ISP
5k=1800N; ISP
10k=950N
Treibstoffverbrauch pro Tag : ISP
5k=3100kg;ISP
10k=1550kg
Schub in Marsnähe (1,41AE) : ISP
5k= 900N; ISP
10k=455N
minimales deltaV/Tag, LEO,700t : ISP
5k=233,9m/s; ISP
10k=117m/s
minimales deltaV/Tag, LMO,600t : ISP
5k=129,6m/s; ISP
10k=64,8m/s
Treibstoff Rückkehr Schlepper : 17t (max. deltaV bei: ISP
5k: 9,32km/s; ISP
10k: 18,7km/s; ISP
13,4k: 25km/s)
Massekorrekturfaktor : 7 (=Quotient:700t/100t)
Hinweis woher die 13,4k kommt:Die Rückkehrmasse ist den Faktor 7 kleiner, also erzeugt ein von Wurzel(7) keinerer Massestrom, mit einem ISP von 5000*Wurzel(7) die selbe Beschleunigung wie mit 700t, bei gleichem Energieaufwand.
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.
Die Steigerung der Beschleunigung wurde NICHT berücksichtigt!Schiffsmasse am Tag27: 657t
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)
Als Alternative könnte man eine Satelittentankstelle auf einer Bahn im Perigäum 1060km und Apogäum 120.000km plazieren.
Die Elektronik müsste gut geschützt sein, aber der es wäre im wesentlichen nur eine automatische Tankstelle.
Hierdurch könnte man ein paar Tage beim hoch Spiralen durch keiner Abflugmasse einsparen und dann die Tanks komplett wieder vollfüllen.
Für ein Passagierschiff von 100t, würde das Hochspiralen bei voller Rückkehroption von der Tankstelle nur 4,5 Tage anstatt 6,5 Tage dauern was die Belastung im Strahlungsgürtel stark verkürzt. weiterhin stehen 43t zusätzlicher Treibstoff zur Verfügung, was ein zusätzliches deltaV
ISP10k von:15,5km/s ermöglicht.
Dies reduziert die Flugzeit um ca. 40%.
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.
MissionRoom 2.0: Abkopplung von Nutzlast (Rückflug ohne, oder mit kleiner Nutzlast)
MissionRoom 2.1: Aufspiralen bis Fluchtgeschwindigkeit (deltaV maximal 1,6km/s, bei ISP5k in maximal 4-Tagen erreicht bei ca. 50% Triebwerkseinsatz.
Restlicher Treibstoff ca. 13900kg. Bahn ins innere Sonnensystem mit D
min=0,5AE einschlagen.
MissionRoom 2.2: (entfällt)
MissionRoom 2.3:Beschleunigung mit ISP13,4k-> deltaV/Tag ca. 320m/s; deltaM/Tag=221kg; für 20 Tage mit konstantem Schub: dV=6.270m/s; dM=4429kg
Restlicher Treibstoff 9471kg
MissionRoom 2.4:Freiflugphase, eventuell mit SwingBy um die Venus
MissionRoom 2.5:Abbremsen mit ISP13,4k-> deltaV/Tag ca. 644m/s; deltaM/Tag=680kg; für 5 Tage mit konstantem Schub: dV=5070m/s; dM=3453kg
Restlicher Treibstoff 6018kg, Schiffsmasse 89550kg
MissionRoom 2.6: Schnelles abspiralen vom Fluchtgeschwindigkeit (deltaV 3,5km/s, bei ISP5k in maximal 4-Tagen erreicht bei ca. 50% Triebwerkseinsatz.
Restlicher Treibstoff 500kg, Schiffsmasse 83500kg
MissionRoom 2.7: Missionsende, Restliches mögliches deltaV=800m/s
Mögliche Variationen: Tankstation in hohem Orbit oder in einem der Lagrange-Punkte, das ist natürlich gerade für Passagierflüge sehr interessant,
weil man hierdurch Missionsoptionen bekommt.
