Solar Sail - In Orbit Manufacturing

Hallo zusammen. Als besonderer Freund von Solarsegeln möchte ich hier mal ein etwas spezielleres Thema aus diesem Bereich anschneiden. Es geht darum die Unterstützungsstruktur des Segels nicht wie bei aktuellen Konzepten in irgend einer, meist recht komplizierten, Weise zun entfallten sonder  in Form von vorimprägnierten Kohlefaser mit dem Segel abzurollen und dann erst auszuhärten.

Hat jemand schonmal von solchen Überlegungen oder Studien gehört, oder hat sich dazu vielleicht selbst schon intensiver Gedanken gemacht.

Interresant wäre:

- Was für Harzsysteme könnte mann verwenden
- Wie kann mann die Chemische Vernetzung starten (zurückhalten)
- Was für "Werftstrukturen" braucht man die das noch nicht fertige Segel in Form bringen


Freue mich auf Ideen und Anregungen!

Die Idee hört sich sehr interessant an. Die Carbonium-Fasern würd ich noch mit CNT verstärken, um höhere Festigkeiten bzw. dünnere Fasern zu ermöglichen.  

- Wie kann mann die Chemische Vernetzung starten (zurückhalten)

Als ersten Ansatz würde ich auf Kleber setzen, die erst unter Einwirkung von UV-Licht aushärten. Das Segel müßte erst vor UV-Licht geschützt, aber schon mit dem Klebstoff durchtränkt in eine Umlaufbahn befördert werden, in der das SonnenSegel genug Zeit hat im Erdschatten entfaltet zu werden, um erst danach in das Sonnenlicht zu treten, wodurch das im Sonnenlicht enthaltene UV-Licht den Kleber aushärtet.

- Was für Harzsysteme könnte mann verwenden

Welche Klebstoffe unter Einwirkung von UV-Licht aushärten weiß ich nicht, aber ich weiß daß es derartige Klebstoffe gibt.  Ich weiß das in der Zahnmedizin Klebstoffe verwendet werden, die erst unter UV-Bestrahlung aushärten.

- Was für "Werftstrukturen" braucht man die das noch nicht fertige Segel in Form bringen

Ich denke es gab bereits einen Versuch ein SonnenSegel durch Zentrifugalkraft (sry - ich glaub nicht mehr an die Zentripedalkraft) zu entfalten.  Welche Erfahrung man im einzelnen damit gemacht hat weiß ich nicht mehr zu sagen, aber soweit ich weiß, hat es bisher kein Sonnensegel-Experiment geschafft, erfolgreich ausgesetzt zu werden.

Man versucht aus nachvollziehbaren Gründen möglichst leichte bzw. dünne SonnenSegel einzusetzen.  Nach der Vielzahl all dieser Fehlschläge bei der Durchführung würde ich es inzwischen sogar begrüßen, wenn man schlicht ein gewöhnliches Windsegel, wie sie bei Segel-Regatten verwendet werden, hochzuschiessen und im Orbit aufzuspannen.  Selbst wenn das Segel zu schwer wäre um einen praktischen Nutzen zu erwarten würde man dennoch damit brauchbare Erfahrungen gewinnen, welches Potential der Sonnenwind als Antriebsmittel überhaupt besitzt.  Als "Technologie-Demonstrator" müßte er nur zeigen, wie ein sehr leichtes Gebilde mit großer Oberfläche mit dem Sonnenwinnd (ausserhalb der Magnetosphäre der Erde) reagiert.

Zur "Montage" gibt es zwei Möglichkeiten: autonomer Aufbau oder manueller Aufbau auf der ISS.

Für den autonomen Aufbau würde ich es konzipieren:
Man müßte also einen "Kasten" nehmen, der durch Gyroskope stabilisiert wird, und einen Motor, der das Segel rotieren lassen kann.
Wenn die Größe bzw. Geometrie keine größere Rolle spielt, würde ich das Segel einfach wie einen Sonnenschirm für den Garten "falten" und ebenso wieder aufklappen lassen, wodurch sich eine relativ länglicher Aufbau für den Demonstrator ergibt.  Um das Segel vor frühzeitigen Aushärten bzw. UV-Licht zu schützen wäre ein sehr großes "Fairing" notwendig.  Dieses könnte man geschickter Weise gleich als Photovoltaic-Panel multifunktional auslegen.  Wenn in der Mitte eine Art Rohr liegen würde, das feine Düsen besitzt, aus der das Bindemittel zumindest der Länge nach gleichzeitig verteilen kann, und die Kapillar-Wirkung des Gewebes die restliche Verbreitung übernimmt, könnte man das Aufbringen des Bindemittels auch zu einen späteren Zeitpunk bewerkstelligen. Dadurch wären die Ansprüche an das Fairing wesentlich geringer und auch der Motor für die Rotation könnte eingespart werden.

Mit Gyroskopen und den Photovoltaik-Panelen würde dieser Demonstrator "Sonnensegel" dann schon sehr befähigt sein. Es schiene überlegenswert, diesen Demonstrator dann mit weiteren Gräten auszustatten, die den Mehrwert weiter steigern.

Man könnte auf der ISS ein derartiges Experiment aufbauen und von dort starten lassen. Der "Umweg" über die ISS ist energetisch wenig von Vorteil, aber die Konzeption des Aufspannen, Klebens, etc. wird von dort aus wesentlich leichter sein.

So wie auf der Erde keine starren Segel verwendet werden würde ich auch für ein Sonnensegel solide Elemete einkalkulieren, die das Segel aufspannen.  Für ein kreisrundes Segel sollte es ein kreisrunder Ring sein, an dem das Segel aufgehangen wird.
Dies würde jedoch deine Idee mit dem ausgehärteten Sonnensegel zumindest auf den ersten Blick überflüßig machen.  Wenn jedoch zusätzlich das Segel durch ein Bindemittel versteift werden würde, sollte es effizienter den Sonnenwind in (gerichtete) kinetische Energie umwandeln, weil die Stöße weniger elastisch sind und dadurch würde die thermische Belastung (ungerichtete kinetische Bewegung) sinkt.

Allerding büße man dadurch die Möglichkeit ein, das Sonnensegel wieder zusammenzufalten.  Ein Kompromiß wäre denkbar, das Segel mit dem Bindemittel zu "segmenttieren", so daß es geometrisch wohl-definiert zusammengefaltet werden kann. Dazu müßte das Bindemittel hier auf der Erde gleichmßig aufgebracht werden, und das Faltmuster würde durch eine "Maske" auf dem Segel erreicht werden, welche das UV-Licht abhalten, so daß nur die übrigen Bereiche aushärten.

Man könnte dort flexible Stäbe zusammenfügen (stecken) zu einen sehr langen Stab.  Wenn an dem entfernten Ende ein dünnes Seil befestigt ist, könnte man die Stangenenden zusammenführen und so aus dem "Stab" einen "Ring" aufspannen. Auf diesen könnte an diesen das Segel aufgespannt (aufgehangen) werden.  Dadurch müßte nichts geklebt oder rotiert werden und man hätte eine gute Kontrolle über den gesamten Aufspann-Vorgang.


Das Segel müßte in der Mitte ggf eine Öffnung besitzen, wenn es  noch von einem Vehicle transportiert werden soll, das mit einen Repulsions-Antrieb, z.B. Ionen-Drive, ausgestattet ist, um das Sonnensegel von der ISS aus in einen Orbit zu befördern, in der der Sonnenwind nicht durch das Erdmagnetfeld abgehalten wird.

Ich hatte hier einmal vorgeschlagen, ein SonnenSegel "gewölbt" und dessen Oberfläche reflektierend zu gestalten, um das gewölbte Sonnensegel gleichzeitig als Hohlspiegel zum Sammeln von Licht zu benutzen, und so aus dem konzentrierten Licht mittels einer relativ kleinen Photovoltaic-Fläche elektrische Energie zu gewinnen. Dieses Konzept wäre insbesondere für Relay-Comm-Satelliten interessant.

So wie ich es verstanden habe bezog sich das Aushärten nur auf die aufgerollte Trägerstruktur. Das ganze Segel einzukleistern hätte ja auch keinen Funktionsgewinn.

Hi SpaceWarper!

Wie genau meinst du das mit den Segeln wie bei einem Segelschiff?
Du darfst nicht vergessen, dass das Segel sehr groß sein muss, damit man sich damit fortbewegen kann.
Also hätte man damit ein gewisses Problem. Außerdem wäre das Kleben, wie du es beschrieben hast, auch eine weitere Schwierigkeit.

Weiters fraglich ist, wie man das Sonnensegel befestigen will. Es müsste ja bis zu 15km Durchmesser haben. So einfach mit einem (oder meheren) Masten geht das dann nicht. Wer soll das denn alles in den Orbit bringen und dort oben ganz automatisch zusammenbauen.

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Die Idee der Sonnensegel ist ja nicht mehr ganz so neu. Schon 1967 gab es die ersten ernsthaften Vorschläge, die bald darauf eingestellt wurden. Dann war wieder einige Zeit Ruhe um Sonnensegel.

In letzter Zeit gab es dann wieder mehr zum Thema. Die ESA dürfte kräftig mitmischen.

Ich meinte damit, daß das Segel aufgespannt sein muß. Speziell dachte ich an eine Ringstruktur, an der das Segel aufgespannt ist.  Mit dem Vergleich zum Segelschiff meinte ich insbesondere die beiden Bäume oben und unten, zwischen denen das Segel gespannt wird. Am Spannen des  Schiffssegels ist zumindest auf Schiffen auch der Mast beteiligt.

Man könnte also die Struktur-Elemente, die zum Aufspannen eines Sonnenwind-Segels zweckdienlich sind unterscheiden zwischen Struktur-Elementen, die am äußeren Rand des Segels verlaufen und Struktur-Elementen, die innerhalb des Segels verlaufen unterscheiden.

Über das Gewicht der Segel würde ich mir hinsichtlich der Leistungsfähigkeit weniger Sorgen machen als man zumeist hören kann.  Die Leistungsfähigkeit ist noch nicht erprobt und darum muß ein entsprechender Demonstrator auch nicht seine Leistungsfähigkeit unter Beweis stellen sondern lediglich diese ermitteln.

Jemand schrieb, das gesamte Segel aushärten zu lassen würde keine weitere Funktionalität bieten.  Das Gegenteil habe ich jedoch bereits in meinen vorherigen Beitrag erklärt:  Wenn das Segel "härter" ist, sind die Partikelstöße weniger elastisch und das Material wandelt weniger kinetische Energie der Partikel in Wärme um.  Ausserdem bietet sich dadurch die Option an, vollständig auf eine dedizierte Segel-Aufspann-Struktur zu verzichten.

Solange kein aussagekräftiges Sonnensegel-Experiment durchgeführt wurde, sind alle Annahmen über die Leistungsfähigkeit rein spekulativ.  Das heißt, der tatsächliche Leistungsfähigkeit könnte enttäuschen aber auch überraschen.  Darum hoffe ich, daß es überhaupt irgendein Sonnensegel bis in den Weltraum ausserhalb der irdischen Magnetosphäre schafft, um diese weiße Stelle im Technologie-Atlas ausfüllen zu können.

Was wäre am Kleben wie ich es beschrieben habe schwierig? Klebstoff im Schatten auftragen, durch Kapillarwirkung verteilen lassen und dann das Segel aus den Schatten in das Sonnenlicht bringen wo es von selbst aushärtet.  An welcher Stelle ist es schwierig?

Wenn Sonnensegel gleichzeitig wie ich beschrieben habe als Sammelspiegel benutzt werden würden/könnten, dann könnte man damit sogar noch am Saturn leicht genügend Energie mit Solarzellen gewinnen.  Kurz gesagt:  Die Kombination Sonnensegel/Sammelspiegel könnte die Erforschung des äußeren Sonnensystem revolutionieren.


Die Annahme daß das Sonnensegel sehr groß sein muß hängt bisher von ungesicherten Annahmen ab.  Für den Anfang dürfte ein Segel mit Durchmesser von 100m reichen, um überhaupt einmal erste praktische Erfahrungen über die Leistungsfähigkeit zu sammeln. Für einen kleinen Micro/Nano-Satelliten als Last könnte das vll. genügen.

Hi!

Wie kommst du gerade auf Kreisform?
Bei allen Modellen ging man immer von einem Quadrat aus?

100m Durchmesser sind für jetzige Verhältnisse schon sehr viel. Versuch doch einmal, eine größere Plane klein zu verpacken und sie dann ohne viel Aufwand wieder aufzulegen...
Aber *wir* werden das schon schaffen. Könnte man den Stoff nicht auch ganz einfach *aufblasen*?

Jemand schrieb, das gesamte Segel aushärten zu lassen würde keine weitere Funktionalität bieten.  Das Gegenteil habe ich jedoch bereits in meinen vorherigen Beitrag erklärt:  Wenn das Segel "härter" ist, sind die Partikelstöße weniger elastisch und das Material wandelt weniger kinetische Energie der Partikel in Wärme um.

[size=10]Hervorhebung durch mich[/size]


Hallo,

erst mal scheinst du deine eigene Aussage verdreht zu haben. Wenn das Material härter ist, werden Stöße elastischer und es geht weniger Energie dissipativ verloren.

Davon abgesehen:
Sonnensegel beruhen auf der Wirkung des Strahlungsdrucks der Lichtquanten und nicht auf der Stoßwirkung der Partikel des Sonnenwinds. Dessen Wirkung ist um ein paar Größenordnungen unter der des Strahlungsdrucks.

Die Leistungsfähigkeit ist noch nicht erprobt und darum muß ein entsprechender Demonstrator auch nicht seine Leistungsfähigkeit unter Beweis stellen sondern lediglich diese ermitteln.

...

Solange kein aussagekräftiges Sonnensegel-Experiment durchgeführt wurde, sind alle Annahmen über die Leistungsfähigkeit rein spekulativ.

...

Die Annahme daß das Sonnensegel sehr groß sein muß hängt bisher von ungesicherten Annahmen ab.  

Noch keine Erfahrungen? Man hat zwar noch keine Erfahrungen mit dezidierten Sonnensegeln, aber die Wirkung des Strahlungsdrucks lässt sich sehr einfach berechnen und simulieren. Für viele Sondenmissionen ist die Beherrschung dieses Effekts wichtig, da er in "Sonnennähe" nicht zu unterschätzen ist. Außerdem wird die Wirkung bereits bei der konventionellen Merkursonde MESSENGER in Sonnennähe aktiv genutzt, um die Flugbahn für die Flybys zu korrigieren.

Hi!

Zudem gab es auch schon einige Tests in Erdnähe.
siehe dazu: http://de.wikipedia.org/wiki/Sonnensegel
http://www.bernd-leitenberger.de/sonnensegel.shtml

Ich wollte mit "weniger elastischer Stoß" ausdrücken, daß der Körper auf molekularer Ebene "weniger stark deformiert" wird (härter ist) und deswegen weniger Energie in Molekularstruktur-Schwingungen (Wärme) aufnimmt in Form von Schwingungen.   Ich habe "plastischen Stoß" mit "plastischer Verformung" assoziiert und die liegt beim Erzeugen einer molekularen Schwingung nicht vor.  Das Schwingen selbst ist besitzt den Charakter der Elastik: wikipedia: "... unter Krafteinwirkung seine Form zu verändern und bei Wegfall der einwirkenden Kraft in die Ursprungsform zurückzukehren."

Ich erwarte andere "spekulative" Effekte, die nur sehr eng benachtbart zum Sonnenwind stehen.  Das Sonnensegel auf den Strahlendruck der Photonen als maßgebenden Effekt betrachten war mir nicht geläufig.    Weil ich nun dem Sonnenwind mehr Bedeutung beimesse als manch anderer und fälschlicherweise angenommen habe, andere würden den Sonnenwind, wenn auch von einen anderen Standpunkt aus, ebenfalls eine größere Bedeutung beimessen, habe ich dementsprechend mein Überlegungen zum Experiment angestellt und argumentiert.

Die Merkur-Sonde Messenger ist in der Tat eine praktische Anwendung des Sonnenwindes - allerdings kann eine Sonde aufgrund ihrer 3-dimensionalen Ausprägung (Kugel/Würfel/Zylinder) nicht einen Körper mit 2-dimensionaler Ausprägung (Segel) als Probekörper ersetzen.

Mich persönlich interessiert auch weniger die Wechselwirkung des Sonnensegels mit Photonen sondern sehr die Wechselwirkung mit dem "frischen" Sonnenwind ausserhalb der Magnetosphäre der Erde.  Daß der Photonendruck die maßgebliche Komponente für ein Sonnensegel ist eine nicht im Versuch verifizierte theoretische Aussage, die wie bereits erklärt, nicht von Messenger wegen seiner 3-dimensionalen Ausprägung erbracht werden kann.  Das  (20m x 20m)-Sonnensegel des DLR hat, wenn ich das richtig verstanden habe, die Magnetsophäre der Erde nicht verlassen und kann daher ebenfalls nicht die Effektivität eines Solarsegels im interplanetarischen Sonnenwind belegen.

 Daß der Photonendruck die maßgebliche Komponente für ein Sonnensegel ist eine nicht im Versuch verifizierte theoretische Aussage, die wie bereits erklärt, nicht von Messenger wegen seiner 3-dimensionalen Ausprägung erbracht werden kann.  

Was bringt dich zu der Aussage? Die Größenordnungen (also der maßgebliche Beitrag) sind bekannt. Man kann es sogar so gut simulieren, dass die Berechnung der Wirkung auf die komplexe Geometrie einer Sonde möglich ist, was deutlich schwieriger ist, als die Geometrie eines einfachen Segels.

-- letzte Zeile entfernt (Selbstzensur nach besserer Überlegung) --

Weil eine Simulation auf eine theoretische Grundlage aufsetzt und deswegen nur theoretische Aussagen machen kann die auf die implementierte Theorie beruhen. Eine gelungene Simulation kann keine empirische Resultate liefern, auch wenn sie 100% korrekt sind.

Mit Simulation meine ich:

Man hat den Effekt so gut verstanden und kann ihn am Computer so gut berechnen, dass man damit die Manöver von MESSENGER plant (simuliert) und durchführt.

Es gibt also Ergebnisse ... real.

Es gibt aber keine Ergebnisse für größere Sonnensegel - abstrakt: Körper mit einer 2-dimensionalen Ausprägung - im frei strömenden Sonnenwind.  Ich würde den Körper Messenger nicht als "flach" bezeichnen.

Sonnenwind, und erst recht die Photonen, haben nichts mit echtem Wind (also einer Strömung) zu tun. Es ist kein Gas, dass da vorbei strömt. Der Ausdruck "frei strömen" führt da zu einer falschen Analogie (Turbulenzen?). Sonnensegel leben nicht von der "Strömung", sondern vom Impulsaustausch zwischen ankommenden Photonen und dem Segel. Es kommt, einfach gesagt, nur auf die Projektionsfläche aller Oberflächen zur "Anströmrichtung" an, also die Fläche, die getroffen wird. Deren Größe und Lage definiert resultierende Kraft und Momente.

Noch mal zurück zum Kern des Themas:

Der Vorschlag von SpaceWrapper einfach das komplette Segel aushärten zu lassen ist von der Strukturdenke schon richtig motiviert. Problem ist nur das es bei einem nur wenige Atomlagen dicken Aluminiumsegel nicht wirklich was zum Aushärten gibt. Vielmehr handelt es sich schon um ein Aufspannen im klassischen Segelschiffsinne (es sei denn mann macht es mit Rotation ).

Deswegen geht es nun darum diese zum Aufspannen benötigte Struktur so leicht und steif wie möglich zu machen. Das heisst in diesem Falle: Verzicht auf alles was nicht dem eigentlichen Strukturzweg ( dem Aufspannen) dient, also auch Verzicht auf einen wie auch immer gearteden Entfaltmechanismus. Anders herum gesehen könnte mann auch sagen, wir bleiben beim konvetionellen Konzept und trennen nach der Entfaltung alle Entfaltungsspezifischen Elemente ab... was bleibt ist die hochoptimierte Tragstruktur die erst während dem entfallten ausgehärtet wurde.

Sonnensegel sind jedoch nur mit Aluminium bedampft.

Welche Eigenschaften soll das Sonnensegel besitzen hinsichtlich Fläche, Masse und Volumen?  Ich gehe einfach mal von einen wirklich großen Sonnensegel aus.


Zunächst die mir bestdenkbare Beschaffenheit des Sonnensegels:

Wenn der Rand aufgespannt sein soll, dann muß der Rand Struktur-Elemente besitzen. Minimales Verhältnis von Randstruktur (Umfang) und Fläche ist bekanntlich der Kreis.

Ab einen bestimmten Flächenmaß werden Struktur-Elemente innerhalb des Sonnensegels notwendig.  Die effizienteste Struktur wäre dafür eine Wabenstruktur.  Als Struktur-Material bieten sich aufgeklebte Kohlefaser-Röhren an, welche später mit einen Kleber versteift werden.

Je größer das Segel wird, um so größer müssen schliesslich die Struktur-Elemente werden, bis schliesslich die eine Vergrößerung eine Leistungsminderung bewirken würde, weil der Leistungsgewinn nicht mehr die dafür notwendigen Struktur-Elemente kompensieren kann.  Es existiert also für die jeweilig verwendete Technologie eine maximale Leistungsfähigkeit: Wird das Sonnensegel größer nimmt die Leistungsfähigkeit sogar ab.  

Es gibt zwei grundsätzliche Möglichkeiten, das Segel zu entfalten bzw. aufzuspannen:  Die dafür notwendige Technologie ist in einen "intelligenten" Sonnensegel integriert oder aber die Technologie besteht seperat.  Unter der Vorraussetzung, daß diese Technologie zusätzlich Masse benötigt gilt: Je größer das Sonnensegel werden soll, um so sinnvoller wird es, die Technologie zum Entfalten und Entspannen nicht in das Sonnensegel zu entegrieren sondern von diesen zu seperieren.

Um das Segel zu entfalten und nachträglich die Struktur-Elemente in korrekter Form aushärten zu lassen muß das Sonnensegel an einen hinreichend geschützen Ort entfaltet und ggf versteift werden.  Dazu könnte evtl. der Erd-Magnetosphäre oder der Lagrange-Punkt hinterm Mond geeignet sein.  Letzterer würde zusätzlich auch vor Licht schützen.

Eine andere Möglichkeit wäre, das Sonnensegel "von der Rolle" in Lagen nebeneinander im Weltraum zu verkleben.  Das würde das Falten und Entfalten des Sonnensegels einsparen.

Wenn das Sonnensegel fertig im Weltraum entfaltet werden soll, ist eine hinreichend große Struktur notwendig, in der das Sonnensegel gespannt werden kann, damit die Struktur-Elemente in ihre korrekte Form gestreckt werden.  Ein "Ring" aus eine Kohlefaser-Struktur als Spannvorrichtung scheint mir die zweckmäßigste Form zu sein.  Um diesen Ring weiter zu versteifen, müssten mehrere "Speichen" dem Ring eine Spannung verleihen.

Die Faltung würde ich gestalten:  Das Sonnensegel ist Kreisförmig.  Auf zwei gegenüberliegenden Seiten werden parallel Abschnitte gefaltet. Z.B. Das Segel hat einen Durchmesser von nur 10m.  "Links und rechts" werden parallel zueinander ein jeweils 1m breiter Abschnitt gefaltet und aufeinander aufgerollt.   Schliesslich würe ein 10m langer Streifen überbleiben, der aus 2 Streifen mit 5 Lagen aus 1m breiten Streifen besteht.  Diesen Streifen dann auf eine Rolle aufrollen statt ihn zu falten.  Der Hohlraum in der Rolle kostet nicht viel bzw. kann anderweitig genutzt werden und die Folie besitzt weniger Falten und kann relativ leicht abgerollt werden.


Wenn diese Rolle zum Ring befördert wird, kann die erste Seite am Ring befestigt werden. Auf der gegenüberliegenden Seite des Ringes wird diese Rolle per Seil herangezogen und dadurch die gefaltete Folie darauf abegrollt.  Nun ist die Folie wieder ein 10m langer und 2m Streifen, dessen zwei "Hälften" jetzt seitlich abgewickelt werden müssen.  Da man auf einer Struktur arbeitet, sollte dieses nicht das größte Problem darstellen.  Beim Abwickeln kann der abgewickelte Bereich gleich am Ring (vor-)gespannt werden.

Wenn die Folie dann vollständig abgewickelt wurde und auf korrekte Form gespannt wurde, kann man die auf dem Sonnensegel aufgeklebten Struktur-Elemente bearbeiten.   Diese Elemente sind ein aufgeklebter Kohlefaserstreifen.  Ein spezielles Falt&KlebeGerät startet am Rande der Folie und greift die beiden seitlichen Ränder des Kohlefaserstreifens und faltet sie aufrecht, so daß ein U-Profil entsteht.  Dieses Profil wird mit Klebstoff getränkt und ausgehärtet.  Das Falt&KlebeGerät kann sich an dieser erschaffenen Struktur entlangbewegen, und das nächste Stück des KohleFaserStreifens zu ein steifes U-Profil bearbeiten.


Für die Ring-Struktur wäre es praktisch, wenn ein Maschine aus einer großen Rolle Kohlefaser zumindest aus technischer Sicht eine beliebig lange KohlefaserStruktur z.B. ein "Rohr" im Weltraum weben und kleben könnte.   Man kann vll. kein 1000m Rohr in den Weltraum befördern, aber vll. kann man 1000m Rohr im Weltraum fertigen.

Das wäre meine grobe Konzeption für wirklich große Sonnensegel. Das hier beschriebene Konzept liesse sich leicht auch für andere Anwendungen gebrauchen.

Kannst du mal eine Skizze der von dir diskutierten Wabenstruktur machen.. ich hab da gerade etwas Vorstellungsprobleme!

Und: Für ein wirklich gutes Segel MUSS man jegliches Trägermaterial nach dem Aufspannen wieder ablösen so das am Ende nur die hauchdünne Aluschicht übrigbleibt.

Natürlich ist das für einen langsam dringend notwendigen ersten Demonstrator Unsinn... mann sollte es aber nicht gänzlich unbeachtet lassen.

Ich hab dir per Email eine Darstellung zugesendet.
Den Aufbau des Ringes habe ich jedoch (noch) nicht behandelt.

Für ein wirklich großes Sonnensegel sind Struktur-Elemente
nicht mehr verzichtbar,  denn die Segelfäche skaliert
quadratisch während die Querschnittsfläche des Segels nur
linear skaliert.  Ab welcher Fläche dies aber zum tragen kommt
habe ich nicht berechnet.

Im Sonnensegel integrierte Struktur-Elemente machen das SS händelbarer.  Weiter wäre es denkbar, einen Falt-Mechanismus in das SS zu implementieren.  Das eröffnet weitere Anwendungsbereiche.

Natürlich ist das für einen langsam dringend notwendigen ersten Demonstrator Unsinn... mann sollte es aber nicht gänzlich unbeachtet lassen.

Ich denke den Satz kann ich untersreichen.

Hi!

Und wie wäre es mit einem Segel, dass im Ganzen ins All gebracht wird? Planen mit ein paar 100 Metern Durchmesser schaffen *wir* schon. Und als Versteifung könnte man ein paar dickere Streifen schon auf der Erde festkleben.
Dann müsste man nicht im All kleben und erspart sich einiges an Technik.

Ein Sonnensegel hat in etwa ein Gewicht von 10 bis 11 g/m² (lt. *Wikipedia*)
Gehen wir also von einem quadratischen Segel mit 100 Meter Seitenlänge aus: 100 * 100 * 11 = 110 000g = 110kg
... Oder ein Kreis: 50² * pi * 11 = mehr als 86 000g = 86kg
Das ist schon relativ viel. Schließlich kömmt die Aufhängung auch noch dazu.

Ich hab die Option die Folien im Weltraum zu verschweissen noch nicht weiter behandelt.

Technischer deutlich weniger anspruchsvoll ist es, das Sonnensegel von zwei Seiten aufeinander zu zusammenzuFALTEN und den sich ergebenden Streifen aufzurollen.  

Bildhaft gesprochen: So als würde man von einer Rolle Küchen-Papier einen 100m lange (zusammengefalteten) Streifen abrollen und diesen von innen auf beiden Seiten nach aussen auffalten (100m).  Die dann ausgebreitete Form wäre z.B. ein Kreis.

Die Kohlenfaser-Streifen kann bereits vorher auf der Erde auf der Folie aufgeklebt werden.  Sie muß jedoch, wenn sie zu einer belastbaren Struktur werden soll, im Weltraum dafür weiterbearbeitet werden.  Vorher kann sie zumindest problemlos aufgerollt werden.  Mit dem Falten sieht es weniger gut aus, aber könnte ggf. ausreichen, wenn die Folie nur nur schwach gefalzt wird.

Du schwärmst immer so vom Kreis, aber die meisten neueren Solarsegelkonzeptbilder die ich so kenne sind viereckig. Einfach weil man dann nur vier Streben von der Mitte zu den Ecken braucht, was deutlich weniger ist als den Kreis außen komplett zu umgeben und es ist auch einfacher zu bauen.

Du schwärmst immer so vom Kreis, aber die meisten neueren Solarsegelkonzeptbilder die ich so kenne sind viereckig. Einfach weil man dann nur vier Streben von der Mitte zu den Ecken braucht, was deutlich weniger ist als den Kreis außen komplett zu umgeben

Dieses Konzept kommt zwar mit weniger "Struktur-Länge" aus, aber deswegen nicht unbedingt mit weniger Struktur-Masse.

Diese Struktur ist meiner Einschätzung nach weniger leistungsfähig.  Wenn die Spannkräfte zu groß werden, wölbt sich das Gebilde so wie ein Regenschirm bei Sturm.  Dadurch wird die Folie insgesamt deutlich ungleichmäßiger gespannt bzw. die Folie am Rand besitzt weniger bis gar keine Spannkraft.

und es ist auch einfacher zu bauen.

Es ging hier um Sonnensegel, deren Struktur-Elemente im Weltraum erst ausgehärtet werden.

Eine kreisförmige Folie herzustellen ist anbetracht des Gesamtaufwandes kein nennenswert höherer Aufwand.
Kannst du genauer erklären, was du meinst?

Wie groß sind diese Sonnensegel?
Wie werden sie im Weltraum ausgebreitet?
Ich behandel derzeit eine Methode um im Prinzip "beliebig große" Sonnensegel im Weltraum zu fertigen (entfalten und die Struktur auszubilden).

Die anderen Sonnensegel-Konzepte zielen darauf nicht ab.

Wie groß sind diese Sonnensegel?
Wie werden sie im Weltraum ausgebreitet?
Ich behandel derzeit eine Methode um im Prinzip "beliebig große" Sonnensegel im Weltraum zu fertigen (entfalten und die Struktur auszubilden).

Hi!

Vielleicht hilft dir *Wikipedia* weiter. Die ersten Tests waren erst mit kleineren Segeln. Die Links unten dürften recht hilfreich sein.

Soweit ich sehe ist das quadratische Sonnensegel mit zwei Aufspan-Achsen nur ein Konzept unter vielen und es wird nicht häufiger verwendet als andere.

Es ist zwar bestechend einfach aufgebaut, aber es ist keinesfalls perfekt.
Größter Nachteil ist aber, daß es nicht für größere Sonnensegel geeignet ist, weil alle Kräfte im Segel auf 4 kleine Ecken zulaufen, weshalb bei größeren die Ecken verstärkt werden müssen.  Mir fiel weiter auf, daß die Seiten des Segels kaum Spannung erhalten, weil sie nur in einer Richtung Spannung erhalten, weshalb ein Teil der Ränder sehr "flatterhaft" sind.   Wenn man diese Ränder abzieht, kommt das (ehemals) quadratische Segel im Verhältnis der Gesamtlänge der Struktur-Elemente recht nahe an den Umfang einer kreisförmigen Randstruktur heran, ohne das Sonnensegel ebenso gleichmäßig zu spannen.  

Für "kleinere" Demonstratoren sicherlich gut geeignet, aber für große Sonnensegel ungeeignet, weil die gesamte Spannkraft in vier Punkten "auf" der Folie zusammenläuft.  Damit ist diese Konzeption auch weniger belastbarer bzw. die Ecken müssen zusätzlich verstärkt werden.

Ich denke aber, daß weniger die Form des Sonnensegels in diesem Thread das Thema ist, sondern die Anwendung/Anwendbarkeit von Strukturen, die im Weltraum erst ausgehärtet werden mit der Anwendung für Sonnensegel.  Die Form des Sonnensegels und die Form der Strukturen spielen eine untergeordnete Rolle.