Beamed Energy Propulsion

Schaut mal hier:
https://forum.raumfahrer.net/index.php?topic=6145.0

Über solche Konzepte haben wir schon diskutiert. Mal schauen, ob ich die verschiedenen Spielvarianten unter einem Sammelthread vereinen kann.

Meiner Meinung nach ein Trugschluss. Der Impuls hängt von der ausgestoßenen Masse ab.

stimmt 

Das klappt soschnell nicht.

Dass ein solches System funktionieren würde, finde ich auch schwer vorstellbar. Ich hab das wie gesagt auch nur in einer Studie der Nasa gelesen. Die haben das System als „technisch machbar“ einstuft. Es wurde aber auch gesagt, dass es ein Problem gibt, soviel Energie auf einmal aus dem Stromnetz zu bekommen. Um das Problem zu lösen hatte die Nasa mit Zwischenspeichern in Form von hunderten Chevy Batterien gerechnet. Das war dann auch der Grund warum sich das ganze ökonomisch nicht rechnen soll. Ich kann mir aber gut vorstellen, dass man dafür noch andere Lösungen findet.

Hier die Studie: http://naca.larc.nasa.gov/search.jsp?R=20120002761&qs=N%3D4294966387%2B4294911766
Den besten Überblick (in einer Grafik) findet man auf Seite 515

Die Suche nach einem günstigen Stromspeicher ist heute die Suche nach dem heiligen Gral für die Materialforschung etc....

So schnell glaube ich da nicht an einen Durchbruch

Die Suche nach einem günstigen Stromspeicher ist heute die Suche nach dem heiligen Gral für die Materialforschung etc....

So schnell glaube ich da nicht an einen Durchbruch

Wieso, man hat doch bereis super-Kondensatoren. Nur Langzeit speichern kann man kaum...

Man darf nicht vergessen wieviel Energie in einer Rakete steckt.

Eine Tonne Wasserstoff beinhaltet eine Energie von 123'000 Megajoules. Die Delta IV hat z.B. 33 Tonnen Wasserstoff an Bord, das entspräche dann ca. 4'060 Gigajoule, oder nicht ganz 1/10 der Hiroshima-Bombe (56 TJ).

Eine Megawattstunde ist 3'600 Megajoules.

Die 100 Megawatt reichen ja nur für 200kg in the Orbit oder so ähnlich. Wenn es linear ist bräuchte man für 20t 15 Gigawatt. Da muss man ein paar Atomkraftwerke hinstellen  .

CERN braucht z.B. 230 MW, dafür brauchts aber keine Batterien, sondern einen guten Anschluss ans Stromnetz. Teuer dürften wohl eher die vielen Mikrowellen-Sender sein.

Die Energie im Wasserstoff kann man aber ohne eine chemische Reaktion nicht freisetzen. Dazu braucht man einen Oxidator und den gibts ja hier nicht.

Außerdem soll ja der Wasserstoff mit Energie vom Boden erhitzt werden.

Ja klar, wollte nur aufzeigen wieso man so viel Energie braucht, weil halt soviel Energie in einer Rakete steckt. Also ich finde das beeindruckend  .

Erinnert mich irgendwie an ein paar witzige Diskussionen mit Sci-Fi Fans in Sachen Kardashev Zivilisationen. 

Ja, ich weiß ich bin offtopic, aber einige vo ndenen glauben wir würden Typ II in knapp 100 Jahren erreichen, obwohl wir nicht mal annährend bei Typ I sind.

Und wieviel Energie ein chemischer Antrieb liefert ist schon gewaltig.

Jemand hat ja mal geschätzt wievie Energie die "Serenty" aus der Serie Firefly  brauchen würde. (Wobei einige der Daten nicht ganz korrekt sind, soviel Nerdwissen muß sein.  )

http://tvtropes.org/pmwiki/pmwiki.php/JustForFun/AbusingTheKardashevScaleForFunAndProfit?from=Main.AbusingTheKardashevScaleForFunAndProfit

Ansonsten @Energiespeicher:

Sind in Arbeit, z.b. SMES

http://www.heise.de/tr/artikel/Strom-in-der-Warteschleife-1205267.html

Die haben das System als „technisch machbar“ einstuft.

Tja, aber wie schon gesagt wurde. Technischt machbar heißt (leider) nicht gleichzeitig auch ökonomisch machbar. 

Wieso, man hat doch bereis super-Kondensatoren. Nur Langzeit speichern kann man kaum...

Für große Energiemengen zu sinnvollen Preisen vollkommen unbrauchbar. Also: Nein hamma nicht.

In "Brennschluss"-Höhe wird von den Mikrowellen nur noch ein verschwindend geringer Bruchteil das Raumfahrzeug treffen. Da schiebt sich nix mehr - im wahrsten Sinne des Wortes.

Die Energieübertragung soll durch die Atmosphäre im gewählten Wellenlängenbereich etwa 85% betragen. Es wird geschätzt, dass man 1Megawatt pro Kilo benötigt. (Cern verbraucht etwa 220Megawatt)  Rechnen wir mal mit einem kWh preis von 20cent. Unternehmen in den USA werden wahrscheinlich deutlich weniger bezahlen... aber egal. Das sind dann 0,2€ x 1MW = 200€ für eine Stunde Betrieb für einen Kilo. Wenn wir dann die Transitzeit bis LEO mit 6 Minuten rechnen kommen wir auf 20€ pro Kilo in den LEO. Mit einem wiederverwendbaren Vehicle nicht übel. Problem ist also wirklich die Investition in die Infrastruktur. Baut man eine Gasturbine mit 600MW auf, oder rechnet wie im Nasa Report mit Autobatterien, kommt man mit heutigen Launchraten nicht günstiger weg als mit einer Pegasus. Bei hoher Auslastung einer solchen Anlage würde es jedoch wieder besser aussehen.

Wie willst du den Mikrowellenstrahl so fokussieren, dass er in z.B. 100km Entfernung vom Sender noch mit nennenswerter Leistung auf der Fläche des Raumfahrzeugs ankommt?
Die 85% mögen schon richtig sein, aber die laufen eben zum weit überwiegenden Teil neben dem Raumfahrzeug vorbei.

Schau mal in den Nasa Bericht... Die sehen mit diesem Konzept sogar Möglichkeiten bei "in space propulsion" was dann ja noch viel weiter als 100km weg ist. Die Nasa stellt die technische Machbarkeit mit Mikrowellen oder Laser jedenfalls nicht in Frage. Mein Gefühl sagt mir zwar auch dass das nicht so einfach klappen kann.... aber mal schauen

Updates zu Tests von escape dynamics sollen wohl noch dieses Jahr kommen. Ich finds jedenfalls spannend dass mal was komplett anderes versucht wird

Übersicht aus dem Nasa Bericht:

Sieh dir die Daten auf Seite 590 an, Figure D.20, und dann fang zu rechnen an. Alles nur Träumerei. Und dabei sind 30MW wirklich nicht viel im Vergleich zu chemischem Antrieben.

Helix hat schon recht, um 30Kg in den LEO zu bekommen hätte man nen Fußballfeld voll mit über 2000 Sat-Schüsseln. Wenn das ganze linear ist, hätte man über 20.000 Schüsseln auf 10 Fußballfeldern für 300Kg Payload. Schon echt groß....

Die Studie sagt ja auch, dass sich das ganze mit heutiger Technology nur für Payloads zwischen 1-10Kg lohnen könnte (z.B. cubesats). Es wird aber auch gesagt, dass weitere Entwicklungen die Schlussfolgerung der Studie ändern könnten.
Unter 2.6 Future Potential wird z.B. gesagt :

As mentioned in this report, and as shown in the investigations into the DRMs, BEP has the potential to realize low-cost access to space and the transportation of vehicles from LEO to GEO and deep space. If successfully developed, these applications alone would be game changing.

Träumerei ist also bei meinen Posts bestimmt mit an Board. Aber so gaaanz weit hergeholt is es auch nicht.

Man hätte über 2000 Antennen, von denen jede größer als ein Fußballfeld wäre. Ohne Zwischenraum aufgestellt ergäbe sich ein Quadrat mit sechs bis zehn Kilometer Seitenlänge, je nach Variante.

Schau auf den Öffnungswinkel der Antennen (HPBW), rechne die Fläche in 100km Entfernung aus, setze diese Fläche ins Verhältnis zur 1-Quadratmeter-"Empfangs"-Fläche des Raumfahrzeugs, verdopple den Wert (wegen HPBW), multipliziere das jetzt mit den 30MW, die pro Quadratmeter beim Raumfahrzeug ankommen sollen. Das ergibt die reinzusteckende Leistung, wenn Sender und Empfänger mit einem Wirkungsgrad von 100 Prozent arbeiten, was illusorisch ist.

Wenn ich das falsch falsch verstanden hab hast du absolut recht!
Aber bei z.B. Frequenz 95 steht doch:
Antenna Diameter (m): 1.86
Array Diameter (m): 211
No. of Array Antennas: 2190
Also eine Antenne 1,86m wobei das gesamte Array 211m im Durchmesser ist, und 2190 Antennen enthält.
Und die Mikrowellen würden doch über eine Parabolantenne gesendet. Nicht mit Abstahlwinkel...
Ich will die Wellen doch fokussieren

Uuuuups! Was die Größen angeht hast du recht! Asche auf mein Haupt!

Aber jede Antenne hat ihren Öffnungswinkel. Die hier angegebenen Werte sind schon extrem gut.

Aber jede Antenne hat ihren Öffnungswinkel. ....

Daher der Parabolspiegel zur Bündelung der von der Antenne abgesendeten (oder empfangenen) Strahlen. Dieser sollte idealerweise, Antenne im Brennpunkt, dann parallel abstrahlen - bei 1.85m Spiegeldurchmesser einen Strahl von 1,85m Durchmesser.

Es sind immer 2 Teile - Antenne z.B. Stift oder Schlitz im elektrisch leitenden Hohlleiter - Spiegel, passiv, aus Blech.

...das sollte man nicht vergessen, wenn man "Antenne" oder "Spiegel" sagt.

Gruß, HausD

Guten Morgen,

ich habe den Thread mit dem alten Thread "Lightcraft - Laser-gepumpter Antrieb" zusammengeführt. "Beamed energy" scheint mir ein guter Sammelbegriff der verschiedenen Konzepte zu sein.

Danke fürs Zusammenfügen der Threads!

@Helix
Ich glaub du hast die Grafik mit HPBW falsch verstanden. Wie HausD schon gesagt hat ist das der Öffnungswinkel des Senders bevor er auf den Parabolspiegel triff. Mit der angegebenen Formel kann man die Schüsselgröße in Abhängigkeit der Frequenz berechnen. Bei 220GHz ist die Schüsselgroße z.B. noch 0,6m.

@HausD, @rookie
Na, dann macht euch mal Gedanken zu realen Parabolantennen. Da gibt es weder "idealerweise" noch Brennpunkt, sehr zum Leidwesen der Antennenbauer. Und "Öffnungswinkel des Senders" - ähem - also, wäre der Öffnungswinkel desjenigen Bauteils gemeint, der die Leistung auf den "Parabolspiegel" abstrahlt, dann würde ich die Frage stellen, wozu man einen so großen "Parabolspiegel" braucht, da man mit dem winzigen Öffnungswinkel nur einen klitzekleinen Teil des "Parabolspiegels" treffen würde. Nein, es geht schon um den Öffnungswinkel der Parabolantenne als Ganzes.

Könnte man die Leistung tatsächlich parallel abstrahlen, dann würden alle diesen Verfahren nutzen, um Raumfahrzeuge ins All zu bringen. Die beste Paralellität erreicht man mit einem Laser, aber selbst der fächert auf und kann auf die große Entfernung nicht genügend Energie in ein kleines Ziel bringen. (Erinnert sich noch jemand an SDI? Aus den Laserkanonen ist trotz viel Geld nichts geworden.)

Genau: Punkt - ideal / Steuscheibchen - real, der Widerspruch zwischen Realität mit x Keulen und Nebenkeulen und dem "unendlich" kleinen Punkt (  ) fordert die Antennenbauer der Parobol-Antenne schon!

Doch nur deren "Sender" hat einen Öffnungswinkel, nicht die Parabolantenne, z.B. 3dB Abfall der Sende-Keule.

Die Parabol-Spiegel, das 2. Teil der Parabol-Antenne, hat einen nicht idealen Brennpunkt in den man den Sender setzt.

Der Sender strahlt nun in alle Richtungen seines Öffnungswinkels auf den Parabolspiegel. Dieser hat nur noch die Aufgabe die einzelnen Strahlen über seine parabolische Spiegelfäche so zurück zu werfen, dass der austretende Strahlenbündel-Flächen-Fleck aus möglichst parallelen Strahlen besteht.
Ich hoffe dass die Frage

wozu man einen so großen "Parabolspiegel" braucht

damit beantwortet ist.
Ansonsten, etwas mehr darüber : http://www.mydarc.de/dj6iy/ghz-antennen/ghz-ant.html

Viel Spaß beim Lesen, wünscht HausD (ohne "Schüssel")

Man kann mit einem Reflektor die Strahlen auch hervorragend in einem Brennpunkt konzentrieren.

Der Brennpunkt variiert mit der Distanz des Senders zum Reflektor.
Klappt auch super mit ner Taschenlampe

... man kann mit einer Taschenlampe eine  Beamed Energy Propulsion machen 

Der Brennpunkt variiert mit der Distanz des Senders zum Reflektor

Nee, nee, nee, echt'n Brennpunkt gibts nur ein'n, heisst auch Fokus oder kurz F ! ... und gibs auch nur bei Parabolspiegel!  (shagt Maulwuff)

Aber man kann nach den Reflektionsgesetzen den Konzentrationsbereich (heisst manchmal Bildebene) der abgestrahlen Energie auf das sich entfernende Ziel anpassen, indem man den Sender auf der Mittelachse des Spiegels von aussen nach innen bis zum Fokus/Brennpunkt verschiebt! ... und ab irgend einer Höhe (Entfernung - wie im Bild von rookie) ist dann die Strahllage der austretenden Stahlen parallel aber auch kein idealer Brenn-Punkt mehr, sondern eben ein Brenn-Fleck  ...

Der Vergleich mit der Taschenlampe ist gut! -Wo sitzt das Glühobst und was fällt aus der Taschenlampe mit einem (recht und schlecht geformten) Parabolspiegel raus... 

Viel Spaß beim Beamen, HausD