Mit der Schleuder in den Weltraum?
Auf das Thema wurde ich schon vor Jahren angesprochen, als mich eine Studentin interviewt hat, die sich mit der Atommüllentsorgung im Weltall beschäftigt hat. Schon damals tauchte die Firma Spinlaunch, auf die mit einer Zentrifuge Raketen beschleunigen will.
Das Prinzip dahinter ist relativ einfach. Eine Zentrifuge oder Schleuder beschleunigt die eigentliche Nutzlast sehr stark, indem sie sehr schnell rotiert, denn die Geschwindigkeit ergibt sich ja dadurch das man die in einer bestimmten Zeit zurückgelegte Strecke durch die Zeit dividiert. Wenn die Zentrifuge also nicht enorm groß sein soll, muss sie sehr schnell rotieren, da jede Umdrehung ein Stück Weg addiert. Selbst in einer niedrigen Erdumlaufbahn hat ein Raumschiff noch eine Geschwindigkeit von 7,8 km/s und das bei dem Durchmesser der Erde als „Zentrifuge“.
Ist die geforderte Zielgeschwindigkeit – äquivalent zu einer Nenndrehzahl – erreicht, so wird die Rakete entlassen und sie fliegt weg in der Richtung, die sie vor Freisetzung hatte, das muss also am richtigen Punkt geschehen, sonst fliegt sie in die falsche Richtung oder gegen die Wand, da man wohl nur eine kleine Öffnung freigeben wird.
Für hohe Geschwindigkeiten wird man die Zentrifuge evakuieren müssen, weil sich sonst der Rotor dauernd an der Luft reiben würde und so erhitzen, was ihm schadet und zudem Energie kostet.
Fangen wir mal mit den Grundlagen an. Ich beginne nicht mit der Zentrifuge direkt, sondern der gleichförmigen geradlinigen Beschleunigung, bei der anders als bei der Zentrifuge nicht die Richtung dauernd wechselt. Ein Beispiel dafür ist die Erdbeschleunigung, z.B. beim freien Fall.
Wirkt eine Kraft auf einen Körper ein, zum Beispiel die Gravitationskraft, so wird er zuerst beschleunigt. Bei einer konstanten Kraft ist die Beschleunigung konstant. Bei der Erde ist dies die Erdbeschleunigung g die 9,81 m/s² beträgt.
Nun wirkt diese Beschleunigung konstant auf den Körper ein, sie summiert sich also und integriert man sie über die Zeit (Ja, Integrale, die Dinger die man im Mathematikunterricht für so überflüssig hielt) erhält man die Geschwindigkeit. Die nimmt bei einer konstanten Beschleunigung allerdings zu, genauso wie man beim Fallen immer schneller wird.
Den zurückgelegten Weg erhält über ein Integrieren der Zeit, da er sich nach Geschwindigkeit × Zeit errechnet. Er steigt nun noch schneller an. Für eine gleichförmige Beschleunigung gelten daher diese Formeln:
a = F/m
v = a * t
s = ½ * v * t²
mit
F = Kraft (Einheit: kg * m / s²)
a = Beschleunigung (Einheit m/s²)
v = Geschwindigkeit (Einheit m/s)
s = Strecke (Einheit Meter (m))
m : Masse (Einheit: kg)
Dies gilt auch für das Beschleunigen eines Körpers auf einer Ebene. Nehmen wir an, wir könnten einen Körper reibungsfrei beschleunigen z.B. innerhalb einer evakuierten Röhre ohne Wandkontakt durch Magnetfelder, so kann man so die wichtigen Daten einer Railgun berechnen. Das Wichtige an der Beschleunigung auf der Ebene ist aber, das, sobald die Beschleunigung aufhört, die Geschwindigkeit konstant bleibt und der Weg dann nur noch mit s = v * t ansteigt. Das kennt man auch von der eigenen Erfahrung. In einem gleichmäßig schnellen Zug kann man sich problemlos bewegen, wie wenn er stehen würde, weil man eine Kraft nur bei Beschleunigung oder Abbremsung spürt.
Die Gesetze gelten im Prinzip auch bei einer Kreisbewegung, aber mit einer wichtigen Änderung. Entlang der Bewegung um einen Kreis ändert sich die Richtung dauernd. Damit wirkt dauernd eine zusätzliche Kraft auf den Körper ein, welche seine Richtung ändert. Auch das kennt man vom Fahren – kommt man in eine Kurve, so spürt man eine zusätzliche Kraft. Jeder Körper will durch seine eigene Massenträgheit die Bewegungsrichtung beibehalten und so wirkt auf ihn eine weitere Kraft, die Zentrifugalkraft die Radial vom Kreismittelpunkt nach außen geht und damit senkrecht auf dem Bewegungsvektor auf der Kreisbahn steht.
Durch die Zentrifugalkraft waren auf dem Jahrmarkt früher Attraktionen möglich. In einem stehenden Hohlzylinder k
{\displaystyle {\vec {\omega }}}
onnten schnelle Motorradfahrer durch die Zentrifugalkraft die Wand hochfahren. In einem rotierenden Hohlzylinder wurden die Leute im Inneren durch die Zentrifugalkraft an die Wand gedrückt. In einem Orbit sind die Astronauten schwerelos, weil die Zentrifugalkraft durch die Kreisbewegung genau gleich groß ist wie die Gravitationskraft.
Das bedeutet aber auch: wenn eine Zentrifuge nicht beschleunigt (sprich, ihre Umdrehungszahl pro Zeiteinheit ändert) so wirkt trotzdem die Zentrifugalkraft auf sie und eine Rakete, die an ihr befestigt ist.
Bei einem rotierenden System gelten folgende Größen:
Winkelgeschwindigkeit: ω = 2 * π / t
Sprich: Wie viele Umläufe schafft die Zentrifuge pro Zeiteinheit. Diese Größe ist daher auch gängig in Systemen, wo die Kraft von der Rotationsgeschwindigkeit abhängt wie bei Motoren (Umdrehungen pro Minute).
Bahngeschwindigkeit: v = ω * r
Je größer also der Radius ist, desto höher ist die Bahngeschwindigkei,t bzw. wenn ich eine gewisse Beschleunigung nicht überschreiten will, muss ich den Radius vergrößern um die Winkelgeschwindigkeit und damit Rotationsfrequenz zu verringern.
Die Winkelbeschleunigung ist die Ableitung der Winkelgeschwindigkeit nach der Zeit.
a = ω / t mit der Einheit rad/s²
Die Tangentialbeschleunigung vt die auf den Körper einwirkt, ist wiederum berechenbar nach:
vt = a / r
Bei Spinlaunch soll die Endgeschwindigkeit 5000 Meilen pro Stunde (ca. 8.047 km/h), das sind 2234 m/s erreicht werden, die Zentrifuge hat einen Durchmesser von 100 m. Formt man die Gleichung der Bahngeschwindigkeit auf ω um, so erhält man:
ω = v / r
mit den Konstanten 2234 m/s und 100 m kommt man auf 22,34 s-1. Die Zentrifuge muss also 22,34 -mal pro Sekunde oder weil Umdrehungen pro Minute gängigere Größen sind, 1340 U/Min erreichen.
Dadurch erreicht man eine Winkelgeschwindigkeit von 140 rad/s (1 rad = Kreisumfang / 2 π) und eine Tangentialbeschleunigung bei 100 m Durchmesser von 14.000 m/s oder rund 1.400 g.
Der springende Punkt ist, dass diese Beschleunigung dauernd auf die Rakete einwirkt, auch wenn die Zentrifuge nicht schneller rotiert. Spinlaunch will die Zentrifuge in eineinhalb Stunden auf die Nenndrehzahl bringen, in dieser Zeit wird die Rakete dann einer Beschleunigung von anfangs 0 bis zum Schluss 1.400 g ausgesetzt sein. Ich habe meine Zweifel das eine Rakete das überlebt. Selbst wenn ich eine robuste Konstruktion nehme wie eine Feststoffrakete, wo das dickwandige Gehäuse und der feste Treibstoffblock das überstehen können habe ich doch die Düsen und die Interstufenteile und Nutzlasthülle, die leichter gebaut sind. Treibstoffblöcke sind auch bei Feststoffraketen keine uniformen Blöcke, sondern haben in der Mitte eine Höhle, oft mit Sternprofil, die wohl bei diesen Kräften vom Treibstoff verschlossen wird, der dafür sich von der Wand lösen wird.
Vergessen dürfen wir nicht, da die Kräfte vom Radius abhängig sind. Das heißt, wenn die Rakete 1 m Durchmesser hat, so ist der äußere Rand 1 m weiter vom Mittelpunkt entfernt als der innere, wodurch es alleine eine Zusatzbeschleunigung von 14 g zwischen den Rändern gibt.
Aus technischer Sicht sollte eine Zentrifuge also möglichst groß sein, um die Rotationsfrequenz bei gleicher Winkelgeschwindigkeit zu verringern. Damit sinkt quadratisch die Beschleunigung, die auf die Rakete einwirkt. Das hat aber andere Folgen. Den damit steigt auch die Masse die in Drehung versetzt wird und ein immer kleiner werdender Anteil der Gesamtenergie entfällt auf die Rakete und ein immer größerer auf die Zentrifuge. Sofern diese Energie nicht wiedergewonnen werden kann, wird das also immer unwirtschaftlicher. Weiterhin bedeutet die Rakete als Unwucht, das ein Teil der Zentrifuge größere Belastungen hat als ein anderer, dass muss das System durch Steifigkeit, sprich Masse ausgleichen. Selbst wenn man ein Gegengewicht von der gleichen Masse der Rakete 180 Grad davon entfernt installiert, ändert das nichts, denn verlässt die Rakete die Zentrifuge, so fehlt die Masse ja und die Unwucht entsteht nun durch das Gegengewicht. Die einzige Lösung wäre es, auch das Gegengewicht gleichzeitig zu entlassen, dass dann auf dem Erdboden aufschlägt und wohl dabei zerstört wird.
Das nächste Problem ist, das die Geschosse dann mit 2234 m/s auf die Atmosphäre treffen und dabei abgebremst werden. Ein Teil der Energie geht dabei in Form von Wärme auf die Rakete über, die stark aufgeheizt wird. Daneben bremst dies die Nutzlast ab. Spinlaunch will vom Spaceport Amerika aus starten. Der liegt immerhin in Arizona schon in 1403 m Höhe, was die Dichte und Reibung durch die Atmosphäre reduziert. Würde Spinlaunch von Bhutan aus starten das in durchschnittlich 3.280 m Höhe liegt so würde die Gipfelhöhe auf 67 km ansteigen und die Verluste wären um 60 m/s geringer.
Ich habe in einer Simulation mit dem Winkel von 35 Grad und als Vorgabe für Zentrifuge und die Größe den Durchmesser einer Pegasus XL Rakete (1,27 m) und deren Masse (22,2 t) genommen. Dann so lange den cw-Wert geändert bis die angegebene Gipfelhöhe von 61 km herauskam Als cw-Wert errechnen sich dann ungünstige 0,41, die Geschwindigkeit geht auf 1.498 m/s zurück.
Ich vermute aber, das die Rakete kürzer ist, denn mit 16,9 m Länge der Pegasus würde sie kaum auf einer Zentrifuge befestigt werden können und die beiden Enden wären noch höheren Belastungen ausgesetzt als die Mitte. Ich vermute, eine Rakete wird nicht länger als der zweifache Durchmesser sein können. Zieht man davon noch die Spitze mit Nutzlast und die Düse hinten ab, so bleibt nicht viel für den Treibstoffblock. Hat der 1,5-fache Länge und eine Dichte von 1,7 (typisch für Feststoff) so reduziert sich bei 1,27 m Durchmesser die Treibstoffmasse auf 4,1 t und für die ganze Rakete dann etwa 4,5 t und dann braucht man schon ein sehr stromlinienförmiges Profil mit einem cw-Wert von 0,086 (eine Flugzeugtragfläche hat 0,08) um die 61 km Höhe zu erreichen.
Das Problem beginnt aber dann erst. Aufgrund der Kompaktheit und der Belastung der Stufenverbindungen wird die Rakete sicher nur einstufig sein. Diese einzige Stufe muss dann den Rest zur Orbitalgeschwindigkeit (rund 6,3 km/s) aufbringen was bei einem spezifischen Impuls von 2900 m/s (typisch für ein Feststofftriebwerk mit langer Expansionsdüse) zu einem Voll/Leermasseverhältnis von 8,8 führt. Feststofftriebwerke erreichen zwar Verhältnisse von 12, aber unter anderen Umständen, ohne diese Spitzenbeschleunigung. Selbst dann blieben von 4,5 t Startmasse aber nur noch 136 kg übrig, die auf den Satelliten und Steuerung entfallen würden. Das ist, dann nicht mehr so viel besser als die Pegasus die zwar fünfmal so viel wiegt aber auch 460 kg in den Orbit transportiert (+ rund 80 kg Masse, die auf die Steuerung entfallen – also fünffache Masse und vierfache Brutto-Nutzlast).
Kurz: ein ziemlicher Aufwand für relativ wenig Zusatznutzen. Vor allem ist fraglich, ob es überhaupt Nutzlasten dafür gibt. Man mag eine Rakete so konstruieren können, das sie die Beschleunigung überlebt – Feststoffraketen, bei denen das Gehäuse einem hohen Druck von rund 100 Bar ausgesetzt ist, sind ja per se massiv aufgebaut, anders als Raketen mit flüssigen Treibstoffen bei denen dann eine Wand der Zentrifugalkraft multipliziert mit der Masse des beweglichen Treibstoffs ausgesetzt wäre. Aber die Nutzlast ist sicher nicht so aufgebaut das sie den enormen Beschleunigungen widersteht. Bei aktuellen Raketen beträgt die Maximalbeschleunigung meist zwischen 5 und 6 g. Früher gab es Typen mit höheren Spitzenbeschleunigungen von 11 bis 13 g, aber hier reden wir von dem 100-fachen dieses Wertes. Kurz: ich glaube dafür findet sich kein Kunde. Ich kann mich dunkel daran erinnern, das es mal einen Satelliten gab der bei Tests „kaputt gerüttelt“ wurde – Satelliten werden vor dem Start auf Rütteltischen den erwartenden Vibrationen, die viel heftiger sind als die gleichmäßige Beschleunigung der Rakete, ausgesetzt und hat man den falschen Wert eingestellt. Schade, denn hätte ich den Satelliten gefunden, so hätte man einen Spitzenbeschleunigungswert, den man nicht überschreiten dürfte.
Ob es technisch funktioniert darf auch bezweifelt werden immerhin konnte der Firmengründer einem Reporter weder die kleine Prototypzentrifuge von 12 m Durchmesser, noch Videos von Testläufen zeigen oder wollte diese zeigen.
Wer den Wikiartikel zu Spinlaunch liest ist schlauer als nach diesem Artikel….
https://de.wikipedia.org/wiki/SpinLaunch
Bernd, hast du den Beitrag vor 2018 geschrieben??
@Ingo
Ist Dein Beitrag ernst gemeint?
Die Physik bleibt die Gleiche, egal was Werbestrategen in einen Wilipedia-Artikel texten.
Und gerade die Anmerkungen zu den Nutzlast-Anforderungen kann ich aus meiner beruflichen Erfahrung heraus bestätigen.
Am ehesten würden mir für ein solches System noch militärische Zwecke einfallen.
Die Idee ist natürlich Blödsinn, das Startup verbrennt sinnlos Investorengelder, vermutlich aus Steuergründen und hat vll nur den Sinn kluge Köpfe anzulocken, die was neues ausprobieren wollen.
Ich meine nur diesen Teil:
„Selbst wenn man ein Gegengewicht von der gleichen Masse der Rakete 180 Grad davon entfernt installiert, ändert das nichts, denn verlässt die Rakete die Zentrifuge, so fehlt die Masse ja und die Unwucht entsteht nun durch das Gegengewicht. Die einzige Lösung wäre es, auch das Gegengewicht gleichzeitig zu entlassen, dass dann auf dem Erdboden aufschlägt und wohl dabei zerstört wird.“
=> konkret das ist genau der Plan und wurde im Versuch auch so umgesetzt.
Ähh, nein. Nach dem Wikipedia Artikel (und anderen Artikel dazu im Uuges des „Demostrionsvideos“) war mir vom gefühl her klar das die Idee Müll ist. In dem Artikel hat Bernd Leitenberg jetzt schön die Physikalisch/Mathematische Begründung dafür geliefert.
Das mit dem System eine Rakete abgeschossen werden soll ist vielleicht der Falsche Ansatz.
Eine Antriebslose Nutzlast wäre eine alternatieve.
Die Abschussgeschwindigkeit müsste wesentlich höher sein.
Ein Orbit kann natürlich nicht erreicht werden, da hierzu eine Richtungsänderung notwendig ist. Bleibt also nur die Nutzlast aus dem Bereich der Erdnziehung komplett herauszuschießen also auf Fluchtgeschwindigkeit 11,2 + Reibungsverluste. Die Nutzlas ist dann in einer Sonnenumlaufbahn. Die Geschosse könnten dann auch kleiner werden. Atommüll könnte man so z.B. loswerden.
Wenn das so einfach wäre hätte man im Militärischen bereich längst gemacht. Wenn der Katapult an sich funktionieren würde könnte man da auch ein „nachladen“ wärmend der Rotation einbauen und dann Atomsprengkörper in kurzem Abstand verschießen. Aber ich bezweifele das man mit dem Katalpultsystem es erfolgreich schaffen wird in den bereich der Mündungsgeschwindigkeit von modernen Panzerkanonen zu kommen (ca.1800 m/s) HARP lag auch kaum darüber. Und wenn man es schaffen würde auf Erd-Fluchtgeschwindigkeit zu kommen, was willst du mit dem Atommüll in einer Erdumlaufbahn wo er dann langsamm wieder auf der Erde landet?
Ich denke Kay meint das man eine Schleuder in eine neidrige Erdumlaufbahn bringt wo die Atmosphere als Störfaktor wegfällt und dann den Atommüll weggeschleudert.
Nur: dafür braucht man mindestens 3,2 km/s nicht 2,2 und wenn er nicht die erdbahn kreuzen soll und dann irgendwann wieder zurückkommt sind es sogar 8,8 km/s. Wobei natürlich immer noch die Gefahr besteht das er bei falscher ausrichtung wieder auf die erde kommt…
Mit herkömmlichen Kanonen ist es nicht möglich auf orbitale Geschwindigkeiten zu kommen: die theoretische Grenze liegt im maximal möglichen ISP des jeweiligen Treibmittels. Die Gasausdehnungsgeschwindigkeit herkömmlicher Sprengstoff liegt weit unter der von H2+O2 (531s), welcher selbst deutlich geringer als die 2. kosmische Geschwindigkeit ist.
SpinLaunch: Selten so gelacht.
Die thermische Belastung der Rakete ist das eine, aber die sobald die Rakete die Schleuder verlässt, wird diese mit Luft geflutet und 1. es entsteht eine schöne Schockwelle die gegen die Innenwände schlägt und 2. der Rotor fängt durch die Reibung an der Luft an zu glühen und löst sich dann auf, weil der bleibt noch etwas länger in Bewegung. Wir reden hier von etwas das sich mit ca 6-facher Schallgeschwindigkeit durch die untere Atmosphere bewegen will.
Außerdem sieht man bei ihrem Test wie die Rakete eine Eigenrotation hat, und schon schief aus dem Gerät raus kommt. danach gib es nochmal eine nicht so sauberen Weiterflug, weil die Eigendrehung der Rakete natürlich weitergeht und erst durch das Leitwerk ausgeglichen werden müsste.
Eine Rakete die stabil genug ist um sowas zu überleben dürfte eher im Reich der Phantasie existieren.
Also eher Spinn-Launch
Ich wollte die Schleuder nicht in den Weltraum bringen, die Idee war die Pellets aus Brennelementen in eine Kugel aus hitzeschutz zu packen und auf der Erde mit der Schleuder auf fluchtgeschwindigkeit bringen.
Aber prinzipiel halte ich diese Schleuder für nicht umsetzbar.
Im Orbit würde eine Schleuderstation sehr viel mehr Sinn machen.
Sie ist einfach umzusetzen und wäre viel einfacher aufgebaut.
Ein Elektromotor mit einer schweren Schwungmasse und zwei Seilen würde dort ausreichen.
Funktionsweise: Eine Ariane bringt eine maximale LEO Nutzlast zu dieser Station.
Die Nutzlast wird an ein Seil befestigt die ausgebrannte Ariane Stufe an das andere.
Die Seillängen müssen dann so gewählt werden, Dass es die Station genau im Schwerpunkt ist.
Dann fängt der Motor an die Nutzlast und die Stufe in Drehung zu versetzen, auf der anderen Seite wird dir Schwungmasse so beschleunigt, dass die Station in Ruhelage bleibt.
Nun wird so lange beschleunigt, bis sich die Nutzlast mit der nötigen Geschwindigkeit für einen GTO dreht. Dann koppelt man aus und die Nutzlast ist auf einem GTO und die ausgebrannte Stufe ist auf Wiedereintrittskurs. Die Schwungmasse gibt die Energie dann bei der nächsten Rakete an die Stufe/Nutzlast ab und steht nach dem Zweiten Nutzlast wieder still (oder dreht sich wegen Reibung in die ein oder andere Richtung).
Je länger das seil ist desto geringer ist die Belastung durch die Fliehkraft der schleuder. Könnte theoretisch mehrere km Lang sein.
Stichwort: tethered satellite. Das mit dem „langen Seil“ scheint nicht so trivial zu sein.
„Dann fängt der Motor an die Nutzlast und die Stufe in Drehung zu versetzen, auf der anderen Seite wird dir Schwungmasse so beschleunigt, dass die Station in Ruhelage bleibt.“
Ich schätze eher, daß sich da alles komplett um sich selber drehen wird, das Seil verknotet und verspannt sich dann und am Ende ist der gordische Knoten nichts dagegen. Auf der Erde kannst Du den Motor an etwas festmachen, im All geht das eher schwieriger. Deshalb ist es hier unten ein Klacks eine Schraube einzudrehen, im All ist das ohne Fußstützen oder sonstige Halteposition so gut wie unmöglich.
Es wid sich nichts verknoten. Jeder Sat. richtet sich immer Senkrecht zum Erdmittelpunkt aus.
Das ganze ist von der Lageregeung eher trivial und nicht schwieriger wie die Schwungräder z.B. von Hubble.
Eine Ariane 6 bring ca 20t in den LEO.
10T würde ich in die Schwungmasse investieren.
5T würde für den Sat-Bus mit Solarzellen Schwungmotor und Bahnerhalt reichen
Bleiben 5 T für das Seil.
Ein Dynema Seil mit 20 Tonnen Zuglast würde ca 100kg/km wiegen. Mt 5 Tonnen würde man also 50km Seil bekommen.
Dynema ist nicht gut für den Weltraum geeignet daher muss man hier sicherheitsmarge abrechnen.
20km sollten aber drin sein.
Wenn sich das System alle 20 Sekunden ein mal dreht, reicht es aus um die Nutzlast in einen Standart GTO zu bekommen.
Die Fliehkraft ist dabei geringer je länger das Seil ist und die Belastung beim Auskoppeln somit ebenfalls.
Der Witz ist ja, dass die Geschwindigkeit der zu schleudernden Masse, dadurch, dass sie x km außerhalb des Systemschwerpunkts liegt, eine deutlich höhere sein muss, als die des Zentrums. Das mit einem Seil darzustellen, klingt für mich weder logisch und schon gar nicht trivial. Aber vielleicht haben Sie bei Ihrem Plan ja einige Baugruppen/Features im Kopf, die hier nicht angeführt wurden. Tipp: Firma mit Elon Musk gründen um die Starships oder Dragon Kapseln zum Mond und Mars zu schleudern. Vorteile: Herzliche Glückwünsche zur ersten Milliarden und ein kleines Beileid für mich, dass ich ein Startup nicht kapiere und nicht investiert sein werde!
EIn Seil kann lediglich eine Zugkraft in Seilrichtung übertragen. Keinesfalls Kräfte quer zum Seil. Dazu wäre eine starre Verbindung nötig, die so stabil ist dass sie sich nicht verbiegt. Um zwei mit einem Seil verbundene Massen in Drehung zu versetzen, muss mindestens eine der beiden Massen einen Schub quer zur Seilrichtung erzeugen. Also eine ganz normale Rakete. Wozu dann die ganze Kasperei mi dem Seil?
Das ganze funktioniert auch ohne Rakete, denn es ist ein Kettenkarusel und das funktioniert.
Im Orbit würde sich aber die Nabe de Karusells selbst drehen, daher die Schwungmasse die gegenläufig beschleunigt ewrden muss.
Das Einzige problem ist die hohe Belastung durch de Zentrifugenwirkung.
Entweder müssen die Sats und die Stufen stabiler gebaut werden, oder das Kettenkarusell mus längere Seile erhalten.
Ziel ist aus fen LEO einen GTO zu bekommen lso + 3km/s
das ist die Umlaufgeschwindigkeit die erreicht werden muss.
Je kleiner die Schleuder desto höher die Fliehkraft.
Bei 5km Radius benötigen wir eine Umlaufzeit von 10 Sekunden das ergibt dann 200g belastung
Bei 50km Radius benötigen wir eine Umlaufzeit von 100s und erhalten 20g belastung.
Wenn man bemannt schleudern möchte müssste man auf 2g Kommen also 300km Radius mit ca 700s umlaufzeit.
Das würde aber bereits im LEO nicht mehr funktionieren. Die Schleuder müsste dann mindestens in einen 500km Orbt.
Das Seil habe ich zu optimistisch gerechnet. Da ich die nötige Reisfestigkeit mit der Fliehkraft zunimmt.
Die Schleuder müsste dann wohl eher mit einer FalconHeavy gesartet werden. Oder das Seil in einer Extra Rakete
Das Konzept habe ich verstanden. Allerdings komme ich bei 120t Zugfestigkeit auf 1t/km Seilgewicht. Macht also 100t Seil. Also eher 3 Raketenstarts.
So eine 50km Schleuder in einem 50km Mondorbit wäre cool. Der Austausch zwischen einem100 km Apolloorbit und der Oberfläche wäre interessant. Das Seil würde dann quasi senkrecht von oben kommen bis er die Mondoberfläche berührt.
Das funktiniert aber nchit mit einem normalen 100km Orbit für die MondobitalStation.
Die Zentrifuge müsste die Umfangsgeschwndigkeit des 50km Orbits haben um auf der Mondoberfläche keine Seitwertsbewegung zu haben.
Dann sind es bei 100km 2* 50km-Orbitalgeschwindigkeit. Das ist wesentlich mehr als ein Kreisorbit hat. Würde aber mit einem exzentrischen Orbit gehen. Aber das Zeitlich zu synchronisieren wird sehr schwer.
Zum einen berührt das Seil den Mond immer an einer anderen Stelle, und dann ist die Orbitalstation nicht am richtigen Punkt zum umsteigen.
„Das ganze funktioniert auch ohne Rakete, denn es ist ein Kettenkarusel und das funktioniert.“
Auf der Erde.
Mit einem fest verankerten Antrieb der sich in keine Dimension bewegen kann.
Mit Gravitation, die auf die Ketten und die Sitze eine Kraft ausübt.
Mit Luft, die auf die bewegten Teile einen Widerstand, und damit auch eine Kraft ausübt.
Zu 2 Gravitation sorgt bei einem Kettenkarusell nur für die Ablenkung nach unten, ohne Gravitation hängt man bereits bei geringster Drehzahl mit 90 Grad nach außen.
Zu 3 Ohne Luftreibung klappt es besser als mit, da keine Abbermsung.
Zu 1 Die Nabe würde sich in Gegenrichtung drehen, daher benötigt es die Schwungmasse die aktiev in Gegenrihtung beschleungt wird, damit die Nabe in Ruheposition bleibt. Nach abwurf dreht sich die Schwungmasse natürlich weiter. Die Energie kann beim nächsten Objekt zur beschleunigung recicelt werden.
„Zu 2 Gravitation sorgt bei einem Kettenkarusell nur für die Ablenkung nach unten, ohne Gravitation hängt man bereits bei geringster Drehzahl mit 90 Grad nach außen.“
Nein. Sie sorgt auch dafür, daß die Ketten von Anfang an gespannt sind.
Aber die Diskussion hier ist genauso sinnvoll bzw. sinnlos wie mit einem Spacelift Fan zu reden.
Wenn du es dir m großen nicht vorstellen kannst stell dir einen Astronauten in der ISS vor.
Der Astronaut wiegt 50kg und hat einen Eimer mit 5kg an einer Schnur in der rechten Hand die er in Uhrzeigersinn in drehung versetzt bis er sich ein mal pro sekunde dreht.
Der Impuls wird erhalten bleiben und der Atronaut wird andersherum in Rotation versetzt und dreht sich ein mal in 10 Sekunden um die Achse.
Wenn er jetzt einen Zweiten Eimer an einer Schnur in der Linken hand hat und diesen entgegen der Drehrichtung des ersten eimers in Rotation versetzt bis er sich ein mal pro Sekunde dreht. Ist der Astronaut wider in Ruhelage.
Bei dem Beispiel wird der Astronaut etwas durchgeschüttelt da es mit nur einem Emer pro seite eine Unwucht gibt. Mit Zwei Eimern pro Seite wäre er physikalisch in Ruhelage.
Ich kann es mir nicht vorstellen. Ich sehe es wie Anja, brauche ich ihre Argumente hier also nicht zu wiederholen. Ich würde weiterhin nicht investieren! Vielleicht kannst Du ja bei YouTube Senkrechtstarter und sein Muskfans davon überzeugen… Sorry!
EA und Anja ich mit dem Aufwickeln des Seil U. Knotenbildung liegt ihr falsch. Es ist einfacher Vektor-Addition und die funktioniert auch im Weltraum.
So funktioniert es:
Vor dem abwickeln des Seils wird das System in eine leichte Rotation versetzt. Hierdurch gibt es bereits eine geringe Schwerkraft. Nun wird die Umfangsgeschwindigkeit erhöht, durch abwickeln des Seil und Erhöhung der Drehzahl. Diese Beschleunigung steht im 90 Grad Winkel zur Schwerkraft. Das Seil richtet sich nach Vektor-Addition aus. Dabei bleibt der Antriebsvektor immer gleich, die Schwerkraft wird immer größer. Sobald der Antrieb abgeschat wird, richten sich die Seile nach außen.
Das heißt nicht , das ich an die Umsetzung glaube. Nur das eure Argumentation zur Ablehnung absolut falsch sind.
Ein Standartseil wird unter Weltraumbedingungen nicht halten. Ein Stahlseil wird um ein Vielfaches schwerer. Daran wird die Umsetzung scheitern.
Von „Abwickeln des Seils“ ist, nach meiner Erinnerung“ vorher noch nie hier die Rede gewesen…
Warum Seile in der Schwerelosigkeit schwerer werden, erschließt sich mir aber auch nicht…
Es muss abgewickelt werden, sonst kann die Schleuder nicht funktionieren.
Das System mit Nutzlast auf der einen, Schleuderantrieb in der Mitte und Oberstufe auf der anderen muss initial in Rotation versetzt werden. Die entstehende Mikroschwerkraft richtet die Stufe und Nutzlast nach außen.
Danach können die Seile abgewickelt werden. Durch das abwickeln erhöht sich der durchmesser ders Systems und die drehzahl nimmt ab. Die drehzahl kann nun langsam erhöht werden. Die beschleunigung sollte dabei geringer sein als die Mikroschwerkraft durch die initiale drehung.
Da die Schwerkraft mut zunehmender Drehzahl zunimmt kann, bereits nach kurzer zeit mit der vollen Leistung des Motors beschleunigt werden.
Das Seil muss durch die Beschleunigung viel aushalten. Bei einer Nutzlasz und Stufe von z.B 6 Tonnen und 20g müsste das Seil eine Reisfestigkeit von 120t haben.
Bei mehreren km Länge sind das dann schon eine Menge Seil.
Es wird wohl in Summe über 100Tonnen Seil sein. Es bedarf also mit der schleuder wohl eher 2 bis 3 Raketenstarts bis die Schleuder in Betrieb gehen kann. Aber danach bedarf es keinen Treibsstoff mehr.
Gut, dass das Eigengewicht des Seils bei der Betrachtung der Beschleunigungsbelastung des Seils keine Rolle spielt…. Sonst würde das Seil ja immer schwerer müssen …
@ EA das hast du korrekt erkant. Das das Seilgewicht eine Rolle Spielt.
Bei dem oberen Beispiel mit 20g bei 50km bedeutet das das die Äuperen längen des Seils mit faktor 20 in die Reisfestigkeit eingerechnet werden müssen. Zur mitte hin nimmt die Fliehkraft ab und der Beitrag des Seils nimmt ab.
Hier ein schönes video was das ganze zu 10% erklät.
https://www.youtube.com/watch?v=aoMOSa9kXPw
100% war gemeint
Neu ist die Idee scheinbar nicht
http://www.niac.usra.edu/files/studies/abstracts/391Grant.pdf
https://en.wikipedia.org/wiki/Skyhook_(structure)
Boeing hat dazu eine Studie gemacht und es für mit aktuellen Werkstoffen als umsetzbar angesehen.
So eine Schleider wäre für Deutschland Sinnvoll.
Da sie sehr weit im Noden starten haben sie eine ungünstige inklination.
Wenn man die Schleuder ortogonal zur Flugrichtung ausrichtet, landet eine Nutzlast in einer Äquatorialen umlaufbahn die Stufe in einer Polaren, oder umgekehrt, wenn man in eine Polare möchte.
Gib ja viele Gründe warum die Idee von Spin Launch doof ist, aber aktuell scheitern die an einem anderen unerwarteten Grund. Sie finden keinen Ort wo Sie ihren Katapult bauen dürfen
https://www.youtube.com/watch?v=tz5CJ7Z9t2g