Frage:
Andere Antriebsmethoden als Raketen zum Verlassen der Erdatmosphäre?
Marmstrong
2013-07-17 12:54:39 UTC
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Aufgrund des großen Energiebedarfs ist der Raketenantrieb die Standardmethode zum Verlassen der Erdatmosphäre. Gibt es andere Methoden in der Entwicklung, die keine Raketen beinhalten? Z.B. Sonnensegel, Weltraumaufzüge?

Sechs antworten:
#1
+12
SF.
2013-07-17 13:46:15 UTC
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Derzeit vorhanden und zum Verlassen der Atmosphäre? Nein. Es ist immer ein Raketentriebwerk der einen oder anderen Art, ob für vertikalen Start oder horizontalen Start, Festbrennstoff oder Sauerstoff-Wasserstoff.

Entwickelt - definitiv ja.

Sonnensegel gibt es nur Wenn man bedenkt, dass Sonnenwind, den er fängt, im Weltraum lebensfähig ist, ist dies ein winziger Bruchteil der physischen (Luft-) Windkraft, was bedeutet, dass er in der oberen Atmosphäre in Stücke gerissen wird und niemals genug Schub liefert, um die Erdgravitation zu überwinden. Gleiches gilt für den Ionenmotor, dessen minimaler Schub bei weitem nicht der Überwindung der Erdgravitation nahe kommt, der diesen Schub jedoch jahrelang mit minimalem Energie- und Kraftstoffverbrauch erzeugen kann.

Es gibt jedoch eine Reihe geplanter Methoden Start, der keine Raketentriebwerke beinhalten würde. Es gibt bereits einige Gruppen, die an den Raumaufzugsplänen arbeiten - wir sind ziemlich weit davon entfernt, da das einzige brauchbare Material - Nanoröhren - trotz spottbilliger Rohstoffe immer noch unerschwinglich teuer in der Herstellung ist. Es gab einen Plan, antarktisches Eis zu verwenden, um eine Startröhre ähnlich einer mehrstufigen Kanone zu bauen und Fahrzeuge diagonal mit landgebundenen Sprengladungen zu starten. das wurde aus Umweltgründen ins Stocken geraten. Es gab einen Plan für einen "Teilraumaufzug" - ein Seil, das die Erde bei LEO umkreist, dessen hinteres Ende von Fahrzeugen mit luftatmenden Düsentriebwerken erreicht werden kann, die ihre Nutzlast daran andocken, dann die Nutzlast in die Umlaufbahn heben und von dort aus starten Das andere Ende des Seils wird von dort aus mit Weltraumantrieb (Sonnensegel, Ionenantrieb) betrieben.

Das Problem bei all diesen ist, dass sie während des Betriebs erheblich billiger sind als Raketentriebwerke - die Kosten pro Start betragen einen Bruchteil Gegenwärtig überwiegen ihre Anschaffungskosten die Kosten eines raketengetriebenen Fahrzeugs um ein Vielfaches. Mit der gegenwärtigen Wirtschaft sind sie alle in der Warteschleife oder gehen mit nur geringfügigen, kostengünstigen Nebenaufgaben voran, während der Großteil der Arbeit auf die Finanzierung wartet.

Ich erinnere mich an einige Untersuchungen zur Verwendung eines Lichtstrahls, um ein Objekt in die Umlaufbahn zu bringen. Schienengewehre ähneln der von Ihnen erwähnten "mehrstufigen Kanone".
Der Lichtstrahlantrieb war für Fahrzeuge gedacht, die sich bereits im Orbit befinden - eine Variante des Sonnensegels, bei der eine stationäre (Orbital-) große Linse / ein großer Spiegel das Sonnenlicht auf ein kleines Fahrzeug fokussieren würde, um ihm viel mehr Schub zu verleihen, als ein Sonnensegel allein liefern könnte . Sowohl der Kanonen- als auch der Railgun-Ansatz haben das Problem einer massiven anfänglichen Beschleunigung in sehr kurzer Zeit, die für jede Besatzung tödlich sein kann und die präzise Ausrüstung beschädigt. Sie werden jedoch als geeignet angesehen, um Rohstoffe für die Orbitalherstellung zu liefern.
Die Lichtstrahlforschung, die ich im Fernsehen gesehen habe, war bodengestützt. Wenn ich mich richtig erinnere, hat es einen gepulsten Strahl verwendet, um einen leichten Kegel vielleicht einige Meter anzuheben - sehr frühe Forschung. Ich vermute, dass dies nicht praktikabel war, aber es erinnert mich auch an die "Möglichkeit", einen Lichtstrahl zu verwenden, um das Fahrzeug direkt zu schieben und ein Treibmittel zu erweitern - aber das ist wahrscheinlich * noch weniger * praktisch.
@Paul: Soweit ich mich erinnere, gab es auch Pläne für bodengestützte Spiegel- / Laser-Arrays, aber sie sind nicht sehr brauchbar, da die Luft den größten Teil des Lichts über größere Entfernungen ableitet (und definitiv keine schwereren Fahrzeuge anheben könnte Der leichte Druck ist sehr schwach und es besteht das Problem, dass Sie die Absorption nicht entfernen können, zu viel Licht auf zu kleinem Bereich abgeben und ein Loch verbrennen, die Oberfläche vergrößern und schwer und windempfindlich werden.
Der Startschleifen- oder Weltraumkabelansatz ist ziemlich ausgefallen, aber ich denke, er würde tatsächlich funktionieren. Abgesehen von den ausgefallenen anfänglichen Kosten für den Bau.
James Benford präsentierte diesen Sommer Ergebnisse zu experimentellen Arbeiten an Segeln mit Mikrowellenstrahl, die theoretisch verwendet werden können, um Fahrzeuge in die Umlaufbahn zu bringen: http://www.youtube.com/watch?v=ef0aZ3zp1rk, beginnend um 28:56 Uhr.
Ich bin mir nicht sicher, ob der "Teilraumaufzug" dynamisch stabil wäre. In einem herkömmlichen Weltraumaufzug hält die Zentripetalkraft das Seil fest. Bei dieser Teilkonstruktion würde ein Objekt, das auf das Seil klettert, den oberen Teil nach unten ziehen. Es wäre eine Art aktives System erforderlich, um es in der Umlaufbahn zu halten.
@PhilMacKay: Natürlich, wie bereits erwähnt: Das "Seil" muss aktiv an den Höhenverlust angepasst werden, der durch das "Kletter" -Fahrzeug verursacht wird. Im Gegensatz zu klassischen Aufzügen, die praktisch freie Energie erzeugen könnten, benötigt dieser für jeden Start eine Energieversorgung und verbraucht ihn nur effizienter als chemische Antriebssysteme.
In Bezug auf Weltraumkanonen gibt es die Variante "Thunder Well", bei der eine Nutzlast mit einer unterirdischen nuklearen Detonation in die Umlaufbahn gesprengt wird. Es könnte unbeabsichtigt während der Plumbbob-Tests im Jahr 1957 passiert sein, weniger als zwei Monate vor Sputnik. https://en.wikipedia.org/wiki/Operation_Plumbbob#Propulsion_of_steel_plate_cap Ich denke jedoch, dass dies unpraktisch und theoretisch nicht einmal billiger sein könnte ...
#2
+8
Loren Pechtel
2014-05-30 22:45:41 UTC
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Mehrere Plakate haben Bohnenstängel erwähnt, aber abgelehnt, weil die Materialwissenschaft nicht in der Lage ist, ein ausreichend starkes Kabel herzustellen. Bisher hat niemand die andere Leiter im Weltraum erwähnt - Startschleifen. Sie benötigen keine Supermaterialien, da sie von Objekten unterstützt werden, die sich schneller als die Umlaufgeschwindigkeit bewegen. Der große Nachteil ist, dass sie von sich bewegenden Objekten unterstützt werden - wenn sie aufhören, sich zu bewegen, fallen sie.

Die Grundidee ist, dass Sie zwei Stationen bauen, die Eisenstangen hin und her werfen. Sie verwenden extrem starke Magnete, um die Balken zu drehen. Sobald sich die Balken bewegen, ist der Energieeintrag minimal. Sie fliegen ursprünglich auf einer ballistischen Flugbahn hin und her.

Dann bauen Sie eine Spur auf den Flugstangen. Die Spur lenkt die Stangen nach unten ab und wird dabei angehoben. Die Geschwindigkeit der Stangen wird erhöht, um dies auszugleichen - sie folgen weiterhin dem gleichen Kurs. Jetzt haben Sie eine Bahnstrecke, die sich in den Weltraum erstreckt. Es gibt keine Obergrenze für die Geschwindigkeit eines Magnetschwebebahns im Vakuum.

  Technisch möglich: Ja. Kosten: Enorme Sicherheit: Nicht für mich!  

Es gibt auch die Kombination der beiden Ideen.

Bauen Sie eine Reihe von Türmen in einem Ring um die Erde. Sie tragen eine Röhre, in der Röhre befindet sich ein Eisenring. Drehen Sie den Ring über die Umlaufgeschwindigkeit und erzeugen Sie eine ausreichende Aufwärtskraft, um dem Gewicht der Türme entgegenzuwirken. Da wir der Last der Türme entgegengewirkt haben, können wir höher bauen. Bauen Sie dann einen weiteren Ring, um die Last aufzunehmen. Wiederholen Sie diesen Vorgang, bis Sie so hoch sind, wie Sie möchten. Wenn Sie an Geosync vorbeikommen, drehen sich die Ringe unter die Orbitalgeschwindigkeit, um eine Abwärtskraft und keine Aufwärtskraft zu erzeugen.

  Technisch möglich: Ja. Sie können die Ringe und Türme so nah wie nötig bauen, um die Materialgrenzen einzuhalten. Kosten: enorm ^ 2. Sicherheit: Bei beweglichen Teilen ist es nicht wie bei der Startschleife, für die eine Drehstation erforderlich ist.  
#3
+4
geoffc
2014-03-04 00:38:56 UTC
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Das Hauptproblem ist, wie ich dieses "Ding" auf Umlaufgeschwindigkeit beschleunigen kann.

Bisher waren nur Raketen erfolgreich. Raketen erzeugen ziemlich effizient hohen Schub mit hohem Impuls, sind aber komplex.

Andere in diesem Teil angepriesene Ideen sind Orion, bei dem ein riesiges Fahrzeug mit einer großen Platte verwendet wurde, die sich auf der nach unten gerichteten Seite befindet würde ein nukleares Gerät zur Detonation bringen. Dann würde die Platte den Aufprall absorbieren und über Federn (riesig, wie Sie sich vorstellen können) diesen Impuls auf das Fahrzeug übertragen. Dies wird natürlich niemals passieren. (Natürlich ist die Handlung des Novells Footfall, dass sogar Orion akzeptabel ist, um eine außerirdische Invasion abzuwehren). Ein Raketentriebwerk ohne Verbrennung, das nur auf dem Gipfel der nuklearen Explosionen fährt.

Andere Ideen sind die Verwendung eines Hochleistungslasers zum Erhitzen eines Arbeitsmediums im Motor, sodass es keinen Raketentriebwerk gibt, der irgendetwas verbrennt. Vielmehr verlässt die erhitzte Flüssigkeit den Motor mit hoher Geschwindigkeit und überträgt den Impuls. Ein Raketentriebwerk ohne wirkliche Verbrennung.

Orbitalbohnenstiele, ein Kabel von einer Basis in GeoSync, das auf die Erdoberfläche fällt, sind eine Idee und größtenteils immer noch Science-Fiction. (Das Kabel muss 22.300 Meilen lang sein. Genug, um mehrmals um die Erde gewickelt zu werden. Es muss ein Gegengewicht oder ein Kabel mit der gleichen Länge benötigt werden, das in die andere Richtung herausragt.) Dies wäre jedoch ein Ansatz, um die Umlaufbahn ohne Rakete zu erreichen.

Railguns oder hochenergetische chemische Pistolen beschleunigen ähnlich und beschleunigen das Fahrzeug in einer Pistole. Railguns arbeiten entweder mit Magneten (Linearbeschleuniger) oder indem sie etwas mit dem Strom verdampfen, der den Schub erzeugt. Chemiewaffen entzünden das Feuer hinter dem Fahrzeug, aber es wird vom Rand der Explosion gedrückt (Art von begrenztem, chemischem Orion).

Leider keine Anti-Schwerkraft oder ordentliche Tricks, um in die Umlaufbahn zu gelangen.

Der Beschleunigungsgradient ist nicht symmetrisch zur Geosynch-Umlaufbahn, sondern auf der Erdseite von Geosynch viel steiler. Ohne Gegengewicht müsste das Kabel 144.000 km von der Erdoberfläche entfernt sein.
Ich würde nicht "nie" über Orion sagen. Alles was es erfordert ist eine andere Politik.
#4
+4
Anthony X
2014-06-01 20:46:10 UTC
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Um auf nützliche Weise aus der Atmosphäre herauszukommen, müssen Sie mindestens auf die Geschwindigkeit beschleunigen, die mit einer niedrigen Erdumlaufbahn verbunden ist, und dies, ohne vor Erreichen dieser Geschwindigkeit auf den Boden zurückzufallen.

Es gibt einige interessante Technologien angewendet auf den Weltraumstart.

Eine davon ist die SABRE Engine. Bei Erfolg könnte es die vertikale Startrakete durch einen Start auf der Landebahn ersetzen, fast wie ein herkömmliches Verkehrsflugzeug für den Zugang zur Umlaufbahn. Obwohl SABRE effektiv ein Raketentriebwerk in großen Höhen ist, in dem nicht genügend Luft vorhanden ist, um ein Strahltriebwerk zu betreiben, würde es in niedrigeren Höhen als luftatmender Strahl arbeiten, wodurch die Masse des Treibmittels, die das Fahrzeug beim Anheben für den Flug in die Umlaufbahn benötigen würde, erheblich verringert würde. im Vergleich zu herkömmlichen Raketen.

Eine andere ist die Atomrakete. Dies war in den 50er und 60er Jahren ein Pionier, der bis zu dem Punkt verfolgt wurde, an dem ein praktikables Startsystem gebaut werden konnte, obwohl dies noch nie der Fall war. Die Kernrakete ersetzt chemische Reaktionen durch Kernreaktionen als Energiequelle, um einen heißen Gasstrom für den Antrieb zu erzeugen. Die Abgasgeschwindigkeit wäre viel höher als die einer chemischen Rakete, was den Massenanteil des Treibmittels des Fahrzeugs erheblich verringern würde

#5
+3
LocalFluff
2014-05-31 13:49:12 UTC
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JP Aerospace, das derzeit den Höhenrekord für Luftschiffe bei 95.085 Fuß hat, plant, Luftschiffe in die Umlaufbahn zu fliegen stark>. Sobald die Kindheit es über fast die gesamte Atmosphäre gebracht hat, wird es jedoch eine Art Raketentriebwerk verwenden, einen elektrochemischen Antrieb, der es während mehrerer Stunden auf Umlaufgeschwindigkeit beschleunigt. Wikipedia bietet einen Überblick über Orbitalluftschiffe und hier ein langes Radiointerview mit John Powell von JP Aerospace.

#6
  0
user3437
2014-05-30 22:08:25 UTC
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Das kritische Problem ist nicht die Höhe, sondern die Geschwindigkeit. Könnte eine Kombination aus vorgekühlten Jets, Ionenantrieben und Raketen es uns ermöglichen, billiger, sicherer und effizienter als die derzeitige raketenbasierte Methode in den Weltraum zu reisen? Wenn Sie ein vorgekühltes Strahltriebwerk verwenden, um an Höhe zu gewinnen, und dann einen Ionenantrieb verwenden, um zusätzlichen Schub zu erzielen, können Sie die erforderliche Geschwindigkeit erreichen. Wenn Sie den Vorgang umkehren, können Sie das Fahrzeug konventionell landen, ohne dass Hitzeschilde und andere schwere Wiedereintrittsgeräte erforderlich sind. http://youtu.be/KFL623O9CXQ

Nein, Ionenantriebe erzeugen nicht den erforderlichen Schub. Bis Sie die Umlaufzeit erreicht haben, ist die Zeit von entscheidender Bedeutung und schließt alle Optionen mit geringem Schub aus.
Der Beitrag wiederholt wörtlich die Beschreibung des 'Tube-Videos'. -1 dafür und das Fehlen überprüfbarer Berechnungen.


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