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Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : Künstliche Elektrische Entladungen könnten den Luftwiderstand verringern.



Wolfrum
12.06.2007, 10:13
Hallo neulich hatte ich eine Idee wie man das Problem des Transportes großer Mengen Materie in die Erdumlaufbahn lösen könnte.

Das mit dem Weltraumlift ist ja wohl wegen des vielen Weltraummülls Utopie. Das Seil würde noch während der Fertigstellung gekappt werden. Ich hätte da aber eine andere Idee, die außer mir vielleicht noch keiner hatte (Keine Panik jetzt kommt nicht der übliche kein Müll von Laien, ich hatte Physik Leistungskurs und kann auch meine Ideen z.T. auch durchrechnen)

Ein waagerecht liegender magnetischer Beschleuniger würde auf dem Mond wegen der fehlenden Atmosphäre prima funktionieren. Auf der Erde bräuchte so ein waagerecht liegender Beschleuniger eine Länge von etwa 1000 Kilometern. Bei fünffacher Erdbeschleunigung würde könnte man da etwa 10.000 m/s erzielen, was locker ausreicht, um einen hohen Orbit zu erreichen. Ich habe durchgerechnet, dass man den Beschleuniger auf den letzten 100 km - günstigem Gelände folgend - ganz leicht nach oben ziehen könnte, so das das Raumschiff seine luftleer gepumpte Röhre mit einem Steigungswinkel von etwa 6-8 Grad an einem Berghang verlässt. Dabei würden etwa 13 Sekunden lang 10g entstehen, was ein Mensch gerade noch aushalten kann.

Auf der Erde würde unser Raumschiff, das seinen etwa 1000 Kilometer langen luftleer gepumpten Beschleuniger verlassen würde, normalerweise in der Luft bei 10000 m/s (30-fache Schallgeschwindigkeit) augenblicklich verglühen.

Ich hatte aber da neulich eine Idee, wie man das verhindern könnte, nämlich indem man vor dem Projektil (Raumschiff) in der Atmosphäre eine fast luftleere Zone erzeugt wodurch der Luftwiderstand stark vermindern werden würde. Nämlich mit künstlichen Blitzen.

Ein natürlicher Blitz (nur einige 100 KWh Energieinhalt) erzeugt einen bis zu 140 Kilometer langen Kanal mit 1 Meter Durchmesser, der auf 30000 Grad erhitzte, unter 100 Bar Druck stehende Luft enthält. Diese dehnt sich nach der Entladung aus, sie explodiert förmlich und erzeugt so einen Kanal mit einer Dichte von (nach meiner Abschätzung) etwa 1% der normalen Dichte der Luft (Ich weiß, durch die Ausdehnung wird das Gas kühler, dann ist die Dichte etwas höher. Allerdings kommt es durch die Trägheit der expandierenden Luft wohl am Ende der Expansion auch zu einer Art Sogeffekt in der Mitte des dann etwa 10-20 Meter breiten Kanals. Dann ist es etwas weniger Dichte. Beide Effekte könnten sich in Etwa ausgleichen.) Sollte man es schaffen eine elektrische Entladung in der Stärke eines Blitzes direkt vor dem dahinrasenden Raumschiff zu erzeugen, sind kosmische Geschwindigkeiten auch in der Atmosphäre möglich, oder?

Und wie erzeugt man Blitze vor dem Raumschiff?

Ganz einfach. Ein Blitz hat nur einige hundert Kilowattstunden. Eine Kondensatorbatterie dieser Größe dürfte nur einige hundert Tonnen wiegen. Also die energetische Frage ist schon mal kein Problem.

Zur Formung des Blitzkanals benutzt man gepulste Laserstrahlen. Luft verhält sich bei Laserstrahlen einer bestimmten Stärke nicht mehr linear. Ab gewissen elektrischen Feldstärken durch das Laserlicht ionisiert die Luft. Die elektrischen Feldstärken des Lichts zerreißen dann die Verbindungen zwischen den Atomen und den Elektronen. Kreuzen sich zwei oder mehr "unterkritische" Laserblitze, müsste die Luft genau an dieser Stelle ionisieren, auch wenn die Stelle in einigen Kilometern Höhe liegt. Kreuzen sich zwei aufgefächerte Laserstrahlen müsste eine Gerade mit einem dünnen Kanälchen ionisierter Luft entstehen, auch noch in Großer Höhe. Ein Blitz würde diese ionisierte Gerade durch die Luft zur Entladung nutzen können. Man könnte auf diese Weise definiert geformte Blitze in der Atmosphäre erhalten, die vom Boden ausgehen (+Pol) und wieder im Boden (-Pol) verschwinden. Natürliche Blitze können schon bis zu 140 km lang werden. Alles ist nur eine Frage von Volt und Ampere und gepulstem Laserlicht. Um unseren Weg vor dem Raumschiff frei zu pusten brauchen wir 3 ionisierte Kanälchen. Vom Boden senkrecht hoch, dann der leicht steigenden Bahn des Raumschiffs etwa 300 Meter folgend, und dann die 3. Gerade wieder auf den Boden zurück um dem Stromkreis zu schließen.

Ein mit 10000 m/s fliegendes Raumschiff legt in einer dreißigstel Sekunde etwa 300 Meter zurück. Diese 300 Meter müsste der Blitz kurz vor dem Durchgang des Raumschiffs explodieren lassen. Nach diesen 300 Metern müsste sich die nächste Entladung anschließen. Und dann die nächste, und wieder die nächste. Eine Kette von etwa 1000 Blitzstation über 400 km, bis das Raumschiff große Höhen erreicht hat, wo der Luftwiderstand keine Rolle mehr spielt.

Hat die Dichte der Luft nur noch 1%, so vermindert sich der Luftwiderstand auf ein Hundertstel. Da der Luftwiderstand mit dem Quadrat der Geschwindigkeit ansteigt, entspricht der Luftwiderstand, dem sich unser Raumschiff ausgesetzt sieht, nur dem eines Flugzeuges, das mit 1000 m/s (Mach 11) fliegt. Und das gibt es schon. Sollte sich die Geschwindigkeit des Raumschiffs durch die Abbremsung in der Luft zu stark bemerkbar machen (was ich nicht glaube), so macht man es einfach etwas schwerer. Von der Beschleunigerseite her ist das kein Problem.

Ich habe mal so ein wenig gerechnet. Die Energie für die etwa 1000 Blitze entspricht größenordungsmäßig nur in etwa der Energie, die für die Beschleunigung eines 20 Tonnen schweren Raumschiffs aufgewendet werden müsste. Der Block eines oder zweier Kernkraftwerke könnte etwa alle 5-10 Minuten einen Start ermöglichen. Das ergibt etwa 200 Starts pro Tag, die locker 4000 Tonnen in einen Orbit schießen können. Macht pro Jahr über eine Million Tonnen. Ein Generationenraumschiff oder riesige Sonnensegel wären dann problemlos möglich. Der Preis um ein Kilo Masse in einen Orbit zu schießen würde auf einige wenige Euro sinken.

Starke gepulste Laserstrahlen auffächern und synchronisieren ist technisch überhaupt kein Problem, zumal der ionisierte Startkanal des künstlichen Blitzes nur einige wenige Millimeter dick sein müsste.

Man bräuchte nur ein Flecken Erde wo nur wenige Wolken vorhanden sind. Der südliche Teil der Sahara würde sich gut eignen, aber auch in Europa würde es zur Not gehen. Allerdings wegen der Laserstrahlen nur bei schönen Wetter. Die Gesamtmasse der Kondensatoren dürfte etwa 2 Millionen Tonnen betragen. Kostenpunkt bei Massenproduktion und einfachster Bauweise (Glasplattenstapel mit Alufolie dazwischen) vielleicht 5-10 Milliarden. Lächerlich wenig, wenn man bedenkt, was Raumfahrt heute so verschlingt. Das ganze Projekt könnte allerdings leicht 100 Milliarden und mehr verschlingen. Allerdings hätte man danach für alle Zeiten ein System, wo pro Schuss ins All nur etwa 100000 Euro variablen Kosten anfallen. Weltraumurlaub für alle wird möglich.

Das Projektil selbst stelle ich mir als wieder verwendbaren Flugkörper mit einklappbaren Flügeln vor.


Müsste doch funktionieren, oder?

Achim Wolfrum
Händelweg 2
61137 Schöneck

jonas
12.06.2007, 11:51
Hi Wolfrum, willkommen im Forum

Nette Idee, die Du da ausgearbeitet hast. Der Pferdefuss liegt aber genau an der Stelle, an der Du selber Unsicherheiten siehst:

Hat die Dichte der Luft nur noch 1%, so vermindert sich der Luftwiderstand auf ein Hundertstel. Da der Luftwiderstand mit dem Quadrat der Geschwindigkeit ansteigt, entspricht der Luftwiderstand, dem sich unser Raumschiff ausgesetzt sieht, nur dem eines Flugzeuges, das mit 1000 m/s (Mach 11) fliegt. Und das gibt es schon. Sollte sich die Geschwindigkeit des Raumschiffs durch die Abbremsung in der Luft zu stark bemerkbar machen (was ich nicht glaube), so macht man es einfach etwas schwerer.
1000 m/s sind übrigens nicht mach 11, sondern mach 3.

Die Flugzeuge, die mach 3 erreichen können, fliegen diese Geschwindigkeiten nur in solchen Höhen, bei der der Luftdruck bereits etwa dem entspricht welcher in deinem Blitzkanal herrscht. Wenn aber das Projektil mit der zehnfachen Geschwindigkeit auf selbst so dünne Luft trifft, dann wird es trotzdem sofort verglühen. Vergleiche es mal mit dem Wiedereintritt des Spaceshuttles in die Atmosphäre, wo die Luft sogar noch dünner ist, und das Shuttle deutlich langsamer.

Zweiter Pferdefuss: ein 1000 km langer linearer Beschleiniger müsste der Erdkrümmung folgen, immerhin bereits 9 Grad. Ansonsten stünde der Ausgang der Röhre bereits höher über der Erdoberfläche als der Mount Everest hoch ist. Insoweit wären die Blitze dann gar nicht mehr notwendig :D Folgt der Beschleuniger jedoch der Erdkrümmung, so sind die Passagiere gegen Ende der Röhre einer sehr starken negativen g-Kraft ausgesetzt, würden also wahrscheinlich an der Decke kleben. Ich rechne es jetzt mal nicht aus wie gross sie bei 10 km/s wäre.

Bynaus
12.06.2007, 12:09
Vergleiche es mal mit dem Wiedereintritt des Spaceshuttles in die Atmosphäre, wo die Luft sogar noch dünner ist, und das Shuttle deutlich langsamer.

Naja, das Shuttle ist dort eher deutlich schneller - nahezu Orbitalgeschwindigkeit ist etwa Mach 24.


Ich rechne es jetzt mal nicht aus wie gross sie bei 10 km/s wäre.

Da 8 km/s = Orbitalgeschwindigkeit ist, heisst das, die Passagiere kleben etwa mit einem Viertel g an der Decke.

Die Idee ist nett, ich bezweifle aber, dass sich die Sache mit den Blitzen so zuverlässig steuern lässt, wie man das gerne hätte. Da muss nur mal einer in die falsche Richtung losgehen und *puff* das Raumschiff ist nicht mehr da.

Wolfrum
12.06.2007, 12:44
Hi Wolfrum, willkommen im Forum

Nette Idee, die Du da ausgearbeitet hast. Der Pferdefuss liegt aber genau an der Stelle, an der Du selber Unsicherheiten siehst:

1000 m/s sind übrigens nicht mach 11, sondern mach 3.

Die Flugzeuge, die mach 3 erreichen können, fliegen diese Geschwindigkeiten nur in solchen Höhen, bei der der Luftdruck bereits etwa dem entspricht welcher in deinem Blitzkanal herrscht. Wenn aber das Projektil mit der zehnfachen Geschwindigkeit auf selbst so dünne Luft trifft, dann wird es trotzdem sofort verglühen. Vergleiche es mal mit dem Wiedereintritt des Spaceshuttles in die Atmosphäre, wo die Luft sogar noch dünner ist, und das Shuttle deutlich langsamer.

Zweiter Pferdefuss: ein 1000 km langer linearer Beschleiniger müsste der Erdkrümmung folgen, immerhin bereits 9 Grad. Ansonsten stünde der Ausgang der Röhre bereits höher über der Erdoberfläche als der Mount Everest hoch ist. Insoweit wären die Blitze dann gar nicht mehr notwendig :D Folgt der Beschleuniger jedoch der Erdkrümmung, so sind die Passagiere gegen Ende der Röhre einer sehr starken negativen g-Kraft ausgesetzt, würden also wahrscheinlich an der Decke kleben. Ich rechne es jetzt mal nicht aus wie gross sie bei 10 km/s wäre.

Verdammt, mit dem Mach 3 hast du recht. Kleiner Rechenfehler. (Schäm)

Macht aber nichts. Mach 3 erreichen schon Kampfflugzeuge in Bodennähe problemlos. Ein Problem weniger. :)

Sicher würden bei 10000 m/s und dem Erdradius eine Zentrifugalkraft von etwa 15 m/sQuadrat entstehen, was 1,5 G entspricht. Das macht überhaupt nichts. Genauso wie es Achterbahnen gibt, die sich um die Achse drehen. Wer hat dann gesagt, das die Fahrt so bequem wie eine Autofahrt in einem Mercedes sein muß? Diesen Effekt hatte ich noch gar nicht berücksichtigt. Er macht alles einfacher. Das große Problem besteht nämlich darin, überhaupt einen Abschußwinkel zur erreichen. Ich hatte für den Bahnverlauf nämlich vorgesehen, daß die Bahn langsam in 5000 (Es gibt Bergwerke in dieser Tiefe!) Meter absinkt und dann die nächsten 129 Kilometer in einer Kreisbahn mit dem Radius 1000 km und 10g Kreisbeschleunigung etwa 13 Sekunden lang nach oben beschleunigt. Jetzt sind es nur noch 9,5 g :) (Die Erdanziehungskraft dazuzählen hatte ich nämlich auch vergessen.)

Ich sehe eher Probleme darin, ob die Laser vielleicht durch Flirren in der Luft nicht exakt zu steuern sind.

Was ein besonders Problem sein könnte ist das aerodynamische Verhalten des Raumschiffs im Blitzkanal. Dort herrschen womöglich Druckunterschiede, die die Flugbahn aus dem Flugkanal ablenken (Vielleicht zentrieren sie auch die Flugbahn, wer weiß)

Laut der Tabelle http://de.wikipedia.org/wiki/Bild:Standardatmosph%C3%A4re_1976_90km.png

hat der Luftdruck in 30 km Höhe noch etwa 1%. Nach meinen Berechnungen kostet der Luftwiederstand beim Atmosphärendurchgang dem Raumschiff weniger als 4 m/sQuadrat an Geschwindigkeit.

Wolfrum
12.06.2007, 13:27
Die Idee ist nett, ich bezweifle aber, dass sich die Sache mit den Blitzen so zuverlässig steuern lässt, wie man das gerne hätte. Da muss nur mal einer in die falsche Richtung losgehen und *puff* das Raumschiff ist nicht mehr da.

Da sehe ich auch ein Problem. Das müßte man man ausprobieren, wie gut das mit den Blitzen funktioniert. Vielleicht steckt das Raumschiffchen ja noch den Ausfall einer 300-Meterstrecke gerade noch so weg. Wenn nicht, dann müßte man kucken wie zuverlässig der Mensch es Blitzen lassen kann. Bei einigen hundert Blitzen müßte die Strecke mit einer Ausfallwahrscheinlichkeit von weniger als ein Promille pro Blitzapparat arbeiten, um wenigstens als Transportmittel für Lasten brauchbar zu sein.

Von Vorteil ist auf jeden fall, daß die Blitzapparatur außer Stromschaltern keine beweglichen Teile zu enthalten bräuchte. Solche Maschinen sind immer besonders zuverlässig. Sollte es nicht zuverlässig funktioniere, muß man halt mehrer Laserfächer redundant verwenden, die sich in einer Gerade treffen.

Wolfrum
12.06.2007, 13:35
Die Idee ist nett, ich bezweifle aber, dass .....



:) Ich tröste mich gerade damit, daß du den Spruch auch losgelassen hättest, wenn du in den Dreißigern Oberts Buch "Mit Raketen zu den (http://de.wikipedia.org/wiki/Hermann_Oberth#Werke_.28Auswahl.29)Planetenräumen" in die Finger bekommen hättest. :):):)

Bynaus
12.06.2007, 13:40
Ach komm, wir alle haben ab und zu mal nette Ideen. Was nicht heisst, dass sie irgendwann verwirklicht werden: Es gibt zu jedem Problem viel mehr "nette" Ideen als wirkliche Lösungen, die Chance, dass einer bestimmten Idee wirklich der Durchbruch gelingt, ist a priori klein.

Ich habe hier allerdings eher etwas ironisch an jonas' Aussage angeküpft, die auch so begann...

Wolfrum
12.06.2007, 14:10
Ach komm, wir alle haben ab und zu mal nette Ideen. Was nicht heisst, dass sie irgendwann verwirklicht werden: Es gibt zu jedem Problem viel mehr "nette" Ideen als wirkliche Lösungen, die Chance, dass einer bestimmten Idee wirklich der Durchbruch gelingt, ist a priori klein.

Ich habe hier allerdings eher etwas ironisch an jonas' Aussage angeküpft, die auch so begann...

Ich habe in den letzten Jahren jede Menge gute Ideen zur Raumfahrt gehabt, und keine davon ist verwirklicht worden. :)

Aber hier bei meiner Idee könnte doch eine Lösung für eines der größten Probleme der Raumfahrt liegen. Das ist etwas so wie der Sprung vom Ochsenkarren zur Eisenbahn, oder die Erfindung des Strahltriebwerks für Flugzeuge. Ich würde mal sagen, diese Sache auf jeden Fall mehr Chancen auf verwirklichung hat, als ein Weltraumlift.

Wir hier im Forum können sowas eh nicht verwirklichen. Aber wir könnten 3 Dinge tun:

1. Versuchen einen prinzipiellen Fehler in der Idee zu finden, was eine Verwirklichung ausschließt.

2. Schaffen wir das nicht, sollten wir dem System einen Namen geben. Ich schlage vor, jeder macht Vorschläge und ich wähle dann als Ideengeber sozusagen den besten Vorschlag aus. (Vielleicht kommt ja einer auf die Idee es nach mir zu benennen, ich selber trau mich nicht)

3. Wir sollten nach reiflicher Diskussion - wenn wir keine prinzipielle Unmöglichkeit gefunden haben - die ganze Sache irgendwie in akademische Kreise weiterleiten. (Vielleicht macht sich ja auch mal jemand die Mühe, und rechnet alles mal genau durch.)

Bynaus
12.06.2007, 14:25
Ich würde mal sagen, diese Sache auf jeden Fall mehr Chancen auf verwirklichung hat, als ein Weltraumlift.

Das würde ich nicht sagen... Der Weltraumschrott ist nicht so ein gewaltiges Problem. Die Querschnittsfläche eines Weltraumlifts ist sehr klein, verglichen mit dem Raum da draussen. Und natürlich würde man den Weltraumlift redundant bauen, so dass einige seiner Stränge von Trümmern durchbohrt werden können, ohne dass er gleich reisst.

Aber egal, darum gehts hier nicht.

Ich denke, dass die Sache mit den nicht wirklich kontrollierbaren Blitzen und der daraus folgenden Instabilität dem Konzept einen Strich durch die Rechnung macht. Das ist dein "1.", zumindest aus meiner Sicht.

jonas
12.06.2007, 14:27
Also, ich sehe nach wie vor die Luftreibung als kritisch. Obwohl Bynaus mir in post #3 widersprochen hat, wohl wegen eines Missverständnisses, wiederhole ich: Das Space Shuttle ist bei Wiedereintritt deutlich langsamer als das 10 km/s schnelle Projektil aus dem Beschleuniger und das Space Shuttle sieht sich in dieser Phase einer noch dünneren Atmosphäre gegenüber als im theoretischen Blitzkanal.

Wolfrum
12.06.2007, 14:32
Das würde ich nicht sagen... Der Weltraumschrott ist nicht so ein gewaltiges Problem. Die Querschnittsfläche eines Weltraumlifts ist sehr klein, verglichen mit dem Raum da draussen. Und natürlich würde man den Weltraumlift redundant bauen, so dass einige seiner Stränge von Trümmern durchbohrt werden können, ohne dass er gleich reisst.

Aber egal, darum gehts hier nicht.

Ich denke, dass die Sache mit den nicht wirklich kontrollierbaren Blitzen und der daraus folgenden Instabilität dem Konzept einen Strich durch die Rechnung macht. Das ist dein "1.", zumindest aus meiner Sicht.

Woher willst du wissen, daß die Blitze nicht wirklich kontrollierbar sind. Kannst du hellsehen. Alles ist daran berechenbar und kontrollierbar. Die Ladung, die Spannung, der Zeitpunkt der Auslösung der Laser. Du redest wie diese Ärzte, vor fast 200 Jahre eine Zugfahrt für lebensgefährlich hielten.

Wolfrum
12.06.2007, 14:40
Also, ich sehe nach wie vor die Luftreibung als kritisch. Obwohl Bynaus mir in post #3 widersprochen hat, wohl wegen eines Missverständnisses, wiederhole ich: Das Space Shuttle ist bei Wiedereintritt deutlich langsamer als das 10 km/s schnelle Projektil aus dem Beschleuniger und das Space Shuttle sieht sich in dieser Phase einer noch dünneren Atmosphäre gegenüber als im theoretischen Blitzkanal.

Das ist ein Argument.

Ich kucke mal nach, was im Internet dazu steht.

Bynaus
12.06.2007, 15:05
Woher willst du wissen, daß die Blitze nicht wirklich kontrollierbar sind. Kannst du hellsehen.

Naja, ich kann so meine Augen aufmachen, wenn ein Gewitter kommt. Die Blitze dort sehen nicht so aus, als würden sie sich nach kontrollierbaren Regeln bewegen - eben weil die Luft turbulent und chaotisch ist. Ich sehe nicht ein (bzw., du hast mich bisher nicht davon überzeugen können), warum das bei Blitzen, die man mit Lasern erzeugt, etwas anderes sein soll.

Und dann ist da noch das Argument des Luftwiederstands, das jonas gebracht hat - ich hatte ihn wohl missverstanden (ich dachte, er sagt, das Space Shuttle sei nur noch mit Mach 3 unterwegs, wenn es in die Atmosphäre eintritt).

scientist
12.06.2007, 15:45
Ist ja ganz putzig, die Idee mit den Blitzen, aber ich würde vor dem reiten von Raumschiffen auf Blitzen doch vorher noch mal die Konsolidierung von Wikipedia bezüglich Blitzen und Lichtbögen empfehlen. ;)

mac
12.06.2007, 15:51
Hallo Wofrum,

Deine Idee ist nicht wirklich neu. Jules Verne hatte schon eine Variante davon. Auf dem Mond z.B. wäre sie relativ leicht realisierbar. Auf der Erde wird schon recht lange darüber nachgedacht, allerdings, soweit mir bekannt, ‚nur’ als eine Art Starthilfe (etwa im Sinne der V1-Startrampen).
http://de.wikipedia.org/wiki/Hopper_%28Raumfahrt%29

ich will Dich bei Deinen ‚Träumen und Visionen’, die ich für eine wesentliche Triebfeder aller Entdeckungen und Erfindungen halte, nicht entmutigen, aber das ändert ja nichts an der Tatsache, dass Du die Gesetze der Physik nicht außer Kraft setzen kannst.

Du gehst von einem Ansteigen des Luftwiderstandes proportional V^2 aus. Der Energieverbrauch pro Stecke steigt aber mit V^3

http://de.wikipedia.org/wiki/%C3%9Cberschallflug

Ich würde mal eine Kombination aus Rampenstart und Raketenstart durchrechnen.

Nur so als Überschlagsrechnung: Um die Luftdichte (nicht den Druck) auf 1/100 zu reduzieren, mußt Du die Luftmenge in Deinem Schußkanal auf etwa 3000°K erwärmen.

Ionisierte Luft würde sich mit Überschallgeschwindigkeit in die Umgebung ausbreiten und Du hättest garantiert ein Riesen-Problem damit, einen Lichtbogen auf dieser Strecke für genügend lange Zeit (10-20 Sekunden ?) ausreichend stabil zu halten. Der Lichtbogen kann den, durch ihn produzierten Ionenkonzentrationen genau so schnell folgen, wie sich die Ionen bewegen, er kann sich auch eigene Wege schaffen, das kann Dein Raumschiff aber nicht.

Eine weitere Schwierigkeit: Du brauchst sehr viele Laserprojektoren. Das Raumschiff darf nicht nur 'nach oben' starten. Es muß auch mit seiner Umlaufgeschwindigkeit einigermaßen parallel zur Erdoberfläche im Orbit ankommen. Verläßt es das Vakuumrohr und seine Führung, dann folgt es dem Weg eines frei fallenden Körpers. Der Lichtbogen muß aber dann schon stehen.


Ich sage nicht, daß das unmöglich ist, dafür verstehe ich viel zu wenig von den real existierenden Problemen, aber einen völlig exakten (noch nicht mal mit der Atmosphärenbewegung mitlaufenden) Lichtbogen für 10 bis 20 Sekunden aufrecht zu erhalten, erscheint mir (derzeit) ausichtslos. :(

Herzliche Grüße

MAC

Wolfrum
12.06.2007, 16:18
Naja, ich kann so meine Augen aufmachen, wenn ein Gewitter kommt. Die Blitze dort sehen nicht so aus, als würden sie sich nach kontrollierbaren Regeln bewegen - eben weil die Luft turbulent und chaotisch ist. Ich sehe nicht ein (bzw., du hast mich bisher nicht davon überzeugen können), warum das bei Blitzen, die man mit Lasern erzeugt, etwas anderes sein soll.

Und dann ist da noch das Argument des Luftwiederstands, das jonas gebracht hat - ich hatte ihn wohl missverstanden (ich dachte, er sagt, das Space Shuttle sei nur noch mit Mach 3 unterwegs, wenn es in die Atmosphäre eintritt).

Blitze bewegen sich so scheinbar zufällig über den Himmel, weil die elektrischen Entladungen den ionisierten Spuren der kosmischen Strahlung folgen. Wenn man ihnen schon eine Leitung aus ionisierter Luft gibt, dann folgen sie der, weil Strom halt gerne den Weg des geringsten Wiederstandes geht. Aber wie schon gesagt, daß muß man ausprobieren. Ich denke, das mit den Blitzen ist machbar.

Wolfrum
12.06.2007, 17:00
Also, ich sehe nach wie vor die Luftreibung als kritisch. Obwohl Bynaus mir in post #3 widersprochen hat, wohl wegen eines Missverständnisses, wiederhole ich: Das Space Shuttle ist bei Wiedereintritt deutlich langsamer als das 10 km/s schnelle Projektil aus dem Beschleuniger und das Space Shuttle sieht sich in dieser Phase einer noch dünneren Atmosphäre gegenüber als im theoretischen Blitzkanal.

So, ich äußere mich hier mal zum Luftwiderstand.

Laut wikipedia gibt es dafür eine wichtige Formel:

P = ( cw/2 ) * A * p * Vhoch3


wobei c'w der Widerstandsbeiwert im Überschallbereich ist und zumeist etwa das Doppelte des Wertes cw im Unterschallbereich beträgt. Ferner ist A die Stirnfläche des Flugzeugs, ρ die Luftdichte und v die Fluggeschwindigkeit relativ zur umgebenden Luft. Entsprechend ist die an die Luft abgegebene Leistung bei konstanter Fluggeschwindigkeit


http://de.wikipedia.org/wiki/%C3%9Cberschallflug

Der CW-Wert ist im Hyperschallbereich doppelt so hoch.

Ich gebe zu, daß mein Vergleich mit dem Kampjet wohl etwas zu einfach war.

Setze in die Formeln 10000m/s und 0,01 kg/mhoch3 als Dichte der einprozentigen Luft und 4 Quadratmeter Querschnittsfläche ein komme ich bei einer Rakete mit einem CW-Wert von 0,1 (Bei Hyperschall 0,2) auf etwa 5 GigaWatt. (Junge Junge). Bei einer Fläche der kegelförmigen Spitze von 50 Quadratmetern sind das immerhin noch 100 Megawatt pro Quadratmeter, von dem allerdings ein ziemlicher Anteil in Form von Schallwellen und erhitzter Luft das Raumschiff verläßt. Keine Ahnung, ob das ein Hitzeschutzschild aushält.

Bei 20 Tonnen verliert das Raumschiff also 25 m/(s*s)
Da bräuchte man dann schon einen etwas steileren Starttrittswinkel, um sich nicht zulange in Der Athmosphäre aufzuhalten. Mit der Beförderung von Menschen wird es also wohl nichts, weil sonst die G-Kräfte zu groß werden.

Aber für Material und einem Hitzeschutzschild an der Spitze könnte es vielleicht noch klappen. Ich kam gerade auf etwa 3600 Grad Abstrahlungsleistung. Hafniumoxid hält das noch aus. Meine Idee ist noch nicht tot.

Wolfrum
12.06.2007, 17:06
Hallo Wofrum,

Deine Idee ist nicht wirklich neu. Jules Verne hatte schon eine Variante davon. Auf dem Mond z.B. wäre sie relativ leicht realisierbar. Auf der Erde wird schon recht lange darüber nachgedacht, allerdings, soweit mir bekannt, ‚nur’ als eine Art Starthilfe (etwa im Sinne der V1-Startrampen).
http://de.wikipedia.org/wiki/Hopper_%28Raumfahrt%29

ich will Dich bei Deinen ‚Träumen und Visionen’, die ich für eine wesentliche Triebfeder aller Entdeckungen und Erfindungen halte, nicht entmutigen, aber das ändert ja nichts an der Tatsache, dass Du die Gesetze der Physik nicht außer Kraft setzen kannst.

Du gehst von einem Ansteigen des Luftwiderstandes proportional V^2 aus. Der Energieverbrauch pro Stecke steigt aber mit V^3

http://de.wikipedia.org/wiki/%C3%9Cberschallflug

Ich würde mal eine Kombination aus Rampenstart und Raketenstart durchrechnen.

Nur so als Überschlagsrechnung: Um die Luftdichte (nicht den Druck) auf 1/100 zu reduzieren, mußt Du die Luftmenge in Deinem Schußkanal auf etwa 3000°K erwärmen.

Ionisierte Luft würde sich mit Überschallgeschwindigkeit in die Umgebung ausbreiten und Du hättest garantiert ein Riesen-Problem damit, einen Lichtbogen auf dieser Strecke für genügend lange Zeit (10-20 Sekunden ?) ausreichend stabil zu halten. Der Lichtbogen kann den, durch ihn produzierten Ionenkonzentrationen genau so schnell folgen, wie sich die Ionen bewegen, er kann sich auch eigene Wege schaffen, das kann Dein Raumschiff aber nicht.

Eine weitere Schwierigkeit: Du brauchst sehr viele Laserprojektoren. Das Raumschiff darf nicht nur 'nach oben' starten. Es muß auch mit seiner Umlaufgeschwindigkeit einigermaßen parallel zur Erdoberfläche im Orbit ankommen. Verläßt es das Vakuumrohr und seine Führung, dann folgt es dem Weg eines frei fallenden Körpers. Der Lichtbogen muß aber dann schon stehen.


Ich sage nicht, daß das unmöglich ist, dafür verstehe ich viel zu wenig von den real existierenden Problemen, aber einen völlig exakten (noch nicht mal mit der Atmosphärenbewegung mitlaufenden) Lichtbogen für 10 bis 20 Sekunden aufrecht zu erhalten, erscheint mir (derzeit) ausichtslos. :(

Herzliche Grüße

MAC

Du hast die Wirkungsweise der Blitze mißverstanden. Der Blitz soll nicht an sein, wenn das Raumschiff hindurchfliegt, sondern viele Blitze erzeugen immer ein Stücken Vakuum direkt vor dem Raumschiff. Wenn das Raumschiff die betreffende Stelle erreicht, ist der Strom schon aus, aber die Expansion der Luft ist in vollem Gangen. D.h. alle 30 Millisekunden gibt es einen neuen Blitz, der direkt vor dem Raumschiff 300 meter Weg freipustet.

Aber das mit dem Luftwiederstand gibt mir zu denken.

mac
12.06.2007, 18:10
Hallo Wolfrum,

Du brauchst nicht immer den gesamten Text auf den Du Dich beziehst, nochmal zu zitieren. :)


Du hast die Wirkungsweise der Blitze mißverstanden. ...von wo nach wo soll denn da der Strom fließen?

Herzliche Grüße

MAC

Wolfrum
12.06.2007, 20:35
Hallo Wolfrum,

Du brauchst nicht immer den gesamten Text auf den Du Dich beziehst, nochmal zu zitieren. :)

von wo nach wo soll denn da der Strom fließen?

Herzliche Grüße

MAC

Na von einer Elektrode vom Boden zu einer anderen Elektrode am Boden. Dazwischen könnte jede beliebige Blitzform möglich sein.

mac
12.06.2007, 20:54
Hallo Wolfrum


Na von einer Elektrode vom Boden zu einer anderen Elektrode am Boden. Dazwischen könnte jede beliebige Blitzform möglich sein.Du möchtest, daß der Blitz vom Boden aus, z.B. in 20 km Höhe eine, durch einen Laser ionisierte Strecke nimmt und anschließend wieder eine weitere Elektrode auf dem Boden trifft. Wie willst Du verhindern, daß der nächste, unmittelbar daran anschließende Blitz, diesen bereits viel besser vorgebahnten alten Weg nimmt?

Herzliche Grüße

MAC

mac
13.06.2007, 00:33
Noch ein paar Worte zu Deinen Blitzen.

Du musst eine elektrische Entladung über eine Strecke von rund 100 km verursachen.
(20 km hoch, 0,1 km lang, 20 km runter. Elektrodenabstand auf dem Boden mindestens so groß, wie die beiden Strecken zusammen) Wenn es ein Blitz werden soll, dann muß die dazu nötige Spannung auch etwa in dem Bereich liegen, wie er in der Natur vorkommt. 200 kV pro m. Das bedeutet 20GV zwischen den beiden Elektroden. Wie willst Du den Spannungsausgleich direkt in das umgebende Erdreich verhindern? Wie willst Du überhaupt 20GV isolieren?

Herzliche Grüße

MAC

Wolfrum
13.06.2007, 15:38
Hallo Wolfrum

Du möchtest, daß der Blitz vom Boden aus, z.B. in 20 km Höhe eine, durch einen Laser ionisierte Strecke nimmt und anschließend wieder eine weitere Elektrode auf dem Boden trifft. Wie willst Du verhindern, daß der nächste, unmittelbar daran anschließende Blitz, diesen bereits viel besser vorgebahnten alten Weg nimmt?

Herzliche Grüße

MAC

Ganz einfach, weil jeder Blitz von anderen Elektroden gespeist wird, die eine ganze Ecke weit abseits stehen können. Die Elektroden müssen nicht direkt unter der Flugbahn stehen.

Herzliche Grüße zurück.

Wolfrum

Wolfrum
13.06.2007, 15:57
Noch ein paar Worte zu Deinen Blitzen.

Du musst eine elektrische Entladung über eine Strecke von rund 100 km verursachen.
(20 km hoch, 0,1 km lang, 20 km runter. Elektrodenabstand auf dem Boden mindestens so groß, wie die beiden Strecken zusammen) Wenn es ein Blitz werden soll, dann muß die dazu nötige Spannung auch etwa in dem Bereich liegen, wie er in der Natur vorkommt. 200 kV pro m. Das bedeutet 20GV zwischen den beiden Elektroden. Wie willst Du den Spannungsausgleich direkt in das umgebende Erdreich verhindern? Wie willst Du überhaupt 20GV isolieren?

Herzliche Grüße

MAC

Soviel wird nicht wirklich benötigt. Auch natürliche Blitze haben nur einige hundert Megavolt. Um einen Meter Luft zu durchschlagen braucht man theoretisch 3 Megavolt. Also könnten natürliche Blitze theoretisch nur 300 meter Luft durchschlagen. In der Praxis arbeiten sich aber Blitze auch mal 140 Kilometer weit durch den Himmel. Das funktioniert, weil sie sich stückenweise durch die Athmosphäre entlangtasten und dabei den natürlichen ionisationsspuren der kosmischen Strahlung folgen.

In unserem Falle ist die Luft aber schon in elektrisch leitenden Kanälen ionisiert. D.h. wir brauchen viel weniger Spannung. Ich rechne mal mit einigen Millionen Volt. Vergleiche das mal weniger mit Blitzen in der Luft. Vergleiche es mit einem Draht, den eine Entladung verdampfen läßt. Da braucht man eher Ampere als Volt.

Willst du mich jetzt zwingen, auch noch die elektrische Seite durchzurechnen? :)

Und wie will ich das gegenüber dem Erdboden isolieren? Mit den Isolatoren, die auch die Hochspannungsmasten verwenden. Man könnte eine Kette von Kondensatoren bauen, von denen jede nur einige dutzend Kilovolt hat. Diese einzelnen Kondensatoren werden erst in dem Augenblick miteinander verbunden, wo auch Laserstrahlen den Kanal geschaffen haben, ebenfalls durch Kanäle von Laserstrahlen (wäre eine Möglichkeit)

Ich bastele übrigens gerade an einem Javaskript, das ich gedenke ins Internet zu stellen. Dann kann jeder die Variablen verändern und mal kucken ob das alles so funktioniert.

Ich habe übrigens mal über Nacht nachgedacht. Die Reibung in der Athmosphäre erzeugt eine Hitze von 3400 Grad. Leider dürfte die Luft in einem frischen Blitzkanal erheblich heißer sein. Ich denke dennoch, daß ein transport von Lasten möglich sein könnte.

Wolfrum
13.06.2007, 16:33
Noch ein paar Worte zu Deinen Blitzen.

Du musst eine elektrische Entladung über eine Strecke von rund 100 km verursachen.
(20 km hoch, 0,1 km lang, 20 km runter. Elektrodenabstand auf dem Boden mindestens so groß, wie die beiden Strecken zusammen) Wenn es ein Blitz werden soll, dann muß die dazu nötige Spannung auch etwa in dem Bereich liegen, wie er in der Natur vorkommt. 200 kV pro m. Das bedeutet 20GV zwischen den beiden Elektroden. Wie willst Du den Spannungsausgleich direkt in das umgebende Erdreich verhindern? Wie willst Du überhaupt 20GV isolieren?

Herzliche Grüße

MAC

Soviel wird nicht wirklich benötigt. Auch natürliche Blitze haben nur einige hundert Megavolt. Um einen Meter Luft zu durchschlagen braucht man theoretisch 3 Megavolt. Also könnten natürliche Blitze theoretisch nur 300 meter Luft durchschlagen. In der Praxis arbeiten sich aber Blitze auch mal 140 Kilometer weit durch den Himmel. Das funktioniert, weil sie sich stückenweise durch die Athmosphäre entlangtasten und dabei den natürlichen ionisationsspuren der kosmischen Strahlung folgen.

In unserem Falle ist die Luft aber schon in elektrisch leitenden Kanälen ionisiert. D.h. wir brauchen viel weniger Spannung. Ich rechne mal mit einigen Millionen Volt. Vergleiche das mal weniger mit Blitzen in der Luft. Vergleiche es mit einem Draht, den eine Entladung verdampfen läßt. Da braucht man eher Ampere als Volt.

Willst du mich jetzt zwingen, auch noch die elektrische Seite durchzurechnen? :)

Ich bastele übrigens gerade an einem Javaskript, das ich gedenke ins Internet zu stellen. Dann kann jeder die Variablen verändern und mal kucken ob das alles so funktioniert.

Ich habe übrigens mal über Nacht nachgedacht. Die Reibung in der Athmosphäre erzeugt eine Hitze von 3400 Grad. Leider dürfte die Luft in einem frischen Blitzkanal erheblich heißer sein. Ich denke dennoch, daß ein transport von Lasten möglich sein könnte.

mac
13.06.2007, 16:53
Hallo Wolfrum,


(Messungen ergeben nur extrem selten Feldstärken von über 200.000 V/m, was deutlich unter dem Wert für den Durchbruch liegt). Daher wird heute davon ausgegangen, dass die Luft zuerst durch Ionisation leitfähig gemacht werden muss, damit es zu einer Blitzentladung kommen kann.
aus: http://de.wikipedia.org/wiki/Blitz




Während der Hauptentladung wird in erster Linie die im Leitblitzschlauch gespeicherte negative Ladung zur Erde abgeführt.
aus: http://www.aldis.at/physik/index.html



Wenn ich die oben stehenden Zitate richtig verstehe, und der Stoff meiner E-Technik-Vorlesungen nicht schon gänzlich verblasst ist, dann kann ich Deinen Angaben:
Soviel wird nicht wirklich benötigt. Auch natürliche Blitze haben nur einige hundert Megavolt. Um einen Meter Luft zu durchschlagen braucht man theoretisch 3 Megavolt. Also könnten natürliche Blitze theoretisch nur 300 meter Luft durchschlagen. In der Praxis arbeiten sich aber Blitze auch mal 140 Kilometer weit durch den Himmel. Das funktioniert, weil sie sich stückenweise durch die Athmosphäre entlangtasten und dabei den natürlichen ionisationsspuren der kosmischen Strahlung folgen.nicht folgen. Der Leitblitzschlauch kann sich nicht Stück für Stück vortasten und dann für dieses Stück entladen. Er muß als komplette Strecke (Stück für Stück weiter aufgebaut) stehen, erst dann kann er sich entladen und dafür braucht er offensichtlich Spannungen in der Gegend von <= 200000 V/m.

Deine Vorstellung dass die Ladungsträger sozusagen ihren Weg stückweise nehmen können ist nicht richtig. Der Spannungsausgleich zwischen zwei Punkten findet nicht durch einen kompletten Transport aller Ladungsträger von einem Punkt zum anderen statt, sondern nur bis zum Spannungsausgleich zwischen diesen Punkten.


Willst du mich jetzt zwingen, auch noch die elektrische Seite durchzurechnen? :) wie sollte ich? ;) Aber was bleibt von Deiner Vorstellung übrig, wenn das nicht funkioniert?

Herzliche Grüße

MAC

Wolfrum
15.06.2007, 17:31
http://www.terrorfehlschlag.ja-nee.de/blitze_und_raumfahrt.htm

So, ich habe hier ein kleine Html-formular mit [SIZE="4"][Javaskript-Programm [SIZE="4"][geschrieben. Das kann jetzt jeder nachrechnen, da&#223; zumindest der himmelsmechanische Teil kein Problem sein wird, wenn das mit den Blitzstationen klappt.

Ich bin mir absolut sicher. Sollte es m&#246;glich sein, durch Blitze die Luft auf 1&#37; der urspr&#252;nglichen Dichte zu vermindern, so ist ein Start mit einem Raumschiff aus einer Magnetbahnschleuder problemlos m&#246;glich. Wahrscheinlich sogar als wiederverwendbares Schuttle. Auch Bemannte Fl&#252;ge w&#228;ren m&#246;glich. Mit einen Europreis bei Massenfracht von einigen Euro pro Kg.

PROBLEMLOS:

Und in den n&#228;chsten Tagen rechne ich das mit den Blitzstationen mal durch.

Und weil ich gerad im Gr&#246;&#223;enwahn bin. Ich nenne das Ding ab sofort das PROJEKT WOLFRUM

Wolfrum
16.06.2007, 18:26
Ich habe jetzt alles durchgerechnet, was man durchrechnen kann und ich bin der festen Überzeugung, daß es machbar ist. Wenn auch der Aufwand enorm sein dürfte. 200 Milliarden vielleicht. Aber das ist immer noch billiger als der Irakkrieg. Und dieses Projekt Wolfrum ist ein Investition in die Ewigkeit.

Mein Raumschiffchen fliegt übrigens um so besser, je schwerer es ist. Kann jeder auf meinem Simulationsprogramm ausprobieren.


http://www.terrorfehlschlag.ja-nee.de/blitze_und_raumfahrt.htm