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Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : Abheben mit elektrischem Antrieb



PlanetHunter
28.07.2011, 11:20
Hallo,

bisher kommen wir ja nur mit chemischen Antrieben in eine Umlaufbahn.
Herkömmliche Ionenantriebe oder ähnliche Antriebe funktionieren nur im Vakuum und geben viel zu wenig Schub.
Wie müsste ein elektrischer Antrieb aussehen, mit dem man von der Erdoberfläche abheben könnte? Welche Leistung muss installiert werden, damit so etwas erreicht werden kann? Gigawatt? Gibt es dazu Studien?
Merci!

MGZ
28.07.2011, 11:59
Wenn das Problem einfach darin besteht, elektrischen Strom über Rückstoß in Impuls zu verwandeln, dann ist die einzige mir bekannte Möglichkeit das Gaußgewehr. Und das braucht viel Strom.

PlanetHunter
28.07.2011, 13:12
OK, die Beschleunigung überlebt ein Mensch aber nicht, oder?

Runzelrübe
28.07.2011, 13:41
Abheben? Okay. Kriegen wir hin. In eine Umlaufbahn? Wohl eher nicht.

Die Frage erinnerte mich sofort an ein Kapitel meiner Jugend, über welches ich mittlerweile schmunzeln kann: http://de.wikipedia.org/wiki/Thomas_Townsend_Brown
Ich habe mir damals sogar die Patente von TTB zuschicken lassen. Das war mein erster Kontakt mit dem FOIPA. Meine Eltern waren sehr schockiert, dass ich innerhalb sehr kurzer Zeit Post diverser bekannter US-amerikanischer Agencies bekam. :D

Es gibt drei unterscheidbare Prinzipien, durch die ein Objekt vermittels elektrischer Energie in eine Umlaufbahn befördert werden könnte, sofern sie anwendbar wären. Eins davon ist gdM - Elektrogravitation. Die beiden anderen sind schlichtweg unwirtschaftlich. Das wäre zum Einen die elektrische Umlenkung vorhandener Luft (die ist/wird einfach zu dünn, bevor wir schnell genug sind) und zum Anderen das Mitführen von Treibstoff, der elektrisch beschleunigt ausgestoßen wird.

Der Knackpunkt dabei ist aber der Folgende: erst, wenn die voraussichtliche Energiemenge für das Erreichen einer Umlaufbahn geringer als mit chemischem Antrieb wäre und dabei das Risiko für die beförderte Fracht (und Lebewesen) verringert wird, dann wird darüber nachgedacht.

Darüber hinaus sollte auch die Hardware dazu passen. Wollen wir uns elektrisch entgegen der Gravitation beschleunigen lassen, ist der Punkt schnell erreicht, an dem alles supraleitend sein muss, damit Dir die Bude während des Betriebs nicht einfach wegschmilzt.

PlanetHunter
28.07.2011, 14:39
Dieser Biefeld-Brown-Effekt ist ja mal kurios... Hier ein Video: http://www.youtube.com/watch?v=-9smZ_-wFIc
Aber wirklich einsetzbar ist er nicht, oder?

julian apostata
19.08.2011, 12:37
Hallo,
Wie müsste ein elektrischer Antrieb aussehen, mit dem man von der Erdoberfläche abheben könnte? Welche Leistung muss installiert werden, damit so etwas erreicht werden kann? Gigawatt? Gibt es dazu Studien?
Merci!

Kurzes Rechenbeispiel: Nehmen wir mal 2 Raketen mit der Startmasse 3kg.

Beide Rakete bestehen aus 1 kg Leermasse und 2 kg Treibstoffmasse.

a: die chemische Rakete hat einen spezifischen Impuls von 4 000m/s=4 000 Newtonsekunden pro kg
Im freien Raum erreicht sie eine Geschwindigkeit von 4km/s*ln(3)~4,4km/s

b: die elektrische Rakete hat einen spezifischen Impuls von 20 000m/s=20 000 Newtonsekunden pro kg
Im freien Raum erreicht sie eine Geschwindigkeit von 20km/s*ln(3)~22km/s

Spielstand: 1:0 für die Elektrorakete!

Wie können nun beide Raketen ihre Newtonsekunden verteilen.

Und das kann die Chemorakete wesentlich besser.
Bei 2 kg Treibstoff

a: Chemorakete: 8000 Newtonsekunden=80Newton *100 Sekunden
Mit anderen Worten, da die Chemorakete ihren Treibstoff innerhalb von 100 Sekunden verpulvern kann, reicht der Schub, um die 30 Newton Raketengewicht zu überwinden.

b: Elektrorakete: 40 000 Newtonsekunden=4 Newton *10 000 Sekunden
Mit anderen Worten, da die Elektrorakete 10 000 Sekunden braucht, um ihren Treibstoff abzustoßen, erzeugt sie nicht genügend Schub, um das Raketengewicht zu überwinden.

Spielstand 1:1

Jetzt zum Energieumsatz. (P=Leistung, m=Raketengewicht, a= gewünschte Beschleunigung, u=spezifischer Impuls)

P=m*a*u/2

Das heißt, bei obengenannter Rakete wäre der Energieumsatz der Elektrorakete 5mal so hoch, wollte sie die selbe Beschleunigung erreichen. Dabei hat man schon Probleme bei der Kühlung der Chemorakete!

2:1 für die Chemorakete.

Bynaus
19.08.2011, 12:54
Abheben mit Ionenantrieb geht schon aus einem ganz einfachen Grund nicht: Ein Ionenantrieb funktioniert nur im Vakuum. Bei den hohen Spannungen, die nötig sind, um die Ionen auf die benötigten Geschwindigkeiten zu beschleunigen, gäbe es in einer Atmosphäre bloss schöne Spannungsbögen, aber keinen nennenswerten Schub. Chemie oder Nuklear, anders kommt man in absehbarer Zeit nicht in den Orbit (möglicherweise mal abgesehen von einigen Ideen, die viel Geld bräuchten, um zur Anwendungsreife entwickelt zu werden, wie Lightcrafts und Orbitalseile).

Kibo
19.08.2011, 14:05
Hallo Bynaus,

Ich würde sagen, das ist so nicht ganz richtig. Mittels Biefeld-Brown-Effekt (http://de.wikipedia.org/wiki/Biefeld-Brown-Effekt) käme man schon sehr gut in der Atmosphäre voran (und auch nur da wie schon erwähnt) und das wäre dann ein stark gedrosselter Ionenantrieb. Bei großer Höhe könnte man auf konventionellen Ionenantrieb umschalten.

mfg

Runzelrübe
19.08.2011, 14:20
Mittels Biefeld-Brown-Effekt (http://de.wikipedia.org/wiki/Biefeld-Brown-Effekt) käme man schon sehr gut in der Atmosphäre voran [...]

30kV für ein nur mehrere Gramm schweres Objekt, nicht einmal skalierbar auf mehrere kg. Daraus wird leider nix, wenn wir Tonnen bewegen wollen. :(

Kibo
19.08.2011, 15:00
Hmm ich find die Seite leider nicht, aber da hatte einer wohl schon mal einen so großen Lifter gebaut, dass der sogar seinen Hund damit anheben konnte. Also bei genügend großer Fläche kriegt man damit auch Lasten im Kilogrammbereich hoch. Laut denen (http://www.uni-protokolle.de/foren/viewt/14093,0.html) hier sinkt der Energieverbrauch bei steigender Liftergröße und pendelt sich warscheinlich so bei 1W/g ein.

PlanetHunter
19.08.2011, 16:59
Also wenn das stimmt, dann könnte man mit einem Megawatt eine Tonne transportieren...

Runzelrübe
19.08.2011, 17:58
Man kann natürlich jetzt daherkommen und weiterhin daran glauben, dass das klappen kann, egal, welche Argumente da kommen mögen. Ich hingegen bin dem gegenüber recht skeptisch, da ich diese Experimente bereits in den 90ern gesehen habe und sich seitdem nichts getan hat. Gut, nehmen wir doch mal das 1 MW für 1t unter die Lupe, um zu zeigen, dass die Skalierung nicht ohne weiteres klappt.

1MW.. da bräuchten wir also so etwas wie einen Atomreaktor, den wir mitnehmen können.. mal kurz nachschauen... aja:

http://www.aves-zh.ch/images/bullhtm/Bull52.htm


Für die Testflüge der NB-36H wurde der Reaktor im hinteren Bombenschacht eingebaut. Der Reaktor hatte eine Leistung von 1000 kW und eine Masse von 15.9 Tonnen.

Vielleicht sollte da erst einmal nachgeschaut werden, welche Reaktoren unter 1t wiegen und 1 MW bringen. Oder aber es gibt ein Sigmoidverhältnis und erst ab 20 kt lohnt sich der Bau eines Leviathans. Wäre auch ganz nett und die paar Tonnen des Reaktors fielen nicht auf.

Darüber hinaus bleibt aber leider das Problem kV gegenüber mA. Das Verhältnis lag in den Versuchen so grob zwischen 7:1 und 1:1. Skaliert auf 1 MW und bei einem Verhätnis 1:1 hätten wir 1 MV und 1 A. Im Megavoltbereich handelt es sich üblicherweise um Geräte, die Funkenschlag verursachen sollen statt ihn zu verhindern.

http://www.capturedlightning.com/frames/SpecialLichs.html
http://www.sandia.gov/media/z290.htm

Zumindest der (Kontroll)verlust durch Kurzschluss ist vorprogrammiert.

julian apostata
20.08.2011, 18:48
Jetzt zum Energieumsatz. (P=Leistung, m=Raketengewicht, a= gewünschte Beschleunigung, u=spezifischer Impuls)

P=m*a*u/2

Das heißt, bei obengenannter Rakete wäre der Energieumsatz der Elektrorakete 5mal so hoch, wollte sie die selbe Beschleunigung erreichen. Dabei hat man schon Probleme bei der Kühlung der Chemorakete!


Jetzt, wo ich mein Geschreibsel nochmals lese, fällt mir was auf. Die Kühlung erscheint mir noch als das geringste Problem. Die Frage ist doch, wie erzeugt man derartige elektrische Leistungen, welche zum Abheben notwendig wären?

Einfaches Rechenbeisspiel für u =20 000m/s und 1 kg Masse soll abheben.

(1kg*10m/s²*20 000m/s)/2=100 000 Watt=100Kilowatt.

Also noch mal Klartext. 100 Kilowatt bräuchte man, um ein Kilo Masse so zu beschleunigen, dass es innerhalb von 3 Sekunden von 0 auf 108 km/h beschleunigt.Vergleicht das mal mit den Angaben in eurem Fahrzeugbrief.

Also, Elektroraketen sind gut, wenn es nur darum geht, innerhalb von Tagen oder Wochen auf hohe Geschwindigkeiten zu beschleunigen.

Wenn es aber einfach nur darum geht, abzuheben, so ist jede Silvesterrakete haushoch überlegen.

Kibo
20.08.2011, 19:49
Was genau definierst du denn jetzt als Elektrorakete? die lifter ja anscheinend nicht, VASIMR?

@Runzelrübe soweit ich das sehe bleibt die Spannung relativ konstant bei circa 30 kV. Bei einer Hochskalierung liegt die spannung dann halt nur bei einer entsprechend größer dimensionierten Anode/Kathode an. Willst du doppelt so viel heben brauchst du also doppelt so viele Lifterzellen die natürlich doppelt so viel Watt bzw Stromstärke brauchen um auf die 30kV zu kommen.
Weniger Spannung-> weniger Auftrieb
Mehr Spannung-> Lichtbogen X(

mfg

mac
20.08.2011, 20:23
Hallo Kibo,

Du argumentierst unter Auslassung des Kernproblems
Willst du doppelt so viel heben brauchst du also doppelt so viele Lifterzellen die natürlich doppelt so viel Watt bzw Stromstärke brauchen um auf die 30kV zu kommen.Das Wichtigste hast Du weggelassen: Doppelt so viele Lifterzellen wiegen auch doppelt so viel und wenn sich eine davon schon nicht selber liften kann, dann können es beliebig viele davon ebenso wenig.

Herzliche Grüße

MAC

Kibo
20.08.2011, 22:04
Wir sollten definieren was eine Lifterzelle ist:
Die LifterZelle Bestehl aus Kathode Anode und Rahmen.

Die Zelle an sich hebt ohne große Probleme ab. Sowas kann sich jeder zu Hause selber nachbauen sofern er sich mit Elektrotechnik auskennt.
mal ein Beispiel: http://members.fortunecity.com/jlnaudin/lifters/coliseum/index.htm

Natürlich bleibt dann das Problem, wie kriegt man Energiespeicher, Travo und Kabel so leicht, das der Lifter sie mit anheben kann.

gute Nacht

(http://members.fortunecity.com/jlnaudin/lifters/coliseum/index.htm)

mac
20.08.2011, 23:13
Hallo Kibo,


Natürlich bleibt dann das Problem, wie kriegt man Energiespeicher, Travo und Kabel so leicht, das der Lifter sie mit anheben kann.Ja! Es sind doch immer wieder diese verdammten Randbedingungen, die einem das Leben so schwer machen.

Aber ich bin echt beeindruckt! Schade daß das Video nicht mehr auffindbar ist.
Am meisten gestaunt habe ich bei: Maximum terminal velocity of lifter in air (neglecting drag) 259,05 m/s. Das Ding, schneller als eine A320 – das hätte ich zu gerne gesehen, besonders die terminal velocity. :D

Damit hier kein falscher Eindruck entsteht - basteltechnisch bin ich wirklich beeindruckt.

Herzliche Grüße

MAC

PlanetHunter
22.08.2011, 12:12
Gemäß dem Video (http://www.youtube.com/watch?v=-9smZ_-wFIc), was ich schon vorher gepostet hatte, gelingt es einem russischen Studenten sogar 20g/W anzuheben (er benutzt einen Stapel Papier als Last).

Bynaus
22.08.2011, 13:26
Ganz nett, diese seltsamen Fluggeräte. Aber um nochmals auf die eingangs gestellte Frage zu antworten: Man kann mit diesen Geräten zwar "abheben", und wer weiss, vielleicht könnte man sie auch gleich so skalieren, dass sie eine echte Nutzlast transportieren können. Das Problem ist aber nach wie vor, dass diese Biefeld-Brown-Antriebe eben Luft benötigen, die "normalen" Ionen-Antriebe aber Vakuum. Ich befürchte, dem einen Antrieb würde die Puste längst ausgehen, bevor der andere irgendwas beitragen kann, und umgekehrt.

PlanetHunter
22.08.2011, 14:29
Ich befürchte, dem einen Antrieb würde die Puste längst ausgehen, bevor der andere irgendwas beitragen kann, und umgekehrt. So sehe ich das auch.

julian apostata
27.08.2011, 14:19
Jetzt zum Energieumsatz. (P=Leistung, m=Raketengewicht, a= gewünschte Beschleunigung, u=spezifischer Impuls)

P=m*a*u/2



Ganz nett, diese seltsamen Fluggeräte. Aber um nochmals auf die eingangs gestellte Frage zu antworten: Man kann mit diesen Geräten zwar "abheben",

Angesichts dieser Aussagen bin ich mir gar nicht sicher, ob meine banale Aussage da oben überhaupt registriert wurde, deswegen möchte ich mal anhand eines simplen Rechenbeispiels noch ein wenig konkreter werden.

Wir haben eine chemische Rakete mit 10 000 kg Startmasse. Der Treibstoff habe einen spezifischen Impuls vom 4 000 m/s. 10m/s² Beschleunigung braucht man mindestens zum Abheben.

Der Treibstoffausstoß berechnet sich nun so.

dm/dt=m*a/u=10 000 kg*10m/s²/4000m/s=25kg/s

Die Leistung beträgt nun 25kg/s*(4000m/s)²/2=200 Megawatt.

Diese 200 Megawatt bezieht die Rakete direkt aus dem Treibstoff und das ist technisch machbar.

Jetzt dieselbe Rakete, allerdings mit einem spezifischen Treibstoffimpuls von 20 000m/s

dm/dt=10 000 kg*10m/s²/20 000m/s=5kg/s

Für diese nur mehr 5 Kilo pro Sekunde braucht man aber jetzt eine viel höhere Leistung!

5kg/s*(20 000m/s)²/2=1 Gigawatt.

Dieses eine Gigawatt ist jetzt allerdings nicht direkt im Treibstoff enthalten, sondern muss bei der Elektrorakete quasi von außen zugeführt werden.

Um jetzt vernünftig weiter diskutieren zu können, sollte man ein Konzept vorlegen…

…wie versorgt man eine relativ leichte Rakete von 10 Tonnen Masse mit einer elektrischen Leistung im Gigawattbereich?

Major Tom
16.09.2011, 10:47
Drahtlos? (Mikrowelle/Laser)