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Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : Weltraumtourismus 2062



darek05
28.03.2012, 17:49
Im Zuge eines Projekts für mein Design-Studium erstelle ich ein Szenario für den Weltraumtourismus im Jahr 2062.
Für meine Recherche habe ich auch in diesem Forum einiges über zukünftige Antriebe gelesen.
Optimistisches Ziel ist es, Weltraumtouristen in der Zukunft über einen Weltraumlift hoch zu bringen und dann mit dem Shuttle (max. 6 Personen) weiter zu einem Weltraumhotel zu befördern. Ich gehe davon aus, das es Möglich wird, die Reisezeit mit dem Lift von jetzt vermuteten 5-7 Tagen auf unter einen Tag zu reduzieren.
Um das Hotel zu erreichen wäre noch ein Antrieb am Shuttle vonnöten. Energiequelle am Shuttle sollen große Sonnenkollektoren sein, die im Weltall ausfahren. Diese Transformation von der Liftfahrt zum Flug im All spielt für das Design eine wichtige Rolle. Welcher Antrieb wäre für den Flug vom Lift zum Hotel denkbar?
Des weiteren habe ich mir auch einige Fragen zum Lift gestellt.
Gibt es eigentlich Probleme beim Wiedereintritt in die Erdatmosphäre während der Liftfahrt ?
Die Geschwindigkeit von Objekten im All (Bsp: ISS, Space-Shuttles) ist sehr hoch.
Würde das Shuttle im All während der Liftfahrt diese Geschwindigkeit aufnehmen oder wie würde so etwas ablaufen ?

lasst euren Ideen und Gedanken freien Lauf...;)
Ich würde mich sehr über Antworten freuen

Beste Grüße

Kibo
28.03.2012, 21:29
hallo Darek,

ein eigener Antrieb zum Beschleunigen des Shuttles sollte nicht von Nöten sein. Es ist vereinfacht in etwa so, das der Weltraum Lift die Kabine nachdem es einen bestimmten Punkt überschritten hat hinter sich her zieht und dabei die Kabine immer mehr beschleunigt. In etwa so so wie ein Hammerwerfer seinen Hammer schnell um sich herum schwingt, tut das dann die erde mit ihrer Rotation bei der Kabine weil die Fliehkraft um so mehr gegenüber der Schwerkraft der Erde überwiegt je weiter oben die Kabine am Seil ist.

Für das Einfangen am Hotel brauch man dann natürlich auch irgendwie eine Lösung.

MFG

darek05
28.03.2012, 22:10
Herzlichen Dank für deine Antwort Kibo!

Ich bin davon ausgegangen, dass der Antrieb für das Shuttle es sicher flexibler machen würde. Desweiteren könnte ich mir so das Andocken an einer Station/Hotel besser/einfacher vorstellen.
Was meinst du genau mit "bestimmter Punkt überschritten" ? Von welcher Höhe sprechen wir da ca. ?

Besten Dank

Schmidts Katze
29.03.2012, 00:12
Was meinst du genau mit "bestimmter Punkt überschritten" ? Von welcher Höhe sprechen wir da ca. ?

Besten Dank

Hallo darek,

Kibo meint die geostationäre Bahn in etwa 36,000 km Höhe.
http://www.digipedia.tv/index.php?title=Geostation%C3%A4re_Bahn

Grüße
SK

darek05
29.03.2012, 01:44
Hallo SK!
Bin davon ausgegangen, dass in der Höhe von 36tsd. km die liftfahrt beendet wird. somit müsste der Lift schon eher beschleunigen.

darek05
04.04.2012, 18:40
Könnte mir jemand folgende Frage beantworten ?

"Gibt es Probleme beim Wiedereintritt in die Erdatmosphäre bzw. wie würde dieser bei der Liftfahrt vonstattengehen ?

Würde mich über eine Antwort freuen:)

Beste Grüße

Darek05

mac
04.04.2012, 20:17
Hallo Darek,

willkommen im Forum.

Das was Kibo Dir geantwortet hat, ist nur unter ganz bestimmten, äußerst selektiven Bedingungen richtig. Und zurück zum Seil kommt das Shuttle damit auch nicht. Es braucht also auf jeden Fall einen eigenen Antrieb, es sei denn, Du baust Dein ‚Hotel‘ direkt am Seil und verzichtest auf das Shuttle.

Probleme beim ‚Wiedereintritt‘ in Form von Reibungswärme gibt es nicht (für den Lift) weil sich das Seil mit der Erdoberfläche mit dreht und somit die Luft um das Seil herum nur normale Windgeschwindigkeiten (in der jeweiligen Höhe) erreicht.

Herzliche Grüße

MAC

mac
04.04.2012, 20:24
Hallo Darek,


Bin davon ausgegangen, dass in der Höhe von 36tsd. km die liftfahrt beendet wird.die kann enden, wo immer Du willst. Aber das Seil muß auf jeden Fall deutlich länger sein, sonst bleibt es nicht oben.


somit müsste der Lift schon eher beschleunigen.das habe ich nicht verstanden. Der Lift muß auf jeden Fall beschleunigen (beschleunigt werden), sonst kommt er nicht vom Boden weg, und wenn er am Ziel ist, muß er abbremsen. Innerhalb der ersten gut 100 km darf er auch nicht allzu schnell am Seil hoch steigen, sonst verglüht er durch die Luftreibung. Weiter oben kann er aber durchaus viele tausend km/h schnell werden. Und abwärts entsprechend umgekehrt.

Herzliche Grüße

MAC

darek05
04.04.2012, 21:22
Vielen Dank für deine umfassenden Antworten MAC,

Das mit der Höhe/Länge des Seiles habe ich begriffen, mich vielleicht nur undeutlich ausgedrückt.
Im Internet liest man ständig die Zahl 36tsd. Km für den Ausstieg der Weltraumtouristen und etwa 108tsd. Km für das "Gegengewicht"
Wie kommen diese 36 tsd. KM zu stande ? Es wäre doch sicher möglich, schon viel weiter unten mit dem Shuttle auszudocken und weiter zu einem "Hotel" zu gelangen ?

Zur Beschleunigung des Lifts.
Das dieser z.B. über einen Laser beschleunigt werden muss ist mir klar, jedoch habe ich mich gefragt, ob es in Zunkunft (2062) möglich sein wird, die Liftfahrt auf paar Stunden zu reduzieren, da momentan von einer Liftfahrt bis zu 7 Tage die rede ist. Diese Frage hast du mir ja beantwortet ;)

Für das Design des Shuttles habe ich mir während der Liftfahrt einen geschlossenen Körper vorgestellt, der sich nach dem Ausdocken vom Lift im All transformiert und große Sonnenkollektoren ausbreitet. Welcher Antireb sich ab da bis zum Weltraumhotel anbieten würde, kann ich momentan nicht genau sagen.
Ich gehe in der Zukunft von irgendeinem elektischen Antrieb aus. Hättest du einen Vorschlag?

beste Grüße
Darek05

mac
05.04.2012, 00:01
Hallo Darek,


Im Internet liest man ständig die Zahl 36tsd. Km für den Ausstieg der WeltraumtouristenStichwort Geostationäre Bahn.

Ein Satellit, der die Erde im freien Fall umrunden soll, muß dafür schnell genug sein. Die ISS (internationale Raumstation) umrundet die Erde in einer Höhe von rund 350 km über NN und braucht dazu gut 90 Minuten.
Die Fernsehsatteliten, deren Signale wir mit unseren Antennenschüsseln auf Dach und Balkon empfangen umrunden die Erde auch. Die Antennenschüsseln müssen ihnen aber nicht folgen.

Warum?

Nun, sie umrunden die Erde in knapp 24 Stunden einmal. (Warum nicht genau 24 Stunden, gehört hier nicht direkt zum Thema und erkläre ich Dir nur, wenn Du fragst)
Die Geschwindigkeit eines Satelliten hängt von seiner Bahn um die Erde herum ab. Ist er weiter weg, dann braucht er länger. In den geläufigen rund 36 tausend km Höhe, sind es diese knapp 24 Stunden.

Wieso ist das wichtig?

Bei einem Orbitalseil ist man nur in diesem Abstand wirklich schwerelos (wenn man dort anhält und nicht mehr weiter fährt). Darunter zieht einen die Erde immer stärker an, darüber kehrt die Fliehkraft den Eindruck von Oben und Unten um, da sie dort stärker wird, als die Erdanziehung im jeweiligen Abstand. Ansonsten ist das ein Ort wie jeder Andere, entlang des Seils.




und etwa 108tsd. Km für das "Gegengewicht"dieser Abstand ist weitgehend beliebig. Er kann kleiner sein, dann muß das Gegengewicht schwerer sein, er kann größer sein, dann braucht man ein kleineres Gegengewicht.
Im wirklichen Leben wird er allerdings eine sehr wichtige Rolle spielen bei der Berechnung der auftretenden Schwingungen des Seils. Das ist alles andere als trivial. Z.B. ist die Anziehungskraft des Mondes eine Störgröße, die das Seil in Schwingung versetzen kann – noch dazu verändert er seinen Abstand zur Erde und die Drehachse der Erde und seine Umlaufbahn taumeln umeinander.

Resonanzfrequenzen dieser verschiedenen Einflüsse müssen also entweder passiv über eine geeignete Seillänge vermieden, oder aktiv über einen Antrieb des Gegengewichts ausgeglichen werden.

Das Seil muß z.B. auch dem ganzen Schrott, der auf allen möglichen Bahnen und Abständen um die Erde herum fällt, ausweichen können. Das wird leider mit zunehmender Zeit immer komplizierter, weil sich dieser Schrott durch Nachlieferungen und durch Zerstörungen immer weiter vermehrt.




Wie kommen diese 36 tsd. KM zu stande ? Es wäre doch sicher möglich, schon viel weiter unten mit dem Shuttle auszudocken und weiter zu einem "Hotel" zu gelangen ?Ja, wäre es. Es hängt davon ab, wo dieses Hotel ist. In einer Umlaufbahn um die Erde? Dann ist es vom Energiebedarf für den Transport am günstigsten, wenn es neben dem Seil in einer geostationären Umlaufbahn ist. Nur, wozu? Das Selbe (die selbe Schwerelosigkeit, die Selbe Umlaufbahn, nämlich bezogen auf die Erdoberfläche keine) hätte man dann mit einem Hotel am Seil in dieser Höhe über dem Erdboden.

Die nächsten einigermaßen stabilen Bahnen (Bezogen auf die Erde) wären dann die Lagrange-Punkte 1 und 2, aber bis dort ist man viele Tage unterwegs. (beide sind rund vier mal so weit weg, wie die Mondbahn)

Und für jede Umlaufbahn ober und unterhalb der geostationären Bahn brauchst Du mehr oder minder viel Treibstoff (nätürlich immer noch extrem viel weniger, als bei einem Start vom Erdboden)

Wo soll das Hotel also sein?




Für das Design des Shuttles habe ich mir während der Liftfahrt einen geschlossenen Körper vorgestellt, der sich nach dem Ausdocken vom Lift im All transformiert und große Sonnenkollektoren ausbreitet. Welcher Antireb sich ab da bis zum Weltraumhotel anbieten würde, kann ich momentan nicht genau sagen.Nun, mit Strom allein, geht es nicht. Der Antrieb muß immer Masse mit, um so höherer, um so besser, Geschwindigkeit, weg von sich ‚pusten‘ Stichwort Impulserhaltung.
Die einzige Alternative dazu wären sehr große (etliche Quadratkilometer) Sonnensegel, die den Sonnenwind, richtig wie ein Segelschiff, auffangen. In der Erdumlaufbahn könnte man damit begrenzt manövrieren. Das funktioniert aber bei gewünscht kurzen Reisezeiten (und Du willst ja nicht Monate, oder Jahre lang unterwegs sein) nicht besonders zeiteffektiv.




Ich gehe in der Zukunft von irgendeinem elektischen Antrieb aus. Hättest du einen Vorschlag?Heute funktionieren Ionenantrieb und chemischer Antrieb. Ionentriebwerke sind, was den Massebedarf anbelangt, am effektivsten, aber sie bringen nur eine sehr mäßige Beschleunigung, also es dauert lange, bis man ‚Fahrt‘ aufnimmt.

Herzliche Grüße

MAC
http://de.wikipedia.org/wiki/ISS
http://de.wikipedia.org/wiki/Kosmische_Geschwindigkeiten
http://de.wikipedia.org/wiki/Erde
http://de.wikipedia.org/wiki/Weltraumschrott
http://de.wikipedia.org/wiki/Lagrange-Punkte
http://de.wikipedia.org/wiki/Ionenantrieb

darek05
05.04.2012, 12:08
vielen Dank Mac,

wichtig für mich ist es ein Szenario für den Weltraumtourismus in 50 Jahren zu schaffen. Dieses sollte natürlich auch glaubhaft sein und deshalb diese Fragen.
Du hast das sehr verständlich niedergeschrieben und das hilft natürlich sehr!
Bei meinem Szenario picke ich mir dann das Shuttle(für max 6 Passagiere) raus und dieses wir als etwa 1:5 Hartmodell gebaut.
Zum Antrieb im Weltraum könnte ich mir vorstellen, das sich in 50 Jahren noch eine Menge tut. Vielleicht ein effektiverer Ionenantrieb, der die Strecke zum Hotel schneller meistert ?
Es wäre interessant zu wissen, was in 50 Jahren möglich ist.

Stichwort Hotel. Wo genau das Hotel liegen soll weiß ich ehrlich gesagt nicht. Szenariobedingt ist es so, dass nach der Liftfahrt sich das Shuttle abkoppelt und die Fahrt zum Hotel aufbricht.
Diese Fahrt sollte etwa 1-2 Stunden andauern, in der die Reisenden das erste mal die Möglichkeit haben ein Blick auf die Erde zu werfen und die Schwerelosigkeit zu fühlen.
Wichtig bei meinem Projekt sind vorallem die Emotionen. Wie heute beispielsweise eine Weltkreuzfahrt für viele Menschen ein teueres, einmaliges Erlebnis ist, so stelle ich mir auch den Weltraumtourismus in der Zukunft vor.

Viele Grüße
Darek05

darek05
05.04.2012, 12:13
vielen Dank Mac,

wichtig für mich ist es ein Szenario für den Weltraumtourismus in 50 Jahren zu schaffen. Dieses sollte natürlich auch glaubhaft sein und deshalb diese Fragen.
Du hast das sehr verständlich niedergeschrieben und das hilft natürlich sehr!
Bei meinem Szenario picke ich mir dann das Shuttle(für max 6 Passagiere) raus und dieses wir als etwa 1:5 Hartmodell gebaut.
Zum Antrieb im Weltraum könnte ich mir vorstellen, das sich in 50 Jahren noch eine Menge tut. Vielleicht ein effektiverer Ionenantrieb, der die Strecke zum Hotel schneller meistert ?
Es wäre interessant zu wissen, was in 50 Jahren möglich ist.

Stichwort Hotel. Wo genau das Hotel liegen soll weiß ich ehrlich gesagt nicht. Szenariobedingt ist es so, dass nach der Liftfahrt sich das Shuttle abkoppelt und die Fahrt zum Hotel aufbricht.
Diese Fahrt sollte etwa 1-2 Stunden andauern, in der die Reisenden das erste mal die Möglichkeit haben ein Blick auf die Erde zu werfen und die Schwerelosigkeit zu fühlen.
Wichtig bei meinem Projekt sind vorallem die Emotionen. Wie heute beispielsweise eine Weltkreuzfahrt für viele Menschen ein teueres, einmaliges Erlebnis ist, so stelle ich mir auch den Weltraumtourismus in der Zukunft vor.

Viele Grüße
Darek05

mac
05.04.2012, 16:40
Hallo Darek,


Zum Antrieb im Weltraum könnte ich mir vorstellen, das sich in 50 Jahren noch eine Menge tut.Hm. Zumindest retrospektiv, hat sich da kaum was getan.




Vielleicht ein effektiverer Ionenantrieb, der die Strecke zum Hotel schneller meistert ?Vielleicht.

Die höchste Energiedichte erreichen nach wie vor chemische Triebwerke. Selbst bei einer (sehr unwahrscheinlichen) Verzehnfachung der Leistungsdichte eines Ionentriebwerkes, kommst Du in der vorgegebenen Zeit nicht weit.

Ob kontrollierte Fusion als Energiequelle bis dahin zur Verfügung steht und wenn ja, ob sie ihrerseits eine brauchbare Leistungsdichte (kg Antriebsmaschinengewicht/kW erzeugter Leistung) hat, weiß ich nicht. Immerhin hatte ich eine, 1967 (in jugendlichem Leichtsinn) abgeschlossene Wette, bis 1977 verloren, weil es bis dahin immer noch kein Kraftwerk mit kontrollierter Kernfusion gab. Und die hätte ich sogar dann verloren, wenn ich sie für 50 Jahre abgeschlossen hätte.

Das Shuttle muß dabei die Passagiere, die Begleiter, ihren Nahrungsbedarf, ihr Gepäck, seinen Treibstoff für hin zum Hotel und zurück zum Seil, den für diese Passagiere anteiligen Nahrungs- und Versorgungsgüterbedarf des Hotels und seines Personals transportieren. Es dürfte sich dabei in seiner Transportkapazität nicht allzu sehr vom amerikanischen Spaceshuttle unterscheiden (es braucht keine Tragflächen und kein Leitwerk, kein Fahrgestell und keinen Hitzeschild, aber es muß für den Aufstieg (durch die Atmosphäre) entweder in einer stromlinienförmigen Kapsel stecken, oder selber stromlinienförmig sein oder Auf- und Abstieg dauern entsprechend länger.

Wenn das Hotel dabei nicht selber, in konstantem Abstand zum Seil, auf einer geostationären Bahn ist, gibt es nur bestimmte Zeiten (Startfenster) zu denen ein Transfer (in der vorgegebenen Zeit) möglich ist. Wenn es aber auf einer geostationären Bahn ist, dann wird es schon nach kurzer Zeit in Konkurs gehen, weil es keine Vorteile, keine Unterschiede zu einem Hotel am Seil im geostationären Abstand bietet, aber die Anreise wesentlich teurer ist. Ob der einzige Vorteil eines Hotels auf nicht geostationärer Bahn, nämlich, daß man sich damit relativ zur Erdoberfläche bewegt, den Preisunterschied zur Seillösung wett macht?




Es wäre interessant zu wissen, was in 50 Jahren möglich ist.Ja, davon träumt die Menschheit schon immer. Meistens mit mehr oder minder lustigen Ergebnissen, wenn man es rückwärts betrachtet.




Stichwort Hotel. Wo genau das Hotel liegen soll weiß ich ehrlich gesagt nicht. Szenariobedingt ist es so, dass nach der Liftfahrt sich das Shuttle abkoppelt und die Fahrt zum Hotel aufbricht.Das ist ein ziemlicher Schwachpunkt in Eurem Szenario.

Man kann ein Objekt im All nicht einfach irgendwo ablegen und es bleibt dort. Es fängt sofort an, ‚runter zu fallen‘. Das mag Dir vielleicht etwas seltsam vorkommen - so nach dem Motto: Wie kann etwas das schwerelos ist, runter fallen? Nun, es ist schwerelos, weil es runter fällt. Auch hier: Wenn Du das genauer wissen willst, dann frag!




Diese Fahrt sollte etwa 1-2 Stunden andauern Damit fallen, egal mit welchem Antrieb, alle Lagrangepunkte, eine Mondumlaufbahn und eine Mondlandung weg. Das Hotel muß also eine Umlaufbahn um die Erde haben.






in der die Reisenden das erste mal die Möglichkeit haben ein Blick auf die Erde zu werfen und die Schwerelosigkeit zu fühlen. So lange das Shuttle beschleunigt und bremst, ist der Reisende nicht schwerelos. Und das Gefühl schwerelos zu sein, ist zumindest im ersten Moment mit der Panik beim Fallen in einen Abgrund vergleichbar. Wenn Du es selber, zumindest einen Augenblich lang erleben willst: Geh‘ ins Schwimmbad, auf den Sprungturm, mindestens 3 m und spring runter. Das Gefühl was Du beim Fallen hast (ohne den Luftzug), das ist Schwerelosigkeit. Das ist, auch wenn viele das meinen, nicht dasselbe, wie das Schweben im Wasser, das hat mit Schwerelosigkeit nichts zu tun.




Wichtig bei meinem Projekt sind vorallem die Emotionen. Wie heute beispielsweise eine Weltkreuzfahrt für viele Menschen ein teueres, einmaliges Erlebnis ist, so stelle ich mir auch den Weltraumtourismus in der Zukunft vor.Ja, das kann ich gut nachvollziehen. Ich würde das auch gerne machen, wahrscheinlich aber nur einmal und sowieso nur dann, wenn es ein wirklich wirksames Medikament gegen die Raumkrankheit gibt, oder ich im Hotel wählen kann, bei welcher (Rotations-)schwerkraft ich mich aufhalten kann.

Herzliche Grüße

MAC

mac
05.04.2012, 20:49
Hallo Darek,

wenn ich Dich richtig verstehe, dann ist für Dich das Shuttle als Design-Objekt wichtig und das mit dem Hotel eher der Aufhänger, wofür man ein Schuttle brauchen könnte?

Wie wäre es, wenn Dein Hotel auf einem permanenten Orbit um Erde und Mond herum unterwegs ist? Dann brauchst Du das Shuttle, um vom Seil zum Hotel und zurück zu kommen. Das würde dann aber nur etwa alle 6 Tage einmal möglich sein (so lange dauert der Orbit um Erde, Mond, Erde), das Shuttle würde angedockt am Hotel, mit zum Mond fliegen, dort bei Bedarf landen, ein vom Mond startendes Shuttle könnte für den Rückflug andocken, so daß man für ein Hotel mindestens 4 Shuttles beschäftigen könnte. Auf diese Weise könnte z.B. der Aufbau einer permanenten Mondbasis zumindest teilweise mit dem Tourismus finanziert werden. (OK, das ist wirtschaftstechnisch vielleicht nicht wirklich gut durchdacht). Die Attraktion für diese 'Kreuzfahrt' wäre aber, daß man sowohl einen einwöchigen Flug um Erde und Mond und, wenn man zahlen kann, zusätzlich einen knapp einwöchigen Mondaufenthalt buchen könnte. Und das Shuttle wäre in diesem Szenario nicht überflüssig.

Herzliche Grüße

MAC

darek05
06.04.2012, 14:33
Hallo MAC,

dein beschriebenes Szenario finde ich sehr interessant. Habe ich das richtig verstanden.
1.Das Shuttle fährt mit dem Lift hoch
2.Das Shuttle fliegt zum Hotel, das auf einem Orbit um Erde und Mond unterwegs ist und dockt an.
3.Shuttle und Hotel fliegen zum Mond
4.Shuttle landet bei Bedarf auf dem Mond
5.Nächstes Shuttle dockt am Hotel zum Rückflug an

Wichtig bei Shuttle ist, dass die Flugzeiten(bzw. Aufenthaltszeiten im Shuttle) nicht länger als "Tagestriplänge" erreichen. Da sonst zu viel Probleme im Interieur (schlafen,essen,duschen,...) auf mich zukommen, welche ich im Designprozess und vorallem im Hartmodell nicht realisieren kann. In dem Fall wäre das Shuttle ja die längste Zeit am Hotel angedockt.

Bei dem Konzept habe ich etwas das Gefühl, das der Haupt Dreh-und Angelpunkt beim Hotel liegt.
Wäre es nicht auch möglich, das Hotel im Erdorbit kreisen zulassen und das Shuttle könnte man dann eventuell für Tagestrips nutzen um dem Mond näher zu kommen?
Vorausgesetzt es gibt ein Antrieb der in der Zeit in die Nähe des Mondes gelangt. Das wäre vielleicht sowas wie die Vorstufe zu deinem Szenario und das Shuttle erscheint mir in dem Fall noch bedeutender.

Zu den gedachten Sonnenkollektoren.
Du hast bei den Skizzen oftmals Sonnenkollektoren gesehen, die sich nach der Liftfahrt im All ausbreiten(Stichwort Transformation). Ich gehe davon aus das in der Zukunft die Sonnenkollektoren viel mehr Energie (ca. 80%) der Sonnenenergie speichern können. Diese Würde ich sehr gerne mit in die Gestaltung einbeziehen. Könnten diese nicht die Sonnenenergie speichern und an einen Antrieb weiterleiten?
Gerne hätte ich richtige Sonnensegel mit ins Design genommen, jedoch werden diese im kleineren Maßstab in dem Szenario wohl kaum begründbar sein.

Eine zweite Idee wäre es, ein Fusionsantrieb am Shuttle zu haben, welcher über ein Seil von den Passagierraum getrennt ist.
Das Shuttle würde also von der Erde ohne Fusionsantrieb starten. Oben angekommen würde es an ein Fusionsantrieb gekoppelt, welcher hinter dem Shuttle dranhängt. Was meinst du dazu?


Beste Grüße und herzlichen Dank

Darek05

mac
06.04.2012, 23:32
Hallo Darek,


Habe ich das richtig verstanden.
1.Das Shuttle fährt mit dem Lift hoch
2.Das Shuttle fliegt zum Hotel, das auf einem Orbit um Erde und Mond unterwegs ist und dockt an.
3.Shuttle und Hotel fliegen zum Mond
4.Shuttle landet bei Bedarf auf dem Mond
5.Nächstes Shuttle dockt am Hotel zum Rückflug anJa.




Wichtig bei Shuttle ist, dass die Flugzeiten(bzw. Aufenthaltszeiten im Shuttle) nicht länger als "Tagestriplänge" erreichen. Da sonst zu viel Probleme im Interieur (schlafen,essen,duschen,...) auf mich zukommen, welche ich im Designprozess und vorallem im Hartmodell nicht realisieren kann. In dem Fall wäre das Shuttle ja die längste Zeit am Hotel angedockt.Ja. Duschen im herkömmlichen Sinne, geht in der Schwerelosigkeit nicht. Man braucht dazu, wenn man sich mit anderen Techniken nicht zufrieden geben will, eine Art Kabine, die am Hals dicht abschließt und die das Wasser absaugt. Toiletten sind da übrigens auch nicht uninteressant.

Essen dagegen sollte kein Problem sein, wenn man nicht darauf besteht, am gedeckten Tisch mit Messer und Gabel zu speisen. Du solltest bei den geplanten Ausflugszeiten nicht vergessen, daß Du Touristen und nicht ausgebildete und nach körperlichen Fähigkeiten ausgesiebte Astronauten transportieren willst. Deine Touristen müssen und wollen alle paar Stunden auf’s Klo und verklagen Dich wegen schlechtem Service, wenn sie nicht ebenso oft was zu Essen und zu trinken bekommen.




Bei dem Konzept habe ich etwas das Gefühl, das der Haupt Dreh-und Angelpunkt beim Hotel liegt. Das liegt an Deiner Vorgabe. Das Motiv für Dein Shuttle ist Tourismus. Das mußt Du dann auch selber ernst nehmen, wenn Du glaubwürdig sein willst. Liegt der Angelpunkt dabei nicht immer da, wo man sich als Tourist die längste Zeit aufhält?

Egal wie Du es auch immer gestaltest, die Touristen werden bei Deinen sonstigen Einschränkungen für die Konstruktion des Shuttles, sicher nicht im Shuttle wohnen wollen/können, oder es geht ähnlich zu, wie bei den Apollo-Kapseln und dafür werden nicht viele so viel Geld ausgeben wollen.




Wäre es nicht auch möglich, das Hotel im Erdorbit kreisen zulassen und das Shuttle könnte man dann eventuell für Tagestrips nutzen um dem Mond näher zu kommen?Du bist hier in meinem Verständnis nicht konsequent. Wenn Du dem Mond mit dem Shuttle in so kurzer Zeit näher kommen willst, brauchst Du sehr viel Treibstoff, dessen Transport den Lift unnötig auf Kosten wichtigerer Güter blockiert. Wenn Du ohne diesen Treibstoffbedarf auskommen willst, dann dauert Dein Tagesausflug mindestens 24 h, denn Du kannst nur mit der Erddrehung wieder am Seil andocken, also mußt du zur rechten Zeit mit der richtigen Geschwindigkeit am rechten Ort vorbei kommen, sonst mußt Du eine Geschwindigkeitsdifferenz von bis zu 22 km/s (fast 80000 km/h) ausgleichen. Dafür brauchst Du mehr Treibstoff, als bei einem Start von der Erdoberfläche. Bei einem Hotel im Erdorbit, egal in welchem, ist das genauso. Du bist nicht mit einem Bus auf der Erdoberfläche unterwegs, folglich wäre auch die Optimierung Deines Szenarios auf dieses Reisegefühl hin, ein gigantisches Kostenoptimierungspotential für Deine Konkurrenz.




Vorausgesetzt es gibt ein Antrieb der in der Zeit in die Nähe des Mondes gelangt.Solche Technologien stehen niemals für sich selber, sind niemals unabhängig von konkurrierenden Verfahren. Wenn der Antrieb zu gut wird, dann macht er z.B. das Seil überflüssig.

In der nächsten Woche werde ich vielleicht die Zeit finden, eine EXCEL-Tabelle aufzustellen, mit der Du Dir den Treibstoffbedarf bei chemischen und bei Ionentriebwerken unter verschiedenen Rahmenbedingungen darstellen kannst. (Eine mehr oder minder große Treibstoffmasse brauchst Du immer, egal wo Du die Energie für seine Temperatur (= Ausstoßgeschwindigkeit) her nimmst. Am meisten sparen kannst Du dabei mit intelligenten Flugrouten und mit genügend Zeit.

Du hast bei der Konstruktion selbstverständlich jede Freiheit, die Dir Dein ‚Auftraggeber‘ zugesteht. Was ich hier mache, ist nur meine Antwort auf Deinen Wunsch, realistisch/glaubwürdig zu bleiben. Ob Du und wo Du dem folgen willst, entscheidest immer Du.

Das Hotel im Erdorbit, weit weg und nicht synchron zum Seil, ist in meinen Augen ohne zusätzliche Attraktion, die seine wesentlich höheren Infrastrukturkosten ausgleichen könnte, insofern sehe ich es als unrealistisch. Mag sein, daß das einem Designer, der Deine Arbeit begutachtet, nicht auffällt, nicht wichtig ist, mag sein, daß doch – kann ich nicht wirklich einschätzen. Einem Ingenieur, der es gewohnt ist kostengünstige Lösungen zu finden, fällt sowas aber sehr wahrscheinlich doch auf.

Vielleicht hat ja aber noch jemand anderes eine, für den Stellenwert Deines Shuttles, attraktive Idee?

Herzliche Grüße

MAC

darek05
07.04.2012, 14:03
Egal wie Du es auch immer gestaltest, die Touristen werden bei Deinen sonstigen Einschränkungen für die Konstruktion des Shuttles, sicher nicht im Shuttle wohnen wollen/können, oder es geht ähnlich zu, wie bei den Apollo-Kapseln und dafür werden nicht viele so viel Geld ausgeben wollen.

Das leuchtet völlig ein. Der "Hauptaufenthaltsbereich" ist das Hotel. Das Shuttle ist nur für den Transport der Passagiere und Güter zuständig.


Wenn Du dem Mond mit dem Shuttle in so kurzer Zeit näher kommen willst, brauchst Du sehr viel Treibstoff, dessen Transport den Lift unnötig auf Kosten wichtigerer Güter blockiert. Wenn Du ohne diesen Treibstoffbedarf auskommen willst, dann dauert Dein Tagesausflug mindestens 24 h, denn Du kannst nur mit der Erddrehung wieder am Seil andocken, also mußt du zur rechten Zeit mit der richtigen Geschwindigkeit am rechten Ort vorbei kommen, sonst mußt Du eine Geschwindigkeitsdifferenz von bis zu 22 km/s (fast 80000 km/h) ausgleichen.


Das Hotel im Erdorbit, weit weg und nicht synchron zum Seil, ist in meinen Augen ohne zusätzliche Attraktion, die seine wesentlich höheren Infrastrukturkosten ausgleichen könnte, insofern sehe ich es als unrealistisch.

Das war mir so nicht ganz klar. Vielen Dank für die Erläuterung.
Nach reichlicher Überlegung möchte ich mich korrigieren und denke, dass Dreh und Angelpunkt ruhig das Hotel sein darf ;-) Ich gestalte in diesem Szenario dann einfach das Shuttle als Transportmittel. In deinem Szenario gibt es ja auch einen großen Nutzen für das Shuttle. Alles andere, mir momentan durch den Kopf schwebende, macht in irgendeiner Hinsicht keinen Sinn.
Du merkst, es ist für mich nicht leicht ein gut durchdachtes Szenario für das Shuttle zu erstellen, da es eine Menge zu beachten gibt und ich als Transportation Designer nicht die Expertise mit bringe. Dennoch wollte ich, dass das Szenario drumherum einigermaßen schlüssig ist. Mit dem Hotel permanent im Orbit um Erde und Mond wirke ich natürlich glaubwürdiger und hätte auch Argumente dafür. Hierzu werden sicherlich noch ein paar Fragen auftauchen :-)

Zum Thema Antrieb des Shuttles.
Inteligente Flugrouten und genügend Zeit sind ein sehr gutes Argument!
Für den Ionenantrieb wären die Solarzellen von nöten, da die Energie zur Erzeugung der elektromagnetischen Felder aus ihnen gewonnen werden könnte. Wenn dieser Antrieb in Zukunft noch effektiver wäre, hätten also auch die Sonnenkollektoren am Shuttle abgesehen von der Gestaltung ein Nutzen. Ich bin mir nicht sicher, ob es in Zukunft möglich sein wird den Ionenantrieb effektiver zu gestalten, jedoch benötige ich einen Antrieb, der unter anderem auf die Sonnenkollektoren angewiesen ist.

Ich würde auch sehr gerne mit einem Sonnensegel arbeiten, da dies gestaterisch einen ganz besonderen Flair hat und ich viele Assoziationen mit dem Segel hätte.
Doch auf Grund der nötigen Größe des Segels erweist sich das in der Verwirklichung des Hartmodells als schwierig. Es Gibt sicher auch rein theoretisch keine Möglichkeit das Sonnensegel kleiner zu gestalten !?

Beste Grüße und vielen Dank für die Mühe

Darek05

Frankie
07.04.2012, 18:41
Ich denke mir das so:

Die Attraktionen des Szenarios sind 1.) der Anblick der Erde und 2.) des Mondes mit eventuell eingeschlossener Mondlandung.

- Eine EVA zur Betrachtung der Erde kann man nur in der geostationären Umlaufbahn machen, da sonst jeder frei fallende Körper das Hotel unwiederbringlich verlassen würde.
- Ein Start von dort zum Mond hat dieselben Kosten wie die zweite Zündung der dritten Stufe von Apollo, also so viel wie man braucht um 3km/sek. schneller zu werden.

Das Seil muß also verlängert werden, und zwar so, daß ein nahe dem Ende "angehängtes" Shuttle beim "Ablegen" möglichst genau den Mondorbit erreicht.

Dann stelle ich mir weiterhin ein im Mondorbit kreisendes Hotel vor. Dessen Bau könnte übrigens genauso erfolgen wie der spätere Transport der Gäste, nämlich über den beschriebenen Mechanismus.

Nicht möglich ist (glaube ich, berechnet hab ich es nicht) auf dem Mond auch einen Seillift zu errichten... der Mond dreht sich in 28 Tagen einmal um sich selbst, also wäre der Lift viel länger. Denkbar wäre aber, daß eine ausreichend große Masse am entfernten Ende der Erde schon wieder so nahe wäre, daß deren Schwerkraftzug das Seil wieder spannen würde (Kommentare?).

Das wäre es für Erde und Mond.

Interessant wäre noch ein Hotel in elliptischer Umlaufbahn um beide... da denke ich das diese aus Bahnstabilitätsgründen so groß sein müßte, daß man von Erde und Mond nicht mehr viel hätte, und außerdem die Einflüsse vor allem von Venus aber auch vom Mars zu groß würden. Das halte ich also für unrealistisch.

Ideen oder Kommentare?

Grüße,
Frankie

mac
07.04.2012, 20:01
Hallo Frankie,

schön daß Du Dich auch an diesem Thema beteiligst. :)


Die Attraktionen des Szenarios sind 1.) der Anblick der Erde und 2.) des Mondes mit eventuell eingeschlossener Mondlandung.Ja, und zumindest für kurze Zeit auch die Schwerelosigkeit.




Eine EVA zur Betrachtung der Erde kann man nur in der geostationären Umlaufbahn machen, da sonst jeder frei fallende Körper das Hotel unwiederbringlich verlassen würde.Ja, vom Seil aus, nicht aber von einem frei fallenden Körper aus.




Ein Start von dort zum Mond hat dieselben Kosten wie die zweite Zündung der dritten Stufe von Apollo, also so viel wie man braucht um 3km/sek. schneller zu werden.Ja,




Das Seil muß also verlängert werden, und zwar so, daß ein nahe dem Ende "angehängtes" Shuttle beim "Ablegen" möglichst genau den Mondorbit erreicht. Ein solches Seil sollte, wenn irgend möglich, mindestens so lang gebaut werden, daß man damit das Sonnensystem im freien Fall verlassen kann.

Das Shuttle, hatte Darek aber schon geschrieben und begründet, ist nicht für mehrere Tage Aufenthaltszeit geeignet, daher die Idee mit dem Orbit des Hotels um Erde und Mond (siehe die Bahn von Apollo 13) Das geht allerdings nicht rein passiv, sprich, das ‚Hotel‘ braucht einen eigenen Antrieb, zumindest für Kurskorrekturen.




Dann stelle ich mir weiterhin ein im Mondorbit kreisendes Hotel vor. Dessen Bau könnte übrigens genauso erfolgen wie der spätere Transport der Gäste, nämlich über den beschriebenen Mechanismus. vom Mond aus, könnte ein solches Shuttle auch per Katapultstart abheben. Für eine Landung wäre es aber vermutlich von Vorteil - zumindest wenn es weniger kostet die Geschwindigkeit an einen geeigneten Punkt des Seiles anzupassen, als direkt zu landen.




Nicht möglich ist (glaube ich, berechnet hab ich es nicht) auf dem Mond auch einen Seillift zu errichten... der Mond dreht sich in 28 Tagen einmal um sich selbst, also wäre der Lift viel länger. Denkbar wäre aber, daß eine ausreichend große Masse am entfernten Ende der Erde schon wieder so nahe wäre, daß deren Schwerkraftzug das Seil wieder spannen würde (Kommentare?).muß ich auch erst rechnen. Das Problem das Du schilderst, existiert allerdings nicht. Der Mond zeigt der Erde immer nur eine Seite und wenn man es auf der erdabgewandten Seite aufbaut, kommt es nicht in die Nähe der Erde und auf der Erdnahen Seite wäre diese Schwerkraftunterstützung sogar nützlich, wenn das Seil mit der Monddrehung allein, zu lang werden müßte.



Interessant wäre noch ein Hotel in elliptischer Umlaufbahn um beide... da denke ich das diese aus Bahnstabilitätsgründen so groß sein müßte, daß man von Erde und Mond nicht mehr viel hätte, und außerdem die Einflüsse vor allem von Venus aber auch vom Mars zu groß würden. Das halte ich also für unrealistisch.Wenn man mal vom touristischen Standtpunkt absieht, ist das kein großes Problem. Der Mond hat auch Lagrange-Punkte, und ein System wie das Erde-Mond-System, könnte sicher noch weitere Satelliten tragen. Es wäre halt alles zu weit weg von einer interessanteren Aussicht, als von einer geostationären Bahn.

Herzliche Grüße

MAC

Frankie
08.04.2012, 14:00
Hallo Frankie,

(...)

muß ich auch erst rechnen. Das Problem das Du schilderst, existiert allerdings nicht. Der Mond zeigt der Erde immer nur eine Seite und wenn man es auf der erdabgewandten Seite aufbaut, kommt es nicht in die Nähe der Erde und auf der Erdnahen Seite wäre diese Schwerkraftunterstützung sogar nützlich, wenn das Seil mit der Monddrehung allein, zu lang werden müßte.

(...)
Herzliche Grüße

MAC

Nein so meinte ich das nicht... gerade wegen der geosynchronen Rotation könnte ein Seil vom Mond mit entsprechender Masse am Ende, d.h. der Erde zugewandt, von der Schwerkraft der Erde straff gehalten werden...

Grüße,
Frank

darek05
10.04.2012, 12:54
Hallo Frankie,

Danke für deine Unterstützung.
Ich würde nun gerne nochmal bezüglich des Antriebs mit euch sprechen, da Dieser unmittelbar Einfluss auf das Design des Shuttles hat und somit hohe Priorität hat.
Für das Shuttle ist wie bereits erwähnt eine Transformation im All geplant. Diese werde ich auch im Hartmodell verwirklichen. Bedeutet, nach der Liftfahrt könnten die Sonnenkollektoren aufklappen und das Shuttle von einer aerodynamischen Form zu einer offenen,technischeren Form wechseln, wie du MAC auf einigen Skizzen gesehen hast.
Momentan ist mir nur klar, dass für den Ionenantrieb die Solarzellen von nöten wären. Gibt es noch andere "attraktive" Antriebe die auf die Sonnenenergie setzten?
Ich hatte auch bereits erwähnt, das ich auch sehr gerne mit einem Sonnensegel arbeiten würde. Seht ihr da in Zukunft eine Möglichkeit Dieses kleiner zu gestalten, oder reicht dann schlicht und ergreifend die Fläche für den Wind nicht aus ? Über einen getrennten Fusionsantrieb von der Passagierkabine am Shuttle habe ich mir auch gedanken gemacht. Wie steht ihr dazu?
Im Endeffekt suche ich nach Argumenten, die für das Transformieren sprechen.

Beste Grüße

Darek05

Kibo
10.04.2012, 13:26
Hallo Darek,

Schau dir mal die Punkte 2.5.2 Tetherantrieb und 2.5.7 Magnetsegel genauer an.

http://de.wikipedia.org/wiki/Antriebsmethoden_für_die_Raumfahrt#Tether


PS: Bei Sonnensegeln lässt sich schlecht noch etwas Verbessern. Die von der Sonne ausgestrahlten Photonen kommen immer aus Richtung Sonne haben eine bestimmte Energie, die sich in einer bestimmten Frequenz, also Farbe zeigt. Fängt man die Photonen mittels Sonnesegel ein wird der Impuls der Photonen aufs Segel übertragen, bei Reflektion verdoppelt sich maximal der Impuls. Ein an sich sehr simples Prinzip, von daher kann man da auch nichts verbessern solang es darum geht Photonen der Sonne zu nutzen, ist die Quelle allerdings ein Laser auf der Erde so sieht es wieder anders aus.

darek05
10.04.2012, 14:25
Zum Thema Magnetsegel habe ich mir auch schon Gedanken gemacht. Ich gehe mal davon aus, dass es sich dabei um eine Art großes Lasso handelt, welches natürlich nicht soviel Gestaltungsspielraum liefert, wie eine komplett geschlossene Fläche(Segel,Kollektoren).
Der Tetherantrieb klingt allerding interessant. Besonders interessant finde ich die Drehung um die eigene Achse zur Fortbewegung des Shuttles wenn ich das richtig verstanden habe ?!

http://www.redorbit.com/media/uploads/2003/12/d7eddcdfa9025323877672f229b6e440.jpg

Wofür wird das Teil am Ende des Seils verwendet ?

http://www.nasa.gov/centers/marshall/images/content/373858main_spacetether1_226.jpg

Wäre natürlich aus gestalterischer Sicht wichtig, dass am Ende des Seils nochmal was dranhängt. Wofür das in diesem Fall verwendet wird weiß ich jedoch nicht.

mac
11.04.2012, 17:33
Hallo Darek,

Deine Idee das Shuttle mit Solarzellen anzutreiben, ist selbst für eine Mondlandung äußerst problematisch.

Nehmen wir an, es gäbe bis dahin Solarzellen, die 73% des Sonnenlichts in nutzbare Energie umwandeln können, (Ausbeute 1 kW/m^2) dann brauchst Du für ein Shuttle mit einem Gesamtgewicht von 10,15 t (das Aufstiegsmodul der Mondlandefähre hatte 4,5 t Masse) eine wirksame (quadratische) Panelfläche von etwa 1400 m Kantenlänge, deren Masse in dieser Rechnung nicht enthalten ist (hauptsächlich deshalb, weil ich die Masse der Stützstruktur für ein solches Panel, nicht mal so eben ausrechnen kann.

Dieses Problem ließe sich ja noch ganz einfach durch einen Katapultstart lösen, aber für eine Landung mit dem Shuttle, geht das nicht mehr und dafür mußt Du (beim Mond) genau spiegelbildlich für die Landung dieselbe Geschwindigkeit abbauen, wie Du sie für einen Start aufbauen müßtest.

An dieser Fläche läßt sich auch mit der bestmöglichen Solartechnik nur noch sehr wenig (max. 37% weniger Fläche) ändern, ebenso läßt sich daran nichts Wesentliches durch noch so gute Ionentriebwerke ändern. Man braucht diese Energie, um eine solche Masse gegen die Schwerkraft (hier des Mondes) zu beschleunigen bzw. abzubremsen und dabei muß man mindestens etwas mehr aufbringen, als man durch den Mond beschleunigt wird. (Ich habe dabei mit einer erreichbaren Beschleunigung von 2 m/s^2 gerechnet)

Die einzig denkbaren Auswege: Energiespeicher (von einer bisher überhaupt nicht absehbaren Güte) an Bord, oder Energieerzeugung auf anderem Wege, als über Solarzellen, oder ein Mondseil auf der erdabgewandten -, oder der erdzugewandten Seite, mit Andockstellen auf das Mondseil nahe der Mond-Lagrangepunkte 2 respektive 1. Diese letzte Idee, muß ich aber noch genauer rechnen.

Herzliche Grüße

MAC

darek05
13.04.2012, 13:36
Hallo,

ich hatte gestern wieder ein Gespräch mit meinen Kollegen, in dem die Designrichtung festgelegt wurde.
Folgend Details zur Funktion des Shuttles
1. Elevatorfahrt: Shuttle für Aerodynamik zusammengefahren/geklappt
2. Nach Der Elevatorfahrt: Transformation des Shuttles im All. Segel klappt auf und bildet aufgespannt Fläche für Laser/Microwellenlaser.
Somit hätte ich einen externen Antrieb und man müsste auf der Route des Shuttles Laser positionieren.
Trifft der Laser auf das Segel, durchfließt das Laserlicht an bestimmten Adern (Fugen) das Segel und die Energie fließt bis in das Shuttle. Dies möchte ich auch im Hartmodell mit zb. Lichtleitern verwirklichen. Wie seht ihr die Idee, das Shuttle “extern” via Laser anzutreiben? Durch den fehlenden Antrieb wäre das Shuttle leichter und durch ein Microwellenlaser könnte man auch die Größe des Segels im Vergleich zum Sonnensegel reduzieren.

Besten Dank im voraus und ein schönen Start ins Wochenende

Darek05

mac
13.04.2012, 15:48
Hallo Derek,


1. Elevatorfahrt: Shuttle für Aerodynamik zusammengefahren/geklapptJa.


2. Nach Der Elevatorfahrt: Transformation des Shuttles im All. Segel klappt auf und bildet aufgespannt Fläche für Laser/Microwellenlaser.
Somit hätte ich einen externen Antrieb und man müsste auf der Route des Shuttles Laser positionieren.Jein!

Mit Mikrowellen kannst Du zwar Energie, aber kaum Impuls übertragen. Ohne Impulsänderung keine Manövrierfähigkeit! Du brauchst auch dabei einen Antrieb im Shuttle. Wenn es zum Mond gehen soll, dann kannts Du die Mikrowellensender nicht irgendwo 'stationieren', die bleiben nicht dort wo Du sie 'abstellst'. Eine Umlaufbahn um Erde und Mond käme in Frage.

Die Frage dabei: Du hast einen gigantischen Aufwand, nur um dem Shuttle einen konventionellen Antrieb (ähnlich Mondlandefähre) zu ersparen. Das funktioniert nur für diesen Zweck nicht! Eine (bereits rund 40 Jahre alte) Idee dazu war mal der Aufbau einiger (sehr großer) Erdorbitalstationen zur Energieversorgung der Erde durch Sonnenenergie, übertragen durch Mikrowellen auf große Antennenfelder auf der Erde. http://settlement.arc.nasa.gov/ In Bild der Wissenschaft Mai 1976 wurde das auch mal durchgehechelt. Das alles ist genau so lange völlig aussichtslos, wie die auf der Erde produzierte Energie und Rohstoffe billiger sind.



Trifft der Laser auf das Segel, durchfließt das Laserlicht an bestimmten Adern (Fugen) das Segel und die Energie fließt bis in das Shuttle. Dies möchte ich auch im Hartmodell mit zb. Lichtleitern verwirklichen.Du meinst das als optische Veranschaulichung?



Wie seht ihr die Idee, das Shuttle “extern” via Laser anzutreiben?Nur, wenn Du die Laser selber auch antreibst (Impulserhaltung) oder sie auf Erde und Mond stationierst. Ob das über solche Entfernungen noch zuverlässig funktioniert? Damit kenne ich mich nicht gut genug aus, um das mal eben durchzurechnen. Antennentechnik war für mich immer etwas mystisch.


Durch den fehlenden Antrieb wäre das Shuttle leichter und durch ein Microwellenlaser könnte man auch die Größe des Segels im Vergleich zum Sonnensegel reduzieren.Im Gegenteil, für Mikrowellen müßte das Segel eine noch größere Fläche haben (wenn Du Impuls übertragen willst), als für sichtbares Licht. Ob man mit Mikrowellenlasern (Maser) mehr Energie pro Fläche übertragen kann, als mit Laserlicht, weiß ich allerdings nicht.

Herzliche Grüße

MAC

PS das mit dem Mondseil hab' ich bald fertig. Rückseite geht (viel leichter als auf der Erde) ist aber natürlich ziemlich doof, nur auf der Rückseite zu landen. Für die erdzugewandte Seite muß ich noch rechnen.

darek05
15.04.2012, 20:56
Hallo MAC,


dann kannts Du die Mikrowellensender nicht irgendwo 'stationieren', die bleiben nicht dort wo Du sie 'abstellst'. Eine Umlaufbahn um Erde und Mond käme in Frage.


Nur, wenn Du die Laser selber auch antreibst (Impulserhaltung)

So hatte ich mir das auch vorgestellt. Der Laser mit einem eigenem Antrieb um eine Umlaufbahn um Erde und Mond.


Du meinst das als optische Veranschaulichung?

Aus der gestalterischen Sichtweise wäre das natürlich ein super Effekt.
Trifft der Laser auf das Segel durchfließt es das Segel und fließt weiter in den Antriebe des Shuttles.


Mit Mikrowellen kannst Du zwar Energie, aber kaum Impuls übertragen. Ohne Impulsänderung keine Manövrierfähigkeit! Du brauchst auch dabei einen Antrieb im Shuttle.

Einen Antrieb am Shuttle habe ich mir auch vorgestellt.Momentan habe ich aber einfach das Problem, dass ich eine Sinvolle Rechtfertigung für das Segel suche, dass auch von den Größenverhältnissen nicht zu groß ausfällt (Mit Sicht auf das Hartmodell) . Wie sich auch bei der letzten Präsentation herausgestellt hatte, ist diese Tansformation und "Zweiteilung" des Shuttles ein wichtiges Designelement welches ich unbedingt in das Design einfließen lassen möchte. Wie siehst du die Möglichkeit, eines solchen Lasersegels in der Zukunft ? Mal losgelöst von dem Jahr 2062 ? Die Laser könnten doch auch von Nutzen sein, andere Shuttle anzutreiben, wenn man davon ausgeht, dass sich langsam ein kleines "Verkehrsnetz" im All aufbaut.

Hier mal ein kl. Auszug aus "Raumfahrt-wohin&wozu ?" zum Thema Mikrowellenlaser


Ein anderer Vorschlag geht von einem 10 GWMikrowellenlaser
aus, der auf ein 1km großes Segel aus feinem
Drahtgeflecht trifft. Da mit einer gewissen Segelanordnung auch ein
Abbremsen möglich ist, braucht dafür auch fast kein Treibstoff
aufgewendet werden. Zusätzlich ließe sich auch ein Abbremsen an einer
planetaren oder stellaren Atmosphäre denken. Allerdings sind
zumindest mit Solarsegelschiffen nur geringen Nutzlasten möglich,
während bei Lasersegelschiffen die Energie um viele Größenordnungen
konzentrierter ist. Ein mehrere km² großes Segel könnte Proxima
Centauri schon nach 10 bis 20a erreichen, wenn ein ausreichend starker
Laserstrahl hineinbläst. Dieser könnte z.B. von einem Sonnen-KW
geliefert werden, das die Sonne in der Nähe der Merkurbahn umkreist.
Antriebe durch Solar-o. Lasersegel entsprechen beinahe dem Ideal des
treibstofflosen Antriebs.

Einen schönen Sonntag,

Darek

mac
16.04.2012, 00:03
Hallo Darek,

wir haben in anderem Zusammenhang, unter anderem hier:
http://www.astronews.com/forum/showthread.php?4978-Interstellare-Reise&p=73639#post73639 ff
diesese Thema schon mal etwas beleuchtet, allerdings nicht mit Mikrowellen als Energieüberträger. UMa hatte dort im Post 31 was dazu gerechnet.
Ob wir Menschen eine reale Chance haben die Fähigkeit solche Energiemengen freizusetzen, überleben können, wäre vielleicht auch eine Frage, über die man parallel zur Technikbegeisterung nachdenken könnte.

Welche Energiedichte man mit Mikrowellen erreichen kann, weiß ich allerdings bisher nicht.

Herzliche Grüße,

MAC

darek05
16.04.2012, 01:20
sehr interessanter post von UMa ! ich merke, es ist nicht so einfach hier Design bzw. Sci-fi zu verteidigen ;-)
Es handelt sich um ein sehr komplexes Thema und es gibt unendlich viel zu beachten.
In meinem Fall liegt wie du ja weißt, die Geschichte und die Emotionen im Vordergrund, welche ich mit dem Designmodell und den Bilderwelten erschaffen möchte.
Niemand verlangt von mir ein auf die technische Funktion durchdachtes Shuttle.
Allerdings sollte das Konzept bzw. der background stimmen, da es mir sonst zu willkürlich wird. Etwas Sci-fi darf dennoch ruhig sein.

mac
17.04.2012, 00:59
Hallo Darek,

ich hatte schon geschrieben, daß es nicht möglich ist das Shuttle durch das Segel zu beschleunigen, ohne daß dabei die im Orbit befindlichen Laser selber angetrieben werden. Du ersetzt also einen Antrieb im Shuttle, durch den gleich starken Antrieb in jedem Laser-Satelliten und Du brauchst obendrein etliche Laser auf der Mondoberfläche, (wenn Du dort landen willst) von denen rund die Hälfte zu jedem Zeitpunkt kein Sonnenlicht 'sieht'. Du konkurrierst mit dieser Technik gegen die in Deinem Szenario wesentlich billiger zu betreibende Orbitalseiltechnik für den Mond. Das wäre in meinen Augen nicht glaubwürdig.

Da Du voraussetzt daß es in den nächsten 50 Jahren möglich sein wird ein Orbitalseil für die Erde zu bauen, gibt es keinen Grund, warum sowas nicht auch auf dem Mond möglich wäre. Es wäre dort, durch die geringere Mondgravitation, Materialtechnisch bereits heute möglich, sowas zu bauen. (Es geht auf beiden Seiten des Mondes: Erdzugewandt und Erdabgewandt.) Damit würdest Du für Dein Shuttle und das Hotel nur noch einen relativ schwachen Antrieb mit überschaubar großen Solarzellenflächen und Ionentriebwerken brauchen, die kleiner sein können, als der Antrieb der Mondlandefähre. Zu den Einzelheiten später.

Herzliche Grüße

MAC



PS: Die Zeichnungen (Darek hatte mir einige vorläufig noch vertraulich zu haltende Zeichnungen gemailt, ich hoffe Du kannst sie nach geraumer Zeit für uns alle zugänglich machen?) finde ich ästhetisch sehr ansprechend - praktisch sind die Segelflächen aber erheblich zu klein. Um das anschaulich zu machen: Du verbrennst in Deiner Mikrowelle innerhalb von Sekunden einen kleinen Fleischwürfel, ohne daß der sich auch nur um einen mm weg vom Magnetron bewegt. (Außer, wenn das Wasser in ihm explosionsartig verdampft, was Du aber mit Deiner Antenne nicht erleben wilst) Außerdem: Welchen Sinn soll der Energietransport vom Segel ins Schiff haben, wenn Du das Schiff nicht mit einem eigenen Rückstoß-Antrieb (Ionentriebwerk) ausstatten willst?

Herzliche Grüße

MAC

darek05
17.04.2012, 11:11
Guten Morgen MAC !

Selbstverständlich werde ich nach der Präsentation den fertigen Entwurf für alle zugänglich machen!
Ab der ca. 2. Mai Woche beginnt der CAD Bau am PC. Aus dem Grund sind Änderungen am Konzept des Shuttles nur noch bis Ende April möglich.
Ich muss mich deshalb auch diese Woche entscheiden, wie genau ich das Shuttle Antreibe, da ich nach diesen Kriterien das Shuttle Gestalte und noch die orthogonalen Ansichten für die Modeleure erstellen muss.


Damit würdest Du für Dein Shuttle und das Hotel nur noch einen relativ schwachen Antrieb mit überschaubar großen Solarzellenflächen und Ionentriebwerken brauchen, die kleiner sein können, als der Antrieb der Mondlandefähre

Okay, du siehst also als Antrieb 1. den Erd/Mond Elevator und 2. am Shuttle Solarzellenflächen und einen Ionentriebwerk?
Bin ab Beitrag 24 davon ausgegangen, dass du ein Solarzellen+Ionentriebwerk Antrieb für ausgeschlossen hältst (Landung und Start war allerdings sicher ohne Mondseil gedacht).
Die Frage ist natürlich, wie groß müssten die Solarzellen sein? Wenn man mal davon ausgeht das Diese etwa 75%-85% des Sonnenlichts in nutzbare Energie umwandeln können.

Du hast in paar Zeichnungen lesen können, dass die Solarzellen zusammengeklappt die Kontur und Größe des Shuttles haben. Hältst du das mit einem Ionenantrieb für ausreichend? (Ruhig auch etwas optimistisch betrachtend ;-) )
Desweiteren denke ich noch über die Zweiteilung des Shuttles nach (die Idee mit Segel und Shuttle getrennt von einander). Möglich wäre vielleicht auch, dass die Solarzellen sich nach dem aufklappen etwas weiter vom Shuttle bewegen um kein Schatten vom Shuttle abzubekommen. (Ich werde das noch visualisiern und es dir zuschicken, damit du eine Vorstellung davon bekommst was ich genau meine).
Noch etwas zur Personenanzahl die das Shuttle aufnehmen soll. Bei der letzten Präsentation viel immer wieder das Wort "Kreuzfahrt" im All. Einige machten den Vorschlag von einer Peronenanzahl von ca. 30-40.
In meinen Augen ist das zu viel, wenn mann das dazu entstehende Gewicht betrachtet. Welche Anzahl an Personen siehst du für realistisch? Habe da an etwa 10-15 Personen samt 3-köpfiger crew gedacht.

Alles in allem müssen diese Woche einige Entscheidungen fallen, da es sonst mit dem Zeitplan Probleme geben wird.

Vielen Dank für deine Unterstützung MAC !

Beste Grüße
Darek

PS: Falls du Dokumente (z.B. Berechnungen) speziel für dieses Projekt angefertigt hast (und wenn es auch Handaufschriebe sind ), würde ich diese sehr gerne mit in meine Dokumentation aufnehmen. Selbstverständlich nur mit Quellenangabe und deiner Zustimmung.

mac
19.04.2012, 01:58
Hallo Darius,


ich habe heute den halben Tag für Dein Projekt recherchiert und gerechnet, bin aber noch nicht so weit, daß ich dir Masse und Volumen für alle Komponenten sagen kann.

Nur so viel vorab: Wenn das Shuttle 50 Tonnen wiegt, halb soviel wie das Spaceshuttle, brauchst Du für das Anpassungsmanöver Erdseil Hotel und das Manöver Hotel Erdseil, maximal je 110 Megawattstunden elektische Energie (bei gut 80% Wirkungsgrad für das Ionentriebwerk) und verbrauchst dabei je 3 Tonnen Stützmasse. Rechne für 10 Tonnen, einen Kubikmeter Volumenbedarf. Wenn Du eine Solarzellenfläche von 20000 m^2 für 20MW zur Verfügung hast, dann brauchst Du damit für ein solches Manöver mit dem Shuttle 0,2 Tage. Alles mit utopischem Wirkungsgrad gerechnet. Ich bin gerade dabei mich in die Brennstoffzellentechnischen Rahmenbedingungen einzulesen, denn auf der Erd-Nachtseite gibt es keine Solarenergie und die Fläche der Solarzellen ließe sich für Deine Gestaltungsgrenzen auch nicht mehr entscheidend verringern. Einziger Ausweg: Ein Energiespeicher, der auch im angedockten Zustand durch die Solarpanele aufgeladen wird. Jede bisher bekannte Akkutechnologie ist dafür um mehrere Zehnerpotenzen zu schwach. Es wird wohl auf einen (halb)utopischen Brennstoffzellen-Akku hinauslaufen. Der soll es Dir ermöglichen, die Solarzellenfläche auf besser handhabbare Größe zu reduzieren.

Im Moment bin ich noch der Meinung, daß das Anpassungsmanöver an den Mondlagrangepunkt 1 und dort an das Mondseil, deutlich weniger Energie brauchen wird, ich muß aber eine solche Umlaufbahn erst noch genauer rechnen und hoffe, daß ich dabei auch mit dem Hotel einen Teil der Manöverenergie für die Erdübergaben auffangen kann.

Zwischendurch dachte ich auch schon mal an ein Solarzellensegel mit 100000 m^2, um weniger Stützmasse zu verbrauchen, aber Du würdest mit einem solchen Segel nicht nur gestalterische Probleme bekommen, sondern auch reale Probleme beim Andocken an das Hotel haben. Die (Manöver-)energieversorgung des Hotels allerdings, könnte man mit einem einige Quadratkilometer großen Solarzellensegel (das ist nicht als Auffangfläche für den Strahlungs- und Sonnenwinddruck gemeint, sondern als Solarzellenfläche, ohne, oder nur mit formgebenden eigene Stützstrukturen) bewerkstelligen. (Solarzellen kann man auch heute schon auf sehr dünnes Folienmaterial aufbringen) Das Hotel hat für seine Manöver auch wesentlich mehr Zeit und muß das Segel nicht ständig ein und ausfahren. Die Umlaufbahn des Hotels wird nun allerdings wie schon gesagt, nur bis zum Mond-Lagrangepunkt 1 gehen (rund 56000 km über der Mondoberfläche, in Richtung Erde) und diese Bahn dauert, obwohl sie viel kürzer ist, deutlich länger als 5 Tage für einen Umlauf. Wieviel genau, muß ich noch rechnen.

Soweit erst mal das und damit hast Du auch gleich die Basis für meine Kritik an Deinem Entwurf: Die Solarzellen sind entweder für die alleinige Versorgung zu klein, oder völlig überflüssig, wenn die Energie komplett aus den Brennstoffzellen gewonnen würde und das Shuttle am Hotel Energie auftanken kann. Ich will versuchen, ob ich Brennstoffzellen und Solarzellen etwa auf halbe halbe für die Energieversorgung des Shuttles trimmen kann, halbe halbe im Sinne von Aufladezeit durch die Solarzellen des Shuttles während des gesamten Fluges reicht gerade, um die 'Akkus' voll aufzuladen. Aber das wäre nur für Deinen Wunsch Solarzellen gestalterisch zu verwenden. Wenn es wirklich auf diese Weise halbe halbe geht, dann wären die Solarzellen im wirklichen Leben, zumindest für die Manöverenergie, ziemlich überflüssig.

Ich weiß jetzt noch nicht, wie weit Dir die Vorgabe von 50 t einen Anhaltspunkt für die Anzahl der Passagiere liefert. Wenn ich das Lebenserhaltungsystem für das Shuttle auch recherchieren soll, dann komme ich eventuell mit Deiner Zeitvorgabe nicht mehr aus. Du kannst die Masse des Shuttles auch noch anders wählen. Die nötige Fläche der Solarzellen steigt bei einer Verdoppelung auf 100 t auch auf etwas mehr als die doppelte Fläche. Der Stützmassenverbrauch steigt dann auf rund 6,6 t pro Manöver.

Herzliche Grüße


MAC

UMa
19.04.2012, 10:38
Hallo Darek,

vielleicht hilft diese Internetseite bei den Berechnungen zum Antrieb weiter.
http://www.bernd-leitenberger.de/grundlagen-der-raumfahrt.shtml

@MAC
20WM Solarzellen hätten heute bei optimistischen 60W/kg 333t Masse. Ist das nicht zuviel für das Shuttle?
10 Tonnen für einen Kubikmeter sind ganz schön viel? Du willst Quecksilber als Stützmasse nehmen?

Grüße UMa

mac
19.04.2012, 18:23
Hallo UMa,



vielleicht hilft diese Internetseite bei den Berechnungen zum Antrieb weiter.
http://www.bernd-leitenberger.de/grundlagen-der-raumfahrt.shtmlDanke erst mal dafür!



20WM Solarzellen hätten heute bei optimistischen 60W/kg 333t Masse. Ist das nicht zuviel für das Shuttle?Ja! Darek studiert Design. Er legt großen Wert auf ästhetische Formen. Der technische Sinn solcher Solarpanele leuchtet mir bei einem solchen Shuttle auch nicht ein. Ich sag‘ mal so: Wenn ich die Fläche der Paneele auf die Größe reduziere, die er sich vorstellt, dann brauche ich sie technisch eigentlich nicht mehr wirklich.

Aber warum er darauf Wert legt, ist mir nach der Ansicht seiner Entwürfe durchaus klar, und es wäre sehr schade, wenn ich sie wegrationalisieren würde. :D

In der Realität müßte eine Umlaufbahn Erde-Mondlagrangepunkt 1 irgendwo die gut 5° Mondbahnneigung anpassen, wenn man von dieser Umlaufbahn, an das Erdorbitalseil andocken will. Das sind rund 1000 m/s Geschwindigkeitsänderung und der Lift, an den angedockt wird, muß sich mit der Umlaufbahn mitbewegen (runter und hoch für die Zeit der Feinanpassung).

Das kostet, (ohne Verluste) die schon genannte Energie und Stützmasse bei 15000 m/s Treibstoffausstoß. Der ginge auch heute schon, zwar schneller, aber dann kostet es im Quadrat mehr Energie. Ich bin mit der Zeit für dieses Manöver schon rauf auf 6 Stunden. Weil er keine Sanitärräume für seine Touristen im Shuttle unter bringen kann, kann ich diese Zeit aber auch nicht auf vernünftige Werte verlängern.

Inzwischen suche ich mir wenigsten Hausnummern für die nötigen Massen und Volumina bei Brennstoffzellen (ich werde erst mal mit 3 l/kWh und mit 30 kg/kWh arbeiten) Siehe dazu:

http://en.wikipedia.org/wiki/Energy_density
http://www.fvee.de/fileadmin/publikationen/Themenhefte/th2004/th2004_06_03.pdf
und besonders
http://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_storage mit bisher oder in naher Zukunft anvisierten Werten.

Mit dieser Energiedichte pro kg bin ich da über alle Maßen optimistisch, aber für Designer ist das, denke ich, noch ok.

Und mit einem wahrscheinlich ähnlich 'realistischen' Fusionsreaktor, würde ich ihm jedoch endgültig jeden Sinn für die Solarpanele wegnehmen.



10 Tonnen für einen Kubikmeter sind ganz schön viel? Du willst Quecksilber als Stützmasse nehmen?Ja! Einfach, weil Xenon gut 5 Größenordnungen seltener vorkommt. Wenn ich den heutigen Preis verzehnfache, kostet ein Apassungsmanöver damit rund 15000 $ an ‚Verbrauchsmaterial‘.

Da Darek die groben Daten für den Masse- und Volumenbedarf bis Ende der Woche braucht, bin ich erst mal damit beschäftigt. Danach will ich die Umlaufbahn und die Manöver etwas detailierter nachrechnen, bzw. simulieren. Als graphische Hintergrundinformation macht sich das wahrscheinlich ganz gut bei seiner Präsentation und ich hab' jetzt schon eine Menge wirklich Neues gelernt. :)

Herzliche Grüße

MAC

EDIT: Verflixt und Zugenäht! Jetzt wo ich das mit den 5° hingeschrieben habe, fällt mir auf einmal auf, daß das unmöglich bezogen auf die Erdäquatorebene sein kann, so wie sich der Mond verhält, wenn ich in den Himmel schaue. Das muß sich auf die Ekliptikebene beziehen! Hm! Das reduziert die Zeiten solcher Ausflüge mit dieser Technik auf zwei kurze Zeitabschnitte im Jahr? Muß ich mir noch klar machen! Das bedeutet dann wahrscheinlich, daß man die Solarpanele nur noch für die akute Stromversorgung braucht und das Shuttle mit chemischer Reaktionsenergie (Wasserstoff Sauerstoff, oder so, eben wie bisher) antreibt. Das geht, aber man braucht Platz dafür. Muß ich auch nochmal nachlesen.

darek05
19.04.2012, 19:28
Hallo MAC,

mir ist eine Idee gekommen, wie ich die Fläche der Solarkollektoren auf ein vielfaches vergrößern könnte.
Ausgehend von etwa vier 20m langen ”Solarkollektorarmen” könnten sich diese, laut meiner Berechnung , durch einen Klappmechanismus auf eine Fläche von etwa 11309 m² ausbreiten.
Vielleicht haben die Kollektoren in dieser Größenordnung einen Mehrwert für das Shuttle ?!
Im Hartmodel stelle ich mir es dann so vor, dass nur Stufe 1 der Transformation(der Sonnenkollektoren) zu sehen ist. Auf den Plakaten und in der Präsentation könnte ich dann auch die voll ausgestreckten Kollektoren zeigen.
Ich bin dabei den Entwurf zu visualisieren und versuche ihn Dir bis heute Abend per Mail zu schicken.

Beste Grüße

Darek

@ UMa
Vielen Dank für deine Unterstützung und die Internetseite. Da kann ich einige Informationen für die Dokumentation recherchieren.

mac
20.04.2012, 02:14
Hallo Darius,

es tut mir Leid um Deine viele Arbeit. Dein Entwurf sieht toll aus! Aber das funktioniert so nicht! Du 'Pustest' dieses Sonnensegel mit dem Abgasstrahl des Shuttles an und machst damit den Antrieb wirkungslos. So ähnlich, als wolltest Du Dein Segelbot mit einem Ventilator antreiben, den Du ins Segel pusten läßt.

Herzliche Grüße

MAC

darek05
20.04.2012, 02:38
Hallo MAC,

Gegenvorschlag:
Man könnte die Solarkollektoren im ausgefahrenen Zustand in der Mitte trennen. So entstehen zwei "Segel". Ich werde mir darüber Gedanken machen und es visualisieren.
Danke für dein Feedback !

Beste Grüße

Darius

mac
21.04.2012, 04:25
Hallo Darek,

mir ist jetzt endlich ein praktikabler Ausweg für das Inklinationsproblem (Siehe hier : http://www.bernd-leitenberger.de/orbits.shtml im unteren Drittel ‚Veränderung der Inklination‘ ) eingefallen. Ich erkläre Dir das was dahinter steckt, später noch genauer.

Das wäre auch mit dem Shuttle alles kein Problem, wenn nicht das Blasenkapazitätslimit ;) hier einen engen zeitlichen Rahmen setzen würde und Du Dich weigerst, ein Klo einzubauen.

Das ‚Hotel‘ hat genug Zeit, mit einem größeren Solarzellensegel bei jeder Mondposition ein Anpassungsmanöver durchzuführen.

Du hast gestalterisch jetzt völlig freie Wahl bei Größe und Ausführung der Solarzellen. Manövertechnisch werden sie eigentlich nicht mehr gebraucht.

Das Shuttle braucht etwa 10000 Kilowattstunden Manöverenergie, die Du auch im, ans Hotel angedockten Zustand, durch die Shuttlesolarzellen wieder ‚auftanken‘ kannst, aber nicht muß. Das Hotel kann Dir diese Energie auch liefern.

Du brauchst einen ‚Akkumulator‘ mit 5 m^3 und einer Masse von 0,5 t
Du brauchst 2 m^3 mit einer Masse von 4 t für den Brennstoffzellengenerator
Du kannst Solarzellen verwenden bis hinauf zu 400 m^2. Mehr wäre sinnlos. Wenn Du Solarzellen verwendest, dann reduzieren sich Masse und Volumen von Akkumulator und Generator proportional. (200 m^2 Solarzellen halbieren ihre Größe) Du solltest sie damit aber höchstens halbieren, denn ohne sie kannst Du auf der Nachtseite der Erde nicht manövrieren und das mußt Du können.

Du brauchst für das Manövrieren auf jeden Fall Stützmasse (wie UMa schon vermutete, habe ich Quecksilber vorgesehen) 1 Tonne braucht 100 Liter (=0,1 m^3) Platz. Pro Manöver wird das Shuttle davon ganz grob 50 bis 200 kg verbrauchen.

Nun zum Antrieb. Das Shuttle braucht ein Haupttriebwerk und die Lagekontrolle. Die Amerikaner nennen das ‚reaction control Thruster‘. Hier eine Nahaufnahme http://www.flickr.com/photos/kazuhito/4494594353/
Und wenn Du genau hin schaust, kannst Du sie auch hier http://en.wikipedia.org/wiki/File:Apollo_CSM_lunar_orbit.jpg ganz gut sehen.
Man kann diese Düsen auch durch ein Kreiselsystem an Bord ersetzen. Wird z.B. beim Hubble-Space-Teleskop gemacht. Nimmst Du Düsen (das können auch kleine Ionentriebwerke sein) ist es weitgehend egal wie Du sie gruppierst. Sie müssen nur in der Lage sein, daß Shuttle um alle drei Raumebenen zu drehen, daher ist die Anordnung am Apollo-Command-Module durchaus sinnvoll. Kannst Du selber entscheiden, was Dir besser gefällt.

Das Haupttriebwerk sollte grob 3 bis 4 m^3 groß sein. Rund 2 m Durchmesser und rund 1 m hoch. Schau Dir die Abbildungen http://www.snecma.com/IMG/pdf/PPS1350_Anglais.pdf hier an. Die beiden schräg laufenden Zylinder an der Seite des großen Zylinders kannst du auch durch mehrere, rund herum angeordnete Zylinder ersetzen. Ihre Funktion ist es, den vor der Beschleunigung ionisierten Atomkernen ihre Elektronen wieder ‚zurück zu geben‘. Die dürfen auch ‚gefälliger‘ aussehen, Hauptsache man erkennt, daß sie da sind. Mit diesem Triebwerk wird das Shuttle mit 1/2000 der Erdbeschleunigung beschleunigt. Jedes kg wiegt dabei nur noch 0,5 g, hat aber nach wie vor noch seine Masse. Das ist so ähnlich wie ein Auto, das am Kranseil hängt und das man leicht drehen und schwingen kann, aber wehe, man steht seinem Schwung im Wege.

So, ich hoffe ich habe jetzt die für Dich im Moment zeitkritischen Punkte so weit geklärt.

Herzliche Grüße

MAC

darek05
21.04.2012, 13:15
Hallo MAC,

ich möchte mich vorab ein weiteres Mal für deine Mühe und dein Engagement bendanken !
Die Punkte sind geklärt, auch wenn ich hier und da noch Fragen habe.


zum Shuttle:


Ich erkläre Dir das was dahinter steckt, später noch genauer.
Das wäre klasse, denn ich habe das nicht wirklich verstanden.


Das wäre auch mit dem Shuttle alles kein Problem, wenn nicht das Blasenkapazitätslimit hier einen engen zeitlichen Rahmen setzen würde und Du Dich weigerst, ein Klo einzubauen
Was ich vermeiden wollte, ist ein über mehrere Tage andauernder Flug mit dem Shuttle, da so einfach zu viele Probleme im Interior aufkommen, die ich in der Kürze der Zeit nicht bewerkstelligen kann. Grundsätzlich verweigere ich natürlich nicht eine Möglichkeit sich zu erleichtern.


Du hast gestalterisch jetzt völlig freie Wahl bei Größe und Ausführung der Solarzellen. Manövertechnisch werden sie eigentlich nicht mehr gebraucht.
Freie Wahl in der Größe der Solarzellen kommt mir nun natürlich sehr zugute!

zur Lagekontrolle

Meinst du damit Steuerdüsen wie hier zu sehen ? http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Shuttle_front_RCS.jpg&filetimestamp=20060301143059
Die Düsen würden sich natürlich wunderbar in die Flächen des Shuttles einbauen lassen und hätten einen gestalterischen Mehrwert.


Das Haupttriebwerk sollte grob 3 bis 4 m^3 groß sein. Rund 2 m Durchmesser und rund 1 m hoch.

Die "Plasmadüse" sieht einfach klasse aus ! Auch die Gestaltungs-Anordnungsfreiheit bei den Zylindern kommt mir sehr zugute.

Es schweben natürlich noch weitere Fragen im Raum, die ich gerne mit dir besprechen würde. Wichtig ist mir vorallem, der genaue Zusammenhang und die Anordnung der einzelnen Komponenten.

Beste Grüße

Darek

mac
21.04.2012, 15:04
Hallo Darek,


ich möchte mich vorab ein weiteres Mal für deine Mühe und dein Engagement bendanken ! davon profitiere ich mehr, als Du! Jedenfalls aus meiner Sicht.




Die Punkte sind geklärt, auch wenn ich hier und da noch Fragen habe.kein Problem! Was ich beantworten kann, beantworte ich gerne und ich bin hier damit nicht allein. :)




Das wäre klasse, denn ich habe das nicht wirklich verstanden.Das versteht man auch nicht auf Anhieb und von Selbst. Zwischen den ersten 'Fragen' dazu und dem Verstehen (auf Raten) sind mehrere zehntausend Jahre vergangen.



Was ich vermeiden wollte, ist ein über mehrere Tage andauernder Flug mit dem Shuttle, da so einfach zu viele Probleme im Interior aufkommen, die ich in der Kürze der Zeit nicht bewerkstelligen kann. Grundsätzlich verweigere ich natürlich nicht eine Möglichkeit sich zu erleichtern.dafür werden Dir besonders die Frauen und die älteren Herren sicher sehr dankbar sein. ;)




Meinst du damit Steuerdüsen wie hier zu sehen ? http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Shuttle_front_RCS.jpg&filetimestamp=20060301143059Ja.




Die Düsen würden sich natürlich wunderbar in die Flächen des Shuttles einbauen lassen und hätten einen gestalterischen Mehrwert.Ja. Behalte dabei aber im Auge, daß sie Ihre Aufgabe auch erfüllen können müssen, also das Shuttle um seine drei Raumachsen drehen und die Feinregulierung der Andockmanöver.




Es schweben natürlich noch weitere Fragen im Raum, die ich gerne mit dir besprechen würde. Wichtig ist mir vorallem, der genaue Zusammenhang und die Anordnung der einzelnen Komponenten.Ziemlich frei.

Der 'Akkumulator' gehört zum Brennstoffzellengenarator und die Stützmasse zum Haupttriebwerk und kleinere Ableger davon zu den Steuerdüsen.
Das Haupttriebwerk mußt exakt auf den Schwerpunkt des Schiffes ausgerichtet sein.

Zu den drei Raumachsen:

Nennen wir die Achse, die von Hinten nach Vorne durch das Shuttle hindurch zeigt und dabei durch den Schwerpunkt des Shuttles hindurch geht, Z. Die beiden Achsen die senkrecht auf dieser Achse stehen nennen wir X und Y. X geht von links nach rechts und Y von 'unten' nach 'oben' (in dem Sinne wie ein Shuttle auf dem Rollfeld eines Flughafens steht (nicht wie es auf der Startrampe steht) Dann sollte sich das Haupttriebwerk um, sagen wir mal, +- 6° (kommt nicht genau drauf an) um die X und um die Y-Achse drehen können.

Herzliche Grüße

MAC

darek05
21.04.2012, 15:21
Okay, ich bin gerade dabei, eine Grafik des Shuttles mit den einzelnen Komponenten zu erstellen. Ich werde sie Dir im Laufe des Tages mit weiteren Fragen zusenden.

Beste Grüße
Darek

mac
22.04.2012, 03:10
Hallo Darek,

mir ist gerade aufgefallen, daß ich die Masse des Haupttriebwerkes noch nicht genannt habe. 5,5 t Die und Volumen und Masse der Stützmasse ändern sich nicht mit der Solarzellenfläche!

Du mußt die Masse Deines Shuttles eher mit der des Space-Shuttle vergleichen. Es könnte aber durchaus ein gutes Stück größer sein - an meinen Maß-angaben ändert sich damit nichts. Wenn Du es aber leichter machen willst, dann kannst Du alle meine Angaben zu Masse und Volumen (nicht die Längenangaben) proportional verkleinern. Verliere dabei aber nicht aus den Augen, daß Du mit dem Shuttle Hotel und Mondbasis versorgen mußt.

Zu den anderen Punkten aus Deinen Mails später mehr.

Herzliche Grüße

MAC

mac
26.04.2012, 02:45
Hallo Darek,

noch ein Konstruktionsdetail:

Lies Dir dazu erst mal diesen Artikel http://de.wikipedia.org/wiki/Strahlungsg%C3%BCrtel durch. Für Deine Präsentation reicht es, wenn Du Sv (Sievert) = Gy (Gray) vereinfachst.

Bei einer Kammer für die Passagiere und die Besatzung von 10*2,5*2,1 m^3 kannst Du eine sehr wirksame Abschirmung mit einer 10 cm dicken Wasserschicht erreichen. Dafür brauchst Du 10 t Wasser.

Herzliche Grüße

MAC

mac
26.04.2012, 21:04
Hallo Darek,

wie komme ich auf die Dir angegebenen Volumina und Massen:

Ionentriebwerk
Ich habe mich an diesem, heute schon im Einsatz befindlichen Antrieb orientiert: Siehe: http://en.wikipedia.org/wiki/SMART-1
und http://www.snecma.com/IMG/pdf/PPS1350_Anglais.pdf

aus den

5,3 kg Masse
0,068 N Schub
16100 Ns/kg respektive 1640 s spezifischem Impuls
1 kW Leistungsaufnahme
und mit seinen Abmessungen:
104 mm Zylinderhöhe
(210mm - 135mm) = 75 mm Zylinderradius komme ich auf
r^2 * Pi * h = 0,075m ^2 * 0,104m = 0,00184 m^3 Volumen.
r steht für Radius
h steht für Höhe
Pi ist die Kreiszahl 3,1415...

Die beiden außen angeordneten Kathoden habe ich dabei nicht berücksichtigt.

mache ich folgendes:
Für die Shuttlemasse von 50 Tonnen brauche ich 4500 Newton Schub.
Daraus ergibt sich, ein 4500 N / 0,068 N = 66176 mal so großes Triebwerk.
5,3 kg * 66176 = 350,7 Tonnen
Schub hatten wir schon
der spezifische Impuls bleibt davon unverändert
66176 kW Leistungsaufnahme lasse ich auch unverändert.
und das Volumen des Zylinders wächst bei diesem Faktor auf 121,6 m^3

Die beiden roten Zahlen sind für das Shuttle entschieden zu groß! Nun muß man wissen: nicht alles bei einem solchen Triebwerk vergrößert sich linear zum Schub. Die Steuerungselektronik z.B. bleibt gleich groß, egal wie groß das Triebwerk ist. Die Wandstärken wachsen nicht linear mit.
Die Beschleunigungsstrecke wächst nicht linear mit ...
Wieviel das und wieviel der technische Fortschritt in den kommenden Jahrzehnten ausmachen wird, weiß ich natülich nicht genau, aber ich habe mal sehr optimistisch die Masse auf 5,5 t und das Volumen auf 4,2 m^3 reduziert.

Solch große Ionentriebwerke wären zurzeit sowieso noch völlig sinnlos. Noch nicht mal die ‚nackten‘ Triebwerke könnten, selbst wenn sie in der Atmosphäre funktionieren würden, von der Erde aus starten. Sie werden von der Erdanziehung viel heftiger angezogen, als sie selber Schub produzieren können (beim SMART-Triebwerk stehen 5,3kg * 9,81 m/s^2 = 52 Newton Erdanziehungskraft, den 0,068 N Schub gegenüber. Die 9,81 m/s^2 sind die mittlere Erdbeschleunigung auf Meereshöhe) Also müssen sie mit existierenden Raketen ins All transportiert werden, und die haben nun mal eine begrenzte Nutzlast, die man schon aus Stabilitätsgründen nicht beliebig vergrößern kann.

Mit einem wer weiß, hoffentlich, vielleicht, möglicherweise mal funktionierenden Weltraumlift, sieht das natürlich schon ganz anders aus.

Bei der Solarzellenfläche habe meinen Optimismus zur Entwicklung von Solarzellen auch nochmal heftig aufgebläht und gehe von rund 70% Wirkungsgrad, oder 1 kW pro m^2 im Abstand Erde-Sonne aus.



Nun noch zur Stromversorgung ohne Sonnenlicht:

Manche Menschen glauben vielleicht, daß es bei der Akkuentwicklung genau so große Fortschritte geben sollte wie z.B. bei der Miniaturisierung.

Die kurze Antwort: Nein!

Die längere: Jede Batterie, jeder Akkumulator speichert Energie über chemische Prozesse. Chemische Prozesse spielen sich in der Elektronenhülle eines Atoms ab und die Bindungsenergien für chemische Verbindungen sind bekannt und lassen sich auch nicht beeinflussen.

Ganz vereinfacht ausgedrückt, ‚Füllt‘ man einen Akku mit Strom, indem man chemische Bindungen trennt. Z.B. Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff. Das Wassermolekül ist, wenn ich mich richtig erinnere, die chemische Verbindung, für deren Trennung man die meiste Energie pro Masse aufwenden muß. Umgekehrt, wenn man Wasserstoff mit Sauerstoff verbrennt (Knallgas), also chemisch verbindet, wird diese Energie wieder frei, in einer Brennstoffzelle genialerweise gleich als Strom (und leider teilweise auch als Wärme). Diese Art der Speicherung baucht pro Amperestunde ungleich viel weniger Masse und Volumen, wie z.B. Lithium-Ionen-Akkumulatoren Sie ist aber technisch sehr viel aufwändiger und darum bisher nicht weit verbreitet.

Die zur Zeit und in vorhersehbarer Zukunft erreichten Energie/Masse und Energie/Volumen Daten für Hydrogenspeicher (Wasserstoff) http://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_storage in der ersten Tabelle finden.
Hier: http://en.wikipedia.org/wiki/Energy_density findest Du auch die theoretischen Grenzen für diese Daten.

Auf das durchrechnen mit Kernenergie als Erzeuger (Fission (Kernspaltung) und Fusion) und auf Radionuklidbatterien hatte ich dabei verzichtet.

Leichte Kost dazu:
http://lexikon.kfz.tu-berlin.de/kfz-seminar/downloads/Opel_Elektromobilit%C3%A4t_17112011.pdf

Eine explizite Gewichtsangabe für Brennstoffzellen habe ich nach etwas suchen noch nicht gefunden, aber aus den Daten des Opel Equinox konventionell und mit Brennstoffzelle, schätze ich rund 1 t / 100 kW, daher die 4 Tonnen für den Brennstoffzellengenerator.

Die Daten für Volumen und Gewicht des Wasserstoffträgers (Brennstoff für die Brennstoffzelle) habe ich moderat extrapoliert aus dem oben schon genannten Link http://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_storage , darin die erste Tabelle.Und den Sauerstoff für die Brennstoffzellen muß man in einem Raumschiff auch separat mitführen. Die Problematik bei der Speicherung von Wasserstoff habe ich ignoriert, in der Hoffnung daß der technische Fortschritt hier praktikable Lösungen findet - sowohl was den Tank, als auch was den Träger und damit die Dichte des gespeicherten Wasserstoffs (Flüssig? oder in Form von Kohlenstoffverbindungen) betrifft.

Die hier eine Rolle spielenden Limitierungen haben auch sehr viel mit Chemie zu tun und auf dem Gebiet ist meine Grundausbildung als Ingenieur für biomedizinische Technik, schon etwas lange her.

Deshalb bin ich an dieser Stelle bei meinen ‚Verbesserungen‘ durch technischen Fortschritt sehr konservativ geblieben.

Herzliche Grüße

MAC

mac
27.04.2012, 22:03
Hallo Darek

Ich hab‘ jetzt die Bahn des Hotels soweit simuliert, daß ich sicher bin, daß dieses Konzept im Prinzip funktioniert.

Das Hotel ist in einem exzentrischen Orbit um die Erde und steigt auf, bis etwa zum Lagrangepunkt 1 des Mondes. Der befindet sich auf der Verbindungslinien zwischen Erde und Mond, etwa 56000 km über der Mondoberfläche. (Die Angabe und Berechnung in der Zusammenstellung, die Dir UMa verlinkt hatte, weicht deshalb deutlich davon ab, weil dort mit einem statischen System gerechnet wurde, so, als würde der Mond nicht um die Erde kreisen)

Dieser Orbit wird in einem Monat etwa dreimal durchlaufen. Es ist dabei aber immer nur einmal im Monat ein Anpassungsmanöver an das Mondseil in Höhe des Lagrangepunktes 1 möglich. Wenn das Hotel seine Geschwindigkeit mit dem Lagrangepunkt synchronisiert, kann es dort das Startfenster für das Erdseil abwarten (max. etwas mehr, als ein Tag Wartezeit).

Für das Hotel hab‘ ich 1000 t Masse angenommen. Es verbraucht mit allen Manövern pro Monat weniger als 500 kg Stützmasse und benötigt ein Solarzellensegel (ähnlich wie der Fallschirm, den Du mir in einer Skizze gemailt hattest) mit etwa 1400 m Kantenlänge, = 2.000.000 m^2. Die Geschwindigkeit, auf die die ionisierte Stützmasse durch das Ionentriebwerk des Hotels beschleunigt wird, habe ich dabei mit 2000 km/s angenommen - dann kann es gut durch das Shuttle versorgt werden. Sollte es durch unerwartete Ereignisse nicht möglich sein das Hotel zu versorgen, kann es mit sehr geringem Treibstoffverbrauch im Lagrangepunkt 1 des Mondes ‚parken‘.

Herzliche Grüße

MAC

darek05
28.04.2012, 11:54
Hallo MAC,

Danke für deine Beiträge. Die Berechnungen und Überlegungen für das Szenario des Hotels reichen völlig aus. Dennoch hätte ich ein paar Fragen dazu.


Das Hotel ist in einem exzentrischen Orbit um die Erde und steigt auf, bis etwa zum Lagrangepunkt 1 des Mondes.

Ich werde dazu noch ein Schaubild für die Dokumentation erstellen und lasse dich ein Blick darauf werfen.


Dieser Orbit wird in einem Monat etwa dreimal durchlaufen. Es ist dabei aber immer nur einmal im Monat ein Anpassungsmanöver an das Mondseil in Höhe des Lagrangepunktes 1 möglich.

Warum genau ist das Anpassungsmanöver nur einmal im Monat an das Mondseil Möglich?


Sollte es durch unerwartete Ereignisse nicht möglich sein das Hotel zu versorgen, kann es mit sehr geringem Treibstoffverbrauch im Lagrangepunkt 1 des Mondes ‚parken‘.

Das Finde ich ein tollen Gedanken und werde es sicher in meine Präsentation aufnehmen.

Zum Thema Volumina und Massen.
Vielen Dank für die Auflistung und Berechnungen. Du hast das sehr verständlich wiedergegeben!

Interessant wäre noch zu wissen, was du über die Dauer der Elevator-Fahrt denkst. Läuft es eher auf mehrere Tage mit ein paar Zwischenstationen aus, oder siehst du auch eine Möglichkeit die Fahrt mit dem Lift auf unter 6 Std. bis zum Zwischenziel zu verkürzen. Dieser Punkt bzw. die Dauer der Fahrt ist natürlich auch für das Interieur entscheidend. Wie sitzen die Passagiere während der Fahrt wenn das Shuttle am Lift hochgezogen wird? Gibt es eine Transformation des Interieurs wenn das Shuttle, oben angekommen in den horizontalen Flug wechselt? Das sind Fragen, die ich noch klären muss, um das Interieur danach zu gestalten.

Ein schönes Wochenende

Darek

mac
03.05.2012, 18:05
Hallo Darek,

es gibt viele Ideen, wie man den Climber antreiben könnte. Die derzeit favorisierte Idee ist Stromversorgung durch (Laser)Licht.

Dabei ist der limitierende Faktor für die Liftgeschwindigkeit, seine Fähigkeit Wärme los zu werden. Im All funktioniert das nur durch Strahlungswärme. 1 m^2 Abstrahlfläche kann eine bestimmte Energiemenge abstrahlen. Diese Menge ist proportional zur Fläche und K^4 proportional zur Temperatur in Grad Kelvin. Doppelte Temperatur führt also zu 16 facher Abstrahlleistung.

Die Temperatur eines Festkörpers ist aber durch seinen Schmelzpunkt limitiert. Daher rechne ich mit 1700 K (K=Kelvin) Temperatur für den Strahler und damit komme ich auf 473 kW pro m^2 abstrahlbare (Wärme)energie. (ich bin bei der Umrechnung über die Abstrahlleistung der Sonnenoberfläche gegangen. Siehe dazu: http://de.wikipedia.org/wiki/Sonne#Weitere_Daten_zur_Sonne und habe den Faktor für die niedrigere Temperatur durch (Temperatur der Abstrahlfläche/Temperatur der Sonnenoberfläche)^4 ermittelt.



Der Wirkungsgrad mit dem monochromatisches Laserlicht durch Photozellen in Strom umgewandelt wird, liegt derzeit bei gut 40-50% siehe auch: http://en.wikipedia.org/wiki/Wireless_energy_transfer#Laser_method.

Das heißt, für jedes kW das Du in Antrieb umwandeln kannst, mußt Du ein weiteres kW als Wärme los werden.

Nehmen wir an, daß der Climber 150 t wiegt und 50 t tragen kann, dann braucht er (nach der ersten Beschleunigungsphase), 5 * 10^8 Watt Leistung, um zunächst eine vertikale Geschwindigkeit von 250 m/s zu halten. Dafür braucht er immer noch mindestens 1000 m^2 Abstrahlfläche, die bei 1700 K noch nicht schmilzt, also eine Art Heizkörper, der 15 m breit und 33 m lang ist. Damit der den Laserlichtempfang nicht stört, aber der Weg zu ihm nicht unnötig weit ist, würde ich, von unten gesehen, zuerst die Photozellen und darüber diese Abstrahlfläche anordnen. Die Photzellen sollten dann einen Durchmesser von mindestens 15 m haben. Die Abstrahlfläche kann auch wie ein Zylinder geformt sein, dessen Außenwand 1000 m^2 groß ist. Dem Seil mach diese Temperatur nichts aus, weil der Lift sich sehr schnell daran vorbei beweigt, aber die obere Liftplattform, die auf der Zylinderwand ruht, oder sie auch nur ‚sieht‘ muß außer den Photozellen auch gekühlt werden. Die eigentliche Wärmequelle sind aber die Photozellen.

Konstant mit dieser Geschwindigkeit braucht er für 36000 km rund 40 Stunden. Weiter oben geht es aber schneller, weil die Erdanziehungskraft mit dem Quadrat der Entfernung abnimmt. Schneller als etwa 8 h wird es aber nicht gehen. Und auch das ist sehr utopisch.

Um die dafür nötige Leistung überhaupt bereit zu stellen, brauchst Du ein Kraftwerk mit mindestens 2000 Megawatt.

Ich würde daher eher darauf verzichten, Touristen vom Erboden an im Shuttle zu transportieren. Der Climber könnte bei geringerer Last, oder langsamerer Aufstiegsgeschwindigkeit, wesentlich leichter gebaut werden.

Herzliche Grüße

MAC

darek05
07.05.2012, 01:26
Entschuldige bitte die verspätete Antwort. Die CAD Phase beginnt Anfang nächster Woche und es gab bzw. gibt eine Menge zu tun. Ich kam deshalb auch noch nicht dazu, deinen Beitrag zu analysieren und mögliche Fragen zu stellen. Ich melde mich jedoch am Anfang der Woche nochmals.

Einen schönen Start in die Woche

Darek