DE102005028378B4 - Improved thruster solar sailor with sail setting and rerouting device, self-adjusting central inner ring structure with docking and payload station, as well as additional mobile, dockable engine unit (s) - Google Patents
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Abstract
Mit dieser Patentschrift wird der bereits in zwei Voranträgen behandelte Thruster-Solar-Segler durch weitere Vorrichtungen und Verfahren ergänzt und verbessert. Insbesondere wird durch Aufteilung des Solarsegels in eine Vielzahl von Segelbahnen, die an mit Elektromotoren betriebenen Rollen befestigt sind, das automatische Setzen und Reffen auch von übergroßen Solarsegeln in Verbindung mit zusätzlichen Winden ermöglicht. Das bisher als wichtigstes Hindernis der Verwendung großer Solarsegler angesehene Falten, Entfalten und Montieren vollständiger Segelflächen im Weltraum wird damit vermieden. Ebenso wird die Weltraummontage übergroßer Solarsegler durch die Einführung einer starren Innenringstruktur mit integrierter Stromversorgung und einer Justierungseinrichtung ergänzt. Diese besteht aus der bisher bereits bekannten zentralen Docking- und Ladestation, die von daran befestigten Ringen zur Aufnahme von Solarzellen-Arrays und sonstigem Zubehör umgeben wird und an denen Winden befestigt sind, die erlauben, die Innenringstruktur im Zentrum des Seglers zu justieren. Eine mobile, selbst flugfähige Thrustereinheit, die in der Innenring-Konstruktion ein- und ausdocken kann, ermöglicht nun, die bisher auf Niedrigschubantriebe beschränkte Bauart der Thrusterring-Raumfahrzeuge und -Solarsegler um die Option der zusätzlichen Verwendung stärkerer Antriebsarten zu erweitern.With this patent, the thruster solar sailor, which has already been dealt with in two preliminary applications, is supplemented and improved by further devices and methods. In particular, by dividing the solar sail into a plurality of sails, which are attached to operated with electric motors rollers, the automatic setting and reefing of oversized solar sails in conjunction with additional winches allows. The so far regarded as the main obstacle to the use of large solar gliders folding, unfolding and mounting complete sail areas in space is thus avoided. Likewise, the space installation of oversized solar gliders is complemented by the introduction of a rigid inner ring structure with integrated power supply and an adjustment device. This consists of the previously known central docking and charging station, which is surrounded by attached rings for receiving solar cell arrays and other accessories and to which winches are attached, which allow to adjust the inner ring structure in the center of the glider. A mobile, self-flyable thruster unit that can dock and undock in the inner ring construction now allows the thruster-ring spacecraft and solar glider design to be limited to the low-thrust drive option with the option of adding stronger drive types.
Description
Die Anmeldung betrifft einen Thruster-Solar-Segler gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Setzen großer Segelflächen dafür gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8.The Application relates to a thruster solar sailor according to the preamble of claim 1 and a method for setting large sail areas therefor according to the preamble of claim 8.
Mit
diesem Antrag wird die Funktionalität der mit dem Patentantrag
Diese Raumfahrzeuge sind insbesondere durch einen starren, tragenden Rohraußenring mit mehreren dort hauptsächlich zur Steuerung angeordneten Niedrigschub-Antriebseinheiten gekennzeichnet, der auch das Solarsegel sowie Solarzellen und sämtliche sonstige Lasten mit Hilfe von Gurt- oder Faden-Netzen bzw. Bespannungen aufnehmen kann.These Spacecraft are in particular by a rigid, supporting pipe outer ring with several there mainly characterized in the control arranged low-thrust drive units, the solar sail and solar cells and all other loads with Can take help of belt or thread nets or clothing.
Die Außenring-Konstruktion lässt den Verzicht auf komplizierende, die Handhabung des Seglers erschwerende Mast-, Baum- und Sparren-Konstruktionen zu, während die Verlagerung der Steuerungs-Antriebe nach außen den Weg frei gibt für die Aufnahme einer durch das Netz gehaltenen, von beiden Seiten zugänglichen, zentralen Docking- und Ladestation in Form einer Innenring-Konstruktion.The Outer ring structure lets the Forgoing complicating, aggravating the handling of the glider Mast, boom and rafter constructions too, while the displacement of the control drives outward clear the way for the inclusion of a held by the net, from both sides accessible, central docking and charging station in the form of an inner ring construction.
Die im Zentrum angebrachte Lade- und Dockingstation ist dazu geeignet, auch mehrere Raumfahrzeuge bzw. flugfähige Funktionseinheiten ein und ausdocken zu lassen, sowie Nutzlasten mittels Windenvorrichtungen aufzunehmen und zu handhaben.The The charging and docking station located in the center is suitable for also several spacecraft or airworthy functional units and undock, as well as payloads by means of winch devices to record and handle.
Vorrichtungen und Verfahren zum Segelsetzen an großen bzw. übergroßen SolarseglernSailing apparatus and methods at large or oversized solar gliders
Wie die Raumsonde der Europäischen Union, Smart I bewiesen hat, sind Niedrigschubantriebe nicht nur zur Steuerung, sondern auch zum direkten Antrieb eines Raumfahrzeuges geeignet. (Smart I hat mit Hilfe ihres solarelektrischen Antriebes unter ständiger Erhöhung der Orbitgeschwindigkeit aus einer Erdumlaufbahn heraus den Mondorbit erreicht).As the space probe of the European Union, Smart I have proven that low-thrust drives are not only for control, but also for direct propulsion of a spacecraft suitable. (Smart I has with the help of their solar electric drive under constant increase Orbit velocity out of Earth orbit, the lunar orbit reached).
Die umfangreiche Antriebsausstattung der hier behandelten Solarsegler kann diesen ebenfalls dazu verhelfen, den Orbit zu erhöhen, bevor das als Hauptantriebsquelle vorgesehene Segel gesetzt wird.The extensive drive equipment of the here discussed solar gliders can also help it to increase orbit before the intended as the main drive source sail is set.
Diese Eigenschaft soll wie nachfolgend beschrieben, genutzt werden um Zusammenbau des Seglers und das Segelsetzen zu trennen und dadurch die für Solarsegler gefährlichen Auswirkungen der irdischen Randatmosphäre zu vermeiden.These Property should be used as described below Separate assembly of the sailor and sailing nets and thereby the for Solar sailer dangerous Avoid effects of the terrestrial peripheral atmosphere.
Problemstellung:Problem:
Je größer ein Solarsegler ist, desto mehr Schubkraft kann er entwickeln, je dünner das eigentliche Segelmaterial ist, desto größer ist (wegen der geringeren Masse) die aus dem Schub gewonnene Beschleunigung.ever larger one Solar sailer is, the more thrust he can develop, the thinner that The actual sail material is the larger (because of the lower Mass) the acceleration gained from the thrust.
Daher sollte die Segelfolie eines Solarseglers äußerst dünn und möglichst groß sein, um neben der eigentlichen tragenden Struktur des Solarsegels auch einen nennenswerten Anteil an Nutzlast mitführen zu können.Therefore The sail film of a solar glider should be extremely thin and as large as possible, in addition to the actual supporting structure of the solar sail also a notable share carry on payload to be able to.
Eine Solarsegelfolie nach dem derzeitigen Stand der Technik hat gerade einmal die Reißfestigkeit von sehr dünner Cellophan-Folie, ein Karbonfaser verstärktes Segel (das mit einer Verdreifachung des Materialgewichts bestraft wird) hat etwa die Stärke eines Blattes Papier.A Solar sail foil according to the current state of the art has just once the tear strength from very thin Cellophane film, a carbon fiber reinforced sail (the one with a Triplication of the material weight is punished) has about the Strength a sheet of paper.
Angestrebt werden jedoch noch weitaus geringere Materialstärken, was zu einer sehr großen Beschädigungsempfindlichkeit führt. Dies gilt sowohl für den eigentlichen Betrieb, weil die sich addierenden Kräfte einer großen Segelfläche an den Rändern des Segels am stärksten auswirken und hier die größte Reißgefahr besteht, als auch für den Entfaltungsvorgang im Weltraum.The aim However, even much lower material thicknesses, resulting in a very high damage sensitivity leads. This applies to both the actual operation, because the adding forces of a huge sail area on the edges of the Sail strongest impact and here the biggest risk of tearing exists, as well as for the unfolding process in space.
Die besondere Beschädigungsanfälligkeit an den Randbereichen des Segels ergibt sich daraus, das die Befestigung dort erfolgt und weil es für einen besseren Wirkungsgrad des Seglers erforderlich ist, das Segel möglichst flach zu halten, was normalerweise durch Spannung an den seitlichen Aufhängepunkten verwirklicht wird.The special susceptibility to damage at the edge areas of the sail it follows, that the attachment done there and because it is for a better efficiency of the sailor is required, the sail preferably to keep it flat, which is usually due to tension on the side suspension points is realized.
Eine weitere Möglichkeit der Spannungserhöhung kann z. B. durch komplizierte, von der Fläche des Seglers abstehende Mast- und Baumstrukturen mit daran befestigten Spannungstrossen erfolgen. Dies macht jedoch den Segler sperrig und von einer Seite unzugänglich und erhöht dessen Masse um den entsprechenden Anteil der zusätzlich benötigten Strukturteile.A another possibility the increase in voltage can z. B. by complicated, projecting from the surface of the glider Mast and tree structures with attached voltage rungs respectively. However, this makes the sailor bulky and one-sided inaccessible and increased its mass to the corresponding proportion of additional required structural parts.
Um eine möglichst geringe Struktur-Masse zu erreichen, wäre das Segel so dünn, dass es gerade eben in der Lage sein würde, sämtliche einwirkenden Kräfte aufzunehmen, ohne hierdurch beschädigt zu werden.Around one possible To achieve low structure mass, the sail would be so thin that it just would be able to absorb all the forces acting on it, without being damaged become.
Nach dem derzeitigen technischen Stand wäre z. B. eine 2 μm „dicke” Trägerschicht der Segelfolie denkbar (also gerade einmal der fünfhundertste Teil eines Millimeters) auf die eine noch erheblich dünnere reflektierende Metallschicht (bevorzugt Aluminium) von ca. 0,1 μm und auf der Rückseite eine weitere 0,0125 μm Metallschicht zur Verbesserung der Wärmeabstrahlung aufgedampft wird.According to the current technical state z. B. a 2 micron "thick" carrier layer of the sail foil conceivable (so just the five-hundredth part of a millimeter) on the one still considerably Thinner reflective metal layer (preferably aluminum) of about 0.1 microns and on the back of another 0.0125 microns metal layer is deposited to improve the heat dissipation.
Diese Trägerschicht ist jedoch eigentlich nicht mehr erforderlich, wenn das Segel erst einmal entfaltet und gesetzt ist.These backing However, it is actually no longer necessary when the sail first once unfolded and set.
Daher wird sogar erwägt, die Trägerschicht aus einem Plastikmaterial zu fertigen, das nach dem Segelsetzen durch die einwirkenden UV-Strahlen verdampft, so dass nur noch die reflektierende Metallschicht übrigbleibt.Therefore is even considering the carrier layer to manufacture a plastic material that after sailing through the acting UV rays evaporate, leaving only the reflective Metal layer remains.
Bereits 1979 schlug der damalige MIT-Wissenschaftler Eric Drexler ein derartiges Verfahren mit Patenten für Solarsegler und Fertigungsverfahren der Segelfolie vor, bei dem ein derartiger Film von 15 bis 100 Nanometer Dicke im Weltraum durch eine entsprechende Weltraum-Fabrikationsanlage angefertigt und in vielen kleineren dreieckigen Stücken in einem Montagegestell zu einer großen Segelstruktur zusammengefügt wird, die durch Spannungstrossen und Rotation die für Solarsegler wichtige flache Form aufrecht erhält.Already In 1979, the then MIT scientist Eric Drexler suggested such a thing Process with patents for Solar sailer and manufacturing process of the sail foil ago, in which such a film of 15 to 100 nanometers thickness in space through a corresponding space fabrication facility made and in many smaller triangular pieces assembled in a mounting frame into a large sail structure, due to voltage rungs and rotation the important for solar gliders flat Maintains shape.
Eric Drexler konnte derartige superdünnen Folien in kleinen Mengen auch tatsächlich im Labor selbst anfertigen und handhaben. Es stellte sich heraus, dass sie für Falt- bzw. Entfaltungsvorgänge zu verletzlich waren und eine Produktion auf der Erde mit anschließendem Verbringen in den Weltraum daher nicht in Frage kam.Eric Drexler was able to produce such super thin films actually in small quantities to make and handle in the laboratory. It turned out, that they are for Folding or unfolding processes were too vulnerable and a production on earth with subsequent spending into space was therefore out of the question.
Als einzige Möglichkeit, derartige Folien zu verwenden, verblieb demnach nur die von Drexler vorgeschlagene Anfertigung im Weltraum.When the only option, Accordingly, only those proposed by Drexler remained Production in space.
Sicherlich ist die direkte Weltraumproduktion die naheliegendste und für die fernere Zukunft geeignetere Problemlösung. Die störenden Einflüsse der irdischen Atmosphäre und Gravitation können hierdurch vermieden werden und daher noch erheblich verletzlichere Segelmaterialien zum Einsatz kommen.Definitely Direct space production is the most obvious and for the more distant Future more suitable problem solution. The disturbing influences the earthly atmosphere and gravitation can avoided and therefore much more vulnerable Sail materials are used.
Da jedoch Entwicklung und Launchen derartiger Anlagen auch mit nicht unerheblichen Aufwand verbunden sind, dürfte die Produktion solcher Segel auf der Erde für die nähere Zukunft eine beachtenswerte Alternative sein.There However, development and launch of such facilities even with not insignificant effort, the production of such Sail on the earth for the closer Future be a noteworthy alternative.
Für ein auf der Erde gefertigtes Segel, dass ja für den Transport in den Weltraum gefaltet werden muss, besteht jedoch die Gefahr, es durch die Faltung zu schwachen und dann anschließend bei der Entfaltung am Ort der Montage zu beschädigen.For an on Earth-made sail, that yes for transport into space However, there is a risk of folding it by folding weak and then afterwards to damage during deployment at the place of assembly.
Wie kann man ein derart verletzliches Solarsegel im Weltraum entfalten, montieren und unter Last betreiben, ohne dass es insbesondere an den Seiten reißt?As can you deploy such a vulnerable solar sail in space, mount and operate under load, without it in particular tearing the pages?
Ein Teil der Problemlösung wird durch die Bauart der durch diese Patentschrift verbesserten Thruster-Solarsegler wie nachfolgend beschrieben erst ermöglicht.One Part of the problem solution is due to the design of the improved by this patent Thruster solar glider as described below allows only.
Der starre tragende Außenring erlaubt es, die Last des Segels und evtl. Spannungen zum flach halten der Segelfläche auf diesen mittels Kantenfäden gleichmäßig zu verteilen.Of the rigid bearing outer ring allows to keep the load of the sail and possibly tension too flat the sail area on these by means of edged threads evenly distributed.
Dennoch sind die Probleme der Handhabung eines derart enormen Segels bei der Entfaltung und Montage, der Schwächung des Segels durch die Faltung, sowie der erhöhten Gravitationsbelastung des empfindlichen Segelmaterials durch die Beschleunigung bei Launcher Starts für die hier behandelten Solarsegler noch nicht vollständig gelöst.Yet are the problems of handling such a huge sail at the unfolding and assembly, the weakening of the sail by folding, as well as the elevated Gravitational loading of the sensitive sail material by the Acceleration during launcher launches for the solar gliders discussed here not yet complete solved.
Dem Erfinder ist bisher bis auf die durch Eric Drexler vorgeschlagene direkte Weltraumanfertigung riesiger, drachenähnlicher Solarsegel, deren Spannung durch Rotation und Spannungstrossen erhalten wird, auch kein Vorschlag hierzu für übergroße Solarsegler anderer Bauart bekannt geworden.the Inventor is so far except for those proposed by Eric Drexler direct spacecrafting of giant, dragon-like solar sails, whose Tension by rotation and voltage rungs is obtained, too No suggestion for oversized solar gliders become known of another type.
Gegenüber dem hier behandelten Thruster-Solarsegler mit zentraler Nutzlast- und Docking-Station weist diese Bauart neben dem höheren Aufwand für Entwicklung und Projektion entsprechender Weltraum-Fertigungs-Anlage jedoch deutliche Nachteile in Bezug auf Steuerbarkeit des Seglers und Handhabung der Ladung auf.Compared to the here treated Thruster solar glider with central payload and Docking station has this type in addition to the higher cost for development and projection of appropriate space manufacturing facility, however significant disadvantages in terms of controllability of the sailor and handling the charge up.
Zudem könnte die Montage eines derartigen Seglers wegen der nachfolgend noch beschriebenen Absturzgefahr nicht im für Solarsegler problematischen Randbereich der Erdatmosphäre erfolgen und müsste derzeit mangels entsprechenden Strahlungsschutzes für Astronauten ausschließlich ferngesteuert erfolgen.moreover could the installation of such a sailor because of the following described danger of falling not in problematic for solar glider Edge area of the Earth's atmosphere be done and should currently for lack of appropriate radiation protection for astronauts exclusively remotely controlled.
Die mit dieser Patentschrift beschriebene Methode soll unter anderem eine Montage des Raumfahrzeuges mit auf der Erde angefertigten Teilen an einer Raumstation, die sich im erdnahem Orbit befindet, ermöglichen.The The method described with this patent is intended, inter alia an assembly of the spacecraft with parts made on earth at a space station, which is located in near-Earth orbit, allow.
Dies ist jedoch nach derzeitigem technischen Stand auch nicht problemlos.
- Hierzu ein Zitat aus Solar Sailing, Technology, Dynamics and Mission Applications, 1 Ausgabe, Seite 56: „One of the key problems in solar sail design is the packing and subsequent deployment of large areas of thin sail film.” „Indeed, the packing and deployment problem has perhaps been the greatest impediment to practical solar sail utilisation.”
- Here is a quote from Solar Sailing, Technology, Dynamics and Mission Applications, 1 issue, page 56: "One of the key problems in solar sail design.""Indeed, the packing and deployment problem has perhaps been the greatest impediment to practical solar sail utilization. "
Gerade für die hier behandelten sehr großen Solarsegler ist ein durchführbares praktisches Verfahren zum Verstauen und zum Setzen des Segels, ohne dieses bei dieser Gelegenheit zu beschädigen, notwendig.Just for the Here treated very large solar glider is a feasible one Practical method for stowing and setting the sail, without to damage this on this occasion, necessary.
Dies sollte eine gewisse Automatisierung bei der Segelmontage ermöglichen, durch die die Gefährdung von Astronauten wegen evtl. direkter Einsätze im freien Raum weitgehend verringert wird.This should allow some automation in sailing assembly by the endangerment by astronauts because of possible direct missions in free space largely is reduced.
Es besteht (von der durch den Weltraumeinsatz bedingten Gefahr für die Astronauten einmal abgesehen) die Gefahr, dass Astronauten in Raumanzügen mehrere Quadratkilometer große Segel nicht handhaben können, bzw. dieses aufgrund der Behinderung durch Raumanzüge bei der Montage beschädigen (eine falsche Bewegung bzw. Beschleunigung bzw. Abtreiben in die falsche Richtung könnte hierzu ausreichen).It exists (by the space-related danger for the astronauts once apart) the danger that astronauts in spacesuits several Square kilometer large Can not handle sails, or this due to the disability caused by spacesuits in the Damage assembly (a wrong movement or acceleration or abortion in the wrong direction could sufficient for this).
Um übergroße Solarsegel von mehr als 2 × 2 Quadratkilometer (die derzeit als Obergrenze angesehene Segelfläche, die gefaltet in den Laderaum eines Space Shuttles passt) anfertigen zu können, sollte noch eine weitere Lösung gefunden werden. Denn derzeit sieht man es für ein großes Segel wohl als notwendig an, es komplett auf der Erde aus vielen Segelstoff Bahnen zusammenzusetzen, das Segel zu falten, in den Weltraum zu transportieren und dort wieder auseinander zu falten.To oversized solar sail of more than 2 × 2 square kilometers (currently regarded as the upper limit sail area, which folded into the hold one Space Shuttle fits) should be another solution being found. Because at the moment you can see it as necessary for a big sail to assemble it completely on Earth from many sailor webs, to fold the sail, to transport it into space and there again to unfold.
Ein weiteres Problem, mit denen sich Projektdesigner großer Solarseglerprojekte auseinandersetzen müssen, sind die Auswirkungen der irdischen Restatmosphäre im erdnahen Orbit.One Another problem facing project designers large solar glider projects have to deal with are the effects of the terrestrial residual atmosphere in near-Earth orbit.
So wird z. B. die Internationale Raumstation (ISS), die sich in diesem Randbereich bewegt (durchschnittlich ca. 400 km über der Erdoberfläche), durch diese atmosphärischen Reste derart ausgebremst, dass sie bald auf die Erde stürzen würde, wenn nicht regelmäßige umlauferhöhende Korrekturmaßnahmen unter Thruster-Einsatz erfolgten.So is z. For example, the International Space Station (ISS), which is located in this Edge area moves (on average about 400 km above the earth's surface), through this atmospheric Leftovers so thwarted that they would soon fall to the earth, though not regular corrective corrective measures under Thruster use made.
Die ISS hat jedoch bereits eine recht hohe Masse und eine im Verhältnis zu einem Solarsegler geringe Angriffsfläche für atmosphärische Auswirkungen; ein Solarsegler mit seiner großen Fläche würde im Einflussbereich der Randatmosphäre jedoch erheblich schwerer beeinträchtigt.The However, ISS already has a fairly high mass and a relative to a solar glider low attack surface for atmospheric effects; a solar sailer with his big one Area would be in the sphere of influence the edge atmosphere however, severely impaired.
Lt. Colin McInnes ist die Bremswirkung der Restatmosphäre unterhalb einer Orbithöhe von 600–900 km stärker als der Druck der Sonnenstrahlung.Lt. Colin McInnes is the braking effect of the rest atmosphere below an orbithead from 600-900 km stronger as the pressure of solar radiation.
Ein Segler der auf Höhe der ISS montiert wird, würde demnach spätestens beim Setzen des Segels sehr schnell auf die Erde stürzen, wenn ihm nicht neben dem Segel weitere wirkungsvolle Antriebsmöglichkeiten zur Verfügung stehen.One Sailors at altitude the ISS would be mounted accordingly at the latest when setting the sail very quickly fall to the ground, though not next to the sail more effective drive options to disposal stand.
Bei einer Montage außerhalb des atmosphärischen Einflussbereiches kommt jedoch ein direkter Einsatz von Astronauten nicht in Frage, da die dort herrschende Strahlenbelastung des Weltraumes dies nicht zulässt. Hier wäre nur eine robotische, bzw. ferngesteuerte Montage denkbar.at an assembly outside of the atmospheric Influence range, however, comes a direct use of astronauts out of the question, since the prevailing radiation exposure of outer space this does not allow. Here would be only a robotic or remote-controlled installation conceivable.
Solange also wegen unzureichender Weiterentwicklung entsprechender Fernsteuerungs- und robotischer Techniken der direkte Einsatz von Astronauten erforderlich ist, wäre nur eine erdnahe Erstmontage eines Großseglers bzw. einer übergroßen Weltraum-Struktur, etwa bei der Internationalen Raumstation möglich.So long So because of insufficient development of appropriate remote control and robotic techniques required the direct use of astronauts is, would be only a near-earth first installation of a tall ship or an oversized space structure, possible with the International Space Station.
Zum Launchen kleinerer, selbst entfaltender Solarsegler wird zur Vermeidung der erdatmosphärischen Gefahrenzone einfach eine Injektion des Seglers in einen ausreichend hohen Orbit bevorzugt. Dies ist jedoch bei großen Seglern, die zudem noch im Weltraum montiert werden müssen, mit derzeitigen technischen Mitteln nicht möglich.To the Launch small, self-deploying solar glider to avoid the earth-atmospheric Danger Zone simply inject the sailor into one sufficient high orbit preferred. However, this is true of large sailors who are still in the Space must be mounted, not possible with current technical means.
Cosmos 1, ein selbst entfaltender Solarsegler, dessen Launch-Zeitpunkt in naher Zukunft geplant ist, soll daher in einen Orbit von ca. 825 km über der Erdoberfläche injiziert werden. Dies liegt noch im bzw. am Rande des Gefahrenbereiches der Erdatmosphäre und es bleibt zu hoffen, dass der Segler nicht abstürzt und es aus eigener Kraft schafft, den Orbit zu erhöhen.Cosmos 1, a self-deploying solar glider whose launch time planned in the near future, should therefore be in an orbit of approx. 825 km above the earth's surface be injected. This is still in or on the edge of the danger area the earth's atmosphere and it is to be hoped that the sailor does not crash and it manages to increase orbit on its own.
Aus Kostengründen ist jedoch keine schubkräftigere Launchmöglichkeit vorhanden. Verwendet wird eine russische Interkontinental-Rakete, die wegen des Atomwaffen-Sperrvertrages ohnehin vernichtet werden muss und daher preisgünstig zur Verfügung steht.Out cost reasons However, it is not more convulsive Launch option available. Used is a Russian intercontinental rocket, the because of the nuclear weapons-blocking contract anyway needs to be destroyed and therefore is available at low cost.
Aufgabenstellung:Task:
Aufgabe der vorliegenden Erfindungen ist es, das Design des bereits eingangs erwähnten Thruster-Solarseglers derart zu verbessern, dass seine Konstruktion im Weltraum, insbesondere das Setzen des Segels und das Einjustieren einer zentralen Innenring-Struktur, erleichtert und seine Antriebsoptionen und Steuerungsmöglichkeiten erhöht bzw. verbessert werden.task The present invention is the design of the already beginning mentioned thruster solar glider to improve so that its construction in space, in particular the setting of the sail and the Einjustieren a central inner ring structure, facilitated and increases or enhances its drive options and controls become.
Weiterhin besteht die Aufgabe darin, dem Thruster-Solar-Segler, der bisher lediglich an seinem Außenring mit Niedrigschub-Antrieben ausgerüstet war, weitere Antriebsoptionen (z. B. chemische Antriebe) durch automatisches Andocken und Ablegen von zusätzlichen Antriebseinheiten zu eröffnen.Farther The task is to be the thruster-solar sailor who so far only on its outer ring equipped with low-thrust actuators, further drive options (eg chemical drives) by automatically docking and dropping additional To open drive units.
Diese Aufgabe wird mit einem Thruster-Solar-Segler gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.These Task is with a thruster solar sailor according to the features of the claim 1 and a method according to the features of Claim 8 solved.
Hierzu ist es erforderlich, Verfahren und Vorrichtungen zu deren Durchführung zur Verfügung zu stellen, die es ermöglichen, sehr, bzw. übergroße Solarsegel für Solarsegler mit starrem Außenrahmen von der Erde in den Weltraum zu transportieren und dort am Segler zu montieren ohne dass Beschädigungen durch Faltungen, die Entfaltung des Segels und die Montage bzw. das Segelsetzen entstehen.For this It is necessary to provide methods and apparatus for their implementation disposal to make it possible to very, or oversized solar sails for solar sailors with rigid outer frame of transport the earth into space and there at the sailor mount without any damage by folding, the deployment of the sail and the assembly or the sailing nets arise.
Zusätzlich soll ein zumindest teilweise automatisches Segelsetzen und Segelreffen ermöglicht werden, um die Montage und den Betrieb eines Thruster-Solarseglers in atmosphärischen Einflussbereichen (z. B. bei der ISS) zuzulassen während das eigentliche Segelsetzen in einem ungefährlicheren, höheren Orbit erfolgen kann.In addition, should an at least partially automatic sailing and sailing meeting be made possible to install and operate a Thruster solar glider in atmospheric Areas of influence (eg at the ISS) during the actual sailing nets in a safer, higher orbit can be done.
Weiterhin soll der direkte Einsatz von Astronauten beim Segelsetzen durch Vorrichtungen, die eine teilweise Automatisierung ermöglichen, verringert werden.Farther should the direct use of astronauts while sailing through Devices that allow partial automation, be reduced.
Diese Vorrichtungen sollen bis hin zu einer Weltraum-Segel-Setzanlage führen, mit der das Segel-Setzen und -Ersetzen an einer Vielzahl von Solarseglern vorgenommen und vereinfacht werden kann.These Devices are supposed to go as far as a space-sail-setter to lead, with the sail putting and replacing on a multiplicity of solar sailors can be made and simplified.
Ebenso soll auch die derzeitige Begrenzung der möglichen Segelfläche aufgrund der eingeschränkt zur Verfügung stehenden Laderaumfläche des Launchers um ein Vielfaches hinausgeschoben werden.As well should also be due to the current limitation of possible sail area the restricted to disposal standing cargo area of the Launchers be postponed many times.
Um
die vorangehenden gewünschten
Verbesserungen überhaupt
ermöglichen
zu können,
ist es außerdem
notwendig, die Aufhängung
der bisher in einer Ebene (bzw. in Kontakt) mit dem Segel gehaltenen
zentralen Lade- und Dockingstation räumlich von der Segelsetz- und
-Reffanlage zu trennen. Dabei wurde die Gelegenheit genutzt, die
Station in eine Innenring-Konstruktion
Grundgedanken der Erfindung:Basic idea of the invention:
Anders als bei den meisten Solarsegler Designs, die davon ausgehen, das ein Zusammensetzen eines auf der Erde angefertigten Großsegels im Weltraum schwer durchzuführen ist, wird das Segel erst im Raum aus einer Vielzahl von einzelnen Bahnen zusammengefügt, die am Segler zu einem Komplett-Segel vereint werden.Different as with most solar glider designs, assume that a composition of a mainsail made on the earth difficult to perform in space is, the sail only in space from a variety of individual Put together tracks, which are combined at the sailor to a complete sail.
Die Bahnen können auf Rollen aufgerollt, anschließend transportiert und erst nach der Montage im Weltraum automatisch mittels Elektromotoren bzw. Winden abgerollt werden. Hierdurch ist das Faltproblem vermieden, da durch das Auf- bzw. Abrollen keine Falten entstehen können.The Railways can rolled up on rolls, then transported and only after the installation in space automatically be unrolled by electric motors or winches. This is avoided the folding problem, since by rolling up or unrolling Wrinkles can arise.
Auch die Montage wird stark vereinfacht, da die Rollen lediglich in hierfür bereits vormontierte Halterungen am Außenring des Seglers eingesetzt werden müssen oder ggf. sogar schon auf der Erde an den Ringsegmenten montiert sein könnten.Also The assembly is greatly simplified, since the roles only in this already preassembled brackets on the outer ring of the sailor must be used or possibly already mounted on the earth on the ring segments could be.
Zusätzlich wird das Zusammenschweißen/-kleben eines kompletten Großsegels bereits auf der Erde, das Falten und das anschließende Entfalten und Montieren (für das dem Erfinder bisher keine einfache technische Lösung bekannt ist) eines derart riesigen Segels gespart und durch das einfache Aufrollen der Segelbahnen auf hierfür vorgesehene Rollenkörper ersetzt.In addition will the welding together / gluing a complete mainsail already on earth, folding and subsequent unfolding and mounting (for the inventor so far known no simple technical solution is saved) of such a huge sail and by the simple Rolling up the sails replaced on this provided reel body.
Sind die Rollenhalterungen ebenfalls mit einem Elektromotor ausgestattet und verbleiben am Segler, könnte auch das automatische Segelreffen, um etwa einem Thruster-Solarsegler die Rückkehr in einen atmosphärischen Randbereich zu ermöglichen, erfolgen.are The roll holders are also equipped with an electric motor and stay at the sailor, could also the automatic sailing meeting, for example a thruster solar glider the return in an atmospheric To allow edge area respectively.
Aufgrund der Möglichkeit der Verkleinerung und Vergrößerung einzelner Segelbahnen durch Auf- und Abrollen wäre zudem die Steuerung des Seglers möglich, das heißt, ein derartiger Segler, der die problematische Zone irdischer Gravitationswirkungen bereits hinter sich gelassen hätte, könnte vollständig ohne Treibstoff auskommen, wenn sich die weitere Steuerung auf die Veränderung der Segelfläche beschränkt.by virtue of The possibility the reduction and enlargement of single Sailing by rolling up and unrolling would also control the Sailors possible this means, Such a sailor who already has the problematic zone of earthly gravitational effects would have left behind could completely without Get on with fuel, if the further control on the change the sail area limited.
Ebenso wird die bis dahin bestehende Begrenzung in der Segelgröße durch die Möglichkeit, nahezu beliebig viele Rollen und Launcher Ladungen für ein einziges Segel einzusetzen, signifikant hinausgeschoben.As well the existing limitation in the size of the sail will prevail the possibility of almost to use as many reels and launcher loads for a single sail, significantly postponed.
Letztlich wird es für Thruster-Solarsegler, deren Rollenhalterungen, Segelfolienrollen und Winden direkt am Segler verbleiben, möglich sein, die Montage im für Solarsegler ansonsten gefährlichen erdnahen Orbit z. B. in an der ISS angebrachten Montagehalterungen durchzuführen.Ultimately it will be for Thruster solar gliders, their roll holders, sail foil rolls and winches remain directly at the sailor, be possible, the assembly in the for solar sailors otherwise dangerous near-Earth orbit z. B. in mounted on the ISS mounting brackets perform.
Danach könnte dieser Orbit mit Hilfe der bereits vorhandenen Niedrigschub-Thruster auf eine ungefährliche Entfernung von der Erdatmosphäre erhöht werden.After that could this orbit using the already existing low thrust thruster on a safe Distance from the Earth's atmosphere elevated become.
Erst anschließend erfolgt dann das Ausrollen der bereits montierten Segelbahnen mit Hilfe der in den Spulenhalterungen montierten Elektromotoren.First subsequently then takes place the rolling of the already mounted sail sheets with Help of the electric motors mounted in the coil holders.
Beschaffenheit der Solarsegel-Bahnen (
Um zu vermeiden, dass die einzelnen Segelstoff Bahnen durch die Zugspannung beim Ausrollen beschädigt werden, sind diese an beiden Längskanten mit (vorzugsweise CNT-Faser) Fäden versehen, die die gesamte Zugbelastung während des Spannvorganges aber auch im späteren Segelbetrieb aufnehmen, während der Segelstoff locker zwischen den beiden Längsfäden hängt.Around To avoid the individual sail cloth webs by the tension damaged when rolling out are, these are on both longitudinal edges with (preferably CNT fiber) Provided threads that the entire tensile load during of the tensioning process but also in later sailing operation, while the sailcloth hangs loosely between the two longitudinal threads.
Die
beiden Rollen-Befestigungsfäden
Die
Spulen-Zugfäden
Wenn die Segelbahn ausgerollt (gesetzt) ist, sind die beiden Spulen-Zugfäden auf den zurgehörigen Winden-Spulen aufgerollt.If the sail is unrolled (set), the two reel drawstrings are on the associated ones Winding coils rolled up.
Außerdem soll
auch das Aufreißen
der Segelfolie in Längsrichtung
verhindert werden, so dass jeweils Verdickungen der Trägerschicht
in Form von die Bahnbreite durchlaufenden „Rip-Stops”
Form und Aufbau der einzelnen Segelbahnen entspricht damit weitgehend einem Design der Johns Hopkins Universität (JHU) aus den späten 80er Jahren für das nie statt gefundene, für das Jahr 1992 vorgesehen Solarsegler-Rennen zum Mars, mit dem ein selbstentfaltender scheibenförmiger Segler entworfen wurde. Auch die Segelbahnen von Cosmos 1 haben eine derartige annähernd dreieckige Form.shape and structure of the individual sails corresponds largely with it a design from the Johns Hopkins University (JHU) from the late 80s Years for never found, for the year 1992 provided solar sailing races to Mars, with the one self-unfolding disc-shaped Sailor was designed. Also have the sails of Cosmos 1 such an approximate triangular shape.
Anders
als bei dem 170-m-Durchmesser JHU-Segler, dessen 480 Segelbahnen
zunächst
innen in Tuben verpackt um den zentralen Raumfahrzeug „Bus” angeordnet
sind, werden die Bahnen im vorliegenden Design jedoch außen auf
Rollen aufgerollt und durch die sich verjüngenden Fäden der Kantenbegrenzungen,
die immer auf der darunter liegenden Bahn aufliegen (s. hierzu
Auch der Entfaltungsvorgang der beiden Designs ist unterschiedlich. Während im Thruster-Solarsegler die Bahnen der Segelfolienrollen einfach durch Elektromotoren von der Rolle in Richtung Zentrum des Seglers abgezogen werden, sollen die Tuben des JHU-Seglers durch Federkraft in eine runde Außenstruktur expandieren und dabei die Segelfolien-Bahnen aus den Tuben herausgezogen werden.Also the unfolding process of the two designs is different. While in the Thruster solar sailor the tracks of the sail foil rolls simply by electric motors of the role should be deducted towards the center of the sailor the tubes of the JHU sailor by spring force in a round outer structure expand while the sail foil webs are pulled out of the tubes.
Sicherlich ein Vorgang, der bei sehr empfindlichen Folien nicht ganz unbedenklich in Bezug auf die Beschädigungsanfälligkeit ist.Definitely a process that is not completely harmless for very sensitive films in terms of susceptibility to damage is.
Sowohl Rip-Stops als auch Kantenfäden der Segelbahnen könnten z. B. durch Wegätzen einer dickeren Trägerschicht hergestellt werden, wobei die dicken Stellen an den Kanten und als Rip-Stops in der ursprünglichen Materialstärke verbleiben.Either Rip stops as well as edged threads the sails could z. B. by etching away a thicker carrier layer be prepared, with the thick spots on the edges and as Rip stops in the original material thickness remain.
Alternative Verbindungs-Möglichkeiten wären z. B. das Verkleben oder Verschweißen von z. B. CNT-Fäden mit dem Trägermaterial.alternative Connection options would be z. As the bonding or welding from Z. B. CNT threads with the carrier material.
An
den seitlichen Enden der Rip-Stops sind in
Sinn dieser seitlichen Befestigung ist es, seitliche Verschiebungen der Segelbahnen zu verhindern, die z. B. durch Drehungen des Seglers entstehen könnten.sense this lateral attachment is to lateral displacements of the To prevent sails, the z. B. by rotations of the sailor could arise.
Allerdings hofft der Erfinder, dass die Halte-Pads nicht notwendig sein werden, oder zumindest die manuelle Verbindung vermieden werden kann, da hierdurch der Vorteil des automatischen Segel-Setzens und -Reffens erheblich gemindert würde.Indeed the inventor hopes that the holding pads will not be necessary or at least the manual connection can be avoided since thus the advantage of automatic sail-setting and -Reffens would be significantly reduced.
Ob ein Verzicht auf Halte-Pads möglich sein wird, kann nur die Praxis zeigen.If a waiver of holding pads possible Only the practice can show.
Bei dem JHU-Segler sind jedoch keine derartigen Verbindungs-Pads vorgesehen.at however, the JHU sailor does not provide such connection pads.
Ein eventueller Weg zur automatischen seitlichen Verbindung der Bahnen untereinander wäre die Verwendung magnetischer Pads, die bei genauer Platzierung der Bahnen nach dem Absenken eine magnetische Verbindung ohne weiteres Zutun eingehen würden. Voraussetzung hierfür ist jedoch eine sehr hohe Maßhaltigkeit und exakte Ausrichtbarkeit der einzelnen Segelbahnen.One possible way to the automatic lateral connection of the tracks among themselves would be the Use of magnetic pads, with accurate placement of the tracks after lowering a magnetic connection without further action would go down. Prerequisite for this is however a very high dimensional stability and exact alignment of the individual sail sheets.
Da die Segelbahnen am Außenring und im viel kleineren Zentrumsbereich des Seglers befestigt werden, muß sich jede einzelne vom Außenbereich zum Innenbereich entsprechend des Verhältnisses des jeweiligen Umfanges des Außenringes zum Befestigungsbereich im Zentrum des Seglers verjüngen.Since the sails are attached to the outer ring and the much smaller center area of the glider, each must be rejuvenated from the outer area to the inner area according to the ratio of the respective circumference of the outer ring to the mounting area in the center of the glider gene.
So würde der Umfang eines runden Seglers von z. B. 2260 m Durchmesser (dies entspricht etwa einem quadratischen Segler mit einer Seitenlänge von 2 × 2 km) etwa 7096 m betragen, während der Umfang eines 30 m Innenringes mit anschließenden 4 m Solarzellenring nur 38 m beträgt.So would the Circumference of a round sailor of z. B. 2260 m diameter (this corresponds about a square sailor with a side of 2 × 2 km) are about 7096 m, while the circumference of a 30 m inner ring with adjoining 4 m solar cell ring only 38 m.
Ein derartiger Segler könnte nach Berechnungen des Erfinders ein Gewicht von ca. 15 Tonnen haben. Nicht viel für ein derart großes Gebilde!One such a sailor could according to calculations of the inventor have a weight of about 15 tons. Not much for such a big one Formations!
Verwendet man am Außenring dieses 2260-Meter-Seglers eine anfangs ca. 4 m breite Bahn, verjüngt sich diese dort, wo sie letztlich endet, nämlich an der äußeren Kante des/der Gehäuse(s) des Solarzellenringes auf nur noch etwa 6,3 cm Breite. Die Bahnen haben also (bis auf die abgebrochene Spitze) eine nahezu dreieckige Form.used one on the outer ring This 2260-meter sailor initially a 4 m wide track, tapers these where it ends, namely on the outer edge the housing (s) of the Solar cell ring on only about 6.3 cm wide. The tracks have So (except for the broken tip) a nearly triangular shape.
Damit die Bahnen sich bei der Montage überlappen, könnte z. B. die Breite noch um z. B. 2 cm verlängert werden, was zu einer beidseitigen Überlappung von ebenfalls 2 cm führen würde.In order to the webs overlap during assembly, could z. B. the width is still z. B. 2 cm extended, resulting in a overlapping on both sides also lead 2 cm would.
Die
Bahnen hätten
in der hier vorgestellten Ausführung
eine Breite von etwa 4,02 m an der breiten Seite und 8,3 cm an der
schmalen, sowie eine Länge
von
1111 m.The webs would have in the design presented here a width of about 4.02 m at the wide side and 8.3 cm at the narrow, and a length of
1111 m.
Aufrollen der Segelbahnen (s.
Die oben beschriebene, laufende Verjüngung der Segelbahnen hat zwei entscheidende Vorteile.The described above, ongoing rejuvenation The sails has two key advantages.
Die
dickeren Kantenfäden
können
nach einem Umlauf der Rolle wie in
Hierdurch werden die durch unterschiedliche Dicke der Kantenfäden und des Segelmaterials zu erwartenden seitlichen Wülste vermieden, die die Handhabung derartiger Rollen bei großen Seglern nahezu unmöglich machen würde.hereby be through different thickness of the edge threads and the sail material expected lateral beads avoided the handling such roles in large Sailors almost impossible would do.
Durch die sich verjüngend nebeneinander liegenden seitlichen Fäden wird außerdem der gesamte Bereich der Segelfolien-Rolle von oben geschützt bzw. gestützt weil sich bis zum mittleren Bereich der Rolle eine außen liegende Spirale aus Kantenfäden bildet.By the rejuvenating Side-by-side threads also become the entire area the sail foil roll from above protected or supported because up to the middle of the roll forms an external spiral of edged filaments.
Die Rollen können daher auch im Launcher in einem Gestell frei schwebend und an ihren beidseitigen Naben Aufhängungen gehalten werden, ohne dass die empfindliche Segelfolie durch die starke Andruckbelastung beim Launchen beschädigt wird.The Rollers can therefore also in the launcher in a frame floating freely and at their two-sided hub suspension be held without the delicate sail foil through the strong pressure load on launching is damaged.
Die bereits erwähnte 1111 m lange Segelbahn würde einen z. B. 6 cm dicken Rollenkörper im Mittelbereich bei einer Stärke der Segelfolie von 2,1125 μm allseitig um grob gerechnet 10 mm zzgl. der Fadenstärke verdicken, was zu einem Gesamt-Durchmesser der Rolle im Mittelbereich von etwa 8 cm führen würde.The already mentioned 1111 m long sailing track would a z. B. 6 cm thick roll body in the middle range at one strength the sail foil of 2.1125 microns thicker on all sides by roughly 10 mm plus the thread thickness, resulting in a total diameter of the roll in the mid-range of about 8 cm lead would.
Derartige 4,02 m lange und zwischen 6 und 8 cm dicke Rollen sind durchaus zu handhaben und mit entsprechenden Halterungen am Außenring des Solarseglers zu befestigen.such 4.02 m long and between 6 and 8 cm thick rolls are quite to handle and with appropriate mounts on the outer ring to attach the solar glider.
Die Fläche einer einzigen Bahn einschließlich Überhang würde etwa 2281 m2 betragen, das Gewicht einer einzelnen Bahn, von denen der erwähnte 2260-m-Segler immerhin 1774 Stück besitzt, könnte sich geschätzt je nach Material und Folienstärke zwischen 2,5 und 6 kg bewegen. Dazu käme dann noch das jeweilige Gewicht der Rollen, Rollenhalterungen und Windenvorrichtungen, falls diese am Thruster-Solar-Segler verbleiben sollen.The area of a single lane including overhang would be about 2281 m 2 , the weight of a single lane, of which the mentioned 2260 m sailor would have 1774 pieces, could vary between 2.5 and 6 kg, depending on the material and film thickness , Then there would be the respective weight of the roles, role holders and winch devices, if they should remain on the thruster solar sailor.
Segelrollen, Setz- und Reffvorrichtungen
(
Am Außenring des Solarseglers werden für jede vorbereitete Segelfolien-Rolle zwei Rollenhalterungen (für jedes Rollenende eine Halterung) befestigt, von denen zumindest eine für das Auf- und Abrollen mit einem Elektromotor ausgestattet sein sollte.At the outer ring of the solar glider will be for each prepared sail foil roll two roll holders (for each End of a bracket), at least one of which and rolling should be equipped with an electric motor.
Die Befestigung der Halterungen könnte nach dem gleichen Prinzip erfolgen, nach dem die Thruster des anfänglich bezeichneten Erstantrages befestigt wurden (mit durchsteckbaren Befestigungs-Splinten und Befestigung durch Kontermuttern).The Mounting the brackets could be after follow the same principle that the thrusters of the original designate Initial applications have been fixed (with push-through fastening splints and secured by locknuts).
Außerdem sind die Befestigungen so ausgebildet, dass die Segelfolien-Rollen an Ihren beiden Naben, die ebenfalls zu diesem Zweck entsprechend ausgebildet sind, in die Halterungen eingesteckt und von diesen festgehalten und dort gedreht werden können.Besides, they are the fasteners designed so that the sail foil rolls on Their two hubs, which also trained accordingly for this purpose are inserted into the holders and held by them and can be shot there.
Die Halterungen sind am Außenring des Seglers so ausgerichtet, dass jeweils jede zweite Rolle erhöht über ihren beiden Nachbarrollen steht. Diese Bahnen liegen nach dem Absenken auf den unten liegenden Bahnen mit beiden Rändern auf.The Brackets are on the outer ring The sailor is oriented so that every second roll is raised above her stands both neighboring roles. These tracks are after lowering on the lower tracks with both edges on.
Bei einer späteren Reparatur bzw. dem Austausch einer einzelnen Bahn muß günstigstenfalls nur diese abgehoben werden (wenn es sich um die oben liegende Bahn handelt) und im schlimmsten Fall noch zusätzlich die beiden oben liegenden Nachbarbahnen (wenn es sich um eine untenliegende Bahn handelt).In a later repair or replacement of a single track at best only these must be lifted (if it is the overhead track) and in the worst case, in addition, the two overhead Nach barbahnen (if it is a lower course).
Sollen die Rollenhalterungen und Winden zum automatischen Segelsetzen und Reffen am Segler verbleiben, sind nur die Halterungen der oben stehenden Rollen absenkbar (z. B. durch ein drehbares Gelenk oder eine Teleskop-Halterung) ausgeführt.Should the roll holders and winches for automatic sailing and Refuge remain on the glider, are only the brackets of the above Rollers can be lowered (eg by a rotatable joint or a telescopic support) executed.
Kommt es später zum Absenken der Segelbahnen, werden die höher stehenden Rollen mit ihren Halterungen soweit abgesenkt, dass die oberen Segelbahnen den Rand der darunter liegenden mit ihrem Überstand bedecken.comes it later to lower the sails, the higher standing roles with their Mounts lowered so far that the upper sails the edge cover the underlying with their supernatant.
Sollen Halterungen und Winden nach dem Segelsetzen z. B. aus Gewichtsgründen entfernt werden, wäre es nicht erforderlich, diese absenkbar auszuführen, da die endgültige Befestigung des Segels ohnehin von Hand bzw. robotisch erfolgen müsste.Should Mounts and winches after sailing nets z. B. removed for weight reasons would be it is not necessary to perform this lowering, as the final attachment the sail would have to be done by hand or robotic anyway.
Hier würden jedoch auch zunächst die unteren Bahnen am Außenring befestigt und anschließend die oberen überlappend auf die unteren abgelassen.Here would but also first the lower tracks on the outer ring attached and then the upper overlapping drained to the bottom.
Außerdem werden
an der Außenseite
des an die Innenring-Struktur (s.
Segelsetzen im Weltraum:Sailing in space:
Günstigerweise wären sämtliche Halterungen und Winden-Vorrichtungen bereits an den Ringsegmenten des Außenringes und den dafür vorgesehenen Befestigungsstellen an der Innenring-Struktur bereits auf der Erde vormontiert.conveniently, would be all Brackets and winch devices already on the ring segments of the outer ring and the one for it provided fastening points on the inner ring structure already pre-assembled on earth.
Im Weltraum wären dann nach der vollständigen Montage des Seglers nur noch die Segelbahnrollen in die hierfür vorgesehenen Rollenhalterungen einzusetzen.in the Space would be then after the complete Installation of the sailor only the sail rollers in the space provided Use roll holders.
Sodann würden die beiden Windenfäden vom Zentrumsbereich zu den zugehörigen Segelbahnrollen hinübergeführt und an den beiden Kantenfäden des schmalen Endes der Segelbahn befestigt.thereupon would the two winch threads from the Center area to the associated Sailway roles passed over and at the two edge threads attached to the narrow end of the sail.
Es wäre allerdings auch denkbar, die jeweiligen Ringsegmente des Außenringes schon auf der Erde mit den jeweiligen Innenringsegmenten durch ihre entsprechenden Fadenverbindungen zu verbinden, damit ein evtl. aufwendiges Fadenziehen (bei einem 2260-m-Segler immerhin ein Distanz von weit über einem Kilometer) vermieden werden kann.It would be though also conceivable, the respective ring segments of the outer ring already on the ground with the respective inner ring segments by their respective To connect thread connections, so that a possibly complicated threading (At a 2260-meter sailor at least a distance of well over one Kilometers) can be avoided.
Der Segler wäre jetzt bereits in der Lage, die Segelbahnen mit Hilfe der Winden zu setzen. Wurde die Montage im gefährlichen Randatmosphären-Bereich durchgeführt, erfolgt ein Segelsetzen jedoch zu diesem Zeitpunkt noch nicht, sondern der Segler erhöht zunächst seinen Orbit allein mit Hilfe seiner elektrischen Niedrigschub-Antriebe.Of the Sailors would be now already able to use the winches with the help of the winches to put. The assembly was in the dangerous edge atmosphere area carried out, Sailfishing is not done at this time, but the sailor increases first its orbit alone with the help of its electric low-thrust drives.
Erst wenn ein sicherer Orbit erreicht ist, werden die Winden in Betrieb gesetzt, die die Segelbahnen zum Zentrum des Seglers hin von den Rollen abziehen.First when a safe orbit is reached, the winches become operational set the sails to the center of the sailor from the Pull off the rollers.
Der Abroll- und der Absenk-Vorgang:The rolling and lowering process:
Sowohl Rollen als auch Seilwinden halten die Segelbahn zunächst beim Spannen und Ausrollen vom Außenring und der darunter liegenden, die Innenringkonstruktion haltende Fadenbespannung in ausreichender Entfernung, so dass zunächst keine Berührung des/der Netzes/Bespannung erfolgt.Either Castors and winches keep the sails at first Tensioning and rolling out of the outer ring and the underlying, the inner ring construction holding thread covering at a sufficient distance, so that initially no contact with the / Net / covering takes place.
Erst
wenn die Rolle(n) ausgerollt ist/sind, erfolgt ein Absenken, z.
B. durch Drehen der Rollen am Außenrohr nach außen oder
innen (
Abgesenkt würde nur jede zweite, also die höher angebrachten Bahnen. Falls nötig müssen hierbei die seitlichen Befestigungen der Halte-Pads erfolgen.lowered only would every second, so the higher attached tracks. if necessary need this the lateral fixings of the holding pads take place.
Die hier beschriebene Absenk-Methode ermöglicht es, durch wieder Anheben und Aufrollen einzelne Bahnen wieder auszutauschen wenn diese beschädigt sind.The Descending method described here makes it possible, by lifting again and rewind individual webs exchange again if they are damaged.
Serien-Bespannungsvorrichtung für Solarsegler.Serial clothing device for solar gliders.
Um eine größere Zahl von Solarseglern mit Segeln zu versehen, liegt der Gedanke nahe, einfach ein gleich großes Thrusterring-Raumfahrzeug der gleichen Serie mit fest montierten Rollenhalterungen und Windeneinrichtungen zu versehen, die es ermöglichen die Segelbahnen an diesem Fahrzeug auszurollen und provisorisch zu halten.Around a larger number of sailing with solar sailors, the idea just the same size Thruster ring spacecraft of the same series with fixed mounted To provide roll holders and winches that make it possible to roll out the sails on this vehicle and provisionally to keep.
Die zu bespannenden Fahrzeuge einer Serie würden nicht über eigene Winden- und Rollenhalterungen für die Segelbahnen verfügen, sondern diese würden direkt am Außenring und der Innenring-Struktur befestigt.The vehicles to be covered in a series would not have their own winch and roll stops but these would be attached directly to the outer ring and the inner ring structure.
Sobald das Segel komplett ausgerollt ist, wird das zu bespannende Thrusterring-Raumfahrzeug an die Bespannungseinrichtung herangeführt und mittels (vorzugsweise automatischer) Halterungen an der Bespannungseinrichtung gehalten.As soon as the sail is completely rolled out, the to be covered Thrusterring spacecraft to the Dressing device introduced and by means of (preferably automatic) holders on the covering device held.
Die jeweils einzelnen Bahnen können dann von ihren Halterung bzw. Winden gelöst und an dem zu bespannenden Solarsegler befestigt werden.The each individual tracks can then released from their bracket or winches and on the to be covered Solar gliders are attached.
Nachteil dieser Methode ist allerdings, dass die endgültige seitliche Befestigung der Folienbahnen mittels der Endfäden von Hand ggf. mit Hilfe geeigneter Roboter erfolgen müsste und eine Rückkehr eines derart ausgerüsteten Seglers in Randatmosphärische Bereiche wegen der fehlenden Reffmöglichkeit nicht erfolgen könnte.disadvantage However, this method is that the final lateral attachment the film webs by means of the end threads by hand, if necessary with the help suitable robot would have to be done and a return of one so equipped Glider in Randatmosphärische Areas could not be done because of the lack of reefing.
Vorteil ist, dass die am Ende endgültig bespannten Solarsegler ohne eigene Rollen und Rollen-Halterungen, sowie ohne Seilwinden auskommen würden und dadurch das Gewicht des Seglers, sowie die Gesamtherstellungskosten einer Serie reduziert würden, da nur der mit der Serienbespannungs-Einrichtung versehene Segler derartige Vorrichtungen benötigt.advantage is that in the end final covered solar sailors without their own roles and role holders, as well as without cable winches and thus the weight of the sailor, as well as the total manufacturing cost of a series reduced would since only the sailor equipped with the serial clothing device such devices needed.
Eine weitere einfache Methode, um diese Befestigungen der Segelbahnen vorzunehmen, wäre, die entsprechenden Ringsegmente mit einer Doppelwulst zu versehen, die in der Mitte eine Rille/Nabe bildet, in den der jeweilige Kantenfäden um das Rohr geführt und anschließend verknotet wird.A Another simple method to these fortifications of the sails would be to provide the corresponding ring segments with a double bead, which forms in the middle of a groove / hub, in which the respective edge threads around the Pipe guided and subsequently is knotted.
Starre Innenring-Docking- und Nutzlaststation mit integrierter Solarstrom-Erzeugung für Thrusterring-Raumfahrzeuge und -Segler – Verfahren sowie Vorrichtungen zur Montage und Justierung von Innenringstrukturen in einem äußeren (Thruster-)RingRigid inner ring docking and payload station with integrated solar power generation for thruster ring spacecraft and -sleep - method and devices for mounting and adjusting inner ring structures in an outer (thruster) ring
Im
Zentrum von
Die
Ringe werden verbunden durch die starren Ringverbindungsstücke (
Durch vollständiges Durchführen der Splinte durch die so entstandenen Verbindungen und Befestigung mittels Kontermutter wird jede einzelne der Verbindungsstellen zusätzlich verstärkt.By complete Carry out the splint through the resulting connections and attachment By means of lock nut, each one of the joints is additionally reinforced.
Hierdurch
entsteht eine Ringkonstruktion, die es zuläßt, zwischen den Ringen (
Sämtliche evtl. im Weltraum vorzunehmenden direkten Verbindungen der Ringsegmente von Thrusterring-Raumfahrzeugen können daher mit immer derselben einfachen Befestigungstechnik, die auch für die Befestigung der Thruster und evtl. weiterer Ausrüstung am Außenring verwendet wird, vorgenommen werden.All possibly in space to be made direct connections of the ring segments Thrusterring spacecraft can therefore always with the same simple fastening technique, which also for the attachment of the thruster and possibly other equipment on the outer ring is used.
Dies erleichtert die Entwicklung von Montage-Automaten und -Robotern mit deren Hilfe das Zusammenfügen des Raumfahrzeuges im Weltraum (gesteuert durch Astronauten einer Weltraumstation) bevorzugt erfolgen sollte.This facilitates the development of assembly machines and robots with their help, the joining together spacecraft (controlled by astronauts of a spacecraft Space station) should be preferred.
Die
Ringverbindungstücke
(
Allerdings ist hiermit noch nicht die Befestigung und Justierung einer derartigen Innenringkonstruktion in dem um Dimensionen größeren Außenring gelöst. In einem Bezugsdesign projektiert der Erfinder z. B. einen 2260 m durchmessenden Außenring und eine Innenringkonstruktion von etwa 40 m Durchmesser, die eine 30 m durchmessende und aus beiden Seiten der Raumfahrzeugsscheibe herausragende Docking- und Nutzlaststation beinhaltet.Indeed is not yet the attachment and adjustment of such Inner ring construction solved in the order of dimensions larger outer ring. Projected in a reference design the inventor z. B. a 2260 m diameter outer ring and an inner ring construction of about 40 m in diameter, the one 30 m diameter and from both sides of the spacecraft disc outstanding docking and payload station.
Schließlich liegen die Strukturteile des Außenringes und der Innenringkonstruktion bei dem Referenz-Design bereits um mehr als einen Kilometer entfernt voneinander.Finally lie the structural parts of the outer ring and the inner ring construction in the reference design already around more than a kilometer away from each other.
Im
vorliegenden Design erfolgt die Befestigung der Innenring-Struktur
(
Da
Innenringkonstruktion und Thruster-Außenring nach den Vorstellungen
des Erfinders zunächst
jeweils getrennt an eigenen an einer Raumstation befestigten Montage-Gerüsten montiert
werden, muß die
Innenring-Struktur (
Dies
erfolgt durch eine Justierungseinrichtung, die aus den Justierungs-Zugfaden-Spulen (
Die mit einem elektrischen Motor versehenen Zugfaden-Spulen sind bevorzugt bei der Weltraummontage bereits am äußeren Ende der Ringverbindungsstücke der Innenringe vormontiert und die dazugehörigen Zugfäden bereits auf der Erde mit den entsprechenden Rohrsegmenten verbunden.The Traction coils provided with an electric motor are preferred in the space installation already at the outer end of the ring connectors of Inner rings pre-assembled and the associated drawstrings already on earth with connected to the corresponding pipe segments.
Ebenso
sollten auch die Haltefäden
(
Nach
ihrer Fertigstellung kann sich die Innenring-Struktur (
Da sämtliche weiteren Fäden (auch die Zugfäden der Segelbahnen) wegen der bei der Erstmontage räumlichen Entfernung der Konstruktionen zu lang ausgelegt sein müssen, ist es erforderlich, diese nun einen nach dem anderen am Außenring entsprechend auf die korrekte Länge zu kürzen.There all other threads (also the drawstrings the sails) because of the initial installation spatial removal of the structures have to be designed too long It is necessary, these now one after another on the outer ring according to the correct length to shorten.
Dies könnte dadurch erfolgen, dass das nunmehr bereits in seinen Umrissen fertiggestellte Raumfahrzeug in seiner Halterung soweit weitergedreht wird, dass die Stellen an denen die zu kürzenden Fäden befestigt sind, erreicht werden können.This could be done by the now completed in its outlines spacecraft in his holder as far further rotated that the places where the to be shortened Attached threads are, can be achieved.
Reichen die zur Befestigung einer auf der Erde tonnenschweren Innenring-Konstruktion vorgesehenen 12 Halte- und 4 Justierungs-”fäden” tatsächlich aus, um die gesamte Struktur, deren Erdgewicht sich bei dem Referenzsegler im Bereich von 10 bis 15 Tonnen bewegen könnte, zusammenzuhalten?Enough to attach one earth-toning inner ring construction provided 12 retaining and 4 adjustment "threads" actually off to the entire structure, whose weight is the reference sailor could move in the range of 10 to 15 tons, holding together?
Zunächst einmal handelt es sich um ein Raumfahrzeug, das für den Betrieb im freien Fall bzw. in Micro-Gravitation vorgesehen ist. Die Kräfte, die hauptsächlich auf die Raumschiffstrukturen einwirken werden, sind die Schubkräfte der Antriebe, also des Solarsegels und der Niedrigschub-Thruster.First of all is a spacecraft designed to operate in free-fall or is provided in micro-gravity. The forces that are mainly on the spacecraft structures will act, the thrust forces are the Drives, so the solar sail and the low thruster.
Das Solarsegel, dessen Antriebskraft die der hauptsächlich zur Steuerung (mit Hebelwirkung, da die Thruster am Außenring platziert sind) verwendeten Ionen-Thruster weit übersteigt, kann auf Erdhöhe maximal jedoch nur einen Schub von 9 N, also 900 Gramm je Quadrat-Kilometer entwickeln. Bei dem 4 Quadrat-Kilometer Referenzsegler wären dies auf Erdhöhe maximal 36 N und bei 0,25 AU von der Sonne etwa 576 N, also nicht einmal 58 kg, die sich auch noch auf die gesamte, riesige Struktur gleichmäßig verteilt.The Solar sail, whose driving force is mainly used to control (with leverage, because the thruster on the outer ring ion thruster used far exceeds can maximum at ground level but only a boost of 9 N, so 900 grams per square kilometer develop. For the 4 square kilometer reference sailer this would be at ground level maximum 36 N and at 0.25 AU from the sun about 576 N, so not once 58 kg, which also affects the entire, huge structure equally distributed.
Verwendet
man etwa Haltefäden
aus CNT-(Carbon Nanotube), einem Material, dass absolut weltraumtauglich
und erheblich leichter, jedoch 10 mal zugfester als Stahl ist, ist
die hier angedachte Haltekonstruktion, die aus lediglich 16 Fäden besteht (s.
hierzu
Jeder dieser 16 „Fäden” könnte auf der Erde einen PKW in der Luft halten ohne zu reißen.Everyone these 16 "threads" could be on Keeping a car in the air without tearing the earth.
Verwendet man allerdings zusätzlich wie nachstehend beschrieben noch stärkere, im Docking-Bereich angedockte Antriebsformen bei z. B. 1 G Beschleunigung, müsste das Faden-Gewebe den tonnenschweren Außenring bei vollem Erdgewicht halten, dessen Beharrungsvermögen auf den beschleunigenden Innenring drückt.used however, in addition as described below even stronger, docked in the docking area Drive forms at z. B. 1 G acceleration, the thread fabric would have tons heavy outer ring hold at full earth weight, its inertia on presses the accelerating inner ring.
Eine genauere Analyse, zur evtl. Erhöhung der Anzahl der verwendeten Haltefäden und/oder Begrenzung der maximalen Schubkraft wäre hier ggf. erforderlich.A more detailed analysis, to possibly increase the Number of holding threads used and / or limiting the maximum thrust might be required here.
Mobiles, andockfähiges Triebwerk für Thrusterring-RaumfahrzeugeMobile, dockable engine for thruster-ring spacecraft
Die europäische Raumsonde Smart I, die mit einem Niedrigschubantrieb (Ionen-Antrieb) ausgerüstet war, benötigte etwa ein Jahr, bis sie mit Hilfe Ihres Antriebes ausgehend von einem erdnahen Orbit einen Mondorbit erreichen konnte.The European Space probe Smart I powered by a low-thrust drive (ion drive) equipped was needed about a year, until you start with the help of your drive Near-Earth orbit could reach a lunar orbit.
Die amerikanischen Astronauten benötigten insgesamt etwa drei Tage um von der Erde den Mondorbit zu erreichen und darüber hinaus in einem Lander auf dem Mond zu landen.The American astronauts needed a total about three days to reach the moon orbit from Earth and beyond to land in a lander on the moon.
Niedrigschub-getriebene Raumfahrzeuge können die Route zum Mond oder aus dem Erdorbit heraus nicht direkt nehmen. Sie müssen die Orbitgeschwindigkeit und damit auch den Umfang des Orbits langsam und in vielen Umlaufbahnen um die Erde herum erhöhen, bevor Sie dem Griff der irdischen Gravitation entkommen können.Low shear-driven Spacecraft can do not take the route to the moon or out of Earth orbit directly. You need to the orbit speed and thus the circumference of the orbit slowly and in many orbits around the earth increase before you reach the handle Escape earthly gravity.
Dies ist darauf zurückzuführen, dass derartige Niedrigschubantriebe zwar sehr treibstoffsparend betrieben werden können, jedoch Ihre Antriebskraft wie der Name schon sagt, äußerst schwach ist.This is due to that Although such low-thrust drives operated very fuel-efficient can be however, as your name suggests, your driving power is extremely weak is.
Die Thrusterring-Raumfahrzeuge und -Solarsegler nach den beiden vorangehenden Patentschriften stehen vor dem gleichen Problem; sie verfügen nur über ihre Niedrigschub-Thruster, sowie über den ebenfalls nur Niedrigschub-erzeugenden Solarsegel Antrieb.The thruster-ring spacecraft and solar gliders according to the two preceding patents face the same problem; they only have their low-thruster thrusters, as well as the also low-thrust-generating solar sail Drive.
Aufgabe der nachfolgend beschriebenen Erfindung ist es daher, Thrusterring-Raumfahrzeuge und -Solarsegler mit einer über die Niedrigschub-Beschleunigung hinausgehenden Beschleunigungsfähigkeit zu versehen.task The invention described below is therefore, thruster ring spacecraft and Solar sailer with one over accelerating capability exceeding low-thrust acceleration to provide.
In der bereits mehrfach erwähnten säulenförmigen Innenring-Dockingstation können Tochtereinheiten an beiden Seiten eindocken, indem sie in die (kreisförmige) Öffnung hineinmanövrieren, wo sie von in den Docking-Bereich hineinragenden Docking-Halterungen gehalten werden.In the already mentioned several times columnar inner ring docking station can Dock daughter units on both sides by maneuvering into the (circular) opening, where they are held by docking brackets protruding into the docking area become.
Diese Option wird nun dazu ausgenutzt, stärker beschleunigende Triebwerke, die an ihrer äußeren Hülle zusätzlich mit Niedrigschub-Thruster-Einheiten versehen sind, automatisch, bzw. ferngesteuert in das Thrusterring-Raumfahrzeug einzudocken.These Option is now exploited, more accelerating engines, in addition to their outer shell Low thrust thruster units are provided, automatically, or remotely docked in the thruster ring spacecraft.
Diese mobilen Docking-Triebwerke können dann im Bedarfsfall gezündet werden und das Thrusterring-Raumfahrzeug z. B. zum schnellen Verlassen eines planetaren Orbits oder zum Abbremsen beschleunigen.These Mobile docking engines can then ignited if necessary and the thruster ring spacecraft z. B. for quickly leaving a accelerate planetary orbits or slow down.
Ausgebrannte Triebwerke können sich selbsttätig durch Ausdocken entsorgen oder an einer Weltraumstation bzw. auf einem Asteroiden zur Treibstoff-Aufnahme landen oder ggf. auch im freien Raum oder in einer Umlaufbahn durch Tank-Raumfahrzeuge wieder befüllt werden.burnt Engines can self-acting Dispose of by undocking or at a space station or on land an asteroid for fuel intake or possibly also in the free space or in orbit by tanker spacecraft again filled become.
Da eine große Docking-Station Raum in Hülle und Fülle bietet, wäre es auch möglich, jeweils ein mobiles Docking-Triebwerk an den beiden Austrittsöffnungen der Docking-Station zu platzieren, so dass jeweils sowohl für die anfängliche Beschleunigung als auch für das später wieder notwendige Abbremsen mobile Zusatz-Docking-Antriebe eingesetzt werden können.There a big Docking station space in sheath and abundance offers would be it also possible each a mobile docking engine at the two outlet openings the docking station to place so that each for both the initial acceleration as also for that later again necessary deceleration mobile additional docking drives used can be.
Auch das Mitführen weiterer Austauschtriebwerke, etwa für eine Rückkehr zum Ausgangspunkt wäre ggf. möglich. Bei der notwendigen Größe von Solarseglern ist eine entsprechend groß ausgelegte zentrale Nutzlast- und Dockingstation, die zudem zum größten Teil aus Vakuum und einem ringförmigen Leichtgewicht-Rohrgerüst mit zwei großen Einflugöffnungen besteht, ein eher geringer Massefaktor.Also to carry with you other replacement engines, such as a return to the starting point would possibly possible. With the necessary size of solar gliders is a correspondingly large-scale central Payload and docking station, which also consists for the most part of vacuum and a annular Lightweight tubular frame with two big ones ingress openings exists, a rather low mass factor.
So wäre nicht nur das Mitführen einzelner Docking-Zusatztriebwerke denkbar, sondern auch ganze Cluster von nebeneinander in einem gemeinsamen Antriebsring angebrachte Triebwerks-Kombinationen, so dass z. B. bei chemischen Antrieben für eine Beschleunigung nur einige dieser Triebwerke verwendet werden, beim späteren Abbremsen wiederum nur einige, beim Beschleunigen für die Rückkehr wiederum nur einige und beim Abbremsen wiederum dasselbe.So would not be only carrying single docking thrusters conceivable, but also entire clusters mounted side by side in a common drive ring Engine combinations, so that z. B. in chemical drives for one Acceleration only some of these engines are used when later In turn, only slow down some, while accelerating for the return turn only a few and when braking turn the same.
Vorteil der Verwendung derartiger Cluster wäre, dass die zweite Austrittsöffnung der Dockingstation für den Ein- und Austritt von Tochter-Einheiten frei bleibt, bzw. kein Austausch von Antriebseinheiten erfolgen müßte.advantage the use of such clusters would be that the second exit opening of the Docking station for the entry and exit of subsidiary units remains free, or none Replacement of drive units would have to be done.
Welche Antriebsarten kommen nun als Ergänzungsantriebe für Thrusterring-Raumfahrzeuge in Frage?Which types of drives now come as supplementary drives for thruster-ring spacecraft in Question?
Im Prinzip alle, die einen stärkeren Schub als die ohnehin schon verwendeten Antriebsformen zur Verfügung stellen können.in the Principle all, the stronger one Provide thrust than the already used drive forms available can.
Hier bieten sich zunächst einmal die solarelektrischen Antriebe wie Ionen- und Hall-Thruster in gegenüber den bereits am Außenring verwendeten Antrieben in einer erheblich verstärkten Ausführung an, wie z. B. die HIPEP-Thrusterentwicklung der NASA. Verwendet man diese in einem Cluster mit einer Vielzahl von Einheiten, würden sich bei der enormen Größe der zur Verfügung stehenden Austrittsfläche der Dockingstation durchaus beachtliche Antriebsleistungen ergeben.Here offer themselves first once the solar electric drives such as ion and Hall thruster in front of the already on the outer ring used drives in a considerably reinforced version, such. B. the HIPEP thruster development NASA. If one uses these in a cluster with a multiplicity of units, would with the enormous size of the disposal standing exit surface the docking station quite remarkable drive performance.
Ein derartiger Betrieb bietet sich insbesondere an, weil ein Thrusterring-Raumfahrzeug auch über enorme Flächen für Solarzellen zum Betrieb dieser mit einem sehr hohen Strom- und Spannungsbedarf versehenen Antriebe, verfügt.One such operation is particularly useful because a thruster ring spacecraft also over enormous surfaces for solar cells for the operation of these drives, which are provided with a very high current and voltage requirement, features.
Chemische Antriebe:Chemical drives:
Die chemischen Antriebe bieten eine hohe, bewährte Antriebsleistung. In Zeitkritischen Missionen könnte deren Verwendung zugunsten einer Verkürzung der Missionsdauer die beste Lösung sein.The Chemical drives offer a high, proven drive performance. In time critical Missions could their use in favor of shortening the mission duration the best solution be.
Dampfantrieb:Steam-powered:
Die gute alte Dampfmaschine ist eine der ältesten und eine sehr bewährte Antriebsart. Sie würde auch als Raketenantrieb durch Erwärmung des Treibmittels (üblicherweise Wasser) und gezielten Ausstoß der unter Druck stehenden Gase im Weltraum funktionieren. Sie ist nicht so effektiv wie chemische Antriebe, doch sie hat einen beachtenswerten Vorteil.The good old steam engine is one of the oldest and a very proven drive. She would too as a rocket engine by heating the propellant (usually Water) and targeted emissions of the pressurized gases in space work. she is not as effective as chemical drives, but it has a noteworthy advantage.
Sie verwendet ein Treibmittel, dass nach seiner Gewinnung nicht weiter verarbeitet werden muss, nämlich Wasser, während die Grundstoffe für chemische Antriebe noch weiter aufzubereiten und ggf. zu kombinieren sind.she uses a propellant that does not continue after its recovery must be processed, namely Water while the basic materials for Further processing and, if necessary, combining chemical drives are.
Es ist anzunehmen, dass sich Wasser auf Asteroiden, Kometen und Monden (oder auch auf dem Mars) finden und gewinnen lässt. So könnten Missionen an ihren Zielpunkten den benötigten Treibstoffbedarf für die Rückkehr ggf. dort gewinnen, wodurch auch der Transport dieser Treibstoffe zum Ziel der Mission nicht erforderlich sein würde.It can be assumed that water on asteroids, comets and moons (or on Mars) and lets win. For example, missions at their destinations could gain the fuel needed to make the return there, which would not require the transport of these fuels to the mission's objective.
Atomare bzw. auf die Verwendung der Atomkraft konzipierte Antriebe:Nuclear or on the use of nuclear power designed drives:
Derartige Antriebe können anders als der photonische Antrieb eines Solarseglers, der im Wesentlichen auf einen Umkreis von 3 AU (dreimal die Entfernung von der Sonne zur Erde) um die Sonne beschränkt ist, auch in Bereichen betrieben werden, in denen die Sonne weder ausreichende Energie für die Fortbewegung, noch für die Energieversorgung bereitstellen kann.such Drives can unlike the photonic drive of a solar glider, which is essentially within a radius of 3 AU (three times the distance from the sun to the earth) around the sun is also operated in areas where the sun neither sufficient energy for the Getting around, still for can provide the energy supply.
Dies dürfte etwa bei einer Entfernung von der Sonne ab 3 AU der Fall sein.This might be at a distance from the sun from 3 AU onwards.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Nutzung der Kernkraft zum Antrieb ist die mögliche lange Einsatzdauer und ihr unübertroffenes hohes Energiepotential.One Another major advantage of using nuclear power to drive is the possible long service life and its unsurpassed high energy potential.
Problematisch allerdings ist leider auch das Gefährdungspotential. Nicht auszudenken welchen Schaden ein abstürzendes, atomar betriebenes Raumfahrzeug auf der Erde anrichten könnte.Problematic However, unfortunately, the potential hazard. Unthinkable what damage a falling, nuclear-powered spacecraft could serve on Earth.
Raumfahrt, bei der Kernenergie als Antriebskraft genutzt wird, ist daher politisch sowohl international als auch national schwer durchzusetzen.aerospace, using nuclear energy as a driving force is therefore political both internationally and nationally difficult to enforce.
Wie wäre es jedoch, wenn mit Kernenergie gespeiste Triebwerke sich immer weit entfernt von der irdischen Atmosphäre in einem Parkorbit befinden und vom anzutreibenden Raumfahrzeug nur in ungefährlichen Bereichen eingedockt werden?As would it be however, when nuclear powered engines are always far away from the earthly atmosphere in a park orbit and docked by the spacecraft to be drilled only in safe areas become?
Auch bei der Rückkehr von einer Mission, könnte das andockfähige, mobile Zusatztriebwerk wieder in einem ungefährlichen Bereich ausgedockt werden, damit sich das eigentliche Raumfahrzeug wieder in den Erdeinfluß begeben kann, ohne die Erde zu gefährden.Also on the return from a mission, could the dockable, mobile thruster will be unpacked again in a non-hazardous area, so that the actual spacecraft return to the earth's influence can, without endangering the earth.
Genau diese Möglichkeit, könnte die hier beschriebene Kopplungstechnik bieten.Exactly this possibility, could offer the coupling technique described here.
Eigenschaften einer bevorzugten Bauart eines Thruster-SolarseglersProperties of a preferred Design of a Thruster solar glider
Das mit dem Erstantrag eingereicht Design des Thruster-Solarseglers wies sowohl in Bezug auf die fehlenden automatischen Dockingmöglichkeiten, der Lastenverteilung, als auch wegen fehlender Möglichkeiten der komfortablen Handhabung von Nutzlasten Schwachen auf.The submitted with the initial application design of the Thruster solar glider both in terms of the lack of automatic docking, the Load distribution, as well as lack of possibilities of comfortable Handling payloads Weak up.
Dies wurde mit dem vorangehenden ersten Folgeantrag insbesondere mit der darin behandelten zentralen Nutzlast- und Dockingstation verbessert.This was in particular with the previous first subsequent application improved treated in the central payload and docking station.
Mit dem nunmehr vorliegenden zweiten Folgeantrag wurden die Probleme der schwierigen Vorort-Montage im Weltraum und der eingeschränkten Beschleunigungsfähigkeit sowohl des Solarsegels als auch der Ionen-Antriebe durch die Möglichkeit der zusätzlichen Verwendung schubstärkerer Antriebe, sowie die bisher fehlende Verwendungsmöglichkeit des Seglers im atmosphärischen Randbereich einer erdnahen Raumstationen angegangen.With the second subsequent application which has now been submitted were the problems the difficult on-site installation in space and the limited acceleration capability both the solar sail and the ion drives by the possibility the additional Use more sheared Drives, as well as the previously missing use of the sailor in the atmospheric The periphery of a near-earth space station has been approached.
Nachfolgend soll nun eine jetzt bevorzugte Ausführung eines Thruster-Solarseglers vorgestellt werden, dessen Merkmale aus allen drei Patentanträgen kombiniert und nochmals überarbeitet wurden.following Now is a now preferred embodiment of a Thruster solar glider whose characteristics are combined in all three patent applications and again revised were.
Bevor jedoch dieses Design nochmals erläutert wird, sollen die Hauptvorzüge und Merkmale, die dieser Segler nunmehr in einem einzigen Modell vereint, beschrieben werden.Before However, this design is explained again, the main advantages and characteristics, which this sailor now unites in a single model described become.
Kein anderes dem Erfinder bekanntes Solarseglermodell bietet diese geballte Aneinanderreihung positiver Merkmale und Eigenschaften, die sämtlich in einem einzigen Raumfahrzeug verwirklicht werden könnten.No other inventor known solar glider model offers this clenched String of positive features and properties, all in a single spacecraft could be realized.
Treibstoff/Energieverbrauch und EinsatzbereichFuel / energy consumption and application
Mehrere Jahrzehnt nach der ersten Mondlandung krankt die menschliche Raumfahrt immer noch an dem immensen Treibstoffbedarf den jede einzelne Mission benötigt, wobei der größte Teil der Strukturen der verwendeten Raumfahrzeuge zum Transport eben dieses Treibstoffes genutzt werden muß.Several Decade after the first moon landing, human spaceflight suffers still the immense fuel needs of every single mission needed the largest part the structures of the spacecraft used to transport This fuel must be used.
Selbst bei der Verbringung und Stationierung wiederverwendbarer Raumfahrzeuge im Weltraum ist der von diesen benötigte Treibstoff aufwendig und teuer (ein einziges Kilogramm in den Weltraum verbracht kostet mehrere tausend Dollar bzw. Euro.Even in the shipment and stationing of reusable spacecraft in space the fuel required by these is expensive and expensive (a single kilogram spent in space costs several thousand dollars or euros.
Der Gedanke, dass ein Raumfahrzeug auch völlig ohne Treibstoff nur durch die Kraft der Sonne gesteuert und angetrieben werden könnte, hat daher enormen Charme.Of the Thought that a spacecraft is also completely fuel-free only by the power of the sun could be controlled and driven therefore enormous charm.
Nicht zuletzt deshalb hat der Solarsegler-Traum eine derart treue unterstützende Anhänger-Gemeinde.Not Most recently, the solar sailing dream has such a faithful supportive trailer community.
Obwohl der Thruster-Solarsegler durch die zusätzliche Verwendung anderer Antriebsformen zu den Treibstoff-verbrauchenden Raumfahrzeugen gehört, kann er mit Hilfe der vorangehend beschriebenen Segel-Setz- und Reff-Einrichtung und der damit möglichen gezielten Veränderung der Segelflächen dort wo es möglich ist auch als reiner Solarsegler völlig treibstofflos verwendet werden.Although the Thruster solar glider belongs to the fuel-consuming spacecraft through the additional use of other propulsion forms, it can be described with the aid of the foregoing NEN sail-setting and reef facility and the thus possible targeted change in the sail areas where it is possible to be used as pure solar glider completely fuel-free.
Es gibt durchaus weitere Solarsegler-Designs, die auch diesen völlig treibstofflosen Fortbewegungsmodus beherrschen sollten, z. B. dadurch, dass an den äußeren Enden Mastentragender Solarsegler kleinere bewegliche Segelfläche (Vanes) zur Steuerung eingesetzt werden oder dass die Segel in einzelne, im Neigungswinkel verstellbare Flügel aufgeteilt sind, die die Steuerung ermöglichen sollen.It There are certainly more solar sailer designs that are also completely fuel-free Should dominate locomotion mode, z. B. in that at the outer ends Pole-bearing solar glider smaller movable sail area (Vanes) be used for control or that the sails in single, tilt-adjustable wings are split, which are the Enable control should.
Steuer- und ManövrierbarkeitControl and maneuverability
Allerdings kommen Solarsegler kurz nach dem Launchen von der Erde bereits in eine zum Solarsegeln wenig geeignete Lage, weil die hierfür in der näheren Umgebung der Erde herrschenden Bedingungen denkbar schlecht sind.Indeed Solar gliders already come in shortly after the launch of Earth a little suitable for solar sailing location, because this in the closer Environment of the earth's prevailing conditions are conceivably bad.
Der Segler benötigt daher direkt bei Beginn seiner Verwendung eine extrem hohe Steuerfähigkeit. Zunächst wird er durch die irdische Randatmosphäre ausgebremst und dann muß er noch nach jeder halben Umrundung der Erde in die Gegenrichtung der bisherigen Bewegung beschleunigen und sich hierbei gleichzeitig auf die antreibende Strahlung der Sonne ausrichten.Of the Sailors needed therefore an extremely high control capability right at the beginning of its use. First he is slowed down by the earthly Randatmosphäre and then he still has after every half-way round the earth in the opposite direction of the previous one Accelerate movement while focusing on the driving Align radiation of the sun.
Ein nur einseitig beschichteter Segler müßte also sehr häufig seine Ausrichtung abrupt durch komplette Drehungen ändern, während der doppelseitig beschichtete Thruster-Solarsegler mit beidseitiger Energieversorgung auch mit der „Rückseite” zur Sonne segelfähig ist.One Only one-sided coated sailors would have to be very often his Abruptly change orientation by complete rotations, while the double-sided coated Thruster solar sailor with bilateral energy supply even with the "back" is sailable to the sun.
Er kann die Erdumrundung daher schon aus diesem Grund erheblich ruhiger angehen, obwohl ihm mit seinen Niedrigschub-Thrustern am Außenring eine Möglichkeit zur Verfügung steht, derartige Manöver durchzuführen.He For this reason, the circumnavigation of the earth can be much calmer tackle it, though with its low-thrust thrusters on the outer ring a possibility to disposal stands, such maneuvers perform.
Auch diese Art der Steuerung ist sehr Treibsfoff-sparend, denn bei den bevorzugt verwendeten Ionen-Thrustern handelt es sich um eine sehr effektive, wenig Treibstoff-verbrauchende Antriebsart (nur etwa ein Zehntel des Treibstoffverbrauches chemischer Antriebe).Also This type of control is very Treibsfoff-saving, because in the preferably used ion thrusters is a very effective, low fuel-consuming Drive type (only about one-tenth of the fuel consumption of chemical Drives).
Im übrigen werden die Thruster hauptsächlich zur Steuerung verwendet, müssen dass Raumfahrzeug also nur drehen, während der eigentliche Antrieb im Normalbetrieb durch das Solarsegel erfolgt.For the rest the thrusters mainly used for control So only turn the spacecraft while the actual propulsion in normal operation by the solar sail.
Aufgrund der bevorzugten Nutzlast und Masse-Platzierung zum Zentrum des Seglers, verbrauchen die Thruster wegen des langen Hebels noch weniger Treibstoff.by virtue of the preferred payload and mass placement to the center of the glider, the thrusters consume even less fuel because of the long lever.
Ein Massepunkt im zentrumsnahen Bereich legt im gleichen Zeitraum einen viel kürzeren Weg als ein zentrumsferner zurück und muß daher auf eine erheblich niedrigere Geschwindigkeit als ein Massepunkt, der sich am Außenring des Seglers befindet, beschleunigt werden.One Earth point in the area near the center lays one in the same period much shorter Way back as a center far back and therefore must to a significantly lower speed than a mass point, located on the outer ring of the sailor is accelerated.
Daher
ist die recht schwere Energieversorgungseinheit, hier in
Erreichbare Geschwindigkeit und Zeitdauer von MissionenAchievable speed and duration of missions
Auch bei der erreichbaren Geschwindigkeit macht der Thruster-Solarsegler eine sehr gute Figur.Also at the achievable speed makes the Thruster solar glider a very good figure.
Zunächst einmal können Solarsegler anders als z. B. chemische Antriebe prinzipbedingt praktisch unendlich lange beschleunigen, während das „Pulver” einer Rakete schnell verschossen ist.First of all can Solar sailors other than z. B. chemical drives inherently virtually infinite accelerate while the "powder" of a Missile is fired quickly.
Die erreichbare Beschleunigung ist abhängig von der Fläche des Segels und der Masse des Seglers (beides linear) und nicht zuletzt vom Abstand zur Sonne (umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung).The achievable acceleration depends on the area of the Sailor and the mass of the sailor (both linear) and last but not least from the distance to the sun (inversely proportional to the square of the distance).
Designbedingt kann ein Thruster-Solarsegler auch sehr große Segelflächen zur Verfügung stellen, insbesondere wegen der Möglichkeit sehr viele Segmente zu einem großen Segler zusammenzufügen und viele Segelbahnen eingeteilt in kleine Portionen am Außenring einzustecken.By design a thruster solar glider can also provide very large sail areas, in particular because of the possibility to put together a large number of segments to a large sailor and many sailways divided into small portions on the outer ring insert.
Jedoch ist die erreichbare Geschwindigkeit für die Missionsdauer nicht alles.however the achievable speed for mission duration is not everything.
Wenn ein Segler wegen des zwar lange zur Verfügung stehenden, aber dennoch niedrigen Schubes lange braucht, bis er erst einmal in Fahrt kommt und dann zusätzlich wie bereits beschrieben erst viele Runden um die Erde kurven muß, bevor er den Orbit verlassen kann, verlängert sich die zurückzulegende Strecke unnötig, denn ein großer Teil des Weges wird vom Ziel weg zurückgelegt und damit verlängert sich auch automatisch die Strecke zum Ziel hin.If a sailor because of the long available, but still low thrust takes a long time to get started then in addition as already described many laps around the earth must curve before he can leave the orbit, which extends the zurückzulegende Route unnecessarily, because a big one Part of the way is covered away from the goal and thus lengthens also automatically the route to the destination.
Der Thruster-Solarsegler hat jedoch durch die in dieser Patentschrift geschilderte Möglichkeit, den Weg Quasi direkt mit Hilfe der mobilen Ergänzungs-Thrustereinheiten mit der auch stärkere Antriebsformen verwendet werden können, zurückzulegen.Of the However, Thruster solar glider has by the in this patent described possibility, the Quasi directly with the help of mobile supplementary thrusters with the stronger one too Drive forms can be used to cover.
Insofern ist er anderen Solarseglerdesigns, die nicht über eine derartige Dockingsmöglichkeit verfügen, deutlich überlegen.insofar he is clearly superior to other solar sailer designs that do not have such docking capability.
Nutzlastaufnahme und HandlingPayload and handling
Genau wie in der irdischen Wirtschaft wird der Transport von Gütern auch im Weltraum sehr wichtig sein, sobald sich erst einmal eine entsprechende Infrastruktur herausgebildet haben sollte.Exactly as in the earthly economy, the transportation of goods becomes too be very important in space, once there is a corresponding one Infrastructure should have developed.
Der Transport von Gütern ist die vermutlich wichtigste Funktion von Raumfahrzeugen. Bei Transportleistungen kommt es insbesondere auf die Wirtschaftlichkeit der Transportleistungen an und hier haben Solarsegler wegen der durch die Sonne ständig und kostenlos zur Verfügung stehende Antriebsenergie gegenüber jeder anderen bekannten Antriebsform erhebliche Vorteile.Of the Transportation of goods is probably the most important function of spacecraft. For transport services In particular, the cost-effectiveness of transport services is important on and here solar sailors have constantly and because of the sun available for free opposite drive energy every other known drive form considerable advantages.
Allerdings hilft dies nicht viel, wenn kaum Aufnahmekapazität für die Nutzlast vorhanden ist und wenn diese bei Beginn und Ende eines Tranportes kaum gehandhabt werden kann.Indeed This does not help much if there is little payload capacity available and if hardly handled at the beginning and end of a transport can be.
Dem Autor sind nur zwei weitere Solarsegler-Designformen bekannt, bei denen Segler in ausreichender Größe für nennenswerten Nutzlasttransport konzipiert wurden.the Author is known for just two other solar glider design forms which sailors in sufficient size for noteworthy Payload transport were designed.
Das bereits beschriebene Konzept des riesigen, von Spannungstrossen zusammengehaltenen, im Weltraum montierten Seglers, der seine Nutzlast an Trossen hinter sich herzieht, von Eric Drexler sowie das Design des quadratischen Mastenseglers.The already described concept of the huge, of voltage hurdles held together in space-mounted glider, which increases its payload Traces behind, Eric Drexler and the design of the square pylon sailor.
Der Mastensegler ist mit 4 in einer Ebene vom Mittelpunkt nach außen abstehenden Masten ausgestattet und verfügt noch um einen fünften vom Zentrum der Ebene nach oben stehenden Mast, der meistens Thruster zur Verlagerung des Schwerpunktes und damit Steuerung des Seglers und zusätzlich noch Spannungsleinen/Trossen zur Aufrechterhaltung einer gewünschten möglichst ebenen Oberfläche trägt.Of the Mastsailer is with 4 in a plane projecting from the center outward Equipped masts and features another fifth from the center of the plane upstanding mast, mostly thruster to shift the center of gravity and thus control the glider and additionally Tension lines / hawsers to maintain a desired preferably even surface wearing.
Die NASA hatte eine 800-Meter Version eines derartigen Mastenseglers angedacht, der sich im Raum selbst entfaltet.The NASA had a 800-meter version of such a pylon sailor thought out, which unfolds in the room itself.
Wegen berechtigter Bedenken, dass dieser Entfaltungsvorgang bei einer derartigen Größe ein Fehlschlag werden könnte, wurde die Weiterverfolgung dieses Ansatzes jedoch für viele Jahre aufgegeben.Because of justified concern that this unfolding process in a such a size a failure could be However, the pursuit of this approach has been for many Years abandoned.
Zwar wird dieses Design im Auftrag der NASA jetzt wieder weiterverfolgt und in naher Zukunft soll ein derartiger Segler, der jedoch erheblich kleiner ist, als der ursprüngliche Entwurf auch tatsächlich im Weltraum eingesetzt werden, wobei die Nutzlast nur auf dem senkrecht nach oben abstehenden zentralen Mast mitgeführt werden soll.Though This design is now being pursued again on behalf of NASA and in the near future, such a sailor, but considerably is smaller than the original one Design too, in fact be used in space, with the payload only on the vertical to be carried upwardly projecting central mast.
Dieser Segler ist für den vorrangigen Nutzlasttransport daher wenig geeignet.This Sailor is for the priority payload transport therefore less suitable.
Es steht zu vermuten, dass derartige Konzepte sich nur auf kleinere selbstentfaltende Segler beschränken werden.It It can be assumed that such concepts only apply to smaller ones restrict self-inflating sailors become.
Sollte der nahende Launch von Cosmos I dem zum Zeitpunkt dieser Patentschrift voraussichtlich ersten Solarseglers, der auch tatsächlich im Weltraum manövrieren wird, ein Erfolg sein, wird man sehr schnell nach Bauarten suchen, die besser für die Nutzlastaufnahme vorbereitet sind und diese dann auch handhaben können.Should the approaching launch of Cosmos I at the time of this patent probably the first solar glider, which is actually in space maneuver will be a success, you will look very quickly for designs, the better for the Payload recording are prepared and then handle them can.
Genau dies bietet der Thruster-Solarsegler mit seiner zentralen Docking- und Nutzlaststation und ihren am Dockingring befestigten Dockinghalterungen und Windenvorrichtungen.Exactly this is what the Thruster solar glider with its central docking and payload station and their docking cradles attached to the docking ring and winch devices.
Eingebautes Solarstrom-KraftwerkBuilt-in solar power plant
Aufgrund der möglichen Größe des Seglers können auch sehr große Solarzellen-Arrays an der in dieser Schrift beschriebenen zentralen Innenring-Struktur befestigt und transportiert werden, deren Kapazität den Strombedarf des Raumfahrzeuges weit übertrifft.by virtue of the possible Size of the sailor can also very big Solar cell arrays on the central described in this document Inner ring structure can be attached and transported, whose capacity meets the power requirements of the spacecraft far surpasses.
Es besteht z. B. die Möglichkeit, stromverbrauchende/übertragende Tochtereinheiten wie z. B. Laser-Einheiten oder Mikrowellen-Sender mitzuführen, und diese mit der Stromversorgung des Seglers zu koppeln, jedoch gleichzeitig unabhängig von der Ausrichtung der Muttereinheit auf das jeweilige Ziel auszurichten.It exists z. For example, the possibility electricity consumption / transmitting Subsidiary units such. As laser units or microwave transmitter carry, and to couple these with the power supply of the glider, however simultaneously independent from the alignment of the nut unit to the respective target.
Auch die Stromversorgung weiterer Einheiten durch ein Verbindungskabel wäre möglich.Also the power supply of other units through a connecting cable could be possible.
Einfache Weltraum-MontageEasy space installation
Die geballte Ansammlung all dieser positiven Eigenschaften nützt nichts, wenn ein derartiges Konzept wegen komplizierter Montage nicht verwirklichungsfähig ist.The concentrated accumulation of all these positive qualities is of no use if such a concept is not feasible because of complicated assembly.
Mit der Internationalen Raumstation hat die Menschheit eine Plattform, die auch zur Montage von Weltraumstrukturen gedacht war.With the International Space Station has humanity a platform which was also intended for the installation of space structures.
Solarsegler mit gesetztem Segel wären im Bereich der ISS abgestürzt.solar sailors would be with set sail crashed in the area of ISS.
Der Thruster Solarsegler ermöglicht es, das Segel zwar an der ISS zu montieren, es jedoch erst später an einer ungefährlicheren Stelle zu setzen.The Thruster solar sailor makes it possible to mount the sail on the ISS, but only later put in a safer place.
Auch die Montage wurde nach Auffassung des Erfinders noch einmal deutlich durch die in diesem Antrag geschilderte Justierungsanlage und die einfache, immer gleiche Befestigungstechnik der einzelnen Seglerelemente, die geradezu nach automatischen bzw. ferngesteuerten Montageeinrichtungen schreit, weiter vereinfacht.Also the assembly became clear again in the opinion of the inventor by the adjustment system described in this application and the simple, always the same fastening technology of the individual glider elements, screaming for automatic or remote-controlled mounting equipment, further simplified.
Bevorzugte Ausführung einers Thruster-SolarseglersPreferred embodiment of a Thruster solar glider
Dieses Raumfahrzeug könnte in Halterungen an einer erdnahen Raumstation vollständig montiert werden und den gefährlichen Einflußbereich der irdischen Restatmosphäre zunächst mit Hilfe seiner Niedrigschubantriebe verlassen, bevor es das Segel automatisch durch Ausrollen der bereits am Außenring montierten Segelbahnen setzt.This Spacecraft could completely mounted in brackets on a near-earth space station become and dangerous sphere of influence the earthly rest atmosphere first leave with the help of its low-thrust drives before it automatically sails by rolling out the already mounted on the outer ring sail sheets puts.
Mit
Die
Segelbahnen stehen hierbei über
den tragenden Ringkonstruktionen, während die in
Die Aufhängung der zentralen Innenring-Struktur sollte bevorzugt durch CNT-Fäden erfolgen.The suspension the central inner ring structure should preferably be made by CNT threads.
Die
Segelbahnen (
Mit dem vorangehenden Ergänzungsantrag hatte der Erfinder eine komplette Bespannung des äußeren Ringes vorgeschlagen, an der Nutzlasten befestigt werden können, wodurch die gesamte Scheibenfläche zur Ladefläche wird.With had the previous supplementary request the inventor proposed a complete covering of the outer ring, can be attached to the payloads, whereby the entire disc surface for load area becomes.
Diese Bauart ist für kleinere Solarsegler oder Asteroiden-Lander oder für Solarstrom-Kraftwerke interessant, für einen übergroßen Solarsegler, der mit einer bereits riesigen Nutzlastplattform ausgerüstet ist, würde hierdurch nur unnötige zusätzliche Masse mitgeführt.These Design is for smaller solar gliders or asteroid lander or interesting for solar power plants, for an oversized solar glider, which is equipped with an already huge payload platform, would this only unnecessary additional Mass carried.
Bei
einem übergroßen Solarsegler
würde der Erfinder
wie in
Die Niedrigschubantriebe geben dem Solarsegler auch ohne ausgerollte Segelflächen eine hohe Manövrier- und Steuerungsfähigkeit, so dass er nicht nur gefahrlos den dünnen Randbereich der Erdatmosphäre aus eigener Kraft verlassen, sondern auch dorthin nach vorherigem Segelreffen wieder zurückkehren könnte.The Low-thrust drives give the solar glider even without unrolled sail areas a high maneuvering and controllability, so that he not only safely the thin edge area of the Earth's atmosphere from its own Leave power, but also there after previous sailing meeting return again could.
Die
Manövrierfähigkeit
wird durch die Anbringung der Thruster in Doppelthruster-Einheiten, mit jeweils
zwei gegenläufig
ausgerichteten Thrustern in einem Strahlrohr sehr positiv beeinflusst.
Hierzu ist außerdem
die paarweiser Anbringung gleichartiger Doppelthruster-Einheiten
an den sich jeweils diagonal gegenüberliegenden Außenseiten
des Ringes
So
kann beispielsweise je nachdem, welche Thruster der Doppelthrustereinheiten
(
Die
Doppelthruster-Einheiten (
Ebenso
ist aber auch eine Drehung um eine beliebige Scheibenachse zwischen
zwei Doppelthruster-Einheiten (
Das Raumfahrzeug kann sich somit durch einfache Ein-Aus-Steuerung in jede gewünschte Richtung drehen oder bewegen und diese Drehung/Bewegung durch Umkehr der Schubrichtung gezielt abbremsen oder sogar umkehren.The Spacecraft can thus be controlled by simple on-off control every desired direction turn or move and this rotation / movement by reversing the Decelerate thrust direction specifically or even reverse it.
Die
Segelbahnen (
Durch die mögliche Vergrößerung bzw. Verkleinerung von Segelflächen an den gewünschten Stellen ist (bevorzugt außerhalb des Erdorbits bzw. des Einflussbereiches weiterer Planeten) eine treibstofflose Steuerung des Seglers möglich.By the possible Magnification or Reduction of sail areas in the desired places is (preferably outside of the Earth orbit or the sphere of influence of other planets) Fuel-free control of the sailor possible.
Das
Setzen (Ausrollen) der Segelbahnen erfolgt durch Anziehen der Zugfaden-Spulen
(
Die Segelfolien sind beidseitig reflektierend (z. B. bestehend aus einer Trägerschicht auf die beidseitig eine Aluminium-Schicht aufgedampft ist), so dass der Segler nicht nach jeder 180-Grad Erdumrundung eine volle Drehung vollziehen muss, um die Orbit-Geschwindigkeit weiter zu erhöhen.The Sail sheets are reflective on both sides (eg consisting of a backing on which an aluminum layer is vapor-deposited on both sides), so that the sailor does not make a full turn after every 180 degree of orbiting the earth must complete the orbit speed continue to increase.
Der
zur Innenring-Struktur gehörende
Solarzellenring besteht aus mehreren Solarzellenpanelen die zwischen äußerem Innenring
(
Bevorzugt ist hier eine zweiseitige Ausführung der Solarzellen, mit einer zwischen den zwei Solarzellen Schichten sich im Mittelbereich befindlichen wiederaufladbaren (Akku-Batterieschicht), so dass der Segler unabhängig davon, ob die obere oder die untere Scheibenebene zur Sonne zeigt, immer Strom produzieren kann und zusätzlich durch die zwischen den äußeren Solarzellenschichten liegende Akku-Ebene auch noch einen Puffer für besondere Energieanforderungen besitzt.Prefers Here is a two-sided version the solar cells, with one between the two solar cells layers mid-range rechargeable battery pack, so that the sailor is independent of whether the upper or the lower slice plane points to the sun, always can produce electricity and in addition by the between the outer solar cell layers lying battery level also has a buffer for special energy requirements has.
Da das Solarsegel bevorzugt beidseitig reflektierend beschichtet wäre, würde es auch bei Ausrichtung der „Unterseite” zu Sonne nahezu den gleichen Antrieb erzeugen wie mit seiner Vorderseite.There the solar sail would preferably coated reflective on both sides, it would also when aligning the "bottom" to sun produce almost the same drive as with its front.
Dies ist insbesondere nützlich in einem Erd- oder Planeten-Orbit weil ein Segler ohne (bzw. mit stark reduziertem) rückseitigem Schub jedesmal, wenn er die Erde/den Planeten umrundet hat, die Schubrichtung umkehren muß, um die Orbitgeschwindigkeit weiter wie bisher zu erhöhen oder zu reduzieren.This is especially useful in a terrestrial or planetary orbit because a sailor without (or with strong reduced) back Thrust every time he orbits the Earth / Planet, the thrust direction must turn back to increase the orbit speed as before or to reduce.
Diese abrupten Drehungen könnten durch die vorgeschlagene Bauart vermieden werden. Die dünnen Haltefäden und Schattenwürfe von Außenring und Innenring-Struktur würden sich auf der Unterseite des Seglers wegen dessen enormer Größe kaum bemerkbar machen.These abrupt twists could be avoided by the proposed design. The thin retaining threads and shadows from outer ring and inner ring structure would hardly on the bottom of the glider because of its enormous size to make noticable.
Zwar wäre der hier vorgestellte Solarsegler ohne weiteres in der Lage, mit Hilfe seiner Niedrigschubantriebe diese abrupten Drehungen durchzuführen, dies kostet jedoch unnötig Treibstoff für die Steuerungsantriebe.Though would be the here presented solar sailors readily able to help with his low-thrust drives perform these abrupt turns, this costs unnecessarily Fuel for the control drives.
Nicht
eingezeichnet in
Die Magazin-Dockingeinrichtung verwandelt den ansonsten zweidimensionalen Segler in ein im innersten Innenring-Bereich dreidimensionales Mutterschiff zum Transport mehrerer Tochtereinheiten oder/und ein Frachtschiff zum Transport mehrerer, selbst flugfähiger Container.The Magazine docking turns the otherwise two-dimensional Sailor in a mother-ship in the innermost inner ring area for transporting several subsidiary units and / or a cargo ship for transporting several, even airworthy containers.
Der hiermit vorgestellte Solarsegler eignet sich somit insbesondere für Nutzlast-Transport und -Handhabung bzw. als Mutterschiff für Raumfahrzeug-Flotten und ist durch den Niedrigschub-Thruster-Ring im Vergleich zu anderen Solarsegel-Designs extrem gut steuerbar, kann sich jedoch falls erforderlich durch Steuerung über Veränderung der Segelflächen auch ohne Treibstoffverbrauch fortbewegen.Of the This presented solar glider is thus particularly suitable for payload transport and -handling or as a mothership for spacecraft fleets and is through the low thrust thruster ring compared to others Solar sail designs extremely well controllable, however, if so required by control over change the sail areas even without fuel consumption move.
Bei einer entsprechend großzügigen Auslegung des Solarzellen-Bereiches kann der Segler darüber hinaus auch als mobiles Solarstrom-Kraftwerk dienen, dass mit im Vor-Ergänzungsantrag geschilderten selbsttätig ein- und ausdockenden Stromübertragungs-Einheiten (z. B. Kabel-, Laser-, Mikrowellen-Einheiten) die Stromversorgung vielfältiger Weltraum-Projekte sicherstellen kann.at a correspondingly generous interpretation of the solar cell area, the sailor can also as a mobile Solar power plant serve that with in pre-amendment request described automatically In and out docking power transmission units (eg. Cable, laser, microwave units) supplying power to diverse space projects can ensure.
Selbst wenn eine Verwendung als mobiles Solarstrom-Kraftwerk nicht beabsichtigt ist, kann die mögliche üppige Ausstattung eines großen Solarseglers mit Solarzellen die zusätzliche Verwendung von sehr starken solarelektrischen Antriebsformen, die viel Strom und Spannung benötigen, ermöglichen, z. B. die leistungsfähigen jedoch auch extrem (elektrische) Leistungs-fordernden HIPEP-Thruster der NASA oder Cluster mit einer Vielzahl von kleineren Thrustereinheiten.Even if use as a mobile solar power plant is not intended is the possible sumptuous features a big one Solar sailer with solar panels the additional use of very strong solar electric drive systems that require a lot of power and voltage need, enable, z. B. the powerful but also extreme (electrical) performance-demanding HIPEP thruster NASA or clusters with a variety of smaller thruster units.
Erläuterung der Zeichnungen:explanation of the drawings:
Die Zeichnungen können wegen der Diskrepanzen der Größen einzelner Elemente nicht maßstabsgerecht sein. So sollte z. B. die Größe des Außenringes sich im Kilometerbereich bewegen, die Stärken der für die Ring-Rohre jedoch nur im Zentimeterbereich.The Drawings can because of the discrepancies of the sizes of individual Elements not to scale be. So should z. B. the size of the outer ring moving in the kilometer range, but the strengths of the ring tubes only in the centimeter range.
Die Ziffern der Bezugszeichen orientieren sich an den Ziffern der bereits eingereichten Voranträge und sind daher nicht durchlaufend.The Numerals of the reference numbers are based on the numbers already submitted applications and therefore are not continuous.
Zu
Mit
Dies ermöglicht den Betrieb des Seglers in für Solarsegler extrem gefährlichen atmosphärischen Einflußbereichen von planetaren Orbits und außerdem durch Veränderung der Segelfläche an den gewünschten Stellen auch eine treibstofflose Steuerung.This allows the operation of the yachtsman in for Solar sailors extremely dangerous atmospheric influence areas from planetary orbits and as well through change the sail area to the desired Also provide a fuel-free control.
Zusätzlich wird das problematische Falten, Handhaben und Montieren sehr großer Segel im Weltraum in einem Stück vermieden, da die einzelnen Segelbahnen aufgerollt auf hierfür vorgesehene Rollenkörper einfach in die hierfür vorgesehenen Halterungen am Rand des Seglers eingesetzt werden.In addition will the problematic folding, handling and mounting of very large sails in space in one piece avoided, since the individual sails rolled up on this provided roll body easy in the for this provided brackets are used on the edge of the sailor.
Zu
Zu
Der Rollenstab wird bei der Montage des Seglers mit aufgerollter Segelbahn in Halterungen am Außenring des Seglers eingesetzt.Of the Rolling bar is used in the assembly of the sailor with rolled up sails in brackets on the outer ring used by the sailor.
Da die Rollenhalterungen am Außenring ebenfalls mit Elektromotoren versehen sein können, ist es in diesem Fall möglich, die Segelbahnen nicht nur zu Setzen, sondern auch wieder zu reffen.There the roller holders on the outer ring also can be provided with electric motors, it is in this case possible, Not only to set the sails, but also to reef.
Durch entsprechende Steuerung der Zugkraft der Motoren können die Segelbahnen während des Betriebes des Seglers gespannt gehalten und dadurch sogar an unterschiedliche Materialausdehnungen durch unterschiedliche Sonneneinstrahlung angepaßt werden.By appropriate control of the tractive force of the engines, the Sails during the Operation of the sailor kept tense and thereby even to different Material expansions are adapted by different solar radiation.
Zu
Mit
Die Rolle jeder zweiten obenliegenden Segelbahn steht vor dem Segelsetzen höher als die festangebrachten unteren Rollen. Die Segelbahnen der höheren Rollen können dann nach dem Ausrollen durch Drehen der Halterungen am Ring nach Außen oder Innen auf die bereits gesetzten unteren Bahnen herabgelassen werden.The Roll of every second overhead sails is facing the sails higher than the fixed lower rollers. The sails of the higher rollers can then after unrolling by turning the brackets on the ring Outside or Lowered inside on the already set lower tracks.
Zu
Zu
Mit
Hierdurch können die antriebsschwachen aber effizienten Solarsegel und Solarelektrische Antriebe des Thrusterring-Raumfahrzeuges durch einen antriebsstärkeren chemischen oder Dampf- oder nuklear-versorgten Antrieb ergänzt und damit die langwierigen Spiralen der Orbiterhöhung vermieden werden.hereby can the low-power but efficient solar sails and solar electric Drives the thruster ring spacecraft by a more powerful chemical or steam or nuclear-powered propulsion supplements and thus the tedious Spirals of the Orbiter increase be avoided.
Der
eigentliche zylinderförmige
Antriebskörper
(
Die Niedrigschubeinheiten dienen zur Steuerung und Fortbewegung der Antriebseinheit, während der Hauptantrieb zum Antrieb des Thrusterring-Raumfahrzeuges dient.The Low thrust units are used to control and move the Drive unit while the main drive is used to drive the thruster ring spacecraft.
- 11
- ThrusterringThrusterring
- 1.51.5
- Doppelthruster-Einheit rechts/linksDouble thruster unit right left
- 1.61.6
- Doppelthruster-Einheit oben/untenDouble thruster unit up down
- 1.111.11
- Segelbahn-RollenSail web rolls
- 1.11.11.11.1
- (ggf. motorisierte) Halterungen der Segelbahn Rollen (hier nicht eingezeichnet)(possibly. motorized) mounts of the sail roller (not shown here)
- 2.92.9
- Segelbahnensail panels
- 2.9.22.9.2
- Kantenfadenedge thread
- 55
- Innenring-StrukturInner-ring structure
- 5.a5.a
- Innerer Innenringinner inner ring
- 5.b5.b
- Mittlerer Innenringmiddle inner ring
- 5.c5.c
- Äußerer InnenringOuter inner ring
- 5.95.9
- Ring-VerbindungsstückRing Connector
- 5.105.10
- Zugfaden-Spulen – SegelbahnDrawstring Spools - Sailing Track
- 2.92.9
- Segelbahnsailing train
- 2.9.12.9.1
- Segelbahn-FolieSail film web
- 2.9.22.9.2
- Kantenfadenedge thread
- 2.9.32.9.3
- Rip-StopRip-Stop
- 2.9.42.9.4
- Winden-/Spulen-ZugfadenWinch / coil drawstring
- 2.9.52.9.5
- Rollenfadenrole thread
- 2.9.62.9.6
- Seiten-Verbindungs-PadsSide interconnect pads
- 1.111.11
- Segelbahn-RolleSailing sheet roll
- 2.92.9
- Segelbahnsailing train
- 2.9.12.9.1
- Segelbahn-FolieSail film web
- 2.9.22.9.2
- Kantenfadenedge thread
- 2.9.42.9.4
- Winden-ZugfadenWinch pulling thread
- 11
- ThrusterringThrusterring
- 1.111.11
- SegelbahnrollenSailing web rolls
- 1.11.11.11.1
- Halterungen der Segelbahnrollenbrackets the Segelbahnrollen
- 11
- ThrusterringThrusterring
- 1.51.5
- Doppelthruster-Einheit links/rechtsDouble thruster unit Left Right
- 1.61.6
- Doppelthruster-Einheit oben/untenDouble thruster unit up down
- 55
- Innenring-StrukturInner-ring structure
- 5a5a
- Innerer Innenringinner inner ring
- 5.b5.b
- Mittlerer Innenringmiddle inner ring
- 5.c5.c
- Äußerer InnenringOuter inner ring
- 5.95.9
- Ring-VerbindungsstückRing Connector
- 5.9.15.9.1
- Ringverbindungs-HalbschaleRing connection half shell
- 5.9.25.9.2
- Ringverbindungs-SplintRing connection Splint
- 5.9.2.15.9.2.1
- Ringverbindungssplint-KontermutterRingverbindungssplint locknut
- 5.9.35.9.3
- Zugfaden-Spulen – Innenring-StrukturDrawstring Spools - Inner Ring Structure
- 5.115.11
- Solarzellen-Akkumulatoren-PaneleSolar batteries Panels
- 11
- ThrusterringThrusterring
- 1.51.5
- Doppelthruster-Einheit links/rechtsDouble thruster unit Left Right
- 1.61.6
- Doppelthruster-Einheit oben/untenDouble thruster unit up down
- 55
- Dockingring der MuttereinheitDocking ring the mother unit
- 5.15.1
- DockinghalterungDocking bracket
- 1010
- Andockfähiger AntriebDockable drive
- 10.110.1
- Antriebskörperdrive body
- 10.210.2
- HauptschubdüseHauptschubdüse
- 10.310.3
- Andock- und Thrusterringdocking and thruster ring
Claims (8)
Priority Applications (2)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE102005028378A DE102005028378B4 (en) | 2005-06-20 | 2005-06-20 | Improved thruster solar sailor with sail setting and rerouting device, self-adjusting central inner ring structure with docking and payload station, as well as additional mobile, dockable engine unit (s) |
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Family
ID=37513441
Family Applications (1)
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DE102005028378A Expired - Fee Related DE102005028378B4 (en) | 2005-06-20 | 2005-06-20 | Improved thruster solar sailor with sail setting and rerouting device, self-adjusting central inner ring structure with docking and payload station, as well as additional mobile, dockable engine unit (s) |
Country Status (1)
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