DE102007002161B4

DE102007002161B4 - Elektrischer Raketenmotor mit pulverförmigem Betriebsstoff

Info

Publication number: DE102007002161B4
Application number: DE102007002161A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-01-15
Filing date: 2007-01-15
Publication date: 2011-11-10
Anticipated expiration: 2027-01-16
Also published as: DE102007002161A1

Abstract

Elektrischer Raketenmotor, umfassend ein Gehäuse mit einer Eingangsöffnung und einer Abgabeöffnung für Betriebsstoff, Elektroden zur Erzeugung eines elektrischen Feldes, einen Betriebsstoff mit elektrisch leitenden Partikeln, dadurch gekennzeichnet, dass die Wände des Gehäuses (1) aus elektrisch isolierendem Material sind und einen Hohlraum bilden, in dem Gehäuse zwei nicht miteinander verbundene Elektroden (2a, 2b) dicht auf der inneren Oberfläche des Gehäuses (1) angeordnet und mit einer äußeren geregelten Gleichspannungsquelle verbunden sind, eine ferngesteuerte Blende (6) vorgesehen ist, mittels der die Abgabeöffnung (4) verschließbar und öffenbar ist, die Eingangsöffnung (3) durch eine Wand des Gehäuses sowie eine der beiden Elektroden (2b) verläuft und in der die eine Elektrode (2b) eine kegelstumpfförmige Gestalt hat, wobei der Kegelstumpfdurchmesser innen größer als außen ist, und der Betriebsstoff ein feines Pulver aus festen, trockenen, elektrisch leitenden Mikropartikeln ist.

Description

Seit mehr als zwei Jahrzehnten werden elektrische Raketenmotoren (Plasma- und Innenantrieb) erfolgreich zur Flugbahnkorrektur von Satelliten verschiedenen Typs und Zwecks benutzt. Es handelt sich an erster Stelle um geostationäre Telekommunikationssatelliten. Die elektrischen Raketenmotoren mit kleiner Schubkraft, die die Bahn solcher Raumfahrzeuge korrigieren und stabilisieren, nutzen den Richtstrahl der Ionen oder des Plasmas. Meistens werden bei diesen elektrischen Raketenmotoren Edelgase, z. B. Xenon, als Treibstoff verwendet.
Ein Raketenmotor mit Schubantrieb ist beispielsweise aus der WO 2007/008234 A2 bekannt. Es handelt sich um einen elektromagnetischen Antrieb, bei dem Plasma in einem elektromagnetischen Feld erzeugt wird.
Die GB 1 181 431 A betrifft einen Raketenmotor mit Schubantrieb, bei dem in einem elektromagnetischen Feld aus einem eingebrachten ionisierbaren Treibstoff Plasma erzeugt wird.
Die Vorteile solcher elektrischen Raketenmotoren sind: sehr hoher spezifischer Impuls (Schub pro kg Treibstoff), kleiner Verbrauch an Treibstoff, hohe Funktionsfähigkeit.
Allerdings haben sie auch Nachteile: großer Verbrauch elektrischer Energie, hohe Arbeitstemperatur, wodurch die Lebensdauer des elektrischen Raketenmotors verkürzt ist, Kompliziertheit der Langzeitlagerung der Edelgase unter hohem Druck. Dabei sind die Treibstoffkosten (Xenon) hoch.
In der DE 1 464 037 A ist ein Verfahren zur Speisung eines elektrothermischen Strahlantriebs mit Treibstoffen offenbart, bei dem getrennt voneinander flüssiger Treibstoff mit geringem Molekulargewicht und ein gasförmiger Treibstoff mit geringem Molekulargewicht in den Strahlantrieb eingeführt werden. Es wird in einem Vorratsgefäß eine feste oder flüssige Substanz (z. B. LiH) gespeichert, deren spezifisches Gewicht größer als das spezifische Gewicht des gasförmigen Treibstoffs ist. Bei der Zersetzung der gespeicherten Substanz werden die beiden Treibstoffe gebildet, voneinander getrennt und bis zur Einführung in den Strahlantrieb getrennt gehalten.
Bei einer elektrischen Antriebseinheit gemäß GB 1 037 299 A wird ein Leiter in einen Stromkreis eingebracht, wobei in dem Leiter und in dem diesen umgebenden Plasma durch entsprechende Mittel und durch von dem Stromkreis erzeugte Stromimpulse kurzer Dauer mit steiler Anstiegsflanke Elementarteilchen mit hoher Geschwindigkeit erzeugt und in eine vorbestimmte Richtung ausgestoßen werden.
Allgemeine Hinweise auf Raketenmotoren sind in Wikipedia.org unter dem Stichwort ”Raketentriebwerk” zu finden.
In der DE 101 45 131 A1 ist eine Plasmabehandlungsvorrichtung beschrieben, bei der das Prozessgas durch eine Bogenentladung aktiviert wird. Die Entladungskammer weist ein konisch verjüngtes Ende zur Erhöhung der Geschwindigkeit des Aktivgasstrahls auf. An das verjüngte Ende schließt sich ein Begrenzungskanal an, um die Entladungszone räumlich zu begrenzen.
Bei einer Beschichtungsvorrichtung gemäß US 6 001 426 A , die mit Lichtbogen arbeitet, wird Flüssigkeit in ein Plasmageneratorrohr eingebracht und daraus ein Plasma erzeugt. In einem Spalt am Ausgang des Plasmageneratorrohrs befinden sich Drähte, deren Material zu Tropfen geschmolzen und beschleunigt wird. Die Tropfen werden sowie mit hoher Geschwindigkeit auf dem zu beschichtenden Substrat aufgetragen.
Aus der DE 199 50 786 B4 ist ein flacher Bildschirm bekannt, der auf einer neuen Art elektrooptischer Modulatoren basiert. Jeder der elektrooptischen Modulatoren hat eine optische Zelle zwischen optischen Fenstern, die durch elektro-isolierende Wände begrenzt sind und hermetische Hohlräume bilden. In diesen befindet sich wenigstens ein Paar von galvanisch nicht miteinander verbundenen, durchsichtigen Elektroden und Arbeitstoff in Form eines feinen Pulvers aus festen, trockenen, elektrisch leitenden Partikeln mit Mikro-Größe (zum Beispiel 5 bis 10 μm). Es kann sich um Pulver aus Graphit, verschiedenen Metallen usw. handeln. Wenn an die Elektroden eine bestimmte Spannung angelegt wird (Zum Beispiel muss für Graphit mit solchen Partikelgröße die elektrische Feldstärke in Zwischenelektrodenraum circa 6.000 V/cm sein.), kommen die elektrisch leitenden Partikel des Pulvers im Zwischenelektrodenraum in Selbstschwingungen. Bei der Durchführung von Experimenten mit solchen elektrooptischen Modulatoren wurde festgestellt, dass bei Verstoß gegen die Hermetisierung sich das Pulver am der Gehäuseinnenwand bewegt und aufgrund des Gradienten des elektrischen Feldes nach außen ”ausgeblasen” wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Raketenmotor dieser Art den Energieverbrauch und die Kosten herabzusetzen sowie seine Lebensdauer zu erhöhen.
Diese Aufgabe ist bei einem elektrischen Raketenmotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Eine vorteilhafte Weiterbildung ist Gegenstand des Anspruchs 2.
Durch die Erfindung wird ein elektrischer Raketenmotor vorgeschlagen, bei dem als Treibstoff ein Pulver aus festen, trockenen, elektrisch leitenden Partikeln mit Mikrogröße verwendet wird.
Bei dem elektrischen Raketenmotor gemäß der Erfindung wird der bei den elektrooptischen Modulatoren beobachtete Effekt des Ausblasens genutzt. Da es sich um kein optisches Gerät handelt und somit ein anderer Zweck bei dem elektrischen Raketenmotor verfolgt wird, entfällt die Notwendigkeit optischer Fenster. Bei der erfindungsgemäßen Konstruktion liegen beide Elektroden fest auf inneren Wänden des Gehäuses. Es werden eine Einlauf- oder Eingangsöffnung, eine Auslauf- oder Abgabeöffnung und eine ferngesteuerte Blende verwendet. Die Blende darf verschiedene Konstruktionen haben, zum Beispiel wie bei Fotoapparaten blattartig sein. Die Eingangsöffnung verläuft durch die Wand des Gehäuses und die eine Elektrode, wobei in der Elektrode die Eingangsöffnung die Form eines Kegelstumpfs hat, dessen größter Durchmesser im Gehäuses ist. Eine solche Form der Öffnung behindert den Austritt des Pulvers zurück durch die Eingangsöffnung, da mit der Verkleinerung des Durchmessers der Öffnung die elektrische Feldstärke zunimmt und geladene Partikel in das Gehäuse hinein gestossen werden. Nach der Einbringung einer Pulvermenge kann die Eingangsöffnung mit einer Scheibe verschlossen werden.
Der vorgeschlagene elektrische Raketenmotor funktioniert auf die folgende Weise:
Im arbeitsfreien Zustand des Aufbaus ist die Blende geschlossen. Im Arbeitszustand des Aufbaus ist auf die Elektroden eine elektrische Gleichspannung angelegt. Die Partikel des bei Anlegen der Spannung nicht geladenen feinen Pulvers aus trockenen elektrisch leitenden Feststoffpartikeln, das durch die für die Zuführung vorgesehene Eingangsöffnung eingebracht wurden, erwerben die Ladung der oberen Elektrode, werden von ihr abgestoßen und fliegen zur unteren Elektrode, wo sie dieser ihre Ladung zurückgeben und von ihr die entgegengesetzte Ladung erwerben. Sie werden von neuem von der unteren Elektrode abgestoßen und fliegen zur oberen Elektrode und so weiter. Auf solche Weise entstehen Selbstschwingungen der festen, trockenen, elektrisch leitenden geladenen Partikeln im Zwischenelektrodenraum. Wenn ein Manöver durchgeführt werden muss, öffnet sich die Blende und das Pulver fliegt durch die Abgabeöffnung nach draussen fort, womit die Schubkraft erzeugt wird.
Die Steuerung der Scheibe für die Pulverzufuhr, der Blende und der Regulierung der elektrischen Gleichspannung an den Elektroden kann man mit Hilfe eines Mikroprozessors ausführen.
Bei dem erfindungsgemäßen elektrischen Raketenmotor kann man mit exakter Genauigkeit die Schubkraft ändern, wenn die Ausgangsöffnungsfläche mit der Blende und (oder) der elektrischen Spannung an den Elektroden gesteuert werden. Der Betriebsstoff des elektrischen Raketenmotors braucht nicht erhitzt zu werden und daher ist der Raktenmotor sehr wirtschaftlich. Sein Stromverbrauch ist bei den gegenwärtigen elektrisch isolierenden Stoffe beim Austreten aus der Konstruktion tatsächlich eine winzige Grösse. Andere Vorteile des Motors sind seine kleinen Abmessungen und die Einfachheit der Konstruktion. Dabei sind die Kosten des Arbeitstoffes (Pulver aus festen, trockenen, elektrisch leitenden, mit Partikeln mit Mikrogröße) gering.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der 1 erläutert. Es zeigt:
1 einen elektrischen Raketenmotor.
In 1 zeigen: 1 – ein Gehäuse aus Isolationsstoff, 2a – eine Elektrode, die fest auf innere Oberfläche des Gehäuse 1 aus Isolationsstoff liegt, 2b – die Elektrode, die fest auf der inneren Oberfläche des Gehäuses 1 aus Isolationsstoff liegt und eine Einlauföffnung 3 und eine Auslauföffnung 4 hat, 5 – feste, trockene, elektrisch leitende Partikel, 6 – eine ferngesteuerte Blende.
In 1 sind die verbindenden elektrisch isolierten elektrischen Leiter, die Scheibe und die äussere Quelle der geregelten Gleichspannung nicht gezeigt.

Claims

Elektrischer Raketenmotor, umfassend ein Gehäuse mit einer Eingangsöffnung und einer Abgabeöffnung für Betriebsstoff, Elektroden zur Erzeugung eines elektrischen Feldes, einen Betriebsstoff mit elektrisch leitenden Partikeln, dadurch gekennzeichnet, dass die Wände des Gehäuses (1) aus elektrisch isolierendem Material sind und einen Hohlraum bilden, in dem Gehäuse zwei nicht miteinander verbundene Elektroden (2a, 2b) dicht auf der inneren Oberfläche des Gehäuses (1) angeordnet und mit einer äußeren geregelten Gleichspannungsquelle verbunden sind, eine ferngesteuerte Blende (6) vorgesehen ist, mittels der die Abgabeöffnung (4) verschließbar und öffenbar ist, die Eingangsöffnung (3) durch eine Wand des Gehäuses sowie eine der beiden Elektroden (2b) verläuft und in der die eine Elektrode (2b) eine kegelstumpfförmige Gestalt hat, wobei der Kegelstumpfdurchmesser innen größer als außen ist, und der Betriebsstoff ein feines Pulver aus festen, trockenen, elektrisch leitenden Mikropartikeln ist.
Elektrischer Raketenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine steuerbare Scheibe vorgesehen ist, mittels der die Eingangsöffnung (3) verschließbar und öffenbar ist.