DE102007004507A1

DE102007004507A1 - Impulsabsorptionsantrieb

Info

Publication number: DE102007004507A1
Application number: DE102007004507A
Authority: DE
Inventors: Carsten Lemke
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-01-25
Filing date: 2007-01-25
Publication date: 2008-07-31
Also published as: WO2008089753A2; WO2008089753A8

Abstract

Heute bekannte Antriebe basieren auf dem Rückstoßprinzip, wobei der Impuls des weggestoßenen Treibstoffs den gleichen Impuls auf das Raumfahrzeug überträgt (Actio = Reactio). Der Nachteil dieser Antriebe ist ihre direkte Abhängigkeit von der Menge des bevorrateten Treibstoffs. Die Lösung dieses Problems stellt die Impulsabsorption mit Hilfe des Impulsabsorptionsantriebs dar. Diesem liegt die folgende physikalische Theorie zugrunde: "Gelänge es, die Translationssymmetrie im geschlossenen System zu berechnen, so wäre eine Geschwindigkeitsänderung auch ohne äußere Kräfte möglich." Beim Impulsabsorptionsantrieb wird die Antriebsmasse (m1 und m2, Figur 6) nicht entlassen, sondern ihr wird ein Teil der translatorischen Wirkung durch die Umwandlung in Drehimpuls entzogen. Die Absorptionsscheiben nehmen die Antriebsmassen auf, erhalten dadurch ihre Symmetrie und einen Drehimpuls. Der Impuls p- des Systems (m3, Figur 6) bleibt translatorisch. Somit sind die Impulse p und p- nicht mehr symmetrisch und es erfolgt eine Geschwindigkeitsänderung mit der Richtung von p-. Das anschließende Stoppen der Scheiben unterliegt der Rotationssymmetrie. Das Positionieren der Antriebsmassen am Ausgangspunkt unterliegt der Translationssymmetrie.

Description

Es ist bekannt, dass Raumfahrzeuge zur positiven oder negativen Beschleunigung im freien Raum das Prinzip des Rückstoßes nutzen, wobei bevorratete Materie, mit möglichst hoher Geschwindigkeit vom Fahrzeug weggestoßen wird, um entsprechend der „Raketenformel" (Geschwindigkeit der Rakete = Masse × Geschwindigkeit des weggestoßenen Treibstoffes/Masse der Rakete) eine möglichst hohe Beschleunigung, zu erhalten. Hierbei unterscheidet man heute zwischen chemischen Antrieben, mit guten Beschleunigungswerten, aber kurzer Beschleunigungsdauer und den so genannten elektrischen Antrieben, wie zum Beispiel dem Ionenantrieb, mit sehr geringen Beschleunigungswerten aber langer Beschleunigungsdauer, weshalb er heute als schnellster von Menschenhand gebauter Antrieb gilt. (für einen Geschwindigkeitszuwachs von 100 km/werden ca. vier Tage benötigt. Quelle: Reihe der BBC „In den Tiefen des Alls, 3. Teil)
Der Nachteil dieser beiden Antriebsmöglichkeiten ist, ihre direkte Abhängigkeit von der Menge des bevorrateten Treibstoffs.
Es ist weiterhin bekannt, dass es Anstrengungen gibt, Raumfahrzeuge mit so genannten Solarsegeln auszustatten, um sich vom Druck der Lichtphotonen wegstoßen zu lassen.
Der Nachteil dieser Antriebsmethode ist, möglichst nah an die Quelle der Photonen heranzukommen um den vollen Druck auszunutzen, wobei die Intensität der auf das Raumfahrzeug einwirkenden harten Gammastrahlung und auch der Beschuss der Segel mit kleinsten Staubpartikeln dramatische Ausmaße annehmen werden. Und eine Umkehr erst durch das Erreichen eines anderen Sterns ermöglicht wird, was eine bemannte Raumfahrt schier unmöglich macht.
Die Vorteile des Impulsabsorptionsantriebs sind die Unabhängigkeit von der Menge des bevorrateten Treibstoffs, die Unabhängigkeit von äußeren Kräften und dass die Dauer der Beschleunigung nur von der Menge der bereitzustellenden elektrischen Energie abhängt.
Bei der Erfindung des IAA wird die Fortbewegung dadurch erzielt, dass die Translationssymmetrie innerhalb des Systems gebrochen wird. Dies erfolgt mit Hilfe der teilweisen Absorption des Impulses der Antriebsmasse, durch Umwandlung in einen Drehimpuls. Diese teilweise Umwandlung des Impulses der Antriebsmasse in einen Drehimpuls kann nur deshalb stattfinden, weil erst mit dem Eintreffen der Antriebsmasse am vorgesehenen Platz auf der Absorptionsscheibe die symmetrische Massenverteilung der Scheiben hergestellt wird, die Scheiben und somit keine aus der dabei entstehenden Rotation entspringende Kraft auf die Achse wirken kann (Fall von Euler) und der Impuls des Systems selbst weiterhin translatorisch wirkt und keinen Zugriff auf den Drehimpuls haben kann, da die Achse der Scheiben als kräftefrei bezeichnet werden kann. Nur das Trägheitsmoment der Scheiben verhindert eine vollkommene Umwandlung des Impulses der Antriebsmassen in einen Drehimpuls, weshalb entsprechend der Größe des Trägheitsmomentes ein Teil des Impulses der Antriebsmasse translatorisch an das System abgegeben wird.
Die von mir aufgestellte Theorie des Bruchs der Translationssymmetrie innerhalb eines Systems, dessen Mittel für die Umsetzung die teilweise Absorption des Impulses der Antriebsmasse ist und deshalb eine Änderung der Geschwindigkeit eines Systems auch ohne äußere Kräfte möglich wird, steht nicht im Widerspruch zu den Newtonschen Axiomen, da dort von einer vollkommenen Translationssymmetrie ausgegangen wird. Dies wird insbesondere deutlich durch das Noether Theorem, nach dem eine jede Erhaltungsgröße auch ihre Symmetrie hat und umgekehrt.
Der Impulsabsorptionsantrieb besteht aus einem Grundkörper, auf dem zwei Achsen symmetrisch angeordnet sind, welche wiederum zwei gleiche Scheiben so halten, dass mit dem Eintreffen der Antriebsmasse m1 und m2 der Schwerpunkt mit der Achse identisch ist. Der Impulstausch zwischen m1, m2 und m3 findet einmal direkt statt und zum anderen Mal über die Scheiben, wobei die Achsen als Überträger des Impulses fungieren.
Der Impulsabsorptionsantrieb kann so erweitert werden, dass die Antriebsmassen in jeweils durch zwei teilbare Teile geteilt wird und die Absorptionsscheiben in gleicher Anzahl wie die Teile der Antriebsmassen vorhanden sind und sich jeweils paarweise gegenläufig, synchron drehen.
Grundlegendes zum Vermögen der beteiligten Massen, ihren Impuls auf den Stoßpartner zu übertragen:
1
Der Impuls des Systems (System, nachfolgend m3 genannt.) wirkt translatorisch ohne einen Einfluss auf den Drehimpuls der Scheiben haben zu können, da diese über eine vollkommen symmetrische Massenverteilung verfügen. Selbst wenn m3 die Antriebsmassen (nachfolgend m1 und m2 genannt), die keinen Impuls haben, einsammeln würde, würde gleichzeitig die Symmetrie der Scheiben hergestellt und so kann der Impuls von m3 wiederum keinen Einfluss auf den Drehimpuls der Scheiben nehmen. Geschwindigkeit m3 × Masse m3/Masse m3 + m1 + m2
2
Der Impuls der Antriebsmasse m1 und m2 wirkt beim Auftreffen auf den Scheiben, wobei m1 und m2 von den Scheiben gehalten wird, zum Teil translatorisch, entsprechend der Größe des Trägheitsmoments und zum Teil auf den Drehimpuls der Scheiben. Hier wird deutlich, dass die Geschwindigkeitsänderung des so entstandenen Gesamtsystems, bestehen aus m3 (m1' und m2' sind Teil von m3) und m1 und m2, aufgrund des nur teilweisen translatorischen Wirkens von m1 und m2 geringer ausfallen muss. Geschwindigkeit m1, m2 × Masse m1, m2 – L der Scheiben/Masse m3 + m1 + m2

Fazit: Nur wenn L (Drehimpuls der Scheiben) verhindert würde, könnte der Impuls von m1 und m2 vollständig translatorisch auf m3 wirken.

3
Die Antriebsmassen m1, m2 haben im Wert den gleichen Impuls wie m3, nur mit anderem Vorzeichen (m1 + m2 haben p und m3 hat p–). Aufgrund der unterschiedlichen Wechselwirkung der Impulse, nämlich m3 rein translatorisch und m1, m2 nur zum Teil translatorisch und zum Teil als Drehimpuls der Scheiben, können die Impulse nicht einfach subtrahiert werden, was eine Geschwindigkeitsänderung von „0" zur Folge hätte, sondern es muss vom Impuls der Massen m1, m2 der Drehimpuls L abgezogen werden um die tatsächliche Wechselwirkung zu berechnen. p von m1 und m2 – L + p–/m1 + m2 + m3
Der Funktionsablauf des Impulsabsorptionsantriebs kann anhand der nachfolgend genannten Figuren beschrieben werden.
4

Ausgangsposition

5

Impulstausch zwischen m1, m2 und m3.
m1 und m2 erhalten p
m3 erhält p–

Aufgrund der Translationssymmetrie sind die Beträge der Impulse p und p– gleich, aber mit entgegen gesetztem Vorzeichen.
6
Impulstausch m1 und m2, bedingt durch das Trägheitsmoment der Scheiben, teils translatorisch und teils als Drehimpuls,
m3 translatorisch, weil durch die symmetrische Massenverteilung der Scheiben kein Zugriff auf den Drehimpuls über die Achsen möglich ist.
Hier erfolgt der Symmetriebruch der Translationssymmetrie, da nur der, um den Wert des Drehimpulses L und L–, verringerte Teils des Impulses p von m1 und m2, dem Impuls p– von m3 entgegenwirkt.
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Im Ergebnis des abgeschlossenen Impulstausches verbleiben im System zwei gleich große Werte, nämlich als Drehimpuls L und L– von m1 und m2 und als translatorischer Impuls p– von m3. Teilt man den Impuls von p– durch die Gesamtmasse erhält man den Geschwindigkeitszuwachs.
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Durch das synchrone Abbremsen der symmetrischen Absorptionsscheiben wirkt der Drehimpuls L dem Drehimpuls L– entgegen (Rotationssymmetrie), weshalb das System nicht in Eigenrotation verfällt, womit die Absorption eines Teils des ursprünglichen Impulses von m1 und m2 abgeschlossen ist.
9
Zeigt den Zustand nach dem m1 und m2 synchron wieder an ihren Ausgangpunkt verschoben worden sind. Dabei wurde m1 und m2 beschleunigt und wieder abgebremst, was aufgrund der Translationssymmetrie keine Auswirkungen auf den erzielten Geschwindigkeitszuwachs haben kann.

Claims

Sekundärantrieb für Raumfahrzeuge zur positiven und negativen Beschleunigung außerhalb einer Atmosphäre und nach dem Erreichen der Fluchtgeschwindigkeit, gekennzeichnet dadurch, a.) dass die Antriebsmasse in durch zwei teilbare Teile geteilt ist, b.) nach dem synchronen Impulstausch im System verbleibt, c.) auf die gleiche Anzahl von identischen Scheiben wie die Anzahl der Teile der Antriebsmasse selbst verteilt wird und von diesen gehalten wird, anstelle der Scheiben kann auch eine andere Form gewählt werden, so lange mit dem Eintreffen der Antriebsmassen die symmetrische Massenverteilung gewährleistet wird, d.) der Auftreffpunkt der Antriebsmassen so gewählt ist, dass sich die Scheiben jeweils paarweise synchron aber gegenläufig drehen, e.) ein teilweiser Übergang des translatorischen Impulses nur der Antriebsmassen in Drehimpuls stattfindet, f.) somit ein Symmetriebruch der Translationssymmetrie erzielt wird, g.) anschließend alle Scheiben synchron zum Stillstand gebracht werden, weshalb ein jeder Drehimpuls seinen Gegendrehimpuls hat und das System nicht in Eigenrotation verfällt, womit die teilweise Absorption des Impulses der Antriebsmassen vollzogen ist, bei dem ein Teil der Energie beim Abbremsen zurückgewonnen werden kann, h.) alle Teile der Antriebsmasse wieder in die Ausgangsstellung gebracht werden und der Vorgang von Neuem beginnen kann, womit sich der Geschwindigkeitszuwachs bei jedem Vorgang addiert, bzw. in der Negativbeschleunigung subtrahiert. i.) zur Frequenzerhöhung können auch mehrere Scheiben zum Einsatz kommen
Sekundärantrieb für Raumfahrzeuge zur positiven und negativen Beschleunigung außerhalb einer Atmosphäre und nach dem Erreichen der Fluchtgeschwindigkeit, nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die Geschwindigkeitsänderung ohne den Verlust der Antriebsmasse erfolgt und keine Bevorratung von Materie zum Ausstoß benötigt wird, da die Änderung der Geschwindigkeit des Systems nicht durch das Rückstoßprinzip, sondern auf der Grundlage des Symmetriebruches der Translationssymetrie erfolgt.