DE102020007890B4 - Antriebsvorrichtung für einen Raumflugkörper - Google Patents

Abstract

Antriebsvorrichtung für einen Raumflugkörper, insbesondere zum Fortbewegen des Raumflugkörpers im Weltraum, die Antriebsvorrichtung umfassend: eine erste Stoßeinrichtung (2) und eine zweite Stoßeinrichtung (3), die gleiche Stoßmassen aufweisen und parallel zueinander in zwei entgegengesetzte Bewegungsrichtungen beweglich gelagert sind; eine Kopplungseinrichtung, die die erste Stoßeinrichtung (2) und die zweite Stoßeinrichtung (3) miteinander wirkverbindet und zum synchron gegenläufigen und mit zwei Antriebsrichtungen umkehrbaren Bewegen der ersten Stoßeinrichtung (2) und der zweiten Stoßeinrichtung (3) in die Bewegungsrichtungen ausgebildet ist; eine elektrische Antriebseinrichtung zum Antreiben der Kopplungseinrichtung in die Antriebsrichtungen; und eine Kollisionseinrichtung (12) zum Kollidieren mit der ersten Stoßeinrichtung (2) und der zweiten Stoßeinrichtung (3), wobei die Antriebsvorrichtung derart ausgebildet ist, dass eine Stoßeinrichtung (2, 3) beim Bewegen in eine der Bewegungsrichtungen mit der Kollisionseinrichtung (12) kollidiert, und dass eine Stoßeinrichtung (2, 3) beim Bewegen in die andere der Bewegungsrichtungen nicht kollidiert.

Description

• Die Erfindung betrifft einen neuartigen Antrieb für kontrollierte Bewegung im Weltraum: feste Rolle, Typ 1: „GFR“ („Gedämpfte feste Rolle“).
• EINSATZBEREICH DER ERFINDUNG
• Neuartiger Antrieb für ferngesteuerte Raumsonden. Korrektur der Flugbahnen von künstlichen Satelliten. Bereinigung der Umlaufbahnen von Weltraummüll. Erhöhte Ressource des freien Manövrierens und der ferngesteuerten Flugreichweite. Entnahme der Proben von Kometen, Asteroiden und atmosphärelosen Planetoiden mit geringer Gravitation. Ferngesteuerte Missionen in den fernen Weltraum.
• HINTERGRUND DER ERFINDUNG
• Die Wissenschaft kennt zwei Arten von Antrieben für die beschleunigte, kontrollierte Bewegung im Raum.
• Die erste Art von Antrieben sind solche, die sich mit Beschleunigung, unidirektional, kontrolliert im Raum bewegen können, unter der Bedingung einer zwingenden Wechselwirkung mit der Umgebung als Stützobjekt (Luft, Wasser, Boden).
• Diese Wechselwirkung erfolgt mit Hilfe von Antriebsvorrichtungen, welche Auflagepunkte in der Umgebung erzeugen. Es gibt viele Arten von Antriebsvorrichtungen, sowohl bei Lebewesen (Flügel, Flossen, vordere und hintere Gliedmaßen usw.) als auch bei mechanischen Vorrichtungen (Propeller, Schiffsschrauben, Räder, Schlitten usw.).
• Die zweite Art von Antrieben sind Raketentriebwerke.
• Es handelt sich dabei um Wandler, welche die ihnen zugeführte Energie in einen unidirektionalen Impuls umwandeln - für eine kontrollierte Bewegung der Rakete im Raum, ohne eine zwingende Wechselwirkung mit der Umgebung als Stützobjekt.
• Raketentriebwerke bewegen sich beschleunigt im Weltraum durch den unwiederbringlichen Ausstoß eines Teils ihrer Masse in Form eines Raketenstrahls, der als „Stützmasse“ bezeichnet wird.
• Raketentriebwerke werden in zwei Haupttypen unterteilt, die nach der physikalischen und chemischen Zusammensetzung des Raketenstrahls charakterisiert werden. Bei dem einen Typ, dem fest-flüssigen, besteht der Raketenstrahl aus atomaren, molekularen und Ionen-Komponenten. Bei dem anderen Typ, dem Ionentriebwerk, besteht die Zusammensetzung des Strahls hauptsächlich aus Ionen, die aus Inertgasen oder Alkalimetallen durch Ionisierung und anschließende Beschleunigung der Ionen durch eine elektromagnetische Vorrichtung gewonnen werden.
• Der erste Typ von Raketentriebwerken zeichnet sich durch die Möglichkeit aus, erhebliche Schubkräfte zu erzeugen, die zur Durchführung eines Weltraumflugs ausreichen. Dies ermöglichte eine Erweiterung der Möglichkeiten der Wirtschaftstätigkeit im Weltraum und der Erschließung des Weltraums.
• Ionen-Raketentriebwerke werden hauptsächlich für die Korrektur der Flugbahnen von gestarteten Satelliten eingesetzt. Sie zeichnen sich durch geringe Schubkräfte aus.
• Bis heute hat die Entwicklung der Raketentechnik ein so hohes Niveau erreicht, dass eine weitere Steigerung ihrer Leistungsfähigkeit problematisch wird.
• Der Hauptgrund dafür besteht in den negativen Folgen des unwiederbringlichen Ausstoßes eines beträchtlichen Teils der Rakete in Form eines Strahls (Stützmasse). Nach dem vollständigen Ausstoßen der Stützmasse wird das Raketentriebwerk unbrauchbar, und der Satellit wird zu einem nicht steuerbaren Objekt; es besteht dann keine Möglichkeit, seine Flugbahn zu ändern. Dies ist mit großen Schwierigkeiten bei der Erkundung der Planeten des Sonnensystems verbunden.
• Dieser Schwachpunkt der Raketentechnik ist seit langem bekannt.
• Zu Beginn des 20. Jahrhunderts entstanden Hoffnungen auf die Schaffung eines neuen Antriebstyps, der sich sowohl auf festem Untergrund als auch im Weltraum bewegen kann, ohne den zwingenden Ausstoß des Antriebsstrahls der Stützmasse.
• Lösungen wurden von vielen Ingenieuren und Wissenschaftlern präsentiert, in Form von Entwürfen von Trägheitsantrieben, die in der Lage waren, sich eigenständig auf festem Untergrund zu bewegen. Die Suche nach Trägheitsvorrichtungen geht auch heute noch weiter, jedoch ohne positive Ergebnisse, was eine kontrollierte Bewegung unter Bedingungen der Schwerelosigkeit (im Weltraum) betrifft.
• Seit Beginn des 21. Jahrhunderts argumentieren viele Wissenschaftler, dass bei allen Arten von Trägheitsantrieben bei der Bewegung auf einer Oberfläche der Impulserhaltungssatz nicht eingehalten wird. Sie sind deshalb nicht in der Lage, sich kontrolliert und beschleunigt im Weltraum zu bewegen.
• In Russland wurde 2008 der Satellit „Jubileiny“ gestartet mit den vielversprechendsten Trägheitsantrieben, die durch einen Wettbewerb ausgewählt worden waren. Die Tests dauerten etwa zwei Jahre. Im Jahr 2010 wurden sie abgebrochen, die Testergebnisse waren „uneindeutig“, und es war nicht gelungen, die Flugbahn des Satelliten zu ändern.
• Eine Gruppe von Wissenschaftlern für den Kampf gegen Pseudowissenschaften der Russischen Akademie der Wissenschaften präsentierte die Empfehlung, man solle nicht alle Arten von neuen Prototypen von Trägheitsantrieben erforschen, da es ihre Eigenschaft sei, den Impulserhaltungssatz nicht einzuhalten. Unter Weltraumbedingungen führe ihre Arbeit lediglich zu Vibrationen.
• Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, eine Antriebsvorrichtung für einen Raumflugkörper zu schaffen, die einen Ausstoß eines Antriebsstrahls einer Stützmasse vermeidet.
• Zum Lösen dieser Aufgabe schafft die Erfindung eine Antriebsvorrichtung für einen Raumflugkörper nach Anspruch 1. Ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebsvorrichtung oder ein Verfahren zum Fortbewegen eines Raumflugkörpers sind Gegenstand des nebengeordneten Anspruchs.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
• DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
• Eine einseitig gedämpfte, durch bewegliche Massen ausbalancierte „feste Rolle“ (Mechanik) -Typ 1: GFR (gedämpfte feste Rolle) - wandelt die dem Schwerpunkt seiner beweglichen Massen zugeführte Energie in einen unidirektionalen Impuls um, ohne Wechselwirkung mit der Umgebung als Stützobjekt, mit einem theoretischen Wirkungsgrad = 33,333... %.
• Die Bahn ihrer Bewegung im Raum ist unidirektional-gewunden, wobei die Schwingungsamplitude proportional zum Verhältnis der Breite der bewegten Massen zu deren Länge ist.
• GFR unterscheidet sich von allen bekannten Trägheitsantrieben, die sich nicht kontrolliert und beschleunigt im Weltraum bewegen können, durch folgende Merkmale:
1. 1. den Impulserhaltungssatz (Gleichheit der entgegengesetzten Impulse) in einem isolierten System;
2. 2. die Unbeweglichkeit des Schwerpunkts der bewegten Massen in einem arbeitenden Antrieb;
3. 3. dadurch, dass die Energiezufuhr in einem unbeweglichen Schwerpunkt der beweglichen Massen geschieht;
4. 4. das Vorhandensein von mindestens drei Auflagepunkten innerhalb des Antriebs.
• Sind alle vier oben genannten Merkmale erfüllt, ist die GFR in der Lage, sich kontrolliert und beschleunigt im Weltraum zu bewegen.
• Unser Vorschlag ist es, die Hauptkennwerte von Raketen- und Trägheitsantrieben unter den Bedingungen der Schwerelosigkeit (im Weltraum) zu vergleichen, unter Berücksichtigung sowohl der positiven (notwendigen) als auch der negativen Eigenschaften der bekannten Antriebe.
• Ziel dieses Vergleichs: Hervorhebung von Eigenschaften, die für einen neuen Typ vom Trägheitsantrieb, der sich mit Beschleunigung im Weltraum bewegen kann, notwendig sein könnten.
• Betrachten wir die Daten in der Tabelle. Notwendige Eigenschaften sind mit dem Symbol (+), unerwünschte mit dem Symbol (-) gekennzeichnet. Tabelle „Betriebskennwerte von Antrieben unter Bedingungen der Schwerelosigkeit“

  Antriebsart	Impulserhaltungssatz	Beweglichkeit des Schwerpunkts der Massen	Ausrichtung der Bewegung des Antriebs	Anzahl der Auflagepunkte	Unwiederbringlicher Ausstoß der Stützmasse
  1. Raketenantrieb	wird eingehalten (+)	beweglich, unidirektional	unidirektional, entgegengerichtet zum Ausstoß des Raketenstrahls	1 (-)	gegeben
  					(-)
  		(-)
  2. Trägheitsantrieb (bereits existierend )	wird eingehalten (+)	beweglich, multidirektional	fehlt (-) (Vibration)	2 (+)	fehlt (+)
  		(-)
  3. Trägheitsantrieb (angestrebt )	wird eingehalten (+)	unbeweglich	unidirektional (+)	mindestens 3 (+)	fehlt (+)
  		(+)

• Aus der Tabelle ergibt sich, dass beim angestrebten Trägheitsantrieb neben der Forderung nach Einhaltung des Impulserhaltungssatzes für bewegliche Massen zwei zusätzliche Forderungen zu erfüllen sind:
1. 1. Im arbeitenden Antrieb muss ein unbeweglicher Schwerpunkt der beweglichen Massen vorhanden sein. Dies ist eine Bedingung dafür, dass das Auftreten von Vibrationen verhindert werden kann.
2. 2. Der Antrieb selbst muss mindestens drei Auflagepunkte haben.
• Das Erfüllen dieser drei Forderungen bestimmt die Effizienz der Arbeit des Trägheitsantriebs im Weltraum.
• In diesem Fall widerspricht der angestrebte Trägheitsantrieb nicht den Grundgesetzen der Physik.
• Es kann angenommen werden, dass ein Prototyp des angestrebten Antriebs eine gut bekannte Vorrichtung sein kann, bei der alle drei oben genannten Forderungen erfüllt werden.
• Eine solche Vorrichtung kann eine „feste Rolle“ (Mechanik) sein.
• Figurenliste
• 1 zeigt eine feste Rolle mit einem Zahnrad und einer Rollengliederkette.
• 2 zeigt die feste Rolle mit dem Zahnrad und zwei doppelseitigen Zahnstangen.
• 3 zeigt die feste Rolle mit mehreren Dreiergruppen von Zahnrädern.
• 4 zeigt die feste Rolle von 3 mit einer Dämpfungsvorrichtung.
• 5 zeigt ein Diagramm wirkender Kräfte.
• DETAILBESCHREIBUNG
• Eine feste Rolle ist eine Vorrichtung zur Änderung der Richtung einer Kraft, ohne deren Größe zu ändern.
• Die „feste Rolle“ ist einer der häufigsten Mechanismen in der Mechanik.
  Sie wird eingesetzt in Konstruktionen, die heute weit verbreitet sind (in den Konstruktionen von Fahrrädern, Motorrädern, elektrischen Sägen, Hebevorrichtungen usw.).
• Im Folgenden wird auf Fig. 1 Bezug genommen:
• Betrachten wir die Eigenschaften einer durch bewegliche Massen 2, 3 ausbalancierten festen Rolle, bestehend aus einem auf einer beweglichen Achse rotierenden Zahnrad 1 und einer Rollen-Gliederkette, an der gleiche Massen 2, 3 hängen.
• Eigenschaften der festen Rolle
1. 1. Aufgehängte, gleich schwere Lasten 2, 3, behalten in verschiedenen Positionen, relativ zueinander, die Unbeweglichkeit. Der Schwerpunkt dieser Lasten befindet sich immer an derselben Stelle.
2. 2. Wenn sie, parallel zur Gravitationskraft, einen Impuls erfahren, bewegen sie sich gleichmäßig, relativ zueinander, in entgegengesetzte Richtungen. Die Gleichheit der entgegengerichteten Impulse wird beachtet. Der Schwerpunkt der beweglichen Massen 2, 3 befindet sich weiterhin unbeweglich an derselben Stelle.
3. 3. Bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten der Bewegung einer der Lasten 2, 3 wird die Art der Änderung der Geschwindigkeit der anderen Last 3, 2 genau so sein. Der Schwerpunkt der beweglichen Massen 2, 3 liegt an dergleichen Stelle.
• Das bedeutet, dass bei einer durch bewegliche Massen 2, 3 ausbalancierten festen Rolle der Impulserhaltungssatz immer eingehalten wird: mv = Ft für entgegengesetzte, bewegte, gleiche Massen 2, 3 (mΔV = FΔt, d.h., die entgegengerichteten Impulse sind gleich). Wichtig ist, dass dies unter der Bedingung der Unbeweglichkeit des Schwerpunkts der bewegten Massen geschieht. Damit verfügt die feste Rolle über jene drei Eigenschaften, die bei allen bisherigen Entwürfen von Trägheitsantrieben zur Realisierung der Möglichkeit einer beschleunigten Bewegung im Weltraum fehlten.
• Unser Vorschlag ist es, die folgenden konstruktiven Änderungen an der „festen Rolle“ vorzunehmen, um sie zu einem Wandler der ihr zugeführten Energie in einen unidirektionalen Impuls zu machen.
• Im Folgenden wird auf Fig. 2 Bezug genommen:
• Konstruktive Änderungen an der festen Rolle mit dem Zweck, sie zu einem Wandler der ihr zugeführten Energie in einen unidirektionalen Impuls zu machen:
1. I. Anstelle der Rollen-Gliederkette mit gleichen Massen 2, 3 zu beiden Seiten des bordierten Spurkranzzahnrades 1 auf beiden Seiten zwei doppelseitige Zahnstangen 2,3 gleicher Länge und gleichen Gewichts parallel zueinander montieren. An den Außenseiten der Zahnstangen 2, 3 - zum Andrücken - zwei bordierte Spurkranzzahnräder 4,5 montieren. Sie werden zur Hauptkomponente der festen Rolle.
• Im Folgenden wird auf Fig. 3 Bezug genommen:
• II. Die parallele Anordnung der doppelseitigen Zahnstangen 2, 3 (der bewegten Massen) der „festen Rolle“ mit drei weiteren genau solchen bordierten Zahnrädern 6,7,8 oder mehreren Dreiergruppen genau solcher Zahnräder 9, 10, 11 fixieren.
• Trotz dieser Modifikationen bleiben alle Besonderheiten der festen Rolle, die in ihren Eigenschaften vermerkt werden (siehe „Eigenschaften der festen Rolle“, 1., 2., 3.), vollständig erhalten.
• Im Folgenden wird auf Fig. 4 Bezug genommen:
• III. Damit die Stangenmit den gleichen Massen 2,3 gegenläufige Geschwindigkeiten erfahren, ist es notwendig, die bordierten Zahnräder 1, 4, 5 mit Wendemotoren auszustatten, die sich periodisch in entgegengesetzte Richtungen drehen können. Es ist sinnvoll, die Leistung dieser Motoren so anzupassen, dass die Motoren der Zahnräder 4,5 die gleiche Leistung haben, und ihre Gesamtleistung gleich der des Motors des Zahnrades 1 ist.
  Diese Lösung bietet den Effekt der gegenseitigen Kompensation der gegenläufigen Drehmomente der drei Elektromotoren, die miteinander in Wechselwirkung stehen. Der Schwerpunkt der Massen 2, 3 der festen Rolle ändert seine Lage nicht, wenn diese gegenläufigen Bewegungen unterworfen werden.
• IV. Die „feste Rolle“ sollte auf einer Seite mit einer Dämpfungsvorrichtung 12 ausgestattet sein. Sie ist notwendig, damit die „feste Rolle“ den Impuls von zwei entgegengesetzt bewegten Massen 2, 3 in einen unidirektionalen Impuls umwandelt.
• Bei der Kollision einer der Zahnstangen 2, 3 mit dem Dämpfer 12 gerät das gesamte bewegliche System der festen Rolle in den Ruhezustand. Dabei wird der Impuls (Bewegungsgröße) in Richtung des Dämpfers 12 auf die feste Rolle übertragen.
• Es ist ratsam, dass die Dämpfungsvorrichtung 12 die folgenden Funktionen erfüllen kann:
• - die Stromzufuhr zu den Elektromotoren in dem Moment unterbrechen, in dem die Zahnstange 2, 3 beginnt, mit dem Dämpfer 12 zu kollidieren.
• - die Stromzufuhr umzuschalten auf die Drehung der Wendemotoren in die entgegengesetzte Richtung, um die Fortsetzung des Prozesses des zyklischen Betriebs der „festen Rolle“ zu gewährleisten.
• - nach Beendigung des Dämpfungsvorgangs den Betrieb der Elektromotoren auf die Drehung in die entgegengesetzte Richtung umzuschalten, um die Fortsetzung des Prozesses des zyklischen Betriebs der GFR zu gewährleisten.
• Eine der Möglichkeiten, dieses Problem zu lösen, kann der Einbau eines Hebelschalters zum Umschalten der Richtung der Stromzufuhr in der Dämpfungsvorrichtung 12 sein.
• Betrachten wir die mechanische Funktionsweise der GFR (einseitig „gedämpfte feste Rolle“):
• Bei der Stromgabe auf die Wendemotoren erfahren zwei Zahnstangen 2, 3 gleich große, entgegengerichtete Impulse. Die Geschwindigkeitsänderungen der sich entgegengesetzt bewegenden gleichen Massen (Zahnstangen 2, 3) sind immer gleich groß.
• Dies erfüllt die Forderung des Impulserhaltungssatzes für ein isoliertes Objekt. Der Schwerpunkt der gesamten Vorrichtung ist zu diesem Zeitpunkt unbeweglich.
• Während des Betriebs der „festen Rolle“ kollidiert eine der Zahnstangen 2, 3 mit dem Dämpfer 12, die andere nicht.
• Die kollidierende Zahnstange 2, 3 überträgt ihren gesamten Impuls auf den Dämpfer 12 und bremst gleichzeitig die Bewegung der anderen Zahnstange3, 2 ab.
• Im Folgenden wird auf Fig. 5 Bezug genommen:
• Die nicht kollidierende Zahnstange 3, 2 erzeugt eine zu ihrem Impuls proportionale Trägheitskraft F1, die auf das Zahnrad 1, 7, 10 der „festen Rolle“ einwirkt.
• Nach Archimedes ist die feste Rolle ein gleicharmiger Hebel, der sich auf die Zahnradachse abstützt, sodass der Impuls der abgebremsten Zahnstange 3, 2 die Trägheitskraft F1 erzeugt, die auf einen der Hebelarme einwirkt, erster Auflagepunkt 21. Der andere Auflagepunkt 22 ist die Zahnradachse mit der Kraft F2, die vom Dämpfer 12 aus in die entgegengesetzte Richtung wirkt.
• Der dritte Auflagepunkt 23 ist die Zahnstange 2, 3, die mit dem Dämpfer 12 kollidiert ist, mit der Kraft F3.
• Der Dämpfer 12 ist der vierte Auflagepunkt 24 .
  Nach dem Energieerhaltungssatz verteilt sich der Trägheitsimpuls (Energiebetrag) der abgebremsten Zahnstange 3,2 über den gleicharmigen Hebel wie folgt:
• Zwei Drittel des Gesamtimpulses der abgebremsten Zahnstange 3, 2 wirken auf die Zahnradachse, den ersten Auflagepunkt 22, ein und sind als Kraft F2 vom Dämpfer 12 aus in die entgegengesetzte Richtung gerichtet.
• Das verbleibende Drittel des Gesamtimpulses der abgebremsten Zahnstange 3, 2 ist durch den anderen Arm des Hebels, den dritten Auflagepunkt 23 parallel zur Trägheitskraft F1 auf den Dämpfer 10 gerichtet.
• Setzen wir den Gesamtimpuls der entgegengerichteten Bewegungen der Zahnstangen 2, 3 der „festen Rolle“ gleich 1 (6/6). Dann sind die Impulse der Stange 2, 3, die mit dem Dämpfer 12 kollidiert und der Stange 3, 2, die nicht mit dem Dämpfer 12 kollidiert, gleich groß und entgegengerichtet.
• MV (gedämpft) = MV (trägheitsbedingt) = 3/6 Σ MV, wobei Σ MV des Gesamtimpulses der zwei Zahnstangen 2, 3 ist (was dem Impulserhaltungssatz entspricht).
• Bei einer Kollision wird der Gesamtimpuls, bedingt durch die Trägheitskraft F1, durch den gleicharmigen Hebel (das Zahnrad 1, 7, 13 der festen Rolle) auf unterschiedlich gerichtete Impulse - sowohl in Richtung des Dämpfers 12 (durch die Kraft F3) als auch in die entgegengesetzte Richtung durch die Kraft F2 - im Verhältnis 1 zu 2 verteilt.
• Also beträgt der Impuls
• - in Richtung des Dämpfers 12: 3/6 MV + 1/6 MV = 4/6 MV;
• - in die vom Dämpfer 12 aus entgegengesetzte Richtung: 2/6 MV; als Summe: 4/6 MV - 2/6 MV = 1/3 MV.
• Somit wird ein Drittel des gesamten von der GFR erlangten Impulses in einen unidirektionalen Impuls, in Richtung des Dämpfers 12, umgesetzt, was 33,33... % der verbrauchten Energie entspricht. Die verbleibenden 66,66 % der Energie werden wechselseitig kompensiert, d. h. in Wärme umgewandelt.
• Bewertung der Schubkräfte der GFR
• Es ist zu beachten, dass die optimale Anzahl von Kollisionen der beweglichen Masse 2, 3 mit dem Dämpfer 12 für eine GFR im Bereich von 2-3 Mal pro Sekunde liegt.
• Die optimale Geschwindigkeit, mit der die bewegliche Masse 2, 3 mit dem Dämpfer 12 kollidiert, liegt im Bereich v = 1-3 m/s.
• In diesen Fällen bewegt sich der mechanische Verschleiß der Vorrichtung innerhalb akzeptabler Grenzen.
• Nehmen wir die folgende Geschwindigkeit der beweglichen Masse 2, 3 an, wenn sie mit dem Dämpfer 12 kollidiert: v (Kollision) = 2 m/s, Anzahl der Kollisionen n = 2 Kollisionen/s.
• Das Gewicht der kollidierenden beweglichen Massen (Stangen 2, 3) soll 1 kg sein, das Gewicht der GFR 6 kg.
• Dann wird bei einer Kollision der beweglichen Masse 2, 3 von 1 kg, 1 Mal pro Sekunde, und der Geschwindigkeit v = 1 m/s die Energiemenge in einen unidirektionalen Impuls umgewandelt: mv = 0,333 kgm/s.
• Bei zwei Kollisionen pro Sekunde und einer Geschwindigkeit der beweglichen Masse 2, 3 von 2 m/s beträgt der unidirektionale Impuls mv = 0,333 kgm/s × 2 m/s × 2 Mal = 1,332 kgm/s.
• Das Gewicht eines Satelliten mit einer GFR und Sonnenkollektoren sei m (Satellit) = 60 kg. Dann beträgt die zusätzliche Geschwindigkeit, die der Satellit pro Sekunde gewinnt: Δv (Satellit) × 60 kg = 1,332 kgm/s.
  Δv (Satellit) = 1,332 kg/s / 60 kg = 0,02 m/s.
• Wenn der Motor eine Minute lang läuft, beträgt der Drehzahlanstieg Δv (Satellit) = 0,02 m/s × 60 s = 1,2 m/s.
• Bei der Arbeit des Motors eine Stunde lang wird der Geschwindigkeitszuwachs 72 m/s betragen. Einen Tag lang: 1730 m/s.
• In einem Monat: 51 840 m/s.
• Anmerkung: Die Betriebsdauer der GFR ist nicht durch den Ausstoß einer „Stützmasse“ begrenzt. Sie hängt hauptsächlich von der Dauer des effektiven Betriebs der Sonnenkollektoren ab.
• Erwarteter wirtschaftlicher Effekt durch den Einsatz der GFR
• Während der Zeit, in der sich ein Forschungssatellit in der Umlaufbahn befindet, muss periodisch eine Korrektur seiner Bewegung in eine vorgegebene Richtung erfolgen.
• Dies geschieht durch periodisch arbeitende Ionen-(Raketen-)Triebwerke, die auf dem Satelliten installiert sind.
• Wenn eine wesentliche Änderung der Flugbahn erforderlich ist, wird die Betriebsdauer des Satelliten erheblich verkürzt.
• Wenn der Vorrat an „Stützmasse“ erschöpft ist, wird der Satellit nicht mehr steuerbar und oft unbrauchbar. Es entsteht die Notwendigkeit, einen weiteren Satelliten zu starten, um die geplante Arbeit in ihrem vollen Umfang fortzusetzen.
• Ein Satellit, der über einen Antrieb mit einer GFR verfügt, hat um ein Vielfaches längere Betriebsdauer, da er viel weniger Strom verbraucht und kein Raketenstrahl ausgestoßen wird.
• Das bedeutet eine Verringerung der Anzahl von Satellitenstarts und dementsprechend eine Verringerung der Ausgaben für deren Produktion, was den erwarteten positiven wirtschaftlichen Effekt beim Einsatz von GFR von GFR darstellt.
• LITERATUR
• Trägheitsantriebe
• Material aus Wikipedia
• https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%98%D0%BD%D0%B5%D1%80%D1%86%D0%BE%D0%B8%D0%B4 %D1%8B [in russischer Sprache; Anm. d. Übers.]
• Der Artikel gibt einen abschließenden Überblick über Arbeiten zu Trägheitsantrieben. Es wird der Hauptgrund für die Unmöglichkeit ihres Einsatzes zur kontrollierten Bewegung im Weltraum genannt.
• Das Einhalten des Impulserhaltungssatzes in einem Trägheitsantrieb könne nur zu dessen Vibration im Weltraum führen.
• Eine unidirektionale, beschleunigte Bewegung von Trägheitsantrieben sei nur in Wechselwirkung mit der Umgebung möglich, was unter den Bedingungen des Planeten Erde beobachtet wird.
• Bezugszeichenliste

1

(zweite) Getriebeeinheit; (zweites) Zahnrad

2

erste Stoßeinrichtung; Zahnstange

3

zweite Stoßeinrichtung; Zahnstange

4

erste Getriebeeinheit

5

dritte Getriebeeinheit

6

erste Getriebeeinheit

7

zweite Getriebeeinheit

8

dritte Getriebeeinheit

9

erste Getriebeeinheit

10

zweite Getriebeeinheit

11

dritte Getriebeeinheit

12

Kollisionseinrichtung; Dämpfungsvorrichtung

21

erster Auflagepunkt

22

zweiter Auflagepunkt

23

dritter Auflagepunkt

24

vierter Auflagepunkt

Claims (10)

1. Antriebsvorrichtung für einen Raumflugkörper, insbesondere zum Fortbewegen des Raumflugkörpers im Weltraum, die Antriebsvorrichtung umfassend: eine erste Stoßeinrichtung (2) und eine zweite Stoßeinrichtung (3), die gleiche Stoßmassen aufweisen und parallel zueinander in zwei entgegengesetzte Bewegungsrichtungen beweglich gelagert sind; eine Kopplungseinrichtung, die die erste Stoßeinrichtung (2) und die zweite Stoßeinrichtung (3) miteinander wirkverbindet und zum synchron gegenläufigen und mit zwei Antriebsrichtungen umkehrbaren Bewegen der ersten Stoßeinrichtung (2) und der zweiten Stoßeinrichtung (3) in die Bewegungsrichtungen ausgebildet ist; eine elektrische Antriebseinrichtung zum Antreiben der Kopplungseinrichtung in die Antriebsrichtungen; und eine Kollisionseinrichtung (12) zum Kollidieren mit der ersten Stoßeinrichtung (2) und der zweiten Stoßeinrichtung (3), wobei die Antriebsvorrichtung derart ausgebildet ist, dass eine Stoßeinrichtung (2, 3) beim Bewegen in eine der Bewegungsrichtungen mit der Kollisionseinrichtung (12) kollidiert, und dass eine Stoßeinrichtung (2, 3) beim Bewegen in die andere der Bewegungsrichtungen nicht kollidiert.
2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei: die elektrische Antriebseinrichtung zum drehbaren Antreiben der Kopplungseinrichtung in zwei Drehrichtungen ausgebildet ist; und/oder die Stoßeinrichtungen (2, 3) und die Kollisionseinrichtung (12) zum, vorzugsweise im Wesentlichen zerstörungsfreien, Empfangen eines gegenseitigen Stoßes ausgebildet sind; und/oder die Kopplungseinrichtung wenigstens eine Getriebeeinrichtung (1) umfasst, die mit der ersten Stoßeinrichtung (2) und der zweiten Stoßeinrichtung (3) gekoppelt ist; und/oder eine Masse der Antriebsvorrichtung wesentlich größer ist als die Stoßmasse.
3. Antriebsvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Kopplungseinrichtung wenigstens eine erste Getriebeeinrichtung (4), die mit der ersten Stoßeinrichtung (2) gekoppelt ist, wenigstens eine zweite Getriebeeinrichtung (1), die mit der ersten Stoßeinrichtung (2) und der zweiten Stoßeinrichtung (3) gekoppelt ist, und wenigstens ein dritte Getriebeeinrichtung (5), die mit der zweiten Stoßeinrichtung (3) gekoppelt ist, umfasst, und wobei vorzugsweise die Getriebeeinrichtungen (1, 4, 5) zur Lagerung der Stoßeinrichtungen (2, 3) ausgebildet sind.
4. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei: die erste Stoßeinrichtung (2) zwischen der wenigstens einen ersten Getriebeeinrichtung (4) und der wenigstens einen zweiten Getriebeeinrichtung (1) beweglich gelagert ist, die zweite Stoßeinrichtungen (3) zwischen der wenigstens einen zweiten Getriebeeinrichtung (1) und der wenigstens einen dritten Getriebeeinrichtung (5) beweglich gelagert ist und die wenigstens eine zweite Getriebeeinrichtung (1) zwischen der ersten Stoßeinrichtung (2) und der zweiten Stoßeinrichtung (3) angeordnet ist; und/oder die wenigstens eine erste Getriebeeinrichtung (4), die wenigstens eine zweite Getriebeeinrichtung (1) und die wenigstens eine dritte Getriebeeinrichtung (5) in einer Reihe im Wesentlichen senkrecht zu den Bewegungsrichtungen angeordnet sind; und/oder die Kopplungseinrichtung eine Mehrzahl von ersten Getriebeeinrichtungen (4, 6, 9) und/oder eine Mehrzahl von zweiten Getriebeeinrichtungen (1, 7, 10) und/oder eine Mehrzahl von dritten Getriebeeinrichtungen (5, 8, 11) aufweist, die jeweils in einer Reihe im Wesentlichen parallel zu den Bewegungsrichtungen angeordnet sind.
5. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Stoßeinrichtungen (2, 3) jeweils als Zahnstangen, bevorzugt doppelseitig und/oder mit gleichen Längen, ausgebildet sind und die wenigstens eine erste Getriebeeinrichtung (4) ein erstes Zahnrad, die wenigstens eine zweite Getriebeeinrichtung (1) ein zweites Zahnrad und die wenigstens eine dritte Getriebeeinrichtung (5) ein drittes Zahnrad umfasst, wobei die Zahnräder bevorzugt als bordierte Zahnräder, mehr bevorzugt als bordierte Spurkranzzahnräder, ausgebildet sind.
6. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die elektrische Antriebseinrichtung einen ersten Elektromotor zum Antreiben der wenigstens einen ersten Getriebeeinrichtung (4), einen zweiten Elektromotor zum Antreiben der wenigstens einen zweiten Getriebeeinrichtung (1) und einen dritten Elektromotor zum Antreiben der wenigstens einen dritten Getriebeeinrichtung (5) aufweist, und wobei bevorzugt der erste Elektromotor und der dritte Elektromotor gleiche Leistungen und eine Gesamtleistung aufweisen, die einer Leistung des zweiten Elektromotors entspricht.
7. Antriebsvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei: die Antriebsvorrichtung ausgebildet ist, die elektrische Antriebseinrichtung vor einem Stoß einer Stoßeinrichtung (2, 3) mit der Kollisionseinrichtung (12) abzuschalten und/oder nach einem Stoß einer Stoßeinrichtung (2, 3) mit der Kollisionseinrichtung (12) einzuschalten; und/oder die elektrische Antriebseinrichtung zum Umkehren der Antriebsrichtung und/oder zum periodischen oder zyklischen Antreiben der Kopplungseinrichtung in beide Antriebsrichtungen ausgebildet ist; und/oder die Antriebsvorrichtung einen Hebelschalter zum Umschalten einer Stromzufuhr der elektrischen Antriebseinrichtung umfasst.
8. Antriebsvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Antriebsvorrichtung ausgebildet ist, eine Mehrzahl von Stößen pro Sekunde, bevorzugt zwischen zwei bis drei Stöße pro Sekunde, der Stoßeinrichtungen (2, 3) mit der Kollisionseinrichtung (12) zu bewirken.
9. Raumflugkörper, insbesondere Raumsonde oder Satellit, umfassend eine Antriebsvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche und: eine Photovoltaikanlage zum Erzeugen elektrischer Energie für die elektrische Antriebseinrichtung; und/oder eine Fernsteuerungseinrichtung zum Fernsteuern der elektrischen Antriebseinrichtung.
10. Verfahren zum Betreiben einer Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 oder Verfahren zum Fortbewegen eines Raumflugkörpers nach Anspruch 9, das Verfahren umfassend: a) Antreiben der Kopplungseinrichtung mittels der elektrischen Antriebseinrichtung in eine der Antriebsrichtungen, derart, dass synchron die erste Stoßeinrichtung (2) zu der Kollisionseinrichtung (12) hinbewegt und die zweite Stoßeinrichtungen (3) von der Kollisionseinrichtung (12) wegbewegt wird; b) Abschalten der elektrischen Antriebseinrichtung, insbesondere durch Unterbrechen einer Stromzufuhr der elektrischen Antriebseinrichtung, vor einem Stoß der ersten Stoßeinrichtung (2) mit der Kollisionseinrichtung (12); c) Umkehren der Antriebsrichtung, insbesondere durch Umschalten einer Stromzufuhr der elektrischen Antriebseinrichtung; d) Einschalten der elektrischen Antriebseinrichtung, insbesondere durch Wiederherstellen einer Stromzufuhr der elektrischen Antriebseinrichtung, nach einem Stoß der ersten Stoßeinrichtung (2) mit der Kollisionseinrichtung (12); und e) Wiederholen der Schritte a) bis d), wobei in Schritt a) die Kopplungseinrichtung in die andere der Antriebsrichtungen angetrieben wird und synchron die erste Stoßeinrichtung (2) von der Kollisionseinrichtung (12) wegbewegt und die zweite Stoßeinrichtung (3) zu der Kollisionseinrichtung (12) hinbewegt wird, wobei in Schritt b) das Abschalten vor einem Stoß der zweiten Stoßeinrichtung (3) erfolgt und wobei in Schritt d) das Einschalten nach einem Stoß der zweiten Stoßeinrichtung (3) erfolgt.

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