DE10315903A1 - Seilgefesseltes Satellitensystem - Google Patents

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Abstract

Bei einem seilgefesselten Satellitensystem für Orbitalstationen sind wenigstens zwei über einer Raumstation an Tragseilen angeordnete Endmassen vorgesehen, zwischen denen, geführt durch die Tragseile, auf jedem Strang wenigstens je eine Laufmasse bewegbar ist, wobei die Laufmassen unterschiedliche Massen besitzen und über je ein Laufseil jeweils mit einer Winde verbunden sind und wobei die Laufseile in unterschiedlichem Drehsinn um die jeweilige Trommel der zugeordneten Winde gewickelt sind. Vorzugsweise sind dabei insgesamt sechs Tragseile vorgesehen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein seilgefesseltes Satellitensystem für Orbitalstationen, wie es auch unter der Bezeichnung Tether-System bekannt geworden ist.
  • Obwohl in der Vergangenheit bereits eine Vielzahl von Studien zur sogenannten Tether-Technik und damit für Systeme dieser Art erarbeitet worden sind, ist es bisher nur zu sehr wenigen Erprobungen in der Praxis gekommen. Raumflug- Missionen, in denen derartige Erprobungen durchgeführt wurden, haben infolge einer Reihe von Pannen durchweg nicht die erwarteten Ergebnisse erbracht. So sind Tether-Missionen der Raumfähren "Atlantis" aus dem Jahr 1992 und "Columbia" aus dem Jahr 1996 bekannt geworden, bei denen entweder die abgespulte Seillänge nur einen Bruchteil der insgesamt möglichen Länge von etwa 20 000 Metern betrug oder aber bei denen wegen eines Seilbruches innerhalb des Auslegers der Fesselsatellit vollständig verloren ging.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein seilgefesseltes Satellitensystem bereitzustellen, bei dem ein störungsfreies Aussetzen und Wiedereinholen der seilgefesselten Satelliten gewährleistet ist.
  • Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Satellitensystem mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Satellitensystems sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.
  • Das Satellitensystem nach der Erfindung zeichnet sich durch vielseitige Nutzungsmöglichkeiten aus. So kann es wahlweise für die drei Funktionen des Aussetzens von Satelliten, der Bereitstellung von kinetischer Energie und für Bahnanhebungen eingesetzt werden. Diese Funktionen können zu beliebigen Zeiten und mit nur einem Basisaufbau durchgeführt werden, nachdem jeweils entsprechende Umrüstarbeiten vorgenommen worden sind. Eine vierte Nutzungsmöglichkeit des erfindungsgemäßen Satellitensystem besteht in der Beförderung von Personen.
  • Bei herkömmlichen Tether-Anordnungen, die jeweils aus nur einem abzuspulenden Laufseil mit nur einem Tochtersatelliten bestehen, müssen für den Windenantrieb aufwendige Steuergesetze vorgesehen werden. Der Grund besteht darin, daß die Pendelschwingungen des Satelliten, auch als In-Plane-Librationen bezeichnet, begrenzt werden müssen. Sofern eine solche Begrenzung nicht erfolgt, droht die Gefahr des Umschlagens des Satelliten, wobei sich letztlich das Seil um die Station herumwickeln kann. Bei dem Satellitensystem nach der Erfindung ist hingegen vorgesehen, daß zwei große End massen, die wegen der großen Seillänge ein großes Massenträgheitsmoment aufweisen, über Tragseile mit der Raumstation verbunden sind, wodurch die von der Corioliskraft abhängigen In-Plane-Librationen auf ein Minimum reduziert werden und wobei infolge spezieller Bewegungsgesetze für die einzelnen Massen eine nahezu vollständige Kompensation dieser Pendelbewegungen möglich ist.
  • Bei Raumstationen ist zudem die Gewinnung elektrischer Energie über Solarpanel während der Schattenphasen unterbrochen. Da die Operationen des erfindungsgemäßen Satellitensystems jedoch vom Sonnenstand unabhängig sind, kann damit auch während der Schattenphasen Energie in Form von kinetischer Energie, die auch als Generatorantrieb einsetzbar ist, erzeugt werden. Durch Anwendung besonderer Steuergesetze für die winde lassen sich zudem vielfältige Energiekombinationen wählen.
  • Orbitalstationen erfahren ferner infolge verschiedener äußerer Einflüsse, insbesondere durch atmosphärische Reibung, ein kontinuierliches Abbremsen und damit verbunden einen ständigen Abstieg in eine erdnähere Umlaufbahn. Bei herkömmlichen Systemen werden daher zur Bahnanhebung Schubdüsen eingesetzt, die Treibstoff verbrauchen, der mit Energieaufwand vorher in den Orbit transportiert werden muß und der nach dem Verbrauch unwiederbringlich verloren ist. Bei den Operationen des Satellitensystems nach der Erfindung, wie einem Satellitenausstoß oder der Bereitstellung von kinetischer Energie, ergeben sich jedoch von selbst Bahnabsenkungen und -anhebungen. Diese haben infolge der Massenverhältnisse nur eine geringe Schwankungsbreite und heben sich in der Regel annähernd auf. Jedoch ist eine effek tive Anhebung der Bahn der Orbitalstation möglich, wenn bei großer Seillänge auch große Massen von außen nach innen bewegt werden. Dabei wird Energie in die antreibende Winde eingespeist. Die für diese Operation erforderlichen Massen sind vorher außen, d.h. oberhalb der Orbitalstation, zu plazieren und verbleiben später auf der Station.
  • Ein weiterer Vorteil der Erfindung betrifft schließlich das Aussetzen von herkömmlichen, d.h. nicht seilgefesselten Satelliten von einer Orbitalstation aus. Bisher werden derartige Satelliten mittels Druckfedern oder durch Triebwerksschub direkt von der Station aus auf eine Abstiegs- oder Aufstiegsbahn gebracht. Werden diese Satelliten jedoch, wie bei dem erfindungsgemäßen Satellitensystem möglich, von einer der Endmassen, die sich kilometerweit unter- oder oberhalb der Station an einem Seil hängend befinden kann, ausgesetzt, so bewirken die in Richtung Nadir oder Zenit wirkenden Geschwindigkeiten und Beschleunigungen die Abstiegs- oder Aufstiegsbewegung und ein zusätzlicher Düsenschub ist nicht erforderlich. Der auszusetzende Satellit kann vielmehr statisch oder dynamisch vorzugsweise auf eine Abstiegsbahn gebracht werden, ohne daß Energie zugeführt werden muß. Es muß lediglich Druckfederenergie zum Ausstoßen des Satelliten im statischen Falle sowie zum Starten des Rücktransfers der Kompensationsmasse bereitgestellt werden.
  • Nachfolgend soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden.
  • Bei dem in 1 dargestellten Tether-System sind über einer Raumstation zwei Endmassen mE1 und mE2 an insge samt sechs Tragseilen angeordnet. Zwischen den beiden Endmassen mE1 und mE2 bewegt sich, geführt durch die Tragseile, auf jedem Strang eine Laufmasse m1, m2. Die Laufmassen m1 und m2 besitzen eine unterschiedliche Masse und sind über je ein Laufseil LS1, LS2 mit einer Winde W1, W2 verbunden. Durch eine Kopplung dieser beiden Winden W1 und W2 sind auch die beiden Laufmassen m1 und m2 miteinander verbunden. Die Laufseile sind einmal rechtsgängig und einmal linksgängig um die jeweilige Trommel der zugeordneten Winde W1 bzw. W2 gewickelt. Während ein Laufseil, in 1 das Laufseil LS1, abgespult wird, wird daher das andere Laufseil LS2 auf die Winde W2 aufgespult. Dadurch befindet sich eine Masse außen, d.h. in weiterer Entfernung von der Station, wenn die andere innen, d.h. in unmittelbarer Nähe der Station, ist. Die Laufmassen stehen zueinander in einem bestimmten Massenverhältnis, im Fall des hier beschriebenen Ausführungsbeispiels ist ein Verhältnis von 1:3 gewählt. Dieses Verhältnis definiert auch das Verhältnis der Längen e2 zu L. Wegen der relativ zur Masse der Station geringen End- und Laufmassen kann als Metazentrum MZ mit guter Näherung der Massenmittelpunkt der Station angenommen werden. Die Umlaufwinkelgeschwindigkeit des gesamten Systems, d.h. für MZ, ist dann Ω MZ und somit vMZ die Bahngeschwindigkeit der Station.
  • Die zwei Endmassen mE1 und mE2, die an zwei Strängen mit jeweils drei Tragseilen TS hängen, werden von der Station aus nach außen gebracht, indem diese Seile über die zwei Winden W1, W2 abgespult werden. Die Masse mE1 liegt um den Laufweg LL über der Masse mE2. Die Masse mE2 liegt im Abstand e2 + x0 über der Station. Beide Massen mE1 und mE2 sind also in Richtung der erdabge wandten Seite ausgefahren, wodurch ein Eintauchen in die Erdatmosphäre vermieden wird. Falls aber in einer Anwendung ein nicht seilgefesselter Satellit zum Verglühen ausgestoßen werden soll, beispielsweise um Müll von der Station in den Weltraum zu entsorgen, wird das Tether-System zur Erde hin orientiert.
  • Alle Seile werden durch Gravitationsgradientenkräfte gespannt. Diese Kräfte bedingen auch die Bewegung der Laufmassen m1 und m2. Beim Abspulen (Deployment, D) und beim Aufspulen (Retrieval, R) sind die folgenden Fälle zu unterscheiden:
    • 1.) Wegen der größeren Laufmasse dominiert energiemäßig das Deployment, d. h. es wird Energie frei (Bezeichnung "D/R" )
    • 2.) Wegen der größeren Laufmasse dominiert energiemäßig das Retrieval, d. h. es wird Energie über die Winde eingespeist (Bezeichnung "R/D"),
  • Anwendungsmöglichkeiten hierfür sind, einschließlich der zugehörigen Energiebilanzen:
    • – das Aussetzen von Satelliten (D/R)
    • – die Bereitstellung von kinetischer und elektrischer Energie (D/R)
    • – die Anhebung der Station (R/D)
    • – der Personenlift für Raumstationen (D/R).
  • Die zwei durch ein Seil miteinander gekoppelte Massen oder Satelliten mE1 und mE2 befinden sich auf einer Kreisbahn und bilden damit ein System von sogenannten "tethered satellites". Das Seil ist in der sogenannten Speichenstellung radial ausgerichtet. Wie 2 zeigt, können die beiden Massen m1, m2 um das Metazentrum MZ eine Pendelbewegung ausführen. Das Metazentrum ist der Punkt, in dem keine Beschleunigung in radialer Richtung auftritt. Die an jeder der beiden Massen angreifenden Kräfte setzen sich zusammen aus der Fliehkraft und der Gravitationskraft. Die an der oberen Masse angreifende resultierende Kraft wirkt nach oben, diejenige für die untere Masse nach unten. Folglich werden ausgelenkte Massen in die Speichenstellung zurückgezogen. Es tritt also im Seil eine Zugspannung auf, die aus dem Gravitationsgradienten (Kräftedifferenz) folgt. Diese Kraft wächst mit wachsender Seillänge und abnehmender Bahnhöhe.
  • 3 zeigt einen unter einem Muttersatelliten hängenden Tochtersatelliten. Bei Abspulvorgängen (Deployment) und bei Aufspulvorgängen (Retrieval) werden Pendelbewegungen um die y-Achse angeregt, die sogenannte In-Plane-Libration. Diese können durch besondere Maßnahmen, wie Steuergesetze für den Windenantrieb, gedämpft werden, Die Pendelbewegung um die x-Achse, d. h. die Out-Of-Plane Libration, kann dagegen vernachlässigt werden.
  • Die Wirkungsweise ergibt sich dabei aus dem in 4 dargestellten Kräfteschaubild. Die Massen m1 und m2 haben einen unterschiedlichen Abstand vom Metazentrum MZ. Weiterhin besteht ein Massenunterschied, d.h. m1 > m2, so daß unterschiedliche nach außen wirkende Gravitationsgradientenkräfte auf die betreffenden Massen einwirken. Wegen der Seilkopplung über die Winde besteht ein fester Zusammenhang zwischen den Abständen x1 und x2. Erfolgt der Start von einem kleinen Anfangsversatz x0 aus, so setzt die Abspulbewegung von selbst ein. Die Kraft, die zum Aufspulen der Masse m2 aufgebracht werden muß, ist von der auf m1 einwirkenden Kraft abzuziehen, wobei reibungsfreie Windenlager vorausgesetzt sind. Damit beim Abspulen ein Kraftüberschuß vorhanden ist, ist ein Anfangsabstand e2 der Endmasse mE2 vom Massenzentrum MZ gegeben.
  • Der Kraftüberschuß beträgt für das Deployment zu Beginn F0 bei x0 und am Ende FE1 – FE2. Die in 4 schraffierte Fläche stellt dabei die freigesetzte Energie über dem Laufweg LL dar. Die Massen m1 und m2 worden vor dem Erreichen der Endpositionen auf Null abgebremst (hier nicht dargestellt). Daraus folgt, daß ein wesentlicher Teil der freigesetzten Energie in den rotierenden Massen der Windentrommeln gespeichert ist. Von diesen aus läßt sich die Energie durch Ankuppeln anderer rotierender Massen, z. B. Schwungräder, weiterleiten.
  • Bei der im hier dargestellten Ausführungsbeispiel gewählten Konfiguration bewegen sich auf einem Strang drei über einen Koppelmechanismus miteinander verbundene Massen von innen nach außen. Das Laufseil wird somit von der Winde abgespult. Jede dieser Massen wird über je zwei Anpreßrollen entlang eines Tragseiles geführt, wobei drei Tragseile vorhanden sind. Auf dem anderen Strang bewegt sich nur eine Masse von außen nach innen. Hierbei wird das Laufseil somit aufgespult. Die Winden für jeden der beiden Stränge sind durch eine starre Welle miteinander verbunden. Falls daher ein Strang abspult, spult der andere Strang in gleichem Maße auf.
  • 5 zeigt das Gehäuseoberteil 1 mit einem nach außen gerichteten kugelig gelagerten, von Druckfedern abgestützten Zentrierbolzen 3. Ein Laufseil 12 ist in einem zentralen Kanal des Gehäuses geführt und an einer Kugelschale 2 befestigt. Ein verriegelungsbolzen 10 dient zur Kopplung zweier Massen. Dieser wird in einem Gehäuse 9 durch ein Druckfeder 11 nach außen gepreßt. Ein Zugseil 7, das über Umlenkrollen 8 durch eine schräge Bohrung in den zentralen Kanal geführt wird, ist am verriegelungsbolzen 10 befestigt. Das freie Ende des Zugseiles ist am Anker 6 eines Schaltmagneten 5 befestigt. wird der Schaltmagnet eingeschaltet, so zieht er den Anker hinein. Folglich wird der Verriegelungsbolzen 10 gegen die Druckfederkraft nach innen in die Entriegelungsposition gezogen.
  • Insgesamt sind drei im Winkelabstand von 180 Grad über dem Umfang verteilte Verriegelungsbolzen vorgesehen, die für eine gleichmäßige Kraftverteilung sorgen. In 6 sind diese drei Verriegelungsbolzen in Draufsicht auf das Gehäuseoberteil dargestellt. Die Zugseile münden neben dem Laufseil in den zentralen Kanal. weiterhin zu erkennen sind drei Tragseile 13, die ebenfalls im Winkelabstand von 180 Grad auf dem Umfang verteilt angeordnet sind. Das Gehäuseoberteil bewegt sich entlang der Tragseile. Hierbei wird jeweils ein Rollenpaar 14 über Anpreßfedern 36 gegen das Zugseil gepreßt (9). Da das Rollenpaar in Radiallagern läuft, ist für eine reibungsarme Führung gesorgt.
  • In 7 sind folgende Gehäuseteile dargestellt: Ein Gehäuseoberteil 1, ein Gehäusemittelteil 25 und ein Gehäuseunterteil 15, wobei diese Komponenten zusammengeflanscht sind. Das Gehäuseunterteil ist als Gegenstück zum Gehäuseoberteil der darunter liegenden Masse ausgebildet, so daß eine Kopplung ermöglicht wird. In einer Gelenkkugel 16 des Gehäuseunterteils ist eine durch eine Druckfeder 18 abgefederte Zentrierbuchse 17 angeordnet. Diese Buchse nimmt im gekoppelten Zustand den Zentrierbolzen 3 auf, wobei die Druckfeder gespannt wird. Die gegenseitige Verriegelung übernehmen die drei Verriegelungsbolzen 10 (5). Sie fassen in eine Gabel 33.
  • Während des Koppelvorganges ermöglicht es die abgeschrägte Form der Gabelenden, daß der Verriegelungsbolzen zunächst zurückgedrängt wird. Am Ende des Vorganges wird der Bolzen durch die Druckfeder 11 nach außen in die Verriegelungsposition gedrückt. Der Schaltmagnet ist hierbei ausgeschaltet. Beide Massen sind jetzt verbunden. Wird in einem geeigneten Zeitpunkt der Schaltmagnet eingeschaltet, so trennen sich Verriegelungsbolzen 10 und Gabel 33. Die Druckfeder 18 stößt danach mit einem geeigneten Kraftimpuls beide Massen auseinander.
  • Da in der Praxis Reibungs- und Verschleißeinflüsse auftreten, kann die Kraft der Druckfeder mit der Zeit abnehmen. Daraus ergibt sich, daß sie erneut vorgespannt werden muß. Diese Verstellfunktion übernimmt eine im Gehäusemittelteil angeordnete Verstellmechanik. Um die Druckfeder spannen zu können, müssen im gekoppelten Zustand die Zentrierbuchse 17 und der Zentrierbolzen 3 fest miteinander verbunden sein. Zur Verstellung werden die Gelenkkugel 16, die Kugelschale 20 und ein innerer Verstelltopf 22 nach unten bewegt. Die Zentrierbuchse bleibt dagegen fixiert.
  • Im einzelnen wird die Verstellung über einen Antriebsmotor 34 erreicht, der eine Verstellwelle 29 antreibt. Eine Scheibenbremse 27 ist dabei gelöst und der ver stellbare Teil einer Schaltkupplung 26 ist nach unten gedrückt. Auf diese Weise ist ein Momentenfluß vom Motor zum äußeren Verstelltopf 23 gegeben. Die Kugelschale 20 wird durch einen Mitnehmer, der in eine Nut des Gehäuseunterteils faßt, an einer Rotation gehindert, wie in 8 dargestellt. Daher ist nur eine axiale Längsbewegung möglich. Ist der gewünschte Verstellweg erreicht, wird die Scheibenbremse betätigt und die neue Einstellung ist fixiert.
  • Der vom Antriebsmotor 34 angetriebene Verstellmechanismus stellt die erste Variante dar. Er dient somit zur Kombination verschiedener Einzelmassen zu einer kompletten Laufmasse. Um die Auswirkungen der Reaktionen zu mildern, wird dieser Mechanismus nur dann aktiviert, wenn die Einzelmassen sich in Kopplung mit einer der Endmassen befinden.
  • Eine zweite Variante des Verstellmechanismus ist ebenfalls in 7 dargestellt. Der Antriebsmotor entfällt bei diesem Ausführungsbeispiel. Eine Verstellwelle 29 wird durch einen Schneckentrieb 30, 31 angetrieben. Hierbei ist die antreibende Schneckenwelle in Radiallagern 32 gelagert.
  • Die zweite Variante ist auf jeder der beiden Endmassen aufgebaut und dient zur Kopplung der Laufmassen mit den Endmassen. 10 zeigt eine Draufsicht, aus der hervorgeht, daß der in der Mitte zwischen den beiden Strängen liegende Antriebsmotor zunächst ein Stirnradgetriebe antreibt. Dieses treibt seinerseits je eine Schneckenwelle pro Strang an, wobei die Drehrichtungen gegenläufig sind. Über die Schneckenräder ergibt sich eine Verstellung, die für beide Stränge gleich ist. Der wesentliche Vorteil dieser Anordnung ist, daß sich während der Verstellungen die Reaktionskräfte und – momente aufheben.
  • 8 stellt eine Draufsicht auf die Unterseite des Gehäuseunterteils 15 dar. Die als Gegenstück zu den Verriegelungsbolzen dienenden Aufnahmegabeln 33 sind um 180 Grad versetzt auf dem Umfang verteilt angeordnet. Weiterhin ist ersichtlich, daß auch das Gehäuseunterteil über insgesamt drei Anpreßrollenpaare mit den Tragseilen verbunden ist. Für eine zusammengesetzte Einzelmasse, d.h. die Komponenten 1, 25 und 15, sind somit sechs Anpreßrollenpaare vorhanden.
  • In 9 ist dargestellt, wie ein Anpreßrollenpaar im Gehäuse (Unterteil, Oberteil) angeordnet ist. Die Rollen sind jeweils oben und unten durch Deckel abgedeckt. Zwischen diesen Deckeln und dem Tragseil tritt nur wenig Gleitreibung auf. Die in Radiallagern laufenden und nur leicht an das Tragseil gepreßten Rollen verursachen nur wenig Rollreibung, so daß eine gute Seilführung gewährleistet ist.
  • Eine der möglichen Anwendungen der Erfindung, das Aussetzen von nicht seilgefesselten Satelliten, ist in 11 dargestellt. Bei diesem Aussetzen von Satelliten mittels eines Seiles sind das dynamische und das statische Aussetzen zu unterscheiden. Beim dynamischen Aussetzen ist die Bewegung in zwei Phasen unterteilt: Zunächst wird der Satellit, der auf einer an einem Laufseil hängenden Ausfahrmasse befestigt ist, in einer Translationsbewegung entlang von Tragseilen in Richtung Erde transportiert. Es handelt sich um ein kombiniertes Deployment und Retrieval (D/R) mit energiemäßig domi nierendem Deployment. Der Antrieb erfolgt dabei allein aus der Gravitationsgradientenkraft.
  • Parallel dazu, jedoch zeitlich versetzt, wird der Rücktransfer im Sinne des Retrievals der Kompensationsmasse durch Entspannung einer Druckfeder eingeleitet, der etwas später als das kombinierte Deployment und Retrieval beendet ist. Der Rücktransfer dient zur Kompensation von Pendelbewegungen.
  • Der Satellit fährt nach dem Erreichen der Endlage ungebremst weiter in Richtung Erde und vollführt nach der Trennung von der Ausfahrmasse eine Abstiegsbewegung. Diese erfolgt auf einer De-Orbit-Ellipse, und zwar so weit, bis der Satellit bei einer Höhe von etwa 120 km mit einem Bahnwinkel γE in die Atmosphäre eintaucht. Ziel ist es dabei, den mit Müll von der Station angefüllten Satelliten auf einem möglichst kurzem Weg in der Atmosphäre zum restlosen Verglühen zu bringen.
  • Beim kombinierten Deployment und Retrieval wird Energie frei, während beim Rücktransfer vorher Energie in Form von Druckfederenergie eingespeist worden ist. Diese beiden Energiebeträge sind gleich. Daraus folgt, daß während des kombinierten Deployment und Retrievals der Station Bahnenergie entzogen wird, während beim Rücktransfer Bahnenergie zugeführt wird. Die Station sinkt also zunächst ab, um danach während des Rücktransfers um den gleichen Betrag wieder aufzusteigen.
  • Beim statischen Aussetzen wird der Satellit nach einem beliebigen Zeitplan von oben nach unten transferiert. Er wird nach einer Abbremsung durch Druckfedern vom Seil und von der Ausfahrmasse getrennt und auf der unteren Endmasse angeordnet. Dort verbleibt er im Wartezustand, um in einem geeigneten Moment von der Endmasse abgetrennt zu werden. Die aus dem Gravitationsgradienten resultierende, senkrecht zur Bahn nach unten wirkende Beschleunigung bewirkt nun einen Abstieg des Satelliten. Die statische De-Orbit-Ellipse stellt einen längeren Abstiegspfad dar, wobei das Eintauchen in die Erdatmosphäre flacher erfolgt als beim dynamischen Aussetzen. Auch hier ist eine zusätzliche Energiezufuhr für das Ausstoßen nicht erforderlich.
  • Wird beim statischen Aussetzen zusätzlich eine Druckfeder verwendet, so liegt ein besonderer Fall des dynamischen Aussetzens vor. Hierbei muß Energie zugeführt werden. Die Abstiegsbahn ist dafür deutlich steiler.
  • Ein weiterer Anwendungsfall ist die Bereitstellung von kinetischer und elektrischer Energie, wie sie in 12 dargestellt ist. Die Doppelwinde, die von den abgespulten Massen angetrieben wird, eignet sich dabei zur Abgabe von kinetischer Energie. Es handelt sich um ein kombiniertes Deployment und Retrieval mit energiemäßig dominierendem Deployment. Bei jedem der aufeinander folgenden Zyklen oder Arbeitstakte ergibt sich ein anderer Drehsinn der als Kraftmaschine arbeitenden Doppelwinde D. Somit ist eine Addition oder Speicherung der Energiebeträge durch die Winde selbst nicht möglich. Vielmehr muß die Energie sofort an eine anzukoppelnde Drehmasse weitergeleitet werden, was mit schaltbaren Reibungskupplungen ermöglicht werden kann. Ein zwischengeschaltetes Wendegetriebe W sorgt in jedem Zyklus für einen einheitlichen Drehsinn.
  • Die kinetische Energie kann an verschiedene Arbeitsmaschinen oder -geräte, die sich an unterschiedlichen Positionen innerhalb der Station befinden, weitergeleitet werden.
  • In 12 ist die Doppelwinde D, d. h. zwei durch eine starre welle gekoppelte Winden, für die Drehrichtung ω1 dargestellt. Die linke Trommel spult ab, während die rechte aufspult. Die Bewegung wird weitergeleitet an ein Wendegetriebe W, das entweder über eine Schaltkupplung einen Gleichstromgenerator G oder, ebenfalls über eine Schaltkupplung, ein Kettengetriebe K antreibt. Das Kettengetriebe K ermöglicht eine stufenlose Übersetzungsänderung und treibt im Fall des hier dargestellten Ausführungsbeispiels über ein Kegelradgetriebe eine Schwungmasse S an, wobei noch eine Reibungskupplung zwischengeschaltet ist. Vom Schwungrad aus wird über die biegsame Welle bW ein Ventilator V angetrieben.
  • In 13 ist als weiterer Anwendungsfall die Anhebung der Station auf eine höhere Orbitalbahn dargestellt. Beim Massentransfer von oben nach unten zum MZ sind zuvor ausreichend viele Einzelmassen innerhalb der oberen Endmasse mE1 anzuordnen. Dann werden relativ vielen kombinierten Einzelmassen aufgespult und es werden nur wenige abgespult. Es handelt sich um den Bewegungstyp R/D, bei dem R energiemäßig dominiert: Es wird der Winde elektrische Antriebsenergie zugeführt, die der Bahnenergie zugute kommt. Auf diese weise ist sehr effektiv eine Anhebung der Station samt des Tether-Systems zu erreichen.
  • Schließlich ist als letztes Anwendungsbeispiel in 14 ein Personenlift für Raumstationen dargestellt. Dabei sind über der Hauptstation zwei Nebenstationen in einer Speichenstellung angeordnet, und zwar entsprechend dem Standardaufbau. Die Nebenstationen können beispielsweise als Unterkünfte dienen. Die Beförderung von Personen von einer Nebenstation zur anderen erfolgt in der Art eines Liftes. Die bisherigen Laufmassen bilden dabei die Personenkabinen, die über ein umlaufendes Laufseil miteinander verbunden sind. Um den Antrieb allein aus der Gravitätsgradientenkraft zu bestreiten, müssen auch hier die Massenverhältnisse genau eingehalten werden. Als Besonderheit kommt hier noch der Personentransport von der Hauptstation zur Nebenstation und umgekehrt hinzu, der mit Druckfedern zu realisieren ist.

Claims (3)

  1. Seilgefesseltes Satellitensystem für Orbitalstationen, gekennzeichnet durch wenigstens zwei über einer Raumstation an Tragseilen angeordnete Endmassen (mE1, mE2), zwischen denen, geführt durch die Tragseile, auf jedem Strang der Tragseile wenigstens je eine Laufmasse (m1, m2) bewegbar ist, wobei die Laufmassen (m1, m2) unterschiedliche Massen besitzen und über je ein Laufseil (LS1, LS2) jeweils mit einer Winde (W1, W2) verbunden sind und wobei die Laufseile in unterschiedlichem Drehsinn um die jeweilige Trommel der zugeordneten Winde (W1, W2) gewickelt sind.
  2. Satellitensystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß insgesamt sechs Tragseile vorgesehen sind.
  3. Satellitensystem gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufmassen (m1, m2) zueinander im Massenverhältnis von etwa 1:3 stehen.
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