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Die
Erfindung gehört zur Konstruktion eines Raumschiffes, das
für den Flug von der Erde bis auf die Oberfläche
des Planeten Mars, den Start vom Mars und den Rückflug
auf die Erdumlaufbahn bestimmt ist.
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Konstruktionen
von Raumschiffen für den Flug zum Mars, mit denen man vorhat,
die ersten Expeditionen zum Mars zu verwirklichen, sind bekannt, bekannt
sind auch technologische Systeme des Fluges zum Mars und der Rückkehr
zur Erde, die eine etappenweise Lösung der Aufgabe vorsehen.
[1], [2], [3], [4].
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Die
erste Etappe – Start der Rakete von der Erdoberfläche
wird mit Hilfe der Starttriebwerke, analog zum Start des Raumschiffes „Spaceshuttle",
realisiert. Die zweite Etappe – der Überflug von
der Erdumlaufbahn zur Marsumlaufbahn wird mit Hilfe des an Bord
aufgestellten Elektroraketenmarschtriebwerks geringer Zugkraft ausgeführt.
In der Arbeitskammer des Marschtriebwerks wird der Arbeitsstoff – Argon
mit Hilfe der Bogenentladung bis zum Plasmazustand gebracht und
bei der Interaktion des eigenen Magnetfeldes mit dem Strom bildet
sich die Volumenkraft. Unter der Wirkung der elektrodynamischen
Kraft wird der Arbeitsstoff aus der Düse gestoßen,
wodurch Strahlschubkraft entsteht. Die Speisung des Raketenmarschtriebwerks
wird vom Bordkernkraftwerk realisiert. Die dritte Etappe – die
Marslandung des Schiffes wird mit Hilfe der Starttriebwerke durch
Bremsmanöver in der Marsatmosphäre durchgeführt.
Vierte Etappe – Marsaufenthalt. Während des Marsaufenthalts
wird das vorgesehene Expeditionsprogramm ausgeführt und
gleichzeitig wird die Rückkehr zur Erde vorbereitet, wofür
auf der Marsoberfläche Geräte zur Herstellung
des Kraftstoffes und Oxidators aufgestellt werden. Als Kraftstoff
dient Methan, das aus Kohlendioxid der Marsatmosphäre und
dem von der Erde mitgebrachten Flüssigwassersoff produziert
wird. Als Oxidator dient Sauerstoff, der durch Elektrolyse des Wassers
erzeugt wird, das bei der Synthese von Methan entsteht.
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Fünfte
Etappe – Start von der Marsoberfläche und Einlauf
in die Marsumlaufsbahn wird mit Hilfe der Starttriebwerke, die mit
Kraftstoff und Oxidator betankt sind, ausgeführt. Sechste
Etappe – Überflug von der Marsumlaufbahn zur Erdumlaufbahn
wird mit Hilfe eines Elektroraketenmarschtriebwerks ausgeführt.
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Die
siebente, die letzte Etappe – Landung der Besatzung auf
der Erdoberfläche wird beabsichtigt, mit Hilfe einer wassernden
Kapsel auszuführen, wie dies beim Raumflug des Schiffes „Apollo"
der Fall war.
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Die
bekannten Konstruktionen von Raumschiffen für den Flug
zum Mars haben Mängel
- 1. Lange Flugdauer.
Die Flugdauer von der Erdumlaufbahn bis zur Marsumlaufbahn beträgt nicht
weniger als 200 Tage. So viel Zeit braucht man auch für
die Rückkehr zur Erde. Die Gesamtzeit der Durchführung
der Expedition wird mit 500 Tagen geplant. Dies geschieht deshalb,
weil die existierenden Raketenmarschtriebwerke die Entwicklung einer
größeren Geschwindigkeit über 15 km/s.
nicht zulassen.
- 2. Das Raumschiff kann für mehrere Flüge nicht benutzt
werden. Dies geschieht deshalb, weil das bekannte technologische
Schema bei der vierten Flugetappe vorsieht, nach der Produktion
von Methan und Sauerstoff, die gesamten notwendigen Geräte
auf der Marsoberfläche stehenzulassen.
- 3. Beschwerung der Flugmasse des Raumschiffes wegen der Notwendigkeit
der Zustellung zur Marsumlaufbahn des Arbeitskörpers – Argon
für die Rückreise.
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Das
Ziel dieser Erfindung besteht darin, die angegebenen Mängel
der genannten Prototypen zu beheben, ein Raumschiff für
den Flug zum Mars zu bauen, das um ein Mehrfaches die Flugdauer
verringert und die Durchführung mehrmaliger wiederholter Flüge
zum Mars ermöglicht.
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Das
technische Ergebnis, zu dessen Erreichung diese Erfindung gerichtet
ist, soll die Verwirklichung regulärer bemannter Flüge
zum Mars sein, wobei die Flugdauer um ein Mehrfaches geringer sein
wird, als in den vorhandenen Projekten vorgegebenen ist, und durch
die mehrmalige Nutzung des Raumschiffes sollen auch die finanziellen
Kosten wesentlich verringert werden.
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Um
das angegebene Ergebnis zu erreichen, muss die Geschwindigkeit des
Fluges des Raumschiffes von der Erdumlaufbahn zur Marsumlaufbahn um
ein Mehrfaches vergrößert werden. Zu diesem Zwecke
muss anstatt des existierenden Marschraketentriebwerks im Raumschiff
ein Marschelektroraketentriebwerk installiert werden, dessen Konstruktion dem
Gebrauchsmuster [5] entspricht.
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Dieses
Marschraketentriebwerk des Magnetoplasmatyps unterscheidet sich
von den existierenden dadurch, dass er eine äußere
supraleitende Erregerwicklung mit axialer Stromrichtung hat, um
die sich das Magnetfeld generiert, das senkrecht (perpendikular)
zur Triebwerkachse gerichtet ist. Der Wert der Tangentenkomponente
des Magnetfeldes wird im Vergleich zu den existierenden dreimal
größer. Infolgedessen vergrößert
sich die Wechselwirkungskraft zwischen dem Strom und dem Magnetfeld und
der Triebwerkschub wird dreimal größer. Da der Verbrauch
des Arbeitskörpers dabei unverändert erhalten
bleibt, vergrößert sich der Wert des spezifischen
Impulses des Marschraketentriebwerks im Vergleich zu den existierenden
auch auf das Dreifache. Die Fluggeschwindigkeit des Raumschiffes
ist direkt proportional zum Wert des Raketentriebwerkschubs. Deshalb
macht die Installierung des Marschraketentriebwerks es möglich,
dass das Raumschiff eine Geschwindigkeit entwickelt, die dreimal
größer ist als die der existierenden. Dabei wird sich
der Flug von der Erd- zur Marsumlaufbahn und von der Mars- zur Erdumlaufbahn
um das Dreifache reduzieren.
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Die
Anwendung des neuen Marschtriebwerks [5] bestimmt auch die Hauptkonstruktionskonzeption
des Raumschiffes das auf dem Bild 1 dargestellt ist. In dieser Erfindung
wird die Welterfahrung in der Konstruktion von Raumschiffen und
vor allem die Patente der NASA in den Programmen „Apollo"
und „Spaceshuttle" benutzt, die Prototypen der Erfindung sind.
Das Raumschiff hat einen zylindrischen Körper 1,
der in funktionale Zellen unterteilt ist. Im unteren Teil der Rakete 1 befindet
sich die Zelle des Starttriebwerks 2, die nach dem Typ
des Raumschiffes „Spaceshuttles" ausgeführt ist.
Auf dem Bild 1 sind die chemischen Starttriebwerke 3 dargestellt,
deren Kraftstoff Wasserstoff und deren Oxydator Sauerstoff ist.
Der Start des Raumschiffes wird ähnlich dem Start des Raumschiffes „Spaceshuttle"
mit Hilfe der Hartbrennstoffbeschleuniger und der Triebwerke 3, mit
Installierung eines hinausgetragen (außenangebrachten)
Tanks für flüssigen Wasserstoff und Sauerstoff.
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Über
der Zelle der Starttriebwerke 2 befindet sich die Zelle
des Atomkraftwerks 4, das für die Energiespeisung
des Marschraketentriebwerks während des Fluges zur anderen
Umlaufbahn sowie für die Energiespeisung aller Systeme
des Schiffes vorgesehen ist. Nach der Landung auf dem Planet Mars versorgt
das Bordkraftwerk mit Elektroenergie den Prozess der Produktion
von Treibstoff und des Oxydators für das Startraketentriebwerk
zum Start und Einflug in die Marsumlaufbahn. Über der Zelle 4 befindet
sich die Zelle 5 mit technologischer Ausrüstung,
die für die Produktion von Treibstoff und des Oxydators
beim Start von der Marsoberfläche und Erreichung deren
Umlaufbahn notwendig sind. Als Treibstoff für das Startraketentriebwerk 3 dient
Methan, das durch eine Synthesereaktion aus Kohlendioxid der Marsatmosphäre
und Wasserstoff in Flüssigzustand, der von der Erde mitgebracht
wurde, produziert wird. Im Ergebnis dieser chemischen Reaktion bildet
sich auch Wasser, das durch Elektrolyse in Wasserstoff und Sauerstoff
zerlegt wird. Der Sauerstoff wird als Oxydator des Starttriebwerks 3 benutzt, und
der Wasserstoff wird abermals für die Erzeugung von Methan
verwendet. In der Zelle 5 ist ein Ausrüstungskomplex
untergebracht, der aus einem Verflüssiger von Kohlendioxid
und Argon, einem Apparat zur Methansynthese, Elektrolyseur, Rohrleitungen,
Verflüssiger von Methan, Wasserstoff und Sauerstoff besteht.
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In
den existierenden Prototypen [1], [2], [3] wird Methan und Sauerstoff
außerhalb des Raumschiffsgehäuses, auf der Marsoberfläche
produziert. Und nach dem Abschluss der Arbeiten der Produktionsfabrik
von Treibstoff und Oxydator bleibt die gesamte Ausrüstung
auf dem Mars liegen. Deshalb ist es nicht möglich, einen
wiederholten Flug mit demselben Raumschiff auszuführen.
Im Unterschied zu den Prototypen ist in der darbietenden Schiffskonstruktion
die gesamte notwendige Ausrüstung an Bord der Zelle 5 aufgestellt,
dies macht es möglich, dass das Raumschiff für
wiederholte Marsflüge verwendet werden kann. In der Zelle 5 sind
auch die chemischen Raketentriebwerke geringer Hubkraft aufgestellt,
deren Düsen 6 während der Landung an
der Marsoberfläche vorgerückt werden. Die Triebwerke 6 schaffen
eine Schubkraft, die senkrecht zur Richtung der Schubkraft der Starttriebwerke 3 ist.
Bei der Landung auf der Marsoberfläche arbeiten die Triebwerke 3 im
Abbremsungsregime des Schiffes und die Triebwerke 6 machen
es möglich, dass das Schiff sich horizontal bewegen kann.
Die Kombination der vertikalen und horizontalen Bewegung gewährleistet
eine weiche Landung des Schiffes auf der Marsoberfläche,
so wie dies bei der Mondlandung des Landungsmoduls „Apollo"
der Fall war.
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Über
der Zelle 5 befindet sich die Zelle 7, in der
die Ausrüstung, die mit der Arbeit des Marschraketenantriebs
verbunden ist, untergebracht. Das Marschraketentriebwerk 8 wird
aus der Zelle 7 mit Hilfe des Trägers 9 vorgeschoben.
Innerhalb der Zelle 7 sind Tanks-Kryostate mit dem Arbeitskörper
Argon aufgestellt, das in Flüssigform aufbewahrt wird. Im
oberen Teil des Schiffsgehäuses befindet sich die Zelle 10,
in der die Besatzung mit allen notwendigen Systemen der Lebensversorgung
untergebracht ist. Im Kegelteil der Zelle 10 befindet das
Steuerpult des Schiffes. Zur Beobachtung des Raumes gibt es in der Kabine
der Besatzung das Fenster 11. An der Oberfläche
des Gehäuses des Schiffes 1 sind Tanks-Kryostate 12 angebracht.
Sie sind für die Transportierung von Flüssigwasserstoff
auf die Marsoberfläche vorgesehen. Im unteren Teil des
Raketenkörpers ist anstatt der Flügel und des
Heckleitwerks, wie dies beim Raumschiff „Spaceshuttle"
der Fall ist, der Träger 13 mit den Gelenken 18 befestigt.
Auf den Gelenken 18 werden Stützen montiert, die
aus Spornen und Dämpfern 14 bestehen. Am Ende
der Sporne befinden sich Schüsseln 16. Das Vorhandensein
von amortisierenden Stützen macht es möglich,
dass die Rakete eine stabile vertikale Position auf der Marsoberfläche
nach der Landung einnimmt.
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An
der seitlichen Oberfläche der Dämpfer 14 werden
die Heckstabilisatoren 17 montiert, die eine Dreieckform
haben. Die Stabilisatoren 17 dienen zur Steigerung der
Stabilität (Standfestigkeit) der Rakete bei der Bewegung
in der Marsatmosphäre. Auf dem Bild 2a wird die Vorrichtung
zur Befestigung des Marschraketentriebwerks und die elektromagnetische
Steuerung seiner Position im Weltraum gezeigt. Das Marschraketentriebwerk 1 wird
auf dem Träger 2 mit Hilfe des Diskus 3 befestigt,
der mit Hilfe des Sporns 4 befestigt wird. Für
die Drehung in Beziehung auf die Diskusachse gibt es im unteren
Teil des Triebwerkgehäuses 1 die Welle 5 und
ein Lager. Die Konstruktion des Marschraketentriebwerks 1,
die ausführlich in [5] gegeben ist, sieht die Montierung
innerhalb des Gehäuses des Elektromagnets 6 mit
einem starken ständigen Magnetfeld. Dieser Umstand wird
für die Feststellung der Position des Marschtriebwerks
im Raum und der Steuerung des Raumschiffes benutzt. Dies wird durch
die Magnetzusammenwirkung der supraleitenden Erregerwicklung 6, die
sich innerhalb des Gehäuses des Marschtriebwerkes 1 befindet,
mit den äußeren Elektromagneten des Antriebsteuersystems
verwirklicht. Für die Drehung des Marschantriebs bezüglich
der vertikalen Achse an der äußeren Oberfläche
des Diskus 3 sind Auskehlungen gemacht, in die zwei gegenseitig senkrechte
Wicklungen 7 verlegt sind. Auf dem Bild 2b ist die gegenseitige
Anordnung der Wicklungen am Diskus 3 dargestellt. Wenn
man die Stromwerte bei jeder der Wicklungen ändert, so
kann man im Raum die Winkellage des resultierenden Stroms und des
magnetischen Flusses „α" drehen, wie dies auf dem
Bild 2c dargestellt ist. Das Magnetfeld, das durch den Elektromagnet 7 erzeugt
wird, der aus gegenseitig senkrechten Wicklungen besteht, dreht sich
gegenüber der Diskusachse 3, und bei gegenseitiger
Einwirkung (Wechselwirkung) mit dem Magnetfeld, das durch die Wicklung 6 erzeugt
wird, wird der notwendige Drehwinkel des Marschantriebs 1 eingestellt.
Auf dem Bild 2a sind vier ausfahrbaren Stützen 9 mit
Elektromagneten 10 am Ende dargestellt. Sie dienen zur
Drehung des Marschantriebs 1 gegenüber des Trägers 2.
Die ausfahrbaren Stützen 9 bewegen sich parallel
der Trägerachse 2 in den Lagern 11, die
an den Träger montiert sind. Zwei Elektromagnete 9 drehen
den Diskus, der im Gelenk 4 in der Fläche der
Längsneigung befestigt ist, und zwei andere Elektromagnete
führen die Drehung des Diskus in der senkrechten Fläche
durch, indem der Rollenwinkel des Marschantriebs verändert
wird. Um die gegenseitige Einwirkung zwischen dem Diskus 3 und den
Elektromagneten 10 zu verstärken, wird auf der Innenseite
des Diskus 3 ein Außenring in Form einer Felge 12 montiert,
die aus ferromagnetischen Stoff hergestellt wird. Bei der Änderung
des Stroms in den Elektromagneten 10 ändert sich
die Kraft der magnetischen Wechselwirkung zwischen ihnen und der Wicklung 6,
dabei bildet sich ein Drehmoment, der den Diskus 3 in der
Fläche der Längsneigung und des Rollens dreht.
Die gemeinsame Wirkung der gegenseitig senkrechten Wicklungen 7 und
der Elektromagnete 10 machen es möglich, dass
die Positionsstellung des Marschraketenantriebs im Raum mit notwendiger
Präzision gesteuert werden kann.
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Auf
dem Bild 3 sind Behälterkonstruktionen dargestellt, die
für die Transportierung von Flüssigwasserstoff
an die Marsoberfläche vorgesehen sind. Das äußere
Zylindergehäuse des Behälters 1 wird
an den Raketenkörper angebracht.
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Zur
Verbesserung der aerodynamischen Charakteristik des Schiffes hat
der Behälter einen kegelförmigen Aufsatz 2.
Der Behälter dient zur Aufbewahrung von Flüssigkomponenten
und hat die Konstruktion eines Kryostats. Er hat zwei innere zylindrische
Hohlräume 3 und 4 und einen äußeren
ringartigen Hohlraum 5 mit dem Stirnzylinder 6.
Die Inneren Hohlräume 3 und 4 werden
mit Flüssigwasserstoff und der äußere
Hohlraum 5 mit Flüssigargon gefüllt, der
im Kryostat als Kühlflüssigkeit benutzt wird.
Während des Starts des Schiffes von der Marsoberfläche wird
der Behälter 3 mit Flüssigsauerstoff
und der Behälter 4 mit Flüssigmethan
gefüllt. Der Kryostat hat eine äußere
schirmluftleere Isolierung 7 und eine innere luftleere
Isolierung 8. Die mechanische Befestigung des Hohlraumes 5 an
den äußeren Behälter 1 wird
mit Hilfe der zylindrischen Aufhängungen 9 ausgeführt.
Die inneren Hohlräume 3 und 4 werden
an den äußeren Hohlraum 5 mit Hilfe zylindrischen
Aufhängungen 10 befestigt. Die Konstruktion der
Aufhängungen ist in der Projektion a–b, Bild 3
dargestellt. Die zylindrische Aufhängung wird wie eine Warmbrücke
ausgeführt, in der zur Steigerung des Wärmewiderstandes
Ringeinschnitte 12 gemacht werden. Innerhalb des Raketenkörpers
in der Parzelle 5 (Bild 1) ist das System der ununterbrochenen Produktion
des Arbeitskörpers, Brennstoffes und des Oxydators für
den Rückflug von der Marsoberfläche zur Erdumlaufbahn.
Im Unterschied zu den bekannten Systemen basiert sie auf dem Prozess
der Verflüssigung der Gasmischung der Marsatmosphäre. Das
technologische Schema des Systems ist auf dem Bild 4 dargestellt.
Im Raketenkörper wird der Verflüssiger 1 montiert,
an dessen Eingang steigt die gasförmige Atmosphäre
der Marsoberfläche hinein, die aus Kohlendioxid mit geringem
Anteil von Argon und Stickstoff besteht. Das im Verflüssiger
erhaltene Flüssigargon wird in den Kryostat 2 zugeführt
und wird ferner als Arbeitskörper für den Marschraketenantrieb 3 verwendet.
Ein Produkt der Verflüssigung ist auch das Flüssigkohlendioxid,
das in die leeren Behälter-Kryostate 4 abgeführt
wird, und wird im technologischen Prozess der Produktion von Brennstoff
und des Oxydators verwendet. Flüssigkohlensäure
und Flüssigwasserstoff, der im Behälter-Kryostat 5 von
der Erde mitgebracht wurde, werden zum Eingang des Apparates 6 zugeführt,
in dem infolge der chemischen Reaktion der Synthese Methan und Wasser
gebildet werden. Die Reaktion wird mit Hilfe der Erwärmung
ausgeführt, wofür innerhalb des Apparates 6 ein
elektrisches Heizelement 7 montiert ist. Das im Apparat 6 erhaltene
Wasser wird in den Elektrolyseur 8 zugeführt.
Der durch die Elektrolyse des Wassers erhaltene Sauerstoff wird
in den Verflüssiger 9 zugeführt und ferner
im Flüssigzustand in den Behälter-Kryostat 5 abgegossen.
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Das
gasförmige Methan, das aus dem Apparat 6 aussteigt,
wird in dem Verflüssiger 12 verflüssigt und
wird ferner in den Kryostat 13 zugeführt. Der Flüssigwasserstoff
aus dem Behälter-Kryostat 5 wird wieder in den
Apparat 6 zur Methanproduktion sowie in den Kryostat der
supraleitenden Wicklung der Erregung des Marschraketenantriebs 3 zugeführt.
Die Flüssigkohlensäure, die sich im Kryostat 4 befindet, wird
zur Vorkühlung der Gase verwendet. Zu diesem Zwecke werden
montiert: ein Wärmeaustauscher des Methans 15,
ein Wärmeaustauscher des Wasserstoffs 16 und ein
Wärmeaustauscher des Sauerstoffs 17.
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Der
Flüssigsauerstoff, der sich im Kryostat 11 befindet,
wird in das chemische Startraketentriebswerk 14 als Oxydator
und das Flüssigmethan aus dem Kryostat 13 als
Brennstoff zugeführt. Mit Hilfe des Startraketentriebswerks 14 wird
der Start des Raumschiffes von der Marsoberfläche ausgeführt. Die
gesamte Apparatur des technologischen Komplexes, einschließlich
der Kompressoren, Pumpen, Verflüssiger sowie die Heizelemente
des Apparates der Methansynthese 7 und der Elektrolyseur 8 erhalten
ihre Energiespeisung vom Bordatomwerk, das sich in der Parzelle 4 befindet.
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Das
Raumschiff für den Flug zum Mars funktioniert folgendermaßen.
Das Raumschiff wird auf dem Startplatz aufgestellt, und während
der Vorbereitungszeit zum Start werden die Behälter des
Startraketentriebwerkes, sowie der außenangebrachte Behälter
(auf dem Bild 1 nicht dargestellt) mit flüssigem Wasserstoff
und flüssigen Sauerstoff gefüllt. Gefüllt
werden auch die Behälter des Raketentriebwerkes der horizontalen
Bewegung 6. Die Behälter-Kryostate 12 werden
mit Flüssigwasserstoff und Flüssigargon gefüllt.
Mit Flüssigwasserstoff wird die Kammer der supraleitenden
Erregerwicklung des Marschraketentriebwerks 6 (Bild 2)
gefüllt. Mit Flüssigargon werden die Behälter
des Arbeitskörpers gefüllt, die sich in der Parzelle 7 befinden.
Das Raumschiff startet senkrecht mit Hilfe zweier Harttreibstoffbeschleuniger.
Nach dem Start des Raumschiffes, der ähnlich wie der Start
des Raumschiffes „Spaceshuttle" vor sich geht, fliegt er
die vorgesehene Erdumlaufbahn an, dabei werden die Gehäuse
der Harttreibstoffbeschleuniger mit Fallschirmen zurück an
die Erdoberfläche heruntergelassen, und der außenangebrachte
Behälter des Startantriebs wird von der Rakete abgetrennt
und verbrennt in den dichten Schichten der Atmosphäre.
Während des Umlaufbahnfluges wird das Bordatomkraftwerk
in Betrieb genommen, das sich in der Parzelle 2 befindet.
Danach schiebt sich aus der Parzelle 7 der Träger 9 heraus
an dem das Marschelektroraketentriebwerk 8 (Bild 1) befestigt
ist. Der Strom wird in die supraleitende Erregerwicklung des Marschelektroraketentriebwerks 6 (Bild
2) geleitet. Durch Einstellung der Stromstärke in den Wicklungen
der Elektromagnete des Diskus 7 und der beweglichen Elektromagnete 10 wird
das Marschtriebwerk im Raum in die vorgesehene Flugbahn positioniert.
Nach der Zuführung des Argons in die Arbeitskammer und
der Spannung an die Elektroden beginnt das Triebwerk zu arbeiten, indem
es die Trägheitsbewegung des Schiffes ändert.
Unter der Wirkung der Zugkraft des Marschtriebwerks steigt die Schiffsgeschwindigkeit.
Nach der Erreichung der zweiten Raumfluggeschwindigkeit verlässt
das Raumschiff die Erdumlaufbahn und beginnt seine Bewegung in Richtung
des Planeten Mars.
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Die
rationelle Bewegung des Raumschiffes setzt eine ununterbrochene
Arbeit des Marschtriebwerks bis zum maximalen berechneten Wert von 45–50
km/s voraus. Ferner wird der Flug bei ausgeschaltetem Marschtriebwerk
fortgesetzt. Während des Flugs wird das Marschtriebwerk
periodisch zur Korrektur der Flugbahn entsprechend der berechneten
eingeschaltet. Beim Anflug des Planeten Mars wird das Marschtriebwerk
mit Hilfe der Elektromagneten des Diskus 7 und der beweglichen
Elektromagneten 10 in die dem Flug des Raumschiffes entgegengesetzte
Richtung gebracht. Das Marschtriebwerk wir ins Bremsarbeitsregime
eingeschaltet. Die Fluggeschwindigkeit des Schiffes wird bis zur
zweiten kosmischen Geschwindigkeit am Planeten Mars gesenkt. Das
Raumschiff steigt in den Anziehungsbereich des Mars ein und beim
Erreichen der ersten kosmischen Geschwindigkeit beginnt es sich
um den Mars nach der vorgegebenen Umlaufbahn bewegen. Die Entfernung
von der Erde bis zum Mars beträgt 100 Mio. km, diese Entfernung
bewältigt das Schiff in 40 Tagen. Während des
Fluges um die Marsumlaufbahn wird das Marschelektrotriebwerk 8 abgeschaltet.
Mit Hilfe des Trägers 9 wird es in das Innere
der Parzelle 7 gebracht. Die chemischen Raketentriebwerke
der horizontalen Bewegung 6 werden aus der Parzelle 5 herausgeschoben
und in die Position gebracht. Nach dem Manöver des Raumschiffes
mit der Drehung um 180° werden die Startraketentriebwerke 3 eingeschaltet.
Die Geschwindigkeit des Schiffes verringert sich, es verlässt
die Marsumlaufbahn und bewegt sich zur Marsoberfläche.
Beim Eingang in die Marsatmosphäre manövriert
das Schiff. Dabei wird seine Lage in der Atmosphäre mit
der Schwanzstabilisatoren 17 stabilisiert. Beim Flug in
nicht großer Höhe, bewegt sich das Schiff mit
kleiner Geschwindigkeit über der Marsoberfläche
mit Hilfe der Triebwerke 3, die eine senkrechte Zugkraft
erzeugen, und der Triebwerke 6, die eine horizontale Zugkraft
erzeugen, analog zu dem, wie das beim Weltraummodul „Apollo"
bei der Mondlandung war.
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Ferner
vollbringt das Schiff eine weiche Landung auf dem vorgegebenen Marsoberflächenabschnitt.
Dank den Federnspornen 15 mit Schüsseln am Ende 16,
stellt das Schiff nach der Berührung der festen Oberfläche
seine vertikale Position wieder her. Die Besatzung des Raumschiffes
steigt aus der Parzelle 10 auf die Marsoberfläche
zur Durchführung des Expeditionsprogramms aus.
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Es
beginnt die Vorflugvorbereitung zur Rückkehr auf die Erde.
Zu diesem Zwecke wird der Argonverflüssiger 1 (Bild
3) eingeschaltet, an dessen Eingang ständig die Marsatmosphäre
zufließt. Das Flüssigargon wird in den Behälter 2 abgegossen.
Die bei der Argonverflüssigung erhaltene Kohlensäure
wird in den während des Fluges lehr gewordenen Behälter zur
Aufbewahrung des Arbeitskörpers 4 abgegossen. Der
Erhitzer 7 im Apparat für Methansynthese 6 eingeschaltet.
Nachdem sich am Ausgang des Apparats 6 Wasser gebildet
hat, wird der Elektrolyseur 8 eingeschaltet. Nach dem Erhalt
der ersten Portion von Flüssigwasserstoff und Flüssigsauerstoff
am Ausgang aus den Verflüssiger 9 und 10 sowie
Flüssigmethan am Ausgang aus dem Verflüssiger 12,
wird der ununterbrochene Prozess der Produktion von Treibstoff,
des Oxydators und des Arbeitskörpers für den Rückflug
auf das automatische Arbeitsregime umgestellt. Nach der Aufspeicherung
der notwendigen Menge von Flüssigmethan, -sauerstoff und
-argon wird der Prozess angehalten. Der Leerraum 4 (siehe Bild
3) des Kryostatbehälters ist mit Flüssigmethan, der
Lehrraum 3 mit Flüssigsauerstoff und die Lehrräume 5 und 6 mit
Flüssigargon gefüllt. Abgeschaltet wird der Apparat
für Methansynthese 6 (siehe Bild 4) und der Elektrolyseur 8.
Ferner werden die Verflüssiger 1, 9, 10, 12 abgeschaltet.
Der Prozess der Ansammlung der Kryogenkomponenten für den
Rückflug nimmt bis zu 30 Tage in Anspruch.
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In
dieser Zeit erfüllt die Besatzung das vorgemerkte Programm
der Expedition und führt die Kontrolle des technologischen
Prozesses der Produktion von Treibstoff, des Oxydators und Arbeitskörpers durch.
Beim Start des Raumschiffes von der Marsoberfläche werden
die Startraketentriebwerke 3 eingeschaltet. Das Schiff
fliegt durch die Marsatmosphäre und steigert seine Geschwindigkeit
bis zur ersten kosmischen Marsgeschwindigkeit. Beim Marsbahneinlauf
werden die Triebwerke 3 abgeschaltet. Aus der Parzelle 7 schiebt
sich das Marschelektroraketentriebwerk 8 heraus.
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Nach
der Einschaltung des Stroms in die supraleitende Erregerwicklung
des Triebwerks 6 (Bild 2), wird mit Hilfe der Elektromagnete 7 und 10 das Triebwerk
im Raum entsprechend der berechneten Richtung der Zugkraft ausgerichtet.
In die Arbeitskammer des Marschtriebwerks 8 (Bild 1) wird
vom Behälter 12 Argon zugeführt. Vom
Generator des Bordatomkraftwerkes 4 wird an die Elektroden
des Triebwerkes 8 Spannung zugeführt. Unter der
Wirkung der Zugkraft steigt die Geschwindigkeit des Schiffes. Beim
Erreichen der zweiten kosmischen Geschwindigkeit verlässt
das Raumschiff die Marsumlaufbahn und schlägt die Richtung
zum Planeten Erde ein. Das Schiff bewegt sich mit dem eingeschalteten
Marschtriebwerk bis zur Erreichung des maximalen berechneten Geschwindigkeitswertes
von 45–50 km/s. Ferner wird das Marschtriebwerk nur periodisch
zur Korrektur der Flugbahn eingeschaltet. Beim Anfliegen der Erde
wird mit Hilfe der Elektromagnete des Orientierungssystems 7 und 10 (Bild
2) das Marschtriebwerk in die Richtung positioniert, die der Richtung
des Schiffes entgegengesetzt ist. Das Triebwerk 8 wird
eingeschaltet, es arbeitet nun im Bremsregime. Die Geschwindigkeit
des Raumschiffes verringert sich bis zur ersten kosmischen Geschwindigkeit
auf der Erde. Das Schiff beginnt nach der vorgegebenen Umlaufbahn
um die Erde zu kreisen. Die Korrektur des Umlaufbahnflugs wird ferner mit
Hilfe des Marschtriebwerks 8 ausgeführt. Der Flug
von der Marsumlaufbahn bis zur Erdumlaufbahn nimmt 40 Tage in Anspruch.
Also braucht man für die gesamte Expedition 110 Tage. Von
der Erde fliegt zum Austausch der Besatzung ein Raumschiff „Spaceshuttle",
das sich mit Hilfe des typischen Kopplungsknotens an das Marsraumschiff
andockt. Der Spaceshuttle bringt zum Raumschiff an der Umlaufbahn
Flüssigargon und Flüssigwasserstoff, die in die
Behälter-Kryostate 12 abgegossen werden, sowie
alle erneuerbaren Komponente der Lebenssicherungssysteme. Nach der
Ausladung bringt der Spaceshuttle die Astronauten, die auf dem Mars
waren, zurück zur Erde. Das Raumschiff ist zum wiederholten
Flug bereit.
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Somit
ermöglicht die vorgelegte Konstruktion des Raumschiffes
für den Flug zum Mars mit Anwendung des Marschelektroraketentriebwerks
mit einem Queraußenmagnetfeld, das durch eine supraleitende Wicklung
erzeugt wird die Flugdauer, im Vergleich zu den existierenden Projekten
um ein Mehrfaches zu reduzieren. Das vorgelegte technologische Schema, das
auf der Verflüssigung der Marsatmosphäre basiert,
deren Komponente zum Zwecke des Erhalts von Flüssigargon
als Arbeitskörper für das Marschtriebwerk und
flüssiger Kohlensäure notwendig sind, die als
Ausgangsprodukt zum Erhalt von Treibstoffkomponenten und des Oxydators
für das Starttriebwerk verwendet wird. Dies ermöglicht
ein Raumschiff für mehrmalige Nutzung zu bauen. Im Ergebnis
wird eine bedeutende Kürzung der finanziellen Ausgaben für
die Marsexpedition erreicht.
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Literatur:
-
- 1. Zubrin. R. Wagner R Unternehmen Mars, Heyne Verlag München
1997
- 2. NASA 1997: Human Exploration of Mars (NASA SP7101)
- 3. S. Karamanolis. Der Flug zum Mars Elektra 2000
- 4. US Patent 5,407,152
- 5. Gebrauchsmuster DE 20 2006 007 717 01
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - US 5407152 [0026]
- - DE 20200600771701 U [0026]