WO2000034122B1

WO2000034122B1 - Verfahren zum transport einer nutzlast in den weltraum

Info

Publication number: WO2000034122B1
Application number: PCT/EP1999/009480
Authority: WO
Inventors: Manfred Fuersich
Original assignee: Manfred Fuersich
Priority date: 1998-12-05
Filing date: 1999-12-03
Publication date: 2000-07-20
Also published as: WO2000034122A1; AU1862200A

Abstract

Offenbart ist ein Verfahren zum Transport einer Nutzlast in den Weltraum. Eine dafür ausgelegte Vorrichtung besteht aus mindestens zwei Modulen. Das erste Modul stellt einen Helium gefüllten Ballon (1) dar. Das zweite Modul ist ein aerodynamisch geformtes Fluggerät (2), das bei hohen Geschwindigkeiten die Flugeigenschaften eines Flugzeugs aufweist. Mit Hilfe des Ballons wird das System in eine Höhe von etwa 18 km gehoben. Anschließend wird das Modul (2) abgetrennt. Nach einem freien Fall von etwa 16 km hat das Modul (2) soviel Geschwindigkeit aufgenommen, daß die aerodynamischen Eigenschaften wirksam werden. Hierdurch kann das Fluggerät in eine horizontale Fluglage übergehen. Die Triebwerke werden eingeschaltet und es erfolgt eine Beschleunigungs- und Steigphase in der oberen Atmosphäre und anschließend in den Weltraum. Das Fluggerät ist hierzu vorteilhafterweise mit Raketenantrieben ausgestattet. Das Verfahren erlaubt es, bei gleichem Startgewicht die Nutzlast gegenüber einem horizontal startenden System um etwa 50 % zu steigern.

Claims

GEÄNDERTE ANSPRÜCHE[beim Internationalen Büro am 29. Mai 2000 (29.05.00) eingegangen; ursprünglicher Ansprüche 1-26 durch geänderte Ansprüche 1-23 ersetzt (5 Seiten)]

1. Verfahren zum Transport einer Nutzlast in den Weltraum, mit den folgenden Schritten:

Bereitstellen einer Transportvorπ^'chtung (l.Z) mit einem Ballon (1) und einem Fluggerät (2), das die Nutzlast beinhaltet und ein Antriebsaggregat in Form eines Raketenantriebs aufweist;

Transportieren des Fluggeräts (2) mit Hilfe des Ballons (1) vom Boden in eine vorbestimmte Zi elflughöhe;

Trennen des Ballons (1) und des Fluggeräts (2), das daraufhin den Weitertransport der Nutzlast in den Weltraum durchführt, wobei das Fluggerät (2) aerodynamische Auft iebsmittel aufweist, wodurch es nach dem Trennen vom Ballon (1) und einer Phase des freien Falls mit einer im wesentlichen nach unten gerichteten Flugbahn in eine horizontale Flugphase mit einer horizontalen Flugbahnkomponeπte übergeht; und

Starten des Antriebsaggregats des Fluggeräts (2) .

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Starten des Antriebsaggregats des Fluggeräts (2) direkt bei dem Trennen vom Ballon (1), kurz vor oder bei Erreichen der horizontalen Flugphase oder bei Erreichen einer Aggregat spezifischen Bedingung erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bug des Fluggeräts (2) während des Trennens vom Ballon (1) in der Ziel höhe eine bezüglich des Hecks nach unten geneigte Position aufweist, um während der Phase des freien Falls, der horizontalen Flugphase und des Startens des Antriebsaggregats in eine horizontale und ferner nach oben geneigte Position überzugehen.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluggerät (2) über eine Aufhängeeinrichtung (3) mit dem Ballon verbunden ist, wobei der Bug des Fluggeräts (2) während des Trennens vom Ballon in der Ziel höhe eine bezüglich des Hecks nach unten geneigte Position einnimmt, indem ein Heckabschnitt der Aufhängeeinrichtung zeitlich verzögert nach einem Bugabschnitt der Aufhängeeinrichtung von dem Fluggerät getrennt wird, um während der Phase des freien Falls, der horizontalen Flugphase und des Startens des Antriebsaggregats in eine horizontale und ferner nach oben geneigte Position überzugehen.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluggerät (2) während des Trennens vom Ballon (1) eine horizontale Position einnimmt, wobei das Fluggerät (2) nach dem Trennen vom Ballon durch eine geeignete Einstellung einer Höheneinstelleinrichtung in eine mit dem Bug nach unten gerichtete Fluglage gebracht wird, um während der Phase des freien Falls, der horizontalen Flugphase und des Startens des Antriebsaggregats in eine horizontale und ferner nach oben geneigte Position überzugehen.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner gekennzeichnet durch ein Abtrennen von einem nicht mehr benötigten Ballast, insbesondere leeren Treibstofftanks, von dem Fluggerät (2) zu einem bestimmten Zeitpunkt der Flugphase nach dem Starten des Antriebsaggregats.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner gekennzeichnet durch ein Abtrennen von einer aus zumindest einer Stufe bestehenden Transporteinrichtung von dem Fluggerät (2) zu einem bestimmten Zeitpunkt der Flugphase nach dem Starten des Aπtriebsaggregats, wobei die Transporteinr chtung die Nutzlast in eine gewünschte Umlaufbahn bringt, wohingegen das Fluggerät (2) zum Boden zurückkehrt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ballon (1) ein, insbesondere mit Helium gefüllter, Gasballon oder ein Heißluftballon ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ballon (1) eine Einrichtung (4), insbesondere ein Flugzeug (4), aufweist, die den Ballon (1) nach dem Trennen von dem Fluggerät (2) an ein Ziel am Boden, insbesondere den Ausgangspunkt, bringt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ballon eine Einrichtung zum Ablassen von Gas aufweist, um nach dem Trennen von dem Fluggerät (2) ein Sinken des Ballons (1) zu beschleunigen und ein Platzen des Ballons (1) zu verhindern.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluggerät (2) eine Einrichtung zum Schutz vor der beim Wiedereintritt auftretenden Hitze aufweist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 11, gekennzeichnet durch ein Landen des Fluggeräts (2) im Gleitflug auf einem Flugplatz nach dem Trennen von dem Ballon (1).

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Nutzlast bemannt ist.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die aerodynamischen Auftriebsmittel des Fluggeräts 2 Flügel aufweisen.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Ballon (1) mehrere Kammern aufweist, die getrennt voneinander oder in einem umfassenden Ballonkörper angeordnet sind.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Transportvorrichtung (1,2) zusätzliche Treibstofftanks aufweist, die nach dem Abtrennen des Fluggeräts (2) vom Ballon (1) am Ballon (1) gehalten werden.

17. Verbindungsvorrichtung zum Verbinden eines Ballons (1) mit einem Fluggerät (2) zum Durchführen eines Verfahren zum Transport einer Nutzlast in den Weltraum, gemäß der Ansprüche 1 bis 16, wobei die Verbindungsvorrichtung aufweist: eine trallonseitige Kopplungsei richtung zum Verbinden mit dem Ballon (1) eine fluggerätseitige Kopplungseinrichtung zum lösbaren Verbinden mit dem Fluggerät (2); eine Steuerungseinrichtung zum Steuern des Lösens der fluggerätseitige Koppluπgseinrichtung.

18. Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die fluggerätseitige Kopplungseinrichtung eine vordere und hintere Kopplungseinrichtungen aufweist, die jeweils mit einer vorderen und hinteren Seite des Fluggeräts verbunden sind und getrennt voneinander über die Steuerungseinrichtung steuerbar sind.

19. Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß beim Abtrennen des Fluggeräts (2) vom Ballon (1) die Steuerungseinrichtung die vordere Kopplungseinrichtung zeitlich vor der hinteren Kopplungseinrichtung löst, wodurch das Fluggerät in einer geneigten Position in die Phase des freien Falls eintritt.

20. Ballon zum Durchführen eines Verfahren zum Transport einer Nutzlast in den Weltraum, gemäß der Ansprüche 1 bis 16, wobei der

Ballon (1) aufweist: einen Ballonkörper (1) zum Erzeugen einer Auftriebskraft; eine Kopplungseinrichtung zum Verbinden mit einer Verbindungseinrichtung, insbesondere nach einem der Ansprüche 17 bis 19, an der ein Flugkörper lösbar gehalten wird.

21. Ballon nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Ballonkörper (1) mehrere Kammern aufweist, die getrennt voneinander oder in einem umfassenden Ballonkörper angeordnet sind.

22. Fluggerät zum Durchführen eines Verfahren zum Transport einer Nutzlast in den Weltraum, gemäß der Ansprüche 1 bis 16, wobei das Fluggerät (2) aufweist: einen Flugkörper, der eine Nutzlast beinhaltet und ein Antriebsaggregat, sowie aerodynamische Auftriebsmittel aufweist, wobei der Plugkörper dafür ausgelegt ist, die Nutzlast in den Wel raum zu befördern; eine Kopplungse nr chtung zum Verbinden mit einer Verbindungseinrichtung, insbesondere nach einem der Ansprüche 19 bis 21, die mit einem Ballon (1) verbunden ist.

23. Fluggerät nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluggerät (2) zusätzliche Treibstofftanks aufweist, die nach dem Abtrennen des Fluggeräts (2) vom Ballon (1) am Ballon (1) gehalten werden.

GEÄNDERTES BLATT (ARTIKEL 19)

Das in dem Recherchenbericht unter der Kategorie "X" zitierte Dokument von Challier offenbart ein Verfahren, bei dem zunächst eine Nutzlast beinhaltendes Fluggerät mit einem Ballon in eine vorbestimmte Zielflughöhe (35 km) gebracht wird. Dann wird das Fluggerät mit einem Staustrahltriebwerk vom Ballon abgetrennt und durchläuft eine Phase des freien Falls. Dieses Triebwerk wird nach Erreichen einer notwendigen durch den freien Fall erhaltenen Geschwindigkeit von 500 m/s gezündet. Während der Staustrahl-Phase hat das Fluggerät eine ansteigende Flugbahn, wobei bei einer Höhe von 40 km das Staustrahltriebwerk abgeschaltet wird und ein weiteres Antriebsaggregat gezündet wird, um einen Anstieg bis in eine Höhe von 250 km durchzuführen, wo dann die Nutzlast ausgesetzt wird.

Beim Verfahren nach D1 ist es von Nachteil, daß nur auf einem Teilstück der Flugbahn die volle Schubleistung des Staustrahltriebwerks zur Verfügung steht. Die Leistung von Staustrahltriebwerken ist nämlich sehr stark von der Geschwindigkeit und vom Luftdruck, d.h. von der Flughöhe abhängig, wobei unterhalb einer Mindestgeschwindigkeit von etwa 2 Mach die Funktion grundstzlich in Frage gestellt ist. Diese Rahmenbediπguπgen erschweren es oder machen es eventuell sogar unmöglich, für eine Flugmission, wie in D1 beschrieben, eine geeignete Flugbahn zu finden.

Hintergrund des bekannten Verfahrens ist demnach der Gedanke, mittels eines Ballons eine ausreichende Höhe für ein Fluggerät zu erreichen, das im freien Fall eine triebwerksezifische Mindestgeschwindigkeit erreichen muß. Mit anderen Worten, das Verfahren soll den Einsatz eines Staustahltriebwerks ermglichen.

Demgegenüber geht es beim Erfϊndυngsgegenstand darum, eine Nutzlast mittels eines Fluggeräts mit herkömmlichem Antriebsaggregat so energiesparend wie möglich ins All zu befördern. Der Erfinder hat auf der Basis von Flugbahnberechnungen erkannt, dass dies mit einem Verfahren nach dem Ansruch 1 möglich ist, wobei folgende Umstände eine Rolle spielen:

Weil ein Raketenantrieb bei allen Geschwindigkeiten und Flughöhen gleichmäßig die volle Schubleistung liefert, wird die Auswahl einer optimalen Flugbahn, auf der eine grosse Nutzlast in den Orbit geschafft werden kann, wesentlich erleichtert. Auch erlaubt der Raketenantrieb das Zünden der Triebwerke bereits bei einer mäßigen Geschwindigkeit, was auch für die Optimierung der Nutzlast von Vorteil ist.

Während man bei dem Verfahren nach D1 darauf hofft, aus der Verwendung des Luftsauerstoffs im Staustrahltriebwerk einen Vorteil zu erzielen, wobei der Ballon zur Überbrückung der Leistungslücke des Staustrahltriebwerks im niederen Geschwindigkeitsbereich dient, wird von diesen Überlegungen beim Erfindungsgegenstand keinerlei Gebrauch gemacht. Es ist deshalb nicht ersichtlich, wie das bekannte Verfahren die erfindungsgemäße Kombination von Ballon + Fluαqerät mit Raketenantrieb zur Erzieluπg einer hohen Nutzlast von Vorteil sein soll. Die Auffindung des Erfindungsgegeπstands beruht vielmehr auf einer erfinderischen Leistung, was durch das überraschende Ergebnis bei der Energiebilanz bestätigt wird.

Dabei ergeben sich noch weitere zusätzliche Vorteile, die u.a. darauf beruhen, dass das Triebwerk geschwindigkeitsunabhängig gezündet werden kann. Denn dies erlaubt es im Falle einer Notsituation, die Mission vorzeitig auch in geringer Höhe abzubrechen und das Fluggerät zu retten. Diese Sicherheit ist bei einem Verfahren nach dem Stand der Technik nicht gegeben, was die Bedeutung des Erfindungsgegenstands noch unterstreicht.