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Raumfahrt => Konzepte und Perspektiven: Raumfahrt => Thema gestartet von: kfelske am 08. April 2009, 21:46:42

Titel: Elektrische Antriebe
Beitrag von: kfelske am 08. April 2009, 21:46:42
Hallo miteinander,
mich fasziniert da eine Idee, von der ich nur schwer einschätzen kann, wie realistisch sie ist:

Bei einem Ionenantrieb werden Gasteilchen ionisiert und nach hinten weggeschleudert. Da ionisierte Stoffe hochaggressiv sind, nimmt man Edelgase, damit diese keine chemischen Bindungen eingehen und den Antrieb beschädigen können.
Theoretisch kann man anstatt eines Gases auch ein Metall nehmen.
Mir fallen hierbei nur 2 Metalle ein, wovon Gold das billigere ist.
Dennoch halte ich es für günstiger ein Metall zu verwenden, da hier die Transportkosten eines Druckbehälters in den Orbit entfallen.
Ein Feststoff hat den weiteren Vorteil, dass man sich auf auf dem Mond oder Asteroiden Nachschub beschaffen kann.
Bei einer häufigen Verwendung dieses Materials würde es zu einem Aufbruch in neue Welten mit altbewährten Motiven kommen.

Um zu einen Regelbetrieb mit Ionenantrieb zu kommen, könnte man den geostationären Transport von Satelliten mit Raketen aufspalten in einen in den niederen Erdorbit.
Von dort kann eine Art "Lastesel" mit Ionenantrieb den weiteren Transport in den geostationären Orbit übernehmen. Spätere Transporte können bis in die Mondumlaufbahn gehen. Bei einem langanhaltendem Bedarf kann man auf dem Mond nach Erzen suchen und Fabriken für den "Treibstoff" dieses Lastesels einrichten.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: tobi am 12. April 2009, 13:50:59
Beim Ionenantrieb werden immer nur mikroskopische Mengen ausgestoßen. Da müsste der Feststoff in feinster Pulverform vorliegen. Ich könnte mir vorstellen, dass es problematisch ist dieses Pulver durch die Treibstoffleitungen zum Antrieb zu transportieren.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: runner02 am 14. April 2009, 08:45:42
Ein leicht schmelzendes Metall wie Bor,...
oder was anderes...
Du nimmst einen Bolck mit (Feststoff platzsparender als flüssigkeit, flüssigkeit platzsparender als gas)

Den schmiltzt du dann und leitest ihn zum Triebwerk...

Allerdings... Wenn es stockt, weil die Leitungen nicht mehr warm genug sind...

Und Dampf ist immer viel platzsparender als ne Flüssigkeit... Aber ob feststoff wirklich um soo viel platzsparender ist als ne Flüssigkeit...


Oder:
Du müsstest Atomares Pulver vorliegend haben...
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Cosmo am 22. April 2009, 23:33:18
Hallo,

Theoretisch kann man anstatt eines Gases auch ein Metall nehmen.
Dies wird bereits getan. Sogenannte PPT (Pulsed Plasma Thruster) benutzen einen festen Treibstoff. Eingesetzt werden diese elektrischen Triebwerke z.B. für die Lageregelung von Satelliten. Generelle Infos gibt es z.B. bei NASA (http://www.nasa.gov/centers/glenn/about/fs23grc.html), ESA (http://sci.esa.int/science-e/www/object/index.cfm?fobjectid=34201&fbodylongid=1537) und hier (gepulste MPD) (http://www.irs.uni-stuttgart.de/forschung/elektrische_raumfahrtantriebe/ppt.html). Treibstoff ist meist Teflon.
Alternativ kann der feste Treibstoff aber auch geschmolzen oder verdampft werden. Flüssiges Metall (Cäsium) als Treibstoff benutzt z.B. das FEEP (http://www.esa.int/esaCP/SEMMY3XX3RF_index_0.html) Triebwerk für LISA Pathfinder. Wenn man einen festen Treibstoff schmelzen/verdampfen muss geht allerdings der Massenvorteil dank eingesparten Tank wieder verloren, da man den Treibstoff aufheizen muss.

Ein Feststoff hat den weiteren Vorteil, dass man sich auf auf dem Mond oder Asteroiden Nachschub beschaffen kann.
Das ist ganz sicher ein grosses zukünftiges Thema, bedarf aber noch einer gewissen Entwicklung. Allerdings kann man auch gasförmige Treibstoffe von Objekten mit Atmosphäre gewinnen (z.B. Mars).

Um zu einen Regelbetrieb mit Ionenantrieb zu kommen, könnte man den geostationären Transport von Satelliten mit Raketen aufspalten in einen in den niederen Erdorbit.
Von dort kann eine Art "Lastesel" mit Ionenantrieb den weiteren Transport in den geostationären Orbit übernehmen. Spätere Transporte können bis in die Mondumlaufbahn gehen. Bei einem langanhaltendem Bedarf kann man auf dem Mond nach Erzen suchen und Fabriken für den "Treibstoff" dieses Lastesels einrichten.
Ebenfalls ein grosses zukünftiges Thema, aber bereits vor der Tür stehend. Hier werden wir in den nächsten Jahren/Jahrzehnten meiner Meinung nach einen Wandel sehen weg von Launcher-Direkteinschuss hin zu Launch in LEO (oder GTO/MEO) und Niedrigschubtransport (bei sehr wenig Treibstoffverbrauch) zum Zielorbit. Die elektrischen Triebwerke stehen erst am Anfang einer grossartigen Zukunft. Hauptproblem (oder besser gesagt Limitierung) wird allerdings die Energieversorgung sein.

Cosmo
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: runner02 am 24. April 2009, 20:24:46
Vasmir wäre wohl ein geeignetes Konzept, sogar mt 'Gangschaltung'

Zitat
weg von Launcher-Direkteinschuss hin zu Launch in LEO (oder GTO/MEO) und Niedrigschubtransport (bei sehr wenig Treibstoffverbrauch) zum Zielorbit.

Da bräuchte man wohl Lagerstätten im Orbit... Und das ginge realisticherweise nur mit kleinen Mengen treibstoff, die man teuer hinaufschleppen muss...
Also keine Verbrennungstriebwerke...

Zitat
Das ist ganz sicher ein grosses zukünftiges Thema, bedarf aber noch einer gewissen Entwicklung. Allerdings kann man auch gasförmige Treibstoffe von Objekten mit Atmosphäre gewinnen (z.B. Mars).

Am Mars ressourcen vor Ort nützen ist sicher das beste und intelligenteste was man tun kann... Da gab es mal nen Rover, der sollte die Möglichkeit überprüfen, eben dies zu tun... Stürzte aber leider!!! ab... Ohne Ersatz
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: kfelske am 27. April 2009, 21:58:34
Vor einigen Jahren war es einer schweizer Forschergruppe gelungen, ein Rastertunnelmiroskop zweckzuentfremden und durch einen Stromstoss einzelne Atome aus dem Verbund zu lösen. Ich erinnere mich noch an das Wort "IBM" auf einer Abbildung. Die runden Kügelchen drumherum sollten einzelne Atome darstellen.
Auf ähnliche Art könnte man einzelne Atome aus dem Verband lösen, ohne den ganzen Vorrat zu erhitzen. Leitungen für ein Metall aufzuheizen ist vermutlich zu aufwändig.
Meine Vergleichsrechnung für Gold und Xeon sieht nicht eindeutig aus:
1kg Gold kostet etwa 30 tEuro, der Transport in den LEO etwa 15, Summe 45.
1kg Xeon benötgt einen Druckkörper mit sagen wir einem weiteren Kilo. Beides in den Orbit sind 30 tEuro. Wenn Xeon und Druckkörper unter 15 tEuro zu haben sind, sollte man sich nach Alternativen umschauen.

Erstaunt bin ich, dass man auch unedle Materialien wie Teflon verwenden kann.
Angenommen wir haben den richtigen Antrieb, wie kann man einem Kunden die Nutzung unseres Lastesels schmackhaft machen?
Wenn man jemanden sagt, er soll seinen teueren Satelliten dem Risiko eines Kopplungsmanövers aussetzen, antwortet der, dass er lieber eine stärkere Rakete haben will, um das zu umgehen.
Wenn man eine Einsatzmöglichkeit für unseren Lastesel haben will, muss man ihn für die maximale Last einer Rakete in den LEO entwickeln. Von dort kann unser Lastesel den Weitertransport übernehmen. Unser Gerät muss also gleichzeitig mit der kommenden Raketengeneration entwickelt werden, um ein paar Einsätze vor sich zu haben, denn bei einer stärkeren Rakete will niemand mehr einen Einsatz. Bei mehreren erfolgreichen Einsätzen kann man eine neue Generation noch etwas hinauszögern.
Für das Aussehen halte ich eine Weiterentwicklung des ATV sinnvoll. Man kann an der Raumstation für Wartungsarbeiten andocken, wenn z.B. die Elektronik im Inneren zugänglich ist. Einen Feststoff als Antrieb kann man zur Not auch im Inneren lagern. Man muss also kein aufwändiges System entwickeln, um den Lastesel selbst zu betanken.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Meagan am 28. April 2009, 22:59:38
Ob Gas oder Feststoff, entscheidend ist doch, daß die absolute Temperatur im All bei ca 0°K liegt. Bei der Temperatur sind meines Wissens nach auch Edelgase fest.

Warum dann nicht gleich interstellares Gas verwenden, daß man vor dem Orbiter mit einem Trichter einfängt. Dann entfallen alle Transportkosten für das Material.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Schillrich am 29. April 2009, 00:05:41
Hallo,

es gibt nicht "die Temperatur" im All, da das "Temperatur tragende Medium" fehlt. Alle Objekte im All haben aber eine Temperatur und die hängt vom Strahlungsgleichgewicht zwischen durch Strahlung aufgenommene und wieder abgegeben Wärme ab. Das heißt, die Sonne und ihre Einstrahlung ist wichtig und bestimmt hauptsächlich die Temperatur eines Objekts (Planet, Mond, Satellit) und das sind dann bei weitem keine 0 K. Außerdem kann man einen Satelliten auch noch heizen, oder einige seiner Komponenten und durch seine Oberflächeneigenschaften die Strahlungsaufnahme und -abgabe beeinflussen.

Interstellares Gas gibt es kaum. Nicht umsonst nennt sich das da draußen Vakuum ;).
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Proteus am 30. Mai 2009, 22:27:54
Auch wenn ich mich jetzt als Scififan und noob oute. Aber wie sieht es denn mit einer Art Bussardkollektor aus? Schliesslich gibt es doch Wasserstoff im All?
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Schillrich am 30. Mai 2009, 22:33:02
Hallo Proteus und willkommen bei uns.

Das hat Herr Bussard schon selbst festgestellt: Die Wasserstoffdichte im All ist viel zu gering. Die Maschine, die da etwas in brauchbaren Mengen sammeln könnte, wäre gigantisch ... pure Science Fiction.

Um ein Gefühl für die Größenordnungen zu geben, schau mal hier bei Antwort 7:
http://www.raumfahrer.net/forum/smf/index.php?topic=4659.0 (http://www.raumfahrer.net/forum/smf/index.php?topic=4659.0)

Und das war für den "dichten" Sonnenwind in Erdnähe gerechnet.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Proteus am 03. Juni 2009, 23:20:28
Danke Schillrich.
Sehr Interessant dieses Forum. Gefällt mir immer besser.  ::)
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: kfelske am 30. Januar 2010, 17:30:31
Hallo miteinander,

im Juni war ich beim Tag der offenen Tür beim DLR Stuttgart.
Unter anderem führte das Institut für technische Physik ein Konzept für einen Raketenstart mittels Laserantrieb vor. Durch die Wärme des Lasers im Zentrum eines Parabolspiegels sollen sich einzelne Ionen lösen und für Vortrieb sorgen.
In dem dazugehörenden Vortrag führte Herr Eckel aus, dass es sich auch hier um ein Feststoffionenantrieb handelte, mit dem Vorteil, dass es anders als bei Cäsium nicht zu Verstopfungen kommen könne.

http://www.dlr.de/tp/desktopdefault.aspx/tabid-2803/4273_read-6357/ (http://www.dlr.de/tp/desktopdefault.aspx/tabid-2803/4273_read-6357/)

Ich selbst halte diese Technik nur beschränkt einsetzbar:

1. In Verbindung mit einem Kanonenstart (wird in anderen Threads schon diskutiert) um die Anfangsbeschleunigung zu verringern

2. In Verbindung mit einem Orbit, der immer wieder genau den selben Punkt überfliegt. Der Laserimpuls muss hierfür in geeigneter Weise in den Parabolspiegel umgeleitet werden. Ich laube, für solch eine Art Orbit gibts nicht einmal eine Bezeichnung.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Schillrich am 30. Januar 2010, 17:46:54
Hallo,

wieso immer wieder "denselben" Punkt überfliegen, es reich doch in "Sichtweite" der Station zu kommen? Allerhand Satelliten kommen über uns vorbei. Auf sonnensynchronen Orbits kommen die Satelliten immer wieder zur selben Zeit über den selben Punkt auf der Oberfläche, allerdings nicht bei jedem Orbit nur über "einen Punkt".
Für so eine "Laserstation" wäre ein polnaher Ort sinnvoll, weil man dort allerhand Satelliten auf polaren Orbits "sehen kann", die mehrmals am Tag vorbei kommen. Daher werden auch einige heutige Bodenstationen in polaren Breiten errichtet, um möglichst viele Satelliten möglichst oft erreichen zu können.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: holleser am 01. März 2010, 14:35:11
Hallo,

ist es möglich vielleicht mit hohem Energieaufwand Aluminium und Kohlenstoff zu Ionisieren und in einem Triebwerk zu beschleunigen?

Wenn ja, gibt es Ideen und Konzepte
Stationsabfall und leere Transporter zu zerlegen damit diese als Treibstoff für Ionenantriebe dienen?

G. holleser
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: runner02 am 01. März 2010, 18:48:01
Zitat
ist es möglich vielleicht mit hohem Energieaufwand Aluminium und Kohlenstoff zu Ionisieren und in einem Triebwerk zu beschleunigen?

Ja. Entsprechende Temperaturen, Materialien, die das aushalten und Strom vorausgesetzt.

Teflon ist übrigens ein Kohlenstoff+Fluor-Polymer...
Also wird hierbei bereits C abgestossen... Sollte sich Wasserstoff nicht leichter beschleunigen lassen als Fluor?
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: holleser am 01. März 2010, 19:24:05
Zitat
ist es möglich vielleicht mit hohem Energieaufwand Aluminium und Kohlenstoff zu Ionisieren und in einem Triebwerk zu beschleunigen?

Ja. Entsprechende Temperaturen, Materialien, die das aushalten und Strom vorausgesetzt.

Teflon ist übrigens ein Kohlenstoff+Fluor-Polymer...
Also wird hierbei bereits C abgestossen... Sollte sich Wasserstoff nicht leichter beschleunigen lassen als Fluor?


Wasserstoff ist Ionisiert nur ein Proton, ich weiß nicht ob das geht.

Im moment funktioniert die Technik nur mit speziell dafür mitgeführtem Treibstoff, ist theor. möglich z.B. Teile einer Progress in ein Ionisierbare Form zu bringen?

G. holleser
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: runner02 am 01. März 2010, 20:51:53
Zitat
Wasserstoff ist Ionisiert nur ein Proton, ich weiß nicht ob das geht.

Sicherlich. Aufgrund der geringen Masse müsste er besser beschleunigbar sein.

Zitat
ist theor. möglich z.B. Teile einer Progress in ein Ionisierbare Form zu bringen?
Nicht nur theoretisch, auch praktisch kann man alle Materie ionisieren.

Dadurch wird sie (in der Regel) Positiv geladen, ein positives Magnetfeld stößt sie ab.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: holleser am 02. März 2010, 07:39:38
Gib es bereits Versuche zum Thema Recyclingng von Weltraumschrott zu Treibstoff für Ionenantriebe?

G. holleser
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Schillrich am 02. August 2010, 09:58:22
Hallo,

ich beginne diesen Sammelthread, um in Zukunft elektrische Antriebskonzepte "an sich" hier diskutieren zu können.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Fornax am 02. August 2010, 12:48:59
Ja die wird es auf jeden Fall geben jedoch ist das recht schwer da weltraumschrott ja meistens aus Metall und Gestein besteht und diese wirklich schwer zum Treibstoff eines antreibs umzuändern oder zu verwenden.

Wenn man es in kleinere Stücke hackseln würde und eine Stoffe hinzufügen würde könnte man jenachdem woraus der Schrott besteht chemische Antriebe damit versorgen

aber bei ionen antrieben würde mir kein verwendungszweck einfallen.


mfg Fornax
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Meagan am 02. August 2010, 13:54:38
Was in der Raumfahrt zählt ist Effektivität. Nur mal zur Erinnerung, ein Raumfahrzeug ist mit 11km/s um ein vielfaches schneller als eine Gewehrkugel.

Also gilt es dabei Gewicht zu sparen und die Strukturen so stark wie nötig zu bauen. Eine ganze Fabrik ins All zu schießen ist ein interessanter Traum, mehr aber auch nicht. Statt des vielen Materials kann man dann gleich Treibstoff von der Erde mitnehmen. Das ist deutlich effektiver.

Weltraumschrott ist zu einem massives Problem geworden. Anstatt ihn einzufangen und ihn als Treibstoff für den Ionenantrieb zu nutzen, wäre es besser, diesen Schrott gezielt zum Absturz zu bringen. Dafür könnte zum navigieren ein Ionenantrieb eingesetzt werden. Ob das überhaupt sinnvoll ist stelle ich mal in den Raum.

Aus dem Hochvakuum des Alls verwertbaren Treibstoff für einen Ionenantrieb zu gewinnen dürfte wohl nahezu unmöglich sein. Dazu ist dieses Vakuum einfach "zu leer". Gezielt Gesteinstrümmer, Asteroiden usw. einzufangen übersteigt unsere technischen Möglichkeiten um ein vielfaches.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Fornax am 02. August 2010, 14:05:52
Dann schreib ich mal was dazu


Es gibt 3 Formen des Ionenantriebs :

1. Elektrostatischer Antrieb
Hierbei werden gase ionisiert und über ein Magnetfeld beschleunigt und mit 40Km/s ausgeströmt.
Wirkungsgrad : 75%

2. Elektrothermischer Antrieb
Bei diesem wird das Gas über ein Lichtbogen auf 20.000 Grad kelvin erhitzt und das Gas über eine Düse mit 20Km/s ausgeströmt (Ohne Verbrennung !). 
Wirkungsgrad : 20%

3. Elektromagnetischer Antrieb
Wie beim 2. wird es hierbei erhitzt aber anstatt durch eine Düse auszuströmen wird es durch ein Magnetfeld beschleunigt und dann mit 70Km/s ausgeströmt.
Wirkungsgrad : 50%


Der erste Satelit mit Ionenantrib war Deep Space 1 und Smart 1 (27% Wirkungsgrad)
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: holleser am 02. August 2010, 14:08:04
Ich habe mich mittlerweile erkundigt,

im Prinzip ist bis auf die Halogene jedes Element ionisierbar, bei Metallen ist das aber nicht unbedingt einfach.

Somit ist es theoretisch möglich den gesamten Abfall als Stützmasse eines Ionenantriebes zu verwenden, klar ist das die technische Umsetzung aber noch ein langer Weg ist. Sollte es aber möglich sein dann wird man vielleicht schon bald eine GSO Station bauen und den ganzen Schrott aus dem GSO und den darüberliegenden Friedhofsorbits als Treibstoff einzusammeln. Auch die Nutzung von kleinen NEO – Asteroiden oder Kometen als Treibstoffquelle ließe sich nutzen.


Spielt Metall bei der nächsten Generation von Raumfahrzeugen überhaupt noch eine Rolle? Vermutlich kommen hauptsächlich Carbon zum Einsatz, bleibt als Letzter Metallrest nur noch das Alu der Verkabelung und der Metallanteil der Batterien
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Schillrich am 02. August 2010, 14:17:14
Metalle werden noch lange eine Rolle spielen, u.a. wegen der Temperaturen im All, aber auch die einiger Treibstoffkomponenten (v.a. in Oberstufen der Träger). Generell gilt noch die einfachere Bearbeitbarkeit von Metallen in der Herstellung.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Meagan am 02. August 2010, 14:30:55
Die Hülsenkonstruktion eines Raumschiffes ist hoch kompliziert. Die Hülle muß Temperaturschwankungen von einigen 100 Grad aushalten, wirksam vor dem Hochvakuum des Alls schützen und dabei auch Strahlung von dem Innenleben des Raumschiffes zuverlässig fernhalten. Dann sind da noch ultraschnelle Trümmer, die diese Hülle nicht durchstoßen dürfen.

Prinzipiell spielt es keine Rolle ob man dazu Metall verwendet. Wenn jemand Zeitungspapier entwickelt, daß genau diese Eigenschaften hat, kann man es dafür sicher verwenden.

Das Problem mit den Trümmern ist deren extrem hohe Geschwindigkeit. Wie soll ein Staubkorn, daß in 0,1s 1Km fliegt, lokalisiert und dann auch noch gezielt aufgefangen werden. Vor allem mit was ? Dieses Staubkorn durchschlägt massiven Stahl ! Die Kugel einer Kalaschnikov ist mit 740m/s nur ein Zehntel so schnell.

Es gibt keinen Vorrat an Abfallmaterial, den man einfach wie Blaubeeren im Wald einsammeln kann.

Zitat
im Prinzip ist bis auf die Halogene jedes Element ionisierbar, bei Metallen ist das aber nicht unbedingt einfach.

Auch Halogene wie Flur, Chlor und Brom sind Ionisierbar. Nur Edelgase wie Helium , Krypton usw. sind dies nicht. Einfach mal ins Periodensystem der Elemente schauen. http://de.wikipedia.org/wiki/Periodensystem (http://de.wikipedia.org/wiki/Periodensystem)

Auch mit Kochsalz (NaCl) kann man Ionen Erzeugen. In einer wässrigen Lösung entstehen die Ionen Na+ und Cl-. Die Frage ist dann, ob man diese Ionen mit einer positiven oder mit einer negativen Ladung "abschießen" kann.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: websquid am 02. August 2010, 15:26:49
Die Hülsenkonstruktion eines Raumschiffes ist hoch kompliziert. Die Hülle muß Temperaturschwankungen von einigen 100 Grad aushalten, wirksam vor dem Hochvakuum des Alls schützen und dabei auch Strahlung von dem Innenleben des Raumschiffes zuverlässig fernhalten. Dann sind da noch ultraschnelle Trümmer, die diese Hülle nicht durchstoßen dürfen.
Für Treibstofftanks ist aber auch zu beachten, dass diese Tanks nicht mit dem Treibstoff reagieren dürfen. Das verhindert bei manchen Treibstoffen bestimmte Materialien für die Tanks zu verwenden.

Auch Halogene wie Flur, Chlor und Brom sind Ionisierbar. Nur Edelgase wie Helium , Krypton usw. sind dies nicht
Doch, auch die sind ionisierbar, allerdings braucht man dazu relativ viel Energie. Standardtreibstoff für Ionentriebwerke ist momentan ein Edelgas: Xenon

mfg websquid
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: GG am 02. August 2010, 16:47:13
Ich hätte gedacht, dass bei 1. die Beschleunigung durch ein elektrisches Feld erfolgt (Deep Space One, Hayabusa).
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Fornax am 02. August 2010, 18:17:50
Ja stimmt auch ich habe beschleunigung vergessen zu schreiben

danke


Mfg Fornax
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: runner02 am 02. August 2010, 18:39:10
Zitat
im Prinzip ist bis auf die Halogene jedes Element ionisierbar, bei Metallen ist das aber nicht unbedingt einfach.

Zitat
Auch Halogene wie Flur, Chlor und Brom sind Ionisierbar. Nur Edelgase wie Helium , Krypton usw. sind dies nicht. Einfach mal ins Periodensystem der Elemente schauen. http://de.wikipedia.org/wiki/Periodensystem

Alles kann man ionisieren: Ionisieren heißt, es elektrisch aufladen. Jedem Atom kann man mittels Hitze oder UV-Licht seine Elektronen entziehen.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Meagan am 02. August 2010, 18:46:25
Zitat
Alles kann man ionisieren: Ionisieren heißt, es elektrisch aufladen. Jedem Atom kann man mittels Hitze oder UV-Licht seine Elektronen entziehen.

Ja, Du hast recht. Oder halt mittels Kathodenstrahlen (Fernsehröhre, Röntgengeräte etc.)
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Collins am 02. August 2010, 22:45:42
Und wie ist das Kosten/Nutzungs verhältins?

Mfg Collins
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: runner02 am 03. August 2010, 11:16:15
Zitat
Und wie ist das Kosten/Nutzungs verhältins?
Also die ersten Elektronen sind relativ leicht zu entziehen, dann kostet es immer mehr Energie...

Wasserstoff besitzt nur zwei und darum ist es vergleichsweise energiesparend vollständig ionisierbar...
Naja, je stärker geladen, desto stärker wird es wohl auch abgestoßen, und ob somit Wasserstoff oder andere Elemente besser geeignet sind, kann ich nicht sagen...

übrigens: Metalle geben gerne ihre Äqvivalenzelektronen ab, sie leiten darum den Strom. Das Problem bei der Verwendung von Metallen: a) Du musst sie auf 1000°C bringen (Eisen), dann erst verdampfen sie und werden abgestoßen. Die Treibstoffleitungen allerdings würden dabei auch schmelzen (bzw. im Vakuum verdmpfen)
b) du zerreibst sie in Nanopartikel, also etwas größer als atomaren Maßstab... Dann könnte man die einzelnen Atome abstoßen, denn wenn du eine grße Kugel aus vielen Atomen ionisierst, wird wohl nur die Oberfläche ionisiert und wegen der großen Masse aber vergleichsweise geringen Ladung wird der Klumpen nur schwach ausgestoßen. Die Ausströmgeschwindigkeit geht dann aber gegen Null- ebenso wie die Antriebskraft...
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Schillrich am 03. August 2010, 12:25:08
übrigens: Metalle geben gerne ihre Äqvivalenzelektronen ab, sie leiten darum den Strom.

Valenzelektronen ... Äquivalenz ist die Gleichwertigkeit, Valenz ist die Wertigkeit ;).
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Schillrich am 04. August 2010, 11:26:25
Hallo,

ich habe "Ionenantrieb mit Feststoffen" herein geholt.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: runner02 am 04. August 2010, 19:47:48
Zitat
Valenzelektronen ... Äquivalenz ist die Gleichwertigkeit, Valenz ist die Wertigkeit
Aja, echt peinlich für einen Hobbychemiker  :o  :-[
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Meagan am 04. August 2010, 20:17:08
Zitat
übrigens: Metalle geben gerne ihre Äqvivalenzelektronen ab, sie leiten darum den Strom. Das Problem bei der Verwendung von Metallen: a) Du musst sie auf 1000°C bringen (Eisen), dann erst verdampfen sie und werden abgestoßen. Die Treibstoffleitungen allerdings würden dabei auch schmelzen (bzw. im Vakuum verdmpfen)

Eisen schmilzt bei 1808 K (~1534,85 °C) und ist dann erst mal flüssig.
Bei 3134 K (~2860,85 °C) siedet es dann und geht in den gasförmigen Zustand über.

Bei 1000°C ist es noch fest. Dafür strahlt es aber jede Menge Licht ab.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: runner02 am 04. August 2010, 21:53:24
Zitat
Eisen schmilzt bei 1808 K (~1534,85 °C) und ist dann erst mal flüssig.
Bei 3134 K (~2860,85 °C) siedet es dann und geht in den gasförmigen Zustand über.
Das kannst du nicht so pauschal sagen. Auf deinem Planeten, bei 1 Bar ist das so.

Wieso gibt es auf dem Mond bzw. Mars kein flüssiges Wasser, obwohl die Temperaturen an manchen Punkten am Marsäquator an bis zu 20°C gehen und Salz vorhanden ist, am Mond hat man auch oft über 0°C sogar bis zu 120°C?

Ohne Druck siedet Wasser wie alle Stoffe an dem Punkt, an dem es bei Druck flüssig wäre. Sprich Temperatur<0°C gefroren; T>0°C verdampft
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Meagan am 06. August 2010, 23:01:09
Zitat
Eisen schmilzt bei 1808 K (~1534,85 °C) und ist dann erst mal flüssig.
Bei 3134 K (~2860,85 °C) siedet es dann und geht in den gasförmigen Zustand über.
Das kannst du nicht so pauschal sagen. Auf deinem Planeten, bei 1 Bar ist das so.

Wieso gibt es auf dem Mond bzw. Mars kein flüssiges Wasser, obwohl die Temperaturen an manchen Punkten am Marsäquator an bis zu 20°C gehen und Salz vorhanden ist, am Mond hat man auch oft über 0°C sogar bis zu 120°C?

Ohne Druck siedet Wasser wie alle Stoffe an dem Punkt, an dem es bei Druck flüssig wäre. Sprich Temperatur<0°C gefroren; T>0°C verdampft

Stop ! Zwischen Eisen und Wasser gibt es einen winzigen aber entscheidenden Unterschied. Eisen ist ein metallisches Element, daß sich anders verhält als das Reaktionsprodukt Wasser mit seinen Ionenbeziehungen zwischen den Atomen.

Wasser bildet beim Erstarren eine Raumgitterstruktur auf, die nicht viel mit der kubisch Raumzentrierten von Eisen gemein hat.

Ich denke, daß die Energie, die man benötigt um Eisen zu schmelzen und zu verdampfen ein klein wenig höher ist, als die für Wasser.  ;)

Und Vorsicht, ich spreche hier von Eisen. Nicht von Stahl. Stahl ist ein Stoffgesmisch bei dem Kohlenstoff im metallischen Gefüge gebunden ist. Durch Zusatz von anderen Metallen wie ZB. Chrom, Molybdän, Nickel usw. läßt sich Stahl mit verschiedensten Eigenschaften herstellen. Dabei kommt es darauf an, wie Austenite, Perlite, Ferrite oder Martensite im Gefüge vorhanden sind. Durch Variationen der Korngrößen läßt sich die Härte beeinflußen.

Wer es genauer wissen möchte, der kann hier nachlesen :
http://de.wikipedia.org/wiki/Eisen-Kohlenstoff-Diagramm (http://de.wikipedia.org/wiki/Eisen-Kohlenstoff-Diagramm)

Ach ja, 1Bar Druck dürfte den Eisen herzlich egal sein ! ;D
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: runner02 am 07. August 2010, 12:12:16
Zitat
Ach ja, 1Bar Druck dürfte den Eisen herzlich egal sein !
Glaub ich nicht....

Im Vakkum verdampft das Eisen, das Phasendiagramm schaut überall gleich aus, nur Temperaturverschoben.

Das 'Eisen-Gas' (klingt ungeewöhnlich, ist aber nix anderes) fliegt in alle Richtungen davon, daher baut sich kein Druck aus, und es wird nie flüssig.

Hier http://de.wikipedia.org/wiki/Aggregatzustand#Phasendiagramme
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Meagan am 08. August 2010, 08:56:18
Zitat
Im Vakkum verdampft das Eisen, das Phasendiagramm schaut überall gleich aus, nur Temperaturverschoben.

Deshalb ist die Hülle von Raumschiffen auch aus Aluminium, sonst würde sie ja verdampfen.  ;)
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Ruhri am 08. August 2010, 11:59:53
Na, wenn das nicht mal etwa für die VTler ist! "Es gibt überhaupt keine (bemannte) Raumfahrt, weil die Außenhüllen de Raumfahrzeuge im Vakuum sofort verdampfen." Und Eisenmeteoriten kann es dann logischerweise auch nicht geben.

Runner02, ich fürchte, du hast da einen kleinen Denkfehler begangen...
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Meagan am 08. August 2010, 19:53:01
Da es hier um elektrische Antriebe geht möchte ich der Vollständigkeit halber mal die Solarflugzeuge erwähnen.

http://www.solarflugzeuge.de/ (http://www.solarflugzeuge.de/)

Da wir hier im Raumcon sind, ist speziell dieses Projekt interessant:

http://www.solarflugzeuge.de/unbemannt_skysailor.html (http://www.solarflugzeuge.de/unbemannt_skysailor.html)

Auch die Nasa hat schon ein Solarflugzeug entwickelt

http://www.nasa.gov/centers/dryden/pdf/163836main_Helios_05_02.pdf (http://www.nasa.gov/centers/dryden/pdf/163836main_Helios_05_02.pdf)

Solche Flugzeuge könnten zB. bei Langzeiterkundungen oder im Bereich der Kommunikation sehr gut eingesetzt werden. Sie können Tag und Nacht ohne Landung durchfliegen und sind billiger als Satelliten.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Schillrich am 08. August 2010, 19:56:03
Wir sind schon bei elektrischen Antrieben in der Raumfahrt ... ;)

(Sonst spreche ich bald im Merkur-Thread über Freddie Mercury ... und bei Pluto kommt sein Herrchen Micky zur Sprache.)
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: runner02 am 09. August 2010, 10:32:05
Zitat
Na, wenn das nicht mal etwa für die VTler ist! "Es gibt überhaupt keine (bemannte) Raumfahrt, weil die Außenhüllen de Raumfahrzeuge im Vakuum sofort verdampfen." Und Eisenmeteoriten kann es dann logischerweise auch nicht geben.

Nein, kann nicht sein... Ihr versteht mich falsch.

Ich sage nicht, dass das Phasendiagramm GLEICH ist, sondern GLEICH AUFGEBAUT.

Auf der Erde: bei 1300°C schmilzt Eisen, ab einer bestimmten Temperatur, sagen wir mal 2000°C verdampft es.
Im Weltraum, ohne Druck, haben die Teilchen, so sie zu schnell (=zu heiß) sind keine haftung mehr und die Teilchen einer eventuell für Millisekunden stabilen Flüssigkeit würden in den Weltraum gesaugt.

Das heißt, wenn eine Eisenplatte eines Raumschiffes im Vakuum 1300°C heiß wird, verdampft sie. Dazu muss sie nicht 2000°C haben, wie es auf der Erde der Fall wäre.

das wollte ich damit saagen.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Meagan am 11. August 2010, 21:46:32
Die Fakten sind :
Eisen schmilzt bei 1808 K (~1534,85 °C) und ist dann erst mal flüssig.
Bei 3134 K (~2860,85 °C) siedet es dann und geht in den gasförmigen Zustand über.

Bei 1000°C ist es noch fest. Dafür strahlt es aber jede Menge Licht ab.

Es schmilzt auch nicht bei einer ungefähren Temperatur. Die Stahlmetallurgie ist eine der hochentwickeltsten Wissenschaften die ich kenne. Wer es nicht glaubt, braucht sich bloß mal ein Eutektikum oder das Eisen Kohlenstoff Diagramm anzuschauen.

Ich habe trotz Recherchen keine Verbindungen zwischen Eisen - verdampfen und Vakuum gefunden.

Ich habe auch keine Referenzen zu Deiner Verdampfungstheorie gefunden.

Wenn Du Deine Aussagen belegen kannst, dann lass uns dies bitte wissen. Ein paar Links wären auch hilfreich.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Ruhri am 11. August 2010, 23:04:48
Deine Werte gelten, und da hat runner02 durchaus Recht, natürlich für den irdischen Normaldruck von 1013 hPa. Im Weltraum haben wir ca. 0 Pa, und da sieht das schon ein wenig anders aus. Die verschiedenen Aggregatzustände werden in Abhängigkeit von Druck und Temperatur aufgetragen, und bei niedrigen Druck wird ein Stoff nicht flüssig, sondern sublimiert bzw. resublimiert. Das nennt man dann Phasendiagramm (http://de.wikipedia.org/wiki/Phasendiagramm).
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: runner02 am 12. August 2010, 15:46:28
Ja, sieh dir mal als Beispiel das Wasser an. Mars und Mond haben kein flüssiges Wasser, nur Eis und Wasserdampf (am Mond hält dieser halt nicht sehr lange). Warum? Weil (fast) Vakkuum herrscht.

http://www.youtube.com/watch?v=pOYgdQp4euc&feature=related


Alle Stoffe sind ursprünglich fest/gefroren. Wenn man sie aufheizt, dann schmelzen sie unter Druck, bzw. verdampfen ohne Druck. Je mehr Druck, desto länger ist die flüssige Phase.
Nun hängt es vom Stoff ab, wie viel er erhitzt werden muss, um zu sieden.

Wasserstoff ist nur sehr kurz bzw. unter Druck fest (Jupiter-Kern) knapp über dem Nullpunkt für wenige Grad.

Sauerstoff und Methan sieden 'schon' hingegen bei -160°C

Dann das andere Extrem: Eisen.... Das muss man ziemlich stark erwärmen, aber auch es folgt eben allen Phasen.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: SteRo am 13. August 2010, 00:37:02
Dann schreib ich mal was dazu


Es gibt 3 Formen des Ionenantriebs :

1. Elektrostatischer Antrieb
Hierbei werden gase ionisiert und über ein Magnetfeld beschleunigt und mit 40Km/s ausgeströmt.
Wirkungsgrad : 75%

2. Elektrothermischer Antrieb
Bei diesem wird das Gas über ein Lichtbogen auf 20.000 Grad kelvin erhitzt und das Gas über eine Düse mit 20Km/s ausgeströmt (Ohne Verbrennung !).  
Wirkungsgrad : 20%

3. Elektromagnetischer Antrieb
Wie beim 2. wird es hierbei erhitzt aber anstatt durch eine Düse auszuströmen wird es durch ein Magnetfeld beschleunigt und dann mit 70Km/s ausgeströmt.
Wirkungsgrad : 50%


Der erste Satelit mit Ionenantrib war Deep Space 1 und Smart 1 (27% Wirkungsgrad)

Also elektrothermische Antriebe würde ich nicht zu den Ionenantrieben zählen. Die fangen an als Power Augmented Hydrazin Thruster (2km/s), gehen über Arcjets bis hin zu Triebwerken mit Microwellenerhitzung.

Der erste Satellit mit Ionentriebwerk war nicht Deep Space 1, der war lediglich der erste mit Kaufmann-Ionenantrieb.

Guck mal hier nach:
http://de.wikipedia.org/wiki/Liste_der_Raumflugk%C3%B6rper_mit_elektrischem_Antrieb

Z.B 1992 flog Eureca mit einem RIT Triebwerk, davor meist Triebwerke mit Quecksilber/Caesium-Spitzenionisation oder Teflon. Smart 1 war dann die erste wirkliche Hall Effect Thruster Anwendung.

Magnetoplasmadynamische Antriebe werden normalerweise auch nicht zu den Ionentriebwerken gezählt (Dein dritter punkt), sondern stellen eine eigene Klasse dar.

Es wurden auch scho elektrostatische Ionentriebwerke mit Ausströmeschwindigkeiten von 130 km/sec gebaut. Bisher werden im Einsatz zwar Systeme mit 30 bis 40 km/sec präferiert, aber eher aus Problemen der Energieversorgung heraus. Das alte E=0.5m*v² Problem. Schub oder Effizienz ist hier die Frage.

Vor dem Problem stehen wir gerade bei der Implememntierung eines RIT Triebwerkes in eines unserer Satelliten.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: GlassMoon am 13. August 2010, 03:10:07
Ohne gleich vom Thema wegzugehen:
Wie niedrig liegt der Wirkungsgrad von konventionellen chemischen Triebwerken, sagen wir mal bei einem LH2/LOX-Triebwerk?
Ich denke dass der Wirkungsgrad ein schlechtes Kriterium für einen Vergleich von Triebwerksarten ist.
Vielmehr sollte man vergleichen, wieviel (kinetische) Energie man pro Masse freisetzen kann. Dabei sollte allerdings die gesamte Masse berücksichtigt werden, also für elektrische Antriebe z.B. Photovoltaikzellen oder Reaktoren, Stützmasse und das eigentliche Triebwerk,
Wovon geht der "Wirkungsgrad" bei elektrischen Triebwerken überhaupt aus? We/Wkin?
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Schillrich am 13. August 2010, 08:08:38
Hallo GlassMoon

die Kennzahl zur Effizienz von Triebwerken an sich ist der spez. Impuls.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: knt am 13. August 2010, 09:40:47
Und an dem Punkt "spez. Impuls." findet sich dann auch die Krux: Will man möglichst hoch beschleunigen, braucht man einfach viel Masse die nach hinten abgestoßen wird und das ist unabhänig von der Art und Weise wie diese Masse im Triebwerk beschleunigt wird.

Das wird wohl auch ein Grund sein, wieso sich nuklear Antriebe in Trägerraketen (Reise Erde->Orbit) auch nicht durchgesetzt haben. Der Teil den man als Treibstoff einspart, wird vom Reaktorgewicht und der notwendigen Stützmasse zum Teil wieder aufgebraucht. Der Rest des Vorteil wird dann durch das höhere Risiko zu nichte gemacht.

Im Orbit schaut das aber etwas anderes aus, den dort kann man über lange Strecken, relativ gering beschleunigen.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Schillrich am 13. August 2010, 10:14:10
Hallo knt

Und an dem Punkt "spez. Impuls." findet sich dann auch die Krux: Will man möglichst hoch beschleunigen, braucht man einfach viel Masse die nach hinten abgestoßen wird und das ist unabhänig von der Art und Weise wie diese Masse im Triebwerk beschleunigt wird.

Das trifft so genau so ("einseitig") nicht zu. Schub ist Kraft, und Kraft ist die Änderung des Impulses. Impuls ist aber das Produkt aus Masse und Geschwindigkeit. Ich kann also den selben Schub entweder durch eine langsam ausgestoßene hohe Masse oder schneller ausgestoßene geringe Masse erreichen.

mathematisch:

F=\frac{dp}{dt}=\frac{d(mv)}{dt}=m\frac{dv}{dt}+v\frac{dm}{dt}

Im letzten Summanden kann für ein Zielschubniveau eine hohe Geschwindigkeit v mit einem geringen Massedurchsatz \frac{dv}{dt} kombinieren (heutige elektrische Antriebe) oder umgekehrt (heutige chemische Antriebe). Ich kann mit beiden Techniken den selben Schub erreichen, nicht nur mit der einen Option "viel Massendurchsatz".

Der spez. Impuls gibt ja gerade an, wie viel Impulsänderung (und damit "Wirkung" und "Kraft") ich aus jedem kg ausgestoßener Masse heraushole, wie effizient ich meine ausgestoßene Masse einsetze. Das Problem der hocheffizienten Antriebe ist damit gerade nicht mehr, dass sie viel Stützmasse benötigen (sie benötigen nämlich weniger), sondern der hohe (elektrische) Leistungsbedarf, um die Massen so hoch zu beschleunigen.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: runner02 am 13. August 2010, 14:33:08
Zitat
Es wurden auch scho elektrostatische Ionentriebwerke mit Ausströmeschwindigkeiten von 130 km/sec gebaut. Bisher werden im Einsatz zwar Systeme mit 30 bis 40 km/sec präferiert, aber eher aus Problemen der Energieversorgung heraus.

Wow... die solte man zur Merkur-Forschung einsetzen, wo viel Sonnenenergie zur Verfügung steht...
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: SteRo am 16. August 2010, 14:39:53
Na ja. Wenn man es ganz genau nimmt ist nicht der spez.Impuls, sonder der Systemspez. Impuls die Kenngröße für die Effizenz/Leistungsfähigkeit eines Triebwerksystems  ;). Denn dieser Wert schließt die ganzen Massen die benötigt werden um ein Triebwerk zu betreiben mit ein. Dies können Pumpen, Tanks oder auch PCUs sein. (inkl. Kompressionsfaktoren, Materialbelastungen etc.)
Der spezifische Impuls gibt zwar die Treibstoffeffizienz an, erlaubt aber nicht die Auswahl eines optimalen Systems, sondern erst der Systemspezifische Impuls.

Die atomaren Antriebe haben sich wegen einer Mischung aus Umweltschutz/Politik und schlechten Systemspezifischen Impuls nicht für den Einsatz qualifiziert. Wären aber für einen Start vom Mond oder ähnlich durchaus interessant.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: tobi am 06. Mai 2011, 21:07:06
Eine aktuelle Präsentation über aktuelle Forschung an elektrischen Antrieben in Europa:
http://spirit.as.utexas.edu/~fiso/telecon/Casaregola_5-04-11/Casaregola_5_04_11.pdf (http://spirit.as.utexas.edu/~fiso/telecon/Casaregola_5-04-11/Casaregola_5_04_11.pdf)

Besonders interessant Folie 16, hier wurde offenbar ein Perpetuum Mobile 1. Art gefunden. ;D
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Klakow am 06. Mai 2011, 23:42:10
Wir sind schon bei elektrischen Antrieben in der Raumfahrt ... ;)

(Sonst spreche ich bald im Merkur-Thread über Freddie Mercury ... und bei Pluto kommt sein Herrchen Micky zur Sprache.)
Mir fällt da spontan noch ein Film mit Eddy Murrfy (oder wie immer der sich schreibt ein), der heist da glaube ich Pluto Mash (oder so ähnlich)
 ;D
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: liam.int am 13. Mai 2011, 18:04:31
Eine aktuelle Präsentation über aktuelle Forschung an elektrischen Antrieben in Europa:
http://spirit.as.utexas.edu/~fiso/telecon/Casaregola_5-04-11/Casaregola_5_04_11.pdf (http://spirit.as.utexas.edu/~fiso/telecon/Casaregola_5-04-11/Casaregola_5_04_11.pdf)

Besonders interessant Folie 16, hier wurde offenbar ein Perpetuum Mobile 1. Art gefunden. ;D
Es steht zwar nicht in den Folien, aber die meinten bestimmt den maximal erreichbaren Schub bzw. maximal erreichbaren Isp. D.h. der angegebene Schub bei weniger Isp oder angegebener Isp bei weniger Schub.

Zumal es ist eine Zusammenfassung der Folien eines Projekts. Aber was erzähle ich da, die jenigen was damit zu tun haben wissen was gemeint ist.
 
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: vger am 07. Oktober 2011, 23:11:44
Ohne gleich vom Thema wegzugehen:
Wie niedrig liegt der Wirkungsgrad von konventionellen chemischen Triebwerken, sagen wir mal bei einem LH2/LOX-Triebwerk?
Ich denke dass der Wirkungsgrad ein schlechtes Kriterium für einen Vergleich von Triebwerksarten ist.
Vielmehr sollte man vergleichen, wieviel (kinetische) Energie man pro Masse freisetzen kann. Dabei sollte allerdings die gesamte Masse berücksichtigt werden, also für elektrische Antriebe z.B. Photovoltaikzellen oder Reaktoren, Stützmasse und das eigentliche Triebwerk,
Wovon geht der "Wirkungsgrad" bei elektrischen Triebwerken überhaupt aus? We/Wkin?
Schwer zu sagen, da nie stöchiometrische Verhältnisse vorliegen. Beim HM-7B sind es etwa 40%.

Hat eigentlich jemand von euch mal Chemie in der Schule gehabt? So viel gestochere habe ich selten gesehen (Wasserstoff mit 2 Elektronen, Eisen das im Vakuum verdampfen soll....)
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: tobi am 07. Oktober 2011, 23:38:08
@Glassmoon: Also bei elektrischen Antrieben kannst du einfach Strahlleistung durch elektrische Antriebsleistung teilen und kommst da beim PPS 1350 von Snecma (Smart-1 Triebwerk) nach meiner Rechnung auf 47% mit diesen Daten:
http://www.snecma.com/IMG/pdf/PPS1350_Anglais.pdf (http://www.snecma.com/IMG/pdf/PPS1350_Anglais.pdf)

@vger: Bist du sicher? 40% scheint mir ein wenig niedrig.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: vger am 08. Oktober 2011, 11:59:07
@Glassmoon: Also bei elektrischen Antrieben kannst du einfach Strahlleistung durch elektrische Antriebsleistung teilen und kommst da beim PPS 1350 von Snecma (Smart-1 Triebwerk) nach meiner Rechnung auf 47% mit diesen Daten:
http://www.snecma.com/IMG/pdf/PPS1350_Anglais.pdf (http://www.snecma.com/IMG/pdf/PPS1350_Anglais.pdf)

@vger: Bist du sicher? 40% scheint mir ein wenig niedrig.

43,3 % nach T. Esch, Raumfahrtantriebe, Kapitel 4.20 Abbildung 4-10 für das HM-7B

Bei Ionenantrieben ist die Berechnung einfach möglich, die Formel ist nach
http://www.bernd-leitenberger.de/elektrische-antriebe.shtml (http://www.bernd-leitenberger.de/elektrische-antriebe.shtml)
c = w * 2L / S
mit:
c: Ausströmgeschwindigkeit in m/s
w: Wirkungsgrad (0...1)
L: Leistung in Watt
S: Schub in N

Umstellen auf w:
w = c*S/2L
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: runner02 am 08. Oktober 2011, 12:30:03
Zitat
Hat eigentlich jemand von euch mal Chemie in der Schule gehabt? So viel gestochere habe ich selten gesehen (Wasserstoff mit 2 Elektronen, Eisen das im Vakuum verdampfen soll....)

hast du es mal gehabt?   ??? ::)

Bei einer gewissen Temperatur verdampft alles. Auch Eisen. Unter Vakuum verschwindet die flüssige Phase.  :-X  :-\
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: tobi am 08. Oktober 2011, 12:48:59
Bei Ionenantrieben ist die Berechnung einfach möglich, die Formel ist nach
http://www.bernd-leitenberger.de/elektrische-antriebe.shtml (http://www.bernd-leitenberger.de/elektrische-antriebe.shtml)
c = w * 2L / S
mit:
c: Ausströmgeschwindigkeit in m/s
w: Wirkungsgrad (0...1)
L: Leistung in Watt
S: Schub in N

Umstellen auf w:
w = c*S/2L

Ja genau so hab ich das oben ausgerechnet. ;)

43,3 % nach T. Esch, Raumfahrtantriebe, Kapitel 4.20 Abbildung 4-10 für das HM-7B

Bist du sicher, dass das der Triebwerkswirkungsgrad ist? Meiner Meinung ist der immer noch zu niedrig. Der Wirkungsgrad sollte mindestens 60% sein.

Ok hier eine kleine Rechnung:
Ausströmgeschwindigkeit HM7-B: 446s, also 4375m/s
http://cs.astrium.eads.net/sp/launcher-propulsion/rocket-engines/hm7b-rocket-engine.html (http://cs.astrium.eads.net/sp/launcher-propulsion/rocket-engines/hm7b-rocket-engine.html)

Die Enthalpie bei der Bildung von Wasser ist ca. 15,9 MJ/kg.

Daraus folgern wir mit Wirkungsgrad = Strahlleistung/Zugeführte Wärme

Wirkungsgrad = (0.5*4375^2)/15900000 = 60,2%  ;)
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: websquid am 08. Oktober 2011, 13:13:56
Ausströmgeschwindigkeit HM7-B: 446s, also 4375m/s
http://cs.astrium.eads.net/sp/launcher-propulsion/rocket-engines/hm7b-rocket-engine.html (http://cs.astrium.eads.net/sp/launcher-propulsion/rocket-engines/hm7b-rocket-engine.html)

Die Enthalpie bei der Bildung von Wasser ist ca. 15,9 MJ/kg.

Daraus folgern wir mit Wirkungsgrad = Strahlleistung/Zugeführte Wärme

Wirkungsgrad = (0.5*4375^2)/15900000 = 60,2%  ;)
tobi, du hast das Mischungsverhältnis vergessen, es entsteht nicht nur Wasser, sondern es bleibt auch Wasserstoff übrig:
Mischungsverhältnis LOX/LH2: 5,14:1
Da das stöchiometrische Verhältnis bei 8:1 liegt werden nur 5,14/8, also 64,25% des Wasserstoffs verbrannt. 35,75% LH2 und somit 5,82% der gesamten Treibstoffmassse bleiben unverbrannt. Somit wird hier eine Energie von nur 14,97 MJ/kg frei, damit erhalten wir sogar einen Wirkungsgrad (0.5*4375^2)/14,97E6 = 63,9% ;)
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: tobi am 08. Oktober 2011, 13:18:30
Ei Stefan, da hast du ja gut aufgepasst. ;D

Und jetzt die Preisfrage: Wo geht denn die restliche Energie hin? :o Na wer weiß es? ;)
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: vger am 08. Oktober 2011, 17:02:00
Nach meinen Lehrbüchern beträgt die freie Enthalpie von Wasser immer 268 kJ pro Mol und folglicherweise nicht 15,9 MJ/kg sondern nur 14,88. Für die H10 Stufe gibt das obige Diagramm (man findet es auch bei Messserschmidt, wenn ihr lieber dieses Buch nehmen wollt) eine Heizenergie von 10 t Treibstoff von 30 MWh also 10,8 Mj/kg für diese konkrete Mischung.

Wo die restliche Energie hin ist - relativ einfach: Restenergie im Gas (das hat ja keine Temperatur von 0K), Strahlungsenergie der Düse und Brennkammer. Das macht den Großteil des Restes aus. Der Rest sind Verbrennungs und thermische Wandverluste. Aber eigentlich gehört das nicht hierhin, es geht ja um elektrische Triebwerke.

Nur mal interessehalber hat kfelse, der diesen Thread mal begonnen hat gegsat, welche Metalle er meinte mit "Mir fallen hierbei nur 2 Metalle ein, wovon Gold das billigere ist."?

Ich kenne nämlich eine Reihe von Metallen die bei Ionentriebwereken eingesetzt wurden und keines ist so teuer wie Gold.

Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: tobi am 08. Oktober 2011, 17:13:46
Nach meinen Lehrbüchern beträgt die freie Enthalpie von Wasser immer 268 kJ pro Mol und folglicherweise nicht 15,9 MJ/kg sondern nur 14,88. Für die H10 Stufe gibt das obige Diagramm (man findet es auch bei Messserschmidt, wenn ihr lieber dieses Buch nehmen wollt) eine Heizenergie von 10 t Treibstoff von 30 MWh also 10,8 Mj/kg für diese konkrete Mischung.

Wenn die reingesteckte Enthalpie kleiner wird, steigt der Wirkungsgrad noch weiter an, weil sie im Nenner steht. Bei 10,8 MJ/kg komm ich auf erstaunliche 89% Wirkungsgrad. ;) Irgendwas musst du da falsch verstehen. Ich will ja jetzt nicht behaupten, dass im Buch ein Fehler ist...

Achja und du hast Recht, die meiste restliche Energie steckt natürlich in der Restwärme des Gases. ;)
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: vger am 08. Oktober 2011, 17:19:41
Nach meinen Lehrbüchern beträgt die freie Enthalpie von Wasser immer 268 kJ pro Mol und folglicherweise nicht 15,9 MJ/kg sondern nur 14,88. Für die H10 Stufe gibt das obige Diagramm (man findet es auch bei Messserschmidt, wenn ihr lieber dieses Buch nehmen wollt) eine Heizenergie von 10 t Treibstoff von 30 MWh also 10,8 Mj/kg für diese konkrete Mischung.

Wenn die reingesteckte Enthalpie kleiner wird, steigt der Wirkungsgrad noch weiter an, weil sie im Nenner steht. Bei 10,8 MJ/kg komm ich auf erstaunliche 89% Wirkungsgrad. ;) Irgendwas musst du da falsch verstehen. Ich will ja jetzt nicht behaupten, dass im Buch ein Fehler ist...

Achja und du hast Recht, die meiste restliche Energie steckt natürlich in der Restwärme des Gases. ;)

Ich würde natürlich schon den Ansatz bezweifeln. Ich habe den Wirkungsgrad eigentlich bei dieser themodynamischen Maschine nach den Gesetzen der kinetischen Gastheorie berechnet, ob man dies mit den Formeln für mechanische Energie machen kann wage ich zu bezweifeln, da ihr action = reactio ja schon mal 50% weglasst, so kommt man dann auch auf irreale Wirkungsgrade. Wenn ihr den Ansatz für LOX/Kerosin und UMDH/NTO wiederholt, werdet ihr das auch recht rasch bemerken ...
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: vger am 08. Oktober 2011, 17:23:16
Zitat
Hat eigentlich jemand von euch mal Chemie in der Schule gehabt? So viel gestochere habe ich selten gesehen (Wasserstoff mit 2 Elektronen, Eisen das im Vakuum verdampfen soll....)

hast du es mal gehabt?   ??? ::)

Bei einer gewissen Temperatur verdampft alles. Auch Eisen. Unter Vakuum verschwindet die flüssige Phase.  :-X  :-\
Wirklich? Also ich habs nicht nur in der Schule gehabt sondern auch noch 15 Semester auf der Uni und ich wage letztere Aussage zu bezweifeln. Demnach dürfte es auf dem Mond keine Maare geben, die aus geschmolzenem Gestein bestehen. Bei Elementen die hohe Schmelzpunkte haben spielt der Außendruck nur eine geringe Rolle. Wer Phasendiagramme richtig lesen kann, unter anderem auch die Achsenbeschriftungen kann feststellen wo die flüssige Phase stabil ist und wo nicht.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: tobi am 08. Oktober 2011, 17:37:08
Was ich hier gemacht habe, ist rausbekommene Strahlleistung/reingesteckte Energie. Wenn du jetzt meinst, ich hätte nen Fehler, musst du hier schon ne alternative Rechnung präsentieren. ;)

PS: Vielleicht meinst du noch den Vortriebswirkungsgrad, der aber bei Raketen eigentlich weniger Sinn macht.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: vger am 08. Oktober 2011, 18:23:38
Was ich hier gemacht habe, ist rausbekommene Strahlleistung/reingesteckte Energie. Wenn du jetzt meinst, ich hätte nen Fehler, musst du hier schon ne alternative Rechnung präsentieren. ;)

Angesichts des Vorbildungsgrads erspare ich mir das. Der Wirkungsgrad ist definiert im ersten Hauptsatz der Thermodynamik. Es macht recht wenig Sinn die mechanische Energie als Basis für die Berechnung zu nehmen. Die Berechnung nach der Thermodynamik (und das es sich nicht um ein mechanisches System handelt dürfte wohl unstrittig sein) verläuft darüber dass man die innere Energie des Gases im Abgas und die theoretische bei der freien Enthalpie (die auch noch zu klären wäre, da ihr ja für flüssige Treibstoffe nicht einfach die Werte von Gasen bei 293 K die in den Tabellen stehen nehmen könnt) vergleicht.

Das wird nicht eine kleine Rechnung aber sie ist machbar und die Grundlagen findet man in jedem etwas besseren Lehrbuch der physikalischen Chemie. (ich bin nicht zu faul sie zu entwickeln, nur schreibe ich nicht mehrere Seiten in einem Browserfenster das bei diesem Forum regelmäßig "steht").
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Kryo am 08. Oktober 2011, 18:32:39
solang hier keiner ne Formel, die er benutzt hat, hinschreibt, hat keiner Recht :P
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: tobi am 08. Oktober 2011, 18:53:35
Ok hier eine kleine Rechnung:
Ausströmgeschwindigkeit HM7-B: 446s, also 4375m/s
http://cs.astrium.eads.net/sp/launcher-propulsion/rocket-engines/hm7b-rocket-engine.html (http://cs.astrium.eads.net/sp/launcher-propulsion/rocket-engines/hm7b-rocket-engine.html)

Die Enthalpie bei der Bildung von Wasser ist ca. 15,9 MJ/kg.

Daraus folgern wir mit Wirkungsgrad = Strahlleistung/Zugeführte Wärme

Wirkungsgrad = (0.5*4375^2)/15900000 = 60,2%  ;)
solang hier keiner ne Formel, die er benutzt hat, hinschreibt, hat keiner Recht :P

@Kryo: Oben ist die Formel mit Zahlen, ansonsten hier nochmal mit Buchstaben
Wirkungsgrad=0.5*Ausströmgeschwindigkeit^2/(Bildungsenthalpie pro kg)

Eigentlich steht unten und oben noch der Massenstrom, den hab ich mal gekürzt. ;)

PS: Meine Formel ist gleich wie bei elektrischen Antrieben, nur das bei elektrischen Antrieben die elektrische Leistung statt der zugeführten Wärme benutzt wird.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: vger am 08. Oktober 2011, 19:22:23
Da es mehr als eine Formel ist verweise ich mal auf die Literatur:
Ernst Messerschmidt, Raumfahrtsysteme S. 194 -205. Es wäre auch noch zwischen idealem und den inneren Wirkungsgrad zu unterscheiden. Es gibt eben nicht eine Formel (es ist zwar im Endeffekt eine, nur bis ihr die Größen dort habt braucht ihr noch ein paar mehr oder Tabellenwerte die zumindest für diese konkrete Mischung nicht vorliegen). Es gibt eben Dinge die sind für Foren nicht geeignet.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: tobi am 08. Oktober 2011, 19:50:00
Angesichts des Vorbildungsgrads erspare ich mir das. Der Wirkungsgrad ist definiert im ersten Hauptsatz der Thermodynamik. Es macht recht wenig Sinn die mechanische Energie als Basis für die Berechnung zu nehmen.

Wen meinst du denn damit? :o Ich hoffe mal du spekulierst hier nicht auf irgendwelcher anderer Leute "Vorbildungsgrad", du weißt nicht wer hier im Forum was weiß, welchen Hintergrund hat oder welche Ausbildung/Studium genossen hat. Jeder qualifiziert sich hier durch seine eigenen Beiträge.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: vger am 08. Oktober 2011, 21:36:30
Das hat mit Vorbildung nichts zu tun sondern mit dem Umfang der Erklärungen. Es ist mir schlicht und einfach zu viel Arbeit alles herzuleiten.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: ilbus am 10. Oktober 2011, 08:27:25
vger,

bei der Diskussion, hier geht es schon ums Konkrette. Daher sollte man seine Aussagen auch mit handfesten Dingen begründen, wenn man ernst genommen werden möchte. Eine allgemeine Behauptung mit Hinweisen auf Grundlagen der Physik...naja ist oft nichts-sagend. Es handelt sich nun mal bei deteilierten Ausseinandersetzungen um sehr viel Hirnschmalz und durch blösses Hinweisen und "gemeint Haben" ist es nicht getan. Sogar Genies müssen ihre Mitschreiter "bei der Hand nemmen" und zu der Endaussage hinführen.

MfG. Yevgenij
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: vger am 10. Oktober 2011, 09:13:47
Ich habe eine Originalquelle für ein Beispiel genannt, die nachprüfbar ist und ich habe eine weitere Quelle für die Berechnung genannt. Das reicht aus um den Wirkungsgrad zu berechnen. Das reicht bei den Diskussionen die ich kenne aus. Ich sehe es nicht als meine Aufgabe an, hier ein Lehrbuch abzuschreiben, zumal das ganze sowieso off-topic ist. Es geht ja um elektrische Triebwerke, nicht chemische.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: ilbus am 10. Oktober 2011, 09:46:58
vger,

es ist natürlich verständlich. Doch leider haben nicht alle den (schnellen) Zugang zu den Quellen. Es hat sich hier einfach bewährt,  nach Möglichkeiten vor Allem dementierende Aussagen konkret darzulegen, um den Gedankengang bzw. die Argumentation schnell nachvollziehen zu können. Es ersparrt den Diskutanten einfach eine Menge Zeit. Es geht zügiger voran und man kommt schneller zu einer Verständigung, rutscht nicht ins Offtopic aus.

Es ist gut gemeint und soll keine Aufgabenauftrageung sein.

Privet
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: vger am 10. Oktober 2011, 14:29:07
Wie schon gesagt. ich will die Antwort nicht schuldig bleiben, nur ist es eben nicht eine formel. der thermodynamische wirkungsgrad der auch Verluste in der Brennkammer und sie berücksichtigt ist definiert nach

w = (1 + v²) / (v² + (1/(c²/(2*dHo))))

mit v = u/c
dH0 = Differenz der freien Enthalpien der Edukte und Produkte
u = Geschwindigkeit der AbGase  beim Verlassen der Düse in m/s
c = theoretische Geschwindigkeit der Gase in m/s bei idealer Expansion

Von diesen Größen ist aber nur u bekannt. Alle anderen müssen durch andere Berechnungen gewonnen werden und daher kann ich eben nur die Angabe wiedergeben die andere für diesen Antrieb berechnet haben (siehe Quelle), weil die anderen Größen zur Berechnung fehlen. Es hat daher nichts mit nicht wollen zu tun, sondern wie ich schon geschrieben habe ist es ein bisschen zu komplex um es einfach in einer Formel auszudrücken, außer jemand hat die Werte für das HM-7B zufälligerweise parat.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: tobi am 10. Oktober 2011, 16:14:53
Du hast da glaub ich eine Klammer zu vergessen und wie die Einheiten zusammenpassen, verstehe ich gerade nicht. Das v ist die Division zweier Geschwindigkeiten also Dimensionslos und die Enthalpie ist z.B. J/kg und die Wurzel dann m/s, der Kehrwert dann s/m und das ziehst du dann von v², also etwas Dimensionslosem ab?
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: vger am 10. Oktober 2011, 22:57:21
Ich habe eine Klammer vergessen und aus einem + ein Minus gemacht. Sorry. Ich habe jetzt die Wurzel durch einen anderen Therm aus demselben Lehrbuch ersetzt und jetzt müssten auch die Einheiten stimmen.

Es gibt übrigens da noch einige Definitionen mehr, so den inneren Wirkungsgrad, der äußere Vortriebswirkungsgrad und der Vortriebswirkunggrad zur reaktionsbeschleunigung. Zumindest der erste ist deckungsgleich mit deiner Definition, erfasst aber nach T. Esch keine Strahlverluste und Verbrennungsverluste.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Nick am 20. April 2012, 13:53:00
Hallo,

Hat mal jemand was von "electrodeless" (dh "cathodless" und "anodeless") electric propulsion gehoert? Scheinbar ist es jetzt einer Firma gelungen eine solche Technologie herzustellen:
http://www.satnews.com/cgi-bin/story.cgi?number=1922780282 (http://www.satnews.com/cgi-bin/story.cgi?number=1922780282)

Inwiefern differenziert sich diese Technologie von herkoemmlichen elektrischen Antrieben? Hat da jemand einen Schimmer?
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Kryo am 20. April 2012, 15:14:50
Zitat
Abstract

A thruster has a chamber defined within a tube. The tube has a longitudinal axis which defines an axis of thrust; an injector injects ionizable gas within the tube, at one end of the chamber. A magnetic field generator with two coils generates a magnetic field parallel to the axis; the magnetic field has two maxima along the axis; an electromagnetic field generator has a first resonant cavity between the two coils generating a microwave ionizing field at the electron cyclotron resonance in the chamber, between the two maxima of the magnetic field. The electromagnetic field generator has a second resonant cavity on the other side of the second coil. The second resonant cavity generates a ponderomotive accelerating field accelerating the ionized gas. The thruster ionizes the gas by electron cyclotron resonance, and subsequently accelerates both electrons and ions by the magnetized ponderomotive force.

das hier habe ich über die Homepage der firma gefunden. irgendwie wird das gas über mikrowellen ionisiert? kann das sein? Mit der Resonanzfrequenz der Elektronen? Mit einem Magnetfeld werden dann die Ionen und freien Elektronen beschleunigt.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Nick am 20. April 2012, 15:47:22
Vielen Dank fuer deine Recherchen. Das macht die Sache schon etwas klarer.
Obwohl mir die Technologie immer noch nicht zu 100% klar is haette ich eine weitere Frage zum Thema:
Inwiefern ist dies eine Weiterentwicklung zu herkoemmlichen elektrischen Antrieben? Was ist der Vorteil von "electrodeless electrical propulsion"?
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Kryo am 20. April 2012, 19:33:59
es gibt 3 verschiedene "Hauptgruppen" von elektrischen Triebwerken.

1. Elektrothermische Triebwerke: Heizen einfach mit Strom den Treibstoff aus, und funktionieren ab dann wie ein chemisches Triebwerk, Expansion durch eine Düse

2. Elektrostatische Triebwerke (meist mit Ionentriebwerk benannt): Ionen werden in einem elektrischen Feld beschleunigt. Normalerweise wird das Feld eben mit Elektroden aufgebaut und dann die Ionen beschleunigt. Beachten muss man dabei, dass die Ionen nach dem Beschleunigen unbedingt neutralisiert werden müssen, sonst würden sie ja nach dem Austreten aus dem Triebwerk wieder durchs elektrische Feld zurückgezogen werden. Der Neutralisator scheint jedoch ein anfälliges und relativ begrenzt haltbares Teil zu sein, worin dann der Vorteil der Triebwerke ohne Elektroden bestehen würde.


3. Magnetoplasmadynamische Triebwerke (MPD): Ionen werden nicht durch ein elektrisches Feld, sondern durch ein Magnetfeld und der Lorentzkraft beschleunigt.


Gut sieht mand as an der folgenden Tabelle, habe ich aus einer Präsentation des IRS der Stuttgarter Universität

(http://www.raumfahrer.net/forum/yabbfiles/Attachments/up020030.png)
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Matjes am 20. April 2012, 19:46:12
Hallo Nick

Elektrische Triebwerke sind eigentlich immer ziemlich ähnlich aufgebaut.
1) Eine Zuführung der Stützmasse
2) Ionisationskammer
3) Heizkammer
4) Beschleunigungsstrecke

Wie jede einzelne Aufgabe erfüllt wird, wird bei den unterschiedlichen Triebwerken verschieden gelöst. Es gibt zum Beispiel Triebwerke mit Anode und Kathode, die einen elektrischen Strom benutzen um zu heizen und gleichzeitig die Stützmasse  zu beschleunigen. Leider werden die Anoden dabei sehr heiß. Obwohl die Anoden aus richtig gutem Material sind, die Lebensdauer der Anoden sind begrenzt. In Einzelfällen werden hohle Anoden benutzt, die von innen her gekühlt werden können.

Deshalb wird intensiv an Triebwerken ohne Anode geforscht. In die Heizkammer werden häufig elektromagnetische Wellen eingespeist, die Frequenzen im Radiobereich einspeisen (siehe RITA aus München und genauso VASIMR). Leider ist der Wirkungsgrad der Erzeugung der Radiowellen ziemlich mies. Hinten dran kommen als Beschleunigungsstrecke magnetische Felder, die durch Magnete erzeugt werden. Daher auch das Interesse an supraleitenden Magneten.

Sehr spannend finde ich das Smart Triebwerk, daß eigentlich eine russische Erfindung ist. Durch eine originelle Anordnung der Spulen vermeidet man hohe Raumladungsdichten und das Triebwerk kann sehr klein und leicht gebaut werden. Damit ist die SMART Sonde zum Mond geflogen. Es hat hunderte Stunden ohne Probleme gearbeitet

Meine persönliche Meinung ist, daß elektrische Triebwerke heute schon ganz toll arbeiten. Das eigentliche Problem ist, woher ich die elektrische Energie zum Betrieb der elektrischen Triebwerke bekomme. Um richtigen Schub zu erzeugen braucht man richtig viel Power.

Gruß von Matjes
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: GG am 20. April 2012, 21:10:23
Ionen werden nicht durch ein elektrisches Feld, sondern durch ein Magnetfeld und der Lorentzkraft beschleunigt.

Die Lorentzkraft wirkt doch aber senkrecht zur Bewegungsrichtung geladener Teilchen. Kommt es da nicht nur zu einer Richtungsänderung? Benötigt man zur Beschleunigung nicht trotzdem ein elektrisches Feld?
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Kryo am 20. April 2012, 22:24:59
GG, erklär ich dir, wenn ich die entsprechende Vorlesung gehört habe^^ also innerhalb der nächsten 12 Wochen :D

bei wiki ists aber auch mit bildchen erklärt. das feld ist radial oder sowas...
http://de.wikipedia.org/wiki/Magnetoplasmadynamischer_Antrieb (http://de.wikipedia.org/wiki/Magnetoplasmadynamischer_Antrieb)
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: GG am 20. April 2012, 23:02:39
Bei der VASIMR-Grafik sieht man, dass die Magnetfelder dafür da sind, das ionisierte Gas zu einem Strahl zu bündeln und beim Austritt von der Düse fernzuhalten. Das können Magnetfelder.

Die anderen beiden Grafiken sind leider nicht so aussagekräftig. Ich könnte mir aber vorstellen, dass man die MF so einsetzt, dass sie die erhitzten, ionisierten Gase auf einer gebogenen Bahn zu einem zentralen Strahl bündeln. Die damit verbundene Druckerhöhung sorgt dann für die zusätzliche Beschleunigung. Auch das Konzentrieren kann die Lorentzkraft leisten.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Matjes am 20. April 2012, 23:50:11
Super Debatte

kann man mit der Lorentz-Kraft beschleunigen? Nehmen wir bitte als Beispiel die elektrische Entladung.
Also ein elektrisches Triebwerk mit Kathode. Die mit der schlechten Haltbarkeit.

F = v x B als Vektorengleichung stehen alle senkrecht aufeinander.

Die Kraft muß aus dem Triebwerk herausgehen. Das ist das Ziel.

v ist die Geschwindigkeit der Elektronen, die aus der Kathode austreten und senkrecht zur Anode gehen. Sie treffen unterwegs als schnelle Elektronen das Plasma der Stützmasse und übertragen zusätzlich Wärme. Und sie sind senkrecht zur erwünschten Beschleunigung der Stützmasse.

Ihr merkt. Es kommt noch auf B an. B muß senkrecht stehen zu v und senkrecht zur Kraft. B ist das Magnetfeld. Aber wie muß B aussehen. Senkrecht, dann bleibt für B nur noch was. Es muß Radial sein. Die Magentfeldlinien werden durch Kreislinen um die Kathode beschrieben. Und darauf kommen nur Russen. Das war der neue Ansatz des Smart Triebwerks. Ihr merkt schon, daß ich das Smart-Triebwerk geil finde.

Und ich habe es anfänglich auch nicht geglaubt, daß man durch die Lorentz-Kraft ein Triebwerk bauen kann.

Gruß Matjes
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: GG am 21. April 2012, 16:10:48
Habe ich immer noch nicht richtig geschnallt. Eine Skizze wäre vielleicht hilfreich.

Die Elektronenströme gehen radial ab. Man kann sie also mit geraden Leitern vergleichen, deren Magnetfeldlinien als Kreise um diese erscheinen würden. Wie sieht dann das Gesamtfeld aus. Am Ende soll es natürlich die Ionen in Richtung Ausgang beschleunigen und das könnte klappen.

Ich kann mich noch an die verschlungenen Leiterbahnen der felderzeugenden Spulen bei einem Kernfusionsversuchsreaktor (ich glaube es war ein Wendelstein-Stellerator) erinnern. Hier bestimmt letztlich auch das Zielfeld die Form der Spulenwindungen.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Matjes am 21. April 2012, 18:26:41
Hallo GG

die beste Seiten, die ich auf die schnelle dazu finde ist:
http://meyweb.physik.uni-giessen.de/EP-Antrieb/tuts/typen/typen.html#hall (http://meyweb.physik.uni-giessen.de/EP-Antrieb/tuts/typen/typen.html#hall)
http://smart.esa.int/science-e/www/object/index.cfm?fobjectid=34201&fbodylongid=1538 (http://smart.esa.int/science-e/www/object/index.cfm?fobjectid=34201&fbodylongid=1538)

Der Antrieb von Smart-1 wird als Hall-Triebwerk bezeichnet, weil es den Hall-Effekt ausnutzt.
Bei den Quellen steht auch etwas zu den anderen elektrischen Triebwerken.

Am Montag suche ich dann noch mal gründlicher.

Gruß Matjes
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: GG am 21. April 2012, 23:07:54
Danke, jetzt ist der Groschen gefallen.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Rücksturz am 23. Januar 2016, 20:52:43
Ich lasse diesen alten Thread mal wieder aufleben!  8)

"KBKhA Woronesch testet elektrisches Triebwerk
Das Konstruktionsbüro für Automatisation der Chemie (KBKhA) teilte am 13. Januar 2016 mit, dass man auf einem Vakuumprüfstand eine Reihe von Tests mit einem speziellen elektrischen Triebwerk erfolgreich abgewickelt habe."

Weiter geht es mit einem Artikel von Thomas Weyrauch auf der Portalseite:
http://www.raumfahrer.net/news/raumfahrt/22012016145325.shtml (http://www.raumfahrer.net/news/raumfahrt/22012016145325.shtml)

LG
Rücksturz
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Martin am 18. Februar 2016, 09:33:06
Die NASA hat einen Vertrag zur Entwicklung eines 100kW Hall Triebwerksystems an Aerojet-Rocketdyne vergeben.  Ebenfalls enthalten ist die Entwicklung eine 250kW Triebwerkes basierend auf AR's multi-channel Nested Hall Thruster technology sowie wichtige Elemente einer modularen 100-kilowatt Power Processing Unit (PPU) und Teile eines modularen Xenon Foerdersystems. Wert des Vertrages ist 2,5Mio USD.

http://www.spacedaily.com/reports/Aerojet_Rocketdyne_to_help_develop_high_powered_Nested_Hall_Thruster_system_999.html (http://www.spacedaily.com/reports/Aerojet_Rocketdyne_to_help_develop_high_powered_Nested_Hall_Thruster_system_999.html)
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: jdark am 18. Februar 2016, 09:53:05
Wie soll eigentlich die >100kW Stromversorgung gelöst werden? Mit qkm großen Solarzellen?
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: TWiX am 18. Februar 2016, 10:12:32
Wie soll eigentlich die >100kW Stromversorgung gelöst werden? Mit qkm großen Solarzellen?
Na ja, schon herkömmliche Solarzellen liefern bisweilen 100 Watt pro Quadratmeter, das wären dann für 100 KW nur 1.000 Quadratmeter.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Klakow am 18. Februar 2016, 12:33:43
Es gibt derzeit faltbare Solarsysteme mit ca. 10m Durchmesser und ca. 35kW Leistung auf dem Erdorbit. Diese haben ca. 150kg Masse.
Gute Antriebe können in der Regel mit verschiedenem ISP arbeiten, derzeitige Laborsysteme gehen bis zu 190km/s bei 250kW und 2,5N aus.
Das ist zwar sehr gut was den Treibstoffverbrauch betrifft, aber schlecht für den Energiebedarf da dieser mit ~v² ist.
Für 250kW braucht man heute ca. 1150kg Solarsysteme.
Arbeitet man mit nur 30km/s, sinkt der Energiebedarf um den Faktor 40, der Treibstoffbedarf steigt um den Faktor 6,3 und der Schub steigt um den selben Faktor.

Der Wirkungsgrad ist sicher so das ca. 400W/m² in Erdnähe erreichbar sind.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: tomtom am 18. Februar 2016, 14:06:01
Gute Antriebe können in der Regel mit verschiedenem ISP arbeiten, derzeitige Laborsysteme gehen bis zu 190km/s bei 250kW und 2,5N aus.

190km/s - dafür hätte ich gerne eine Quelle.

Die Aerojet-Rocketdyne Beauftragung bezieht sich wohl auf das X3 Triebwerk, in dem praktisch 3 Systeme in einem integriert sind (daher multi-channel). Der innere Ring wird mit 60 kW betrieben, der mittlere mit 100kW und der äußere mit 150 kW. Gemessen wurde dabei ein maximaler Druck von 1518 mN und ein ISP von 1840s.

http://pepl.engin.umich.edu/pdf/IEPC-2015-125.pdf (http://pepl.engin.umich.edu/pdf/IEPC-2015-125.pdf)
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Klakow am 18. Februar 2016, 14:49:09
Deinem Wunsch entsprechend hier:
http://www.esa.int/gsp/ACT/pro/projects/ds4g_overview.html (http://www.esa.int/gsp/ACT/pro/projects/ds4g_overview.html)
und hier:
http://www.esa.int/gsp/ACT/pro/projects/ds4g_description.html (http://www.esa.int/gsp/ACT/pro/projects/ds4g_description.html)

Eine Zahl ist sehr bedeutend, das Ding würde nur 1kg Masse haben bei 20cm Durchmesser und 250kW Leistung, 193km/s und 2,5N.

Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: tomtom am 18. Februar 2016, 15:58:32
Eine Zahl ist sehr bedeutend, das Ding würde nur 1kg Masse haben bei 20cm Durchmesser und 250kW Leistung, 193km/s und 2,5N.
ok, 193km/s für dieses experimentelle System.
Die Angaben 20cm, 250 kW, 2,5N sind dann schon wieder Theorie:
Zitat
... it was calculated that a single 20 cm diameter gridded ion thruster could operate at 250 kW power to produce a 2.5 N thrust and a specific impulse of 19,300 s from Xenon propellant using a 4-grid system with 30 kV beam potential and 1 mm ion extraction grid separation.
Tatsächlich waren es 25kW und 0,45 N Schub.
http://www.alta-space.com/hiper/publications/SP2010_1852027.pdf (http://www.alta-space.com/hiper/publications/SP2010_1852027.pdf)
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Klakow am 18. Februar 2016, 16:45:13
Wenn ich mich nicht irre war die Effektivität von beiden Systemen ziemlich ähnlich (sehr hoch).
Die wesentlichen Verluste von Beiden steckt im Aufwand zur Ionisierung vom Xenon Gas drin, die anderen Verluste sind eher klein.
Bei beiden ist eine Variation vom ISP wohl in einem weiten Bereich möglich.
Bei DS4G lässt aber die Lebensdauer bei relativ kleinem ISP (3000s) nach.
Da zumindest das DS4G für mich sehr einfach aus sieht und leicht ist, steht dem parallelen Einsatz mit recht vielen Triebwerken wenig im Wege,
damit ergibt sich die Möglichkeit ein Optimum zwischen Treibstoffbedarf und Reisezeit zu wählen.
Ich vermute beide Systeme sind in den Kernbereichen sehr ähnlich.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Jesterhead am 22. Februar 2016, 19:18:38
Mal eine etwas andere Idee für einen elektrischen Antrieb:
Könnte man nicht eine Art Space Tether benutzen, um einen (zugegeben sehr geringen) Schub zu erzeugen?
Es gibt ja bereits das Konzept, mit Hilfe von Space Tethern elektrische Energie zu gewinnen. Könnte man das ganze nicht umgekehrt benutzen, indem man an einem kleinen Satelliten ein sehr langes, leitfähiges Kabel befestigt und Strom hindurchfließen lässt? Man müsste das ganze dann so am Magnetfeld der Erde (oder eines anderen Himmelskörpers) ausrichten, dass dieses Kabel mit der Kraft F=B*I*L nach vorn gedrückt werden würde.

Zugegebener maßen wäre der Schub recht gering bzw es wäre ein recht hoher Energieaufwand nötig um genügend Schub für ein Manöver aufzubringen, aber dennoch würde mich interessieren, was Ihr von diesem Konzept haltet.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: RaumRostock am 22. Februar 2016, 20:16:29
Ein Tether, also Seil ist jetzt nicht so ideal für schubkräfte. Müsste eher ein Stab sein und dass wird dann wieder recht aufwendig. Wäre wohl sinnvoller damit Strom zu generieren für den elektronischenAntrieb
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Jesterhead am 22. Februar 2016, 20:37:17
Würde das generieren des Stromes auf diese Art und Weise nicht eine Bremswirkung haben? Schließlich wird ja kinetische in elektrische Energie umgewandelt. Würde man diese Energie wieder zum Antrieb nutzen hätte man selbst bei einem hohen Wirkungsgrad einen Energieverlust.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: holleser am 23. Februar 2016, 07:03:06
Bisherige Versuche waren umgekehrt. Ein langer leiter wurde durch das Erdmagnetfeld gezogen, es wurde ein Strom Induziert.

Das System kann also auch umgekehrt verwendet werden.
Je nach Stromflussrichtung kann dann abgebremst oder beschleunigt werden.

Das Seil muss dann in Zugrichtung ausgerichtet werden.

Ein Theter kann sich aber nur vertikal nach unten oder oben ausrichten.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Schillrich am 23. Februar 2016, 07:37:39
Guten Morgen zusammen

Ein Tether, also Seil ist jetzt nicht so ideal für schubkräfte. Müsste eher ein Stab sein und dass wird dann wieder recht aufwendig. ...

...
Das Seil muss dann in Zugrichtung ausgerichtet werden.

Ein Theter kann sich aber nur vertikal nach unten oder oben ausrichten.

Ich denke das ist nicht so (oder ich verstehe euch falsch). Ein Seil kann zwar keine Querkräfte von einem Ende ans andere übertragen. Aber hier wirkt die Querkraft an/in jedem Stückchen Seil selbst. Also jedes Stückchen hat selbst das Bestreben sich quer zur Stromrichtung bewegen, da das Seil selbst in sich die Kraft erzeugt.

Außerdem: wenn dem o.a. so wäre, würde auch die Strom-/Spannungszeugung im Seil nicht funktionieren. Da wirkt ja auch eine bremsende Kraft im Seil und auf den Satelliten.

Also ein Tether kann mit seinen "inneren Querkräften" umgehen ...
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Schillrich am 23. Februar 2016, 07:59:00
... Wäre wohl sinnvoller damit Strom zu generieren für den elektronischenAntrieb

Das wäre doch ein perpetuum-mobile oder Baron Münchhausen, der sich am eigenen Schopf aus dem Schlamm zieht. Die elektrische Leistung im Tether gibt es nicht zum Nulltarif, sondern wird aus der Bewegung durch das Magnetfeld gewonnen. Das Tether wird gebremst. Wenn man dann damit den elektrischen Antrieb betreibt ... das wäre bestenfalls ein Nullsummenspiel, real mit Verlusten funktioniert das nicht.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: holleser am 23. Februar 2016, 09:02:17
Das das Seil selbst mit den erzeugten Kräften klar kommt ist nicht das Problem.
Ein Tehter kann diese Kraft aber nur in Zugrichtung übertragen.
Ohne Strom wird sich das Seil vertikal nach oben oder unten ausrichten. Gibt man dann den Strom auf das Seil, ist die Kraft orogonal zum Strom, da das Seil auf einer Seite aber an einer Masse befestigt ist wird sich das Seil neu Ausrichten, dabei verändert es aber den Winkel zum Erdmagnetfeld, hierdurch wird die Kraft schwächer.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Magellan am 23. Februar 2016, 11:04:04
Zitat
Gibt man dann den Strom auf das Seil,
Das versteh ich jetzt nicht - vom Sat aus gibt man Strom auf das Seil? Auf ein einseitig am Sat baumelndes Seil? Und wohin fließt der Strom ? Nennenswerte Sprühentladung an Spitzen gibt es erst ab 50000V, aber auch nicht im Vakuum ;)
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: holleser am 23. Februar 2016, 11:43:32
Entweder muss am Ende des Seils ein Eimer hängen, der den dort austretenden Strom auffängt,

oder

es wird etwas in der Art des anfan ger 90er von mit STS 46 gestartetem „Tethered Satellite Systems“ (TSS) verwendet.
Ich kenne zwar den Aufbau nicht, aber wenn hier Leistung im Kilowatt bereich erzeugt wurde, dann muss das System auch umgekehrt als Antrieb dienen können.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Jesterhead am 23. Februar 2016, 16:43:34
Zitat
Gibt man dann den Strom auf das Seil,
Das versteh ich jetzt nicht - vom Sat aus gibt man Strom auf das Seil? Auf ein einseitig am Sat baumelndes Seil? Und wohin fließt der Strom ? Nennenswerte Sprühentladung an Spitzen gibt es erst ab 50000V, aber auch nicht im Vakuum ;)

Ich könnte mir das so vorstellen, dass man zwei Satelliten nimmt, welche mit dem Space Tether verbunden sind. Der Strom fließt dann von einen auf den anderen, als würde man in diesem einen Akku laden.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Magellan am 23. Februar 2016, 19:26:34
Das ist dann immer noch kein Stromkreis.
Wenn es denn ginge (!) würde das die eine Schachtel positiv und die andere negativ aufladen. Bis es nicht mehr geht.
Also da brauchen wir das Gedankenexperiment wohl nicht weiterführen...
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Jesterhead am 23. Februar 2016, 20:16:53
Das ist dann immer noch kein Stromkreis.

Du hast vollkommen recht. Hab da zwar an eine Art zweiadriges Kabel gedacht, jedoch nicht bedacht, dass in diesem Fall ja die beiden Adern einen schub in jeweils entgegengesetzte Richtungen erzeugen würde.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Doc Hoschi am 23. Februar 2016, 23:33:23
Ich glaube hier liegt ein Denkfehler vor.
Space Tethers für elektrodynamische Anwendungen sind keine geschlossenen Stromkreise im koventionellen Sinn sondern offene Systeme, d.h. eine Seite muss Elektronen einsammeln, die andere ausstoßen. Das Plasma der Magnetosphäre besitzt auf entsprechender Höhe noch ausreichend freie Ladungsträger.
Wie kompliziert das ganze z.B. mit Elektronenemitter an der negativen Seite des Tethers dann schnell wird, sieht man nicht zuletzt im entsprechenden Wikieintrag: https://en.wikipedia.org/wiki/Electrodynamic_tether (https://en.wikipedia.org/wiki/Electrodynamic_tether)

Space tethers als Antriebe werden speziell in Japan intensiver erforscht:
Siehe Kounotori 6 (Start Ende 2016) oder STARS-II (erfolgter Start: 2014).

Auch Tethers Unlimited in den USA hat hier bereits umfangreiches Wissen angesammelt:
Siehe Studien µPET™, Terminator Tape™ (ok, arbeitet nicht nur elektrodynamisch, sondern auch aerodynamisch) oder das Momentum-eXchange/Electrodynamic-Reboost (MXER)-Konzept. Zu letzterem gibt es übrigens ein recht schönes Video auf Youtube, welches allerdings nichts mit dem Threadthema zu tun hat, da dort die anschließende Erhöhung des Orbits durch das elektrodynamische Prinzip leider nicht mehr gezeigt ist.
Glaube jedenfalls nicht, dass ein solches System wie MXER jemals umgesetzt werden wird.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Schillrich am 24. Februar 2016, 07:19:46
Die MXER-Schleuder sieht ja witzig aus ... :) ... spannend:
https://www.youtube.com/watch?v=mPx1Nq80jm8 (https://www.youtube.com/watch?v=mPx1Nq80jm8)

(Sie betonen im Video mit der Detailaufnahme irgendwie sehr die Rotations-Gelenkmechanik ...)
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: tomtom am 20. April 2016, 20:10:18
Die NASA beauftragt Aerojet Rocketdyne für 67 Mio $ für 36 Monate per cost-plus-fix-fee-Vertrag mit der Entwicklung eines verbesserten SEP-Antriebs. Dieser soll eventuell im Rahmen der ARM-Mission zum Einsatz kommen.

http://www.nasa.gov/press-release/nasa-works-to-improve-solar-electric-propulsion-for-deep-space-exploration (http://www.nasa.gov/press-release/nasa-works-to-improve-solar-electric-propulsion-for-deep-space-exploration)
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: tomtom am 27. April 2016, 10:52:46
Die ESA testet am ESTEC das neue T6 Ionentriebwerk von QinetiQ (UK). Vier davon werden bei BepiColombo zum Einsatz kommen.

(https://www.raumfahrer.net/forum/yabbfiles/Attachments/up062172.jpg)
Copyright: NASA/JPL (warum auch immer) (http://www.esa.int/spaceinimages/Images/2016/04/T6_ion_thruster_firing)
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: RaumRostock am 30. August 2016, 20:34:55
http://www.iflscience.com/technology/mars-and-back-one-tank-magnesium/ (http://www.iflscience.com/technology/mars-and-back-one-tank-magnesium/)

gibt es bei dem Thema eigentlich irgendwelche Neuigkeiten? Wird das irgendwo gefördert/ verwendet?
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Youronas am 30. August 2016, 20:59:32
Bei NSF gibt es neuerdings einen Thread zu Neumann-Space, wo unter anderem ein aktuelles Interview mit Paddy Neumann bei "The Space Show" verlinkt ist. Bin selbst leider noch nicht dazu gekommen reinzuhören.

NSF-Thread: http://forum.nasaspaceflight.com/index.php?topic=40918.0 (http://forum.nasaspaceflight.com/index.php?topic=40918.0)
Interview: http://www.thespaceshow.com/show/02-aug-2016/broadcast-2749-patrick-paddy-neumann (http://www.thespaceshow.com/show/02-aug-2016/broadcast-2749-patrick-paddy-neumann)
Firmenhomepage: http://neumannspace.com/ (http://neumannspace.com/)
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: RaumRostock am 01. September 2016, 20:37:52
Wow, die genannten Werte hören sich echt gut an.
Nur 1/8 an elektrischer Leistung im Vergleich zu Hall-Triebwerken. :)
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: RaumRostock am 03. Oktober 2016, 09:53:37
Es sowohl ab 2018 für ein Jahr an der ISS getestet werden  :)
Das sind doch mal tolle Neuigkeiten.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Klakow am 03. Oktober 2016, 20:29:01
Wenn das ein Antrieb mit Impulserzeugung mittels Redaktionsmasse ist, ist die Aussage 1/8 der Leistung ziemlicher Unsinn, weil es dann auch bedeutet weniger Schub bei gleichem ISP.
Bei Elektrischen Triebwerken muss immer Energie für die Beschleunigung des Mediums aufgewendet werden, egal was man mit sowas macht, man kann maximal 100%-x herausholen.
Ubliche System ionisieren ein Gas und bescleunigen es dann mit elektrischen/magnetischen Feldern.
Dabei kommt man bis über 70%, also sagt 1/8 kaum was aus.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Oh_Brain am 04. Oktober 2016, 14:54:57
Was ist eigentlich mit den AdAstra Vasimir? Der sollte auch mal auf der ISS getestet werden. Scheitert wohl alles an der Energieversorgung.

Gibt es zu diesen Neumann Drive Informationen wie das Leistungsverhältnis Energiezufuhr / Schub aussieht? Wenn das in diesen milliNewton Bereich bleibt, aber hohe KW oder sogar MW Leistung braucht, ist das auch nur wieder ein huibuh.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Klakow am 04. Oktober 2016, 18:32:34
VASIMR ist meiner Meinung schon Überholt, nicht weil er uneffizient ist sonder ziemlich viel Masse hat. Es gibt zwei andere Entwicklungen mit ähnlicher Effizienz aber viel kleinerer Masse und zwar ein Super-Halleffekt Triebwerk mit mehr als 2N und DS4G mit 2,5N bei 250kW und sehr hohem ISP.
Beide Systeme bauen sehr viel kleiner und leichter als VASIMR.

Von der Effizienz sind sie sich alle ähnlich also je nach Medium und gewähltem ISP über 70%.
Leider hört man von DS4G schon lange nichts mehr neues,  aber ganz wundern tut mich das nicht, die Testmuster wurden als europäsch/australiches Projekt entwickelt.
Zumindest habe ich keine Gründe gehört warum es da nicht weiter ging.
Möglicherweise sind das auch politische Gründe weil es damit vielleicht billiger wäre leichtere Satelliten mit primärem DS4G Motor zu bauen und damit der Ariane das Wasser abzugraben.
Von den Leistungsdaten sind beide Systeme super, es fehlt dann nur noch leichte Solasysteme und alles ab LEO wird sehr viel besser.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: HausD am 04. Oktober 2016, 20:05:49
Wurde LIPS-300 schon erwähnt?       Gruß, HausD
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Doc Hoschi am 05. Oktober 2016, 08:39:31
Eine hübsche Übersicht aller bisher geflogener (und in absehbarer Zeit startender) elektrischer Antriebe (zu gefühlten 95% Ionenantriebe) findet sich übrigens hier: https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_spacecraft_with_electric_propulsion (https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_spacecraft_with_electric_propulsion)
Darunter finden sich unter anderem auch die geplanten chinesischen Ionenantriebe LIPS-200 und LIPS-300

Edit: Da ist schon ganz schön was geflogen.... :D

Edit 2: Leider fehlen bei den geplanten Starts zukünftige geplante Satelliten von Boeing (u.a. SES-15) oder Airbus Defense and Space (SES-12) mit Ionenantrieben
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Klakow am 05. Oktober 2016, 10:11:48
Das ist schon war nur kommen erst in letzter Zeit Antriebe zum Einsatz die mehr können als Bahnen auf GEO zu ändern.
Mir scheind es schon so zu sein als kommen immer leistungsfähigere Antriebe zum Einsatz und im selben Maß gibt es weniger Treibstoff für ein chemisches Triebwerk.
Für Sat Betreiber bedeutet dies das dem Satelliten auf seiner Bahn nicht nur viel längere Treibstoffreserven zur Verfügung stehen, zusätzlich stehen den Transpondern auch viel mehr Energie zur Verfügung.
Ich hoffe diese Entwicklung geht zügig voran bis die auch als Antriebe für bemannte Missionen BEO sinnvoll zu gebrauchen sind.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: RaumRostock am 05. Oktober 2016, 21:27:29
Die 1/8 elektrische Leistung waren auf folgenden Satz auf der Firmenseite bezogen.

Zitat
That means you need about the same amount of fuel to get somewhere as if you’d used a Hall Effect Thruster system, though the HET will need about one-eighth of the mass of solar panels to keep it moving.
http://neumannspace.com/blog/fuel-of-the-week-aluminium/ (http://neumannspace.com/blog/fuel-of-the-week-aluminium/)

Der Neumann-antrieb spart sich halt die ganze Xenon-Struktur, vielleicht kommt es daher zur besseren Effizienz.

Ich denke bei den elektrischen Antrieben wird uns noch großes Erwarten.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Klakow am 05. Oktober 2016, 22:52:05
Xenon ist ziemlich einfach zu lagern, es braucht nicht viel druck bei moderaten Temperaturen und hat keine Tendenz durch die Tankwand zu diffundieren. Noch dazu ist es sehr dicht, braucht also wenig Raum. Bei höherem ISP mittels Xenon spielt die Ionisationsenergie keine große Rolle mehr.
Die beste Stellschraube ist derzeit die Masse der Solarzellen, da ist mit kein System bekannt mit weniger als 4,5kg/kW.
Gut wird es mit unter 2kg/kW und unterhalb von 1kg/kW wird es richtig klasse, weil man damit in wenigen Tagen in der Lage ist ein Raumschiff direkt vom LEO heraus zu beschleunigen ohne dass das Solarsystem einen hohen Anteil wieder auffrist.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: FlyRider am 11. August 2017, 09:39:08
Ich hab einen - wie ich finde - recht interessanten Artikel (PDF) zur Entwicklung von "Solar Electric Propulsion" gefunden. Ist nicht ganz neu, aber vielleicht interessiert es ja trotzdem jemanden ....   

https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20150023082.pdf (https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20150023082.pdf)
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Klakow am 11. August 2017, 16:45:33
Leider geht der Fortschritt bei SEP schnarch langsam. Man spendiert lieber 10G$ in SLS anstatt mit dem Geld wirklich mit SEP vorran zu kommen.
Klar das man damit nicht in ein Orbit kommt, aber nachdem klar ist dass das einzige echte Problem die spezifische Leistung der Solarmodule ist, sollte es für so viel Geld locker möglich sein das zu knacken. Derzeit ist man bei ca. 4,5kg/kW, aber schaut man sich an wie dünn die Folien sein können, ich klar das hier sehr viel mehr machbar ist.
Sobald man mal bei 1kg/kw ist, kann man damit auch relativ fix vom LEO aus hochspiralen.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Matjes am 12. August 2017, 22:58:24
Hallo

Ich fand den Artikel toll. Es ist nur eine Studie. Papier. In Amerika wurde
die Entwicklung eines 40 KW Hall-Triebwerk beschrieben. Solide Pläne.
Man könnte es so bauen. Die ISS Raumstation hat 100 KW Leistung installiert.
 
Also ein Space-Tug mit 40 KW Power und Schub von 500 mN durch Xenon.
500 mN sind 0,5 N oder 50 g. 50 g Schub. Nicht 50 t. Nein.
Spez. Impuls bei 2000-2500 Sekunden je nach Betriebsspannung.

Das Problem: Klakow will 1000 V und 1000 A. Ich auch. Mindestens. Und die bieten 700 V und 25 A.
Ein wenig zu klein. Wo bekomme ich im Weltall die Leistung her. Photovoltaik ist nicht die Lösung.

Das Problem sind nicht mehr die Antriebe. Die Hall Triebwerke (natürlich von Russland entwickelt
russische Raumfahrt ist toll) laufen ganz prima. Der spez. Impuls wird dadurch verzehnfach.
Statt 300 für chemische Triebwerke jetzt 3000 bei elektrischen. Immerhin Faktor 10.
Das Problem ist heute nicht das Triebwerk sondern die Energiequelle.



Matjes
 
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: FlyRider am 13. August 2017, 14:18:19
Also ein Space-Tug mit 40 KW Power und Schub von 500 mN durch Xenon.
500 mN sind 0,5 N oder 50 g. 50 g Schub. Nicht 50 t. Nein.
Spez. Impuls bei 2000-2500 Sekunden je nach Betriebsspannung.

Das Problem: Klakow will 1000 V und 1000 A. Ich auch. Mindestens. Und die bieten 700 V und 25 A.
Ein wenig zu klein. Wo bekomme ich im Weltall die Leistung her. Photovoltaik ist nicht die Lösung.

Ich denke nicht, dass es mit Photovoltaik unmöglich ist. Auch nicht die geplanten 250 - 400 kW, warum sollte man auf 700 v * 25 A = 17,5 kW beschränkt bleiben? Auch die 50 g Schub sind doch kein Limit, wenn man 20 Hermes verbauen würde, wäre man bein 20 * 12,5 kW = 250 kW und hätte immerhin 20 * 0,7 N = 14 N Schub. Immerhin.

 Ich denke eher wie Klakow, dass die Masse der benötigten Solarpanelen noch ein Problem ist. Aber da geht sicher noch was ....
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Klakow am 13. August 2017, 15:13:09
Die wirksame Photoschicht braucht eigendlich nur wenige Wellenlängen dick sein und passende Träger müssen vermutlich keine 0,2mm sein.

Die Masse kommt derzeit vermutlich vor allem vom Träger. Funktional sehe ich zwei Herausforderungen, die Ströme ableiten und die Tragstruktur zu konstruieren.
Derzeit muss die Tragstruktur in der Lage sein einen dicken Photoschichtträger automatisch aufzuspannen. Leider läst dies kaum leichtere Strukturen zu.
Das ginge aber auch anders indem man sehr dünne photowirksamme Folien erst im All in dickere Rahmen verbaut. Hierzu braucht man aber eine Raumstation in der man zumindest Rahmen mit den Folien verbaut und diese anschiessen zu großen Einheiten im All verbaut.
Als Spannung würde ich da eher 30kV DC verwenden, das führt zu kleinen Leitungsquerschnitten und kleinen Verlusten. Den Pluspole dann mittels linker Tragschiene und den Minuspols durch die rechte Schiene reallisieren.
Halltruster gibt es soweit ich weiß schon mit 250kW.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Doc Hoschi am 13. August 2017, 17:50:21
Ich habe nicht den Eindruck, dass hier alle über das gleiche sprechen.  :o
Es gibt nicht "das eine" SEP-System. Die Herausforderungen definieren sich doch aus der Gesamtmasse, die wie schnell wohin gebracht werden soll.

Leider geht der Fortschritt bei SEP schnarch langsam.

SEP hat in den letzten Jahren bei kommerziellen Satelliten (LEO/GEO) bereits signifikant an Bedeutung gewonnen. Stichwort: All Electric Satellites. Alles darüber hinaus (BEO) ist eher das Problem.

Das Problem ist heute nicht das Triebwerk sondern die Energiequelle.

Ja, bei BEO-Missionen, bei denen große Massen SCHNELL über große Distanzen transportiert werden sollten. Wenn eine robotische Tiefenraummission mit Ionenantrieb jedoch Zeit hat, wieso sollte man nicht mit einem schubarmen, aber hocheffizienten SEP-System arbeiten?

Das Problem bei SEP für derartige Missionen liegt weder im Antriebs- noch im PV-Bereich, sondern eher im Fehlen einer konkreten Mission mit hochanspruchsvollen Zielvorgaben (Gesamtmasse, Flugzeit, Missionsflexibilität etc.) und einer entsprechend gesicherten Finanzierung. Jeff Foust hat doch erst kürzlich einen schönen Artikel über das SEP-Missionsdilemma geschrieben: http://spacenews.com/the-uncertain-future-of-solar-electric-propulsion/ (http://spacenews.com/the-uncertain-future-of-solar-electric-propulsion/)

Was die etwas seltsam anmutende Diskussion über das Masseproblem bei PV-Modulen betrifft:
Eine spezifische Leistung von 1 kW/kg, die hier bereits in den Raum gestellt wurde, wird bei PV-Modulen für Raumfahrtmissionen sicherlich irgendwann kommen.....ist doch aber keine Grundvoraussetzung oder eine unbedingt benötigte Benchmark für ein SEP-System für eine große robotische BEO-Mission. 
Man kann bereits heute mit Low-Weight-Solarflächen spezifische Leistungen von 200 W/kg (MegaFlex von ATK) oder sogar von bis zu 500 W/kg erzielen (zumindest mal von Vanguard Space Technologies (gehören seit 2016 zu SolAero Technologies) für ihre THINS-Zellen als durchaus machbar in Aussicht gestellt).

Wenn man sich die von Flyrider verlinkte Präsentation aus Post #130 anschaut (speziell Folie 6), so wurde für eine dort beschriebene Block-1-SEP-Konfiguration (benötigte elektrische Leistung: 50 kW) ja bereits 10t Xenon als Treibstoff für den Ionenantrieb veranschlagt. Hinzu kämen das Gewicht des Ionentriebwerks, des PV-Systems UND der Nutzlast. Da wäre man doch recht schnell bei deutlich über 15t Gesamtmasse.
Was nun aber das PV-System betrifft: Solarflächen, die zumindest in Erdnähe 50 kW bereitstellen, würde man mit technischen Kniffen wie z.B. ROSA (Roll-Out Solar Array) ja vielleicht tatsächlich mit ca. 100 kg Masse umsetzen können. Das wäre dann wirklich ein PV-System mit 500 W/kg spezifischer Leistung. Etwas konventioneller ginge das auch mit ca. 250 kg Masse (Annahme: MegaFlex von ATK mit 200 W/kg spezifischer Leistung). Macht das im Vergleich zur Gesamtmasse eines solchen SEP-Systems für BEO-Missionen nun wirklich DEN großen Unterschied für die technische Umsetzbarkeit?  ;)
Mir persönlich ist übrigens stets etwas unklar, ob sich PV-Anbieter bei der angegebenen spezifischen Leistung ihrer PV-Produkte tatsächlich auf das gesamte spätere PV-System mit Ausleger und Mechanik oder "nur" auf die reine Solarzellenfläche beziehen. Ich befürchte ja letzteres. Aber selbst wenn die letztendliche PV-Masse 1-2t wäre, wo ist angesichts der verhältnismäßig viel höheren Gesamtmasse eines solchen SEP-Systems das Problem? Ich verstehe die Diskussion daher nicht so ganz.

Ich selbst würde ja nur zu gerne eine 300kW-SEP-Mission zu einem der äußeren Planeten sehen und bin der festen Überzeugung, dass diese mit heutiger Ionentriebwerkstechnik (NSTAR, NEXT, HERMeS, etc.) UND PV-Technik mit einer vernünftigen Gesamtmasse (in einem Rutsch startbar) umsetzbar wäre. Zur Not eben mit einer Falcon Heavy.

Leider fehlt hinsichtlich des SEP-Themas, was besagte BEO-Missionen betrifft, die Triebfeder der privaten Raumfahrtindustrie (es winkt ja kein großer Markt) und für staatliche Forschungsmissionen sind die Budgets leider bekanntlich stets knapp bzw. die Entwicklungszeiten eben lang.
Blöde Ausgangssituation! :'(  :( :(
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Klakow am 13. August 2017, 22:22:29
Eine spezifische Leistung von 1 kW/kg ist etwa das ab dem SEP Systeme richtig extreme Vorteile haben.
Die Masse der Triebwerke von Hall oder dem Forschungsprojekt DS4G (von dem es leider nichts neues gibt) sind offensichtlich vernachlässigbar.
Hier ne ganz kleine Tabelle für 250kW für relativ kleinem Schub von ca. 5N bei ca. 200km/s oder 20N bei 50km/s (als Beispiel).
10kg/kW ->2500kg
  5kg/kW ->1250kg
  2kg/kW ->  500kg
  1kg/kW ->  250kg
Rechnet man mit hohem Schub von 50km/s und nur zusätzlichen 2500kg für Treibstoff und der eigentlichen Nutzlast, also 5000kg in Summe,
beschränkt dies die anfängliche Beschleunigung auf  4mm/s² oder 345,6m/s pro Tag (ca. 35kg Treibstoff/Tag).
Das entscheidende ist, dass man bei 10kg/kW eigentlich SEP nur dann sinnvoll nutzen kann wenn man,
a) viel Zeit hat.
b) nicht aus dem LEO beschleunigen muss.
c) eine relativ kleine Nutzlast hat.
d) relativ kleinem ISP arbeitet.
e) eine sinnvolle Nutzung bleibt nahezu auf das innere Sonnensystem beschränkt.
f) Das Verhältnis Nutzlast zur Abflugmasse muss relativ klein bleiben.
(Am besten natürlich alles zusammen.)

Bei 1kg/kW sieht dass aber ganz anders aus, man gewinnt extrem viele Freiheiten und gerade bemannt würde das auf einen Schlag gigantische Freiheiten ermöglichen.
Will man z.B. mit 50t Nutzlast vom LEO Abfliegen, würde am eben auch 50t Solarmodule oder eben nur 5t brauchen.
Die 55t bekommt man vermutlich irgendwann mit eine FH mit einem Start in den Orbit.

Derzeit gibt es eigentlich nur wenige Anwendungsfälle wo sich SEP mit 10kg/kW schon richtig lohnt, vor allem zu Bahnkorrektur weil man da viel Zeit hat.
Unterhalb von 2,5kg/kW (Erdbahn) wird es erst richtig interessant.
Meiner Meinung nach wird bei 1kg/kW keine Rakete mehr direkt eine Satelliten auf GTO bringen, weil man nur weniger Tage vom LEO zu GEO braucht und der Satellit danach im Vergleich eine gigantische Energieversorgung hat.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: tomtom am 15. August 2017, 21:20:09
Das Harbin Institute of Technology in China will die Effizienz von HAL Triebwerken steigern und die Erosionseffekte verringern, in dem man die Einspritzung des Xenon Gases und die geometriesche Morphologie verändert.
https://phys.org/news/2017-08-thruster-efficiency-future-spaceflight.html (https://phys.org/news/2017-08-thruster-efficiency-future-spaceflight.html)

Die NASA fragt die Industrie nach einer Studie über den Antrieb ihre Deep Space Gateway-Pläne. Mit der bemannten EM-1 soll ein Demonstrator "Power and Propulsion Element (PPE)", seperat von Orion, in einem 100-tägigen Transport zum Mondorbit die Möglichkeiten der Technologie aufzeigen.
https://www.nasa.gov/feature/nasa-seeks-industry-studies-for-deep-space-power-propulsion (https://www.nasa.gov/feature/nasa-seeks-industry-studies-for-deep-space-power-propulsion)
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Rücksturz am 17. September 2017, 16:10:09
Die NASA fragt die Industrie nach einer Studie über den Antrieb ihre Deep Space Gateway-Pläne. Mit der bemannten EM-1 soll ein Demonstrator "Power and Propulsion Element (PPE)", seperat von Orion, in einem 100-tägigen Transport zum Mondorbit die Möglichkeiten der Technologie aufzeigen.
https://www.nasa.gov/feature/nasa-seeks-industry-studies-for-deep-space-power-propulsion (https://www.nasa.gov/feature/nasa-seeks-industry-studies-for-deep-space-power-propulsion)

Da warst Du angesichts der rasanten Entwicklung bei SLS/Orion/DSG/DST vielleicht etwas übermotiviert, das PPE soll bei der ersten bemannten Orion-Mission, also EM-2, mit gestartet werden.
Hierzu soll die SLS-Version 1b verwendet werden, die diese zusätzliche Nutzlast erst ermöglicht.

EM-1 soll noch als unbemannter Test der Orion-Kapsel sein und mit SLS 1 starten.
Eile mit Weile!  :)

Viele Grüße
Rücksturz
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Dominic am 21. September 2017, 21:31:28
Für den Transport (kommerzieller) Satelliten von einer einfach zu erreichenden LEO-Bahn in den GEO oder andere relativ schwierig zu erreichende Bahnen werden elektrische Triebwerke ja bereits immer beliebter und in dieser Anwendung sind sie ja auch sehr sinnvoll- etwas mehr Flugzeit dafür kann man mit einer kleineren, billigeren Trägerrakete auskommen.

Bei Flügen zum Mars, Mond oder Venus hat man ähnliche Vorteile aber auch Nachteile. Vorteile bei der Flugzeit gibt es dort gegenüber chemischen Antrieben kaum, eher im Gegenteil. Der Vorteil die selbe Nutzlast mit einer kleineren, billigeren Rakete transportieren zu können fällt weniger ins Gewicht. Mittelfristig wird man vielleicht mehr davon sehen, vor allem aus wirtschaftlichen Gründen.

Besonders interessant wäre der Einsatz eines Solar-Elektrischen Antriebs in einem wiederverwendbaren Weltraumschlepper. Ein solcher könnte etwa zwischen LEO und GEO oder auch zwischen LEO und Mond, Mars oder Venusorbit pendeln und müsste nur hin und wieder im LEO aufgetankt werden, Antriebssystem und solares Energieversorgungssystem könnte wiederverwendbar ausgelegt werden. Durch den hohen spezifischen Impuls und die folglich gute Treibstoffausnutzung könnte ein solar-elektrischer Weltraumschlepper etliche Transportmissionen durchführen bis er aufgetankt werden muss, das Konzept würde sich weit eher lohnen als ein Weltraumschlepper mit chemischem Antrieb.

Bei interplanetaren Missionen stößt man aber auf einige Probleme, insbesondere wenn man über Venus und Mars hinaus will.

Bei Flügen zum Merkur hat man etwa das Problem das ein solares Energieversorgungssystem das im Erdorbit gut funktioniert die Bedingungen im Merkurorbit nicht aushält während ein für den Merkurorbit ausgelegtes System im Erdorbit in der Regel sehr ineffizient sein dürfte.

Bei Flügen zum Jupiter und darüber hinaus hat man das Problem das am Zielort weit weniger solare Leistung zur Verfügung steht als im Erdorbit. Das Solar-Elektrische Antriebssystem funktioniert also am Ziel nicht mehr oder nur noch sehr eingeschränkt. Die Lösung für das Problem könnte ein zusätzlicher chemischer Antrieb sein der die Effektivität aber wiederum behindert. Auch ein Aerobreak-Manöver käme eventuell in Frage um am Zielort mit weniger Antriebsleistung auszukommen- hier sind große Solarpanele aber eher hinderlich. Kein Problem ist das natürlich bei reinen Vorbeiflugmissionen ala Voyager oder New Horizons.

Optimal für Raumflüge ins äußere Sonnensystem wären natürlich leistungsstarke nuklear-elektrische Antriebe wie etwa das Antriebssystem der JIMO-Sonde. Ein solches Antriebssystem könnte in jeder Flugphase, in jeder Entfernung zur Sonne uneingeschränkt funktionsfähig sein. Bei relativ niedrigen Leistungen im Kilowattbereich ist man im Erdorbit in Sachen Leistungsgewicht zwar im Nachteil gegenüber Solaren Systemen aber je größer die Leistung und je größer die Entfernung zur Sonne desto großer ist der Vorteil.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Klakow am 22. September 2017, 01:27:27
Raumschlepper mir SEP sind die einzige Möglichkeit so ein Transportsystem überhaupt einzusetzen, auch Nuklear thermisch macht kaum Sinn, der ISP ist zwar größer (Faktor 2) aber gegenüber SEP ist das immer noch klein, da gehts mit 20km/s erst los.
Das aussage das SEP lange zu langen Flugzeiten führt  sind zumindest zum Mars nicht unbedingt.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: tomtom am 11. Oktober 2017, 13:37:23
Derzeit findet in Atlanta die IEPC-Konferenz statt. Man findet da den aktuellen Stand und die Trend zum Thema elektrische Antriebe.

https://iepc2017.org/program/technical-program (https://iepc2017.org/program/technical-program)

Einzelne Papers findet man evtl. über die jeweiligen Themen und Autoren
https://iepc2017.org/sites/default/files/iepc2017.program.export.v65_10072017.pdf (https://iepc2017.org/sites/default/files/iepc2017.program.export.v65_10072017.pdf)

zb. Aktivitäten der ESA:
https://iepc2017.org/sites/default/files/speaker-papers/iepc17-esa_activities_in_ep.pdf (https://iepc2017.org/sites/default/files/speaker-papers/iepc17-esa_activities_in_ep.pdf)

zb. das Ende von ARM:
https://iepc2017.org/sites/default/files/speaker-papers/asteroid_redirect_robotic_mission_final_20171007.pdf (https://iepc2017.org/sites/default/files/speaker-papers/asteroid_redirect_robotic_mission_final_20171007.pdf)
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Doc Hoschi am 24. Oktober 2017, 22:29:21
Der Hall-Thruster X3 Nested-channel Hall Thruster (NHT), eine gemeinsame Entwicklung der University of Michigan und der NASA, wurde offensichtlich bereits zwischen Juli und August in einer Vakuumkammer am NASA Glenn Research Center 25 Tage lang getestet (allerdings nicht im Dauerbetrieb). Dabei wurden drei neue Rekorde aufgestellt:

https://newatlas.com/x3-hall-thruster-test-record-nasa/51869/ (https://newatlas.com/x3-hall-thruster-test-record-nasa/51869/)

Zitat
In the recent tests, the X3 broke three different records previously set by other Hall thrusters, a very promising step towards manned Mars missions. Most importantly of course is thrust: the X3 blasted off with 5.4 newtons of force, smashing the previous record of 3.3 newtons. On top of that, the engine also managed an operating current of 250 amperes, which is more than double that of the previous record, and ran at 102 kilowatts of power, just edging out the previous record of 98 kW.

Ein 100h-Dauertest ist für 2018 geplant. Außerdem wird gegenwärtig noch an einem magnetischen Eindämmungssystem gearbeitet, der später überhaupt erst einen längeren Dauerbetrieb ermöglichen soll.
Ausgelegt ist der einen Meter breite Antrieb, der momentan bereits 227 kg auf die Waage bringt, momentan für bis zu 200 kW.

(https://img.purch.com/h/1000/aHR0cDovL3d3dy5zcGFjZS5jb20vaW1hZ2VzL2kvMDAwLzA3MC83OTAvb3JpZ2luYWwvR1JDLTIwMTctQy0wNTg1Mi5qcGc=)
Quelle:Space.com
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Doc Hoschi am 07. März 2018, 00:22:44
Die ESA arbeitet wohl an einer bisher nicht dagewesenen Variante des Ionenantriebs, einer luftatmenden Version und hat diese auch erfolgreich in Bodentests betreiben können.

http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Engineering_Technology/World-first_firing_of_air-breathing_electric_thruster (http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Engineering_Technology/World-first_firing_of_air-breathing_electric_thruster)

Auf den ersten Blick stutzt man etwas, wo im All die Luft herkommen soll, aber die verschwindend geringe Restatmosphäre in geringen Orbithöhen reicht wohl aus, um dort nicht mehr ausschließlich von der Stützmasse des an Bord befindlichen Edelgastreibstoffs abhängig zu sein. Als Anwendungsbeispiel wird ESA’s GOCE (Gravity field and steady-state ocean circulation explore) Satellit aufgeführt, welcher von 2009 bis 2013 in lediglich 255km Höhe flog und die Atmosphärenabbremsung mit Niedrigschub-Ionentriebwerken kompensierte.....eben bis der Sprit alle war.

(https://www.raumfahrer.net/forum/yabbfiles/Attachments/up062171.jpg)

Konkrete Pläne für einen Einsatz scheint es aktuell jedoch (zumindest offiziell) noch nicht zu geben.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Kryo am 07. März 2018, 09:49:23

Klingt nach einer Lösung für Weltraumschrott :)
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Doc Hoschi am 18. August 2018, 10:52:20
Da hier im Forum bisher meines Wissens nach noch nicht genauer beschrieben, möchte ich an dieser Stelle eine vollkommen andere Art des elektrischen Antriebs vorstellen: Den Ion Liquid Elektrospray Antrieb von Accion Systems, auch bekannt als Colloid Thruster.

https://www.researchgate.net/profile/David_Krejci/publication/280098850_Design_and_Characterization_of_a_Scalable_ion_Electrospray_Propulsion_System/links/55a9135808aea3d086802b63.pdf (https://www.researchgate.net/profile/David_Krejci/publication/280098850_Design_and_Characterization_of_a_Scalable_ion_Electrospray_Propulsion_System/links/55a9135808aea3d086802b63.pdf)

Accion Systems wurde im Jahr 2014 von einer ehemaligen Doktorandin vom Space Propulsion Laboratory am MIT gegründet, Natalya Brikner, und hat ca. 30 Angestellte.

Der Ion Liquid Elektrospray Antrieb bedient sich ionischer Flüssigkeiten mit beinahe schon vernachlässigbar geringem Dampfdruck (verdampft scheinbar auch nicht im Vakuum). Über Kapillareffekte wird diese Flüssigkeit an mikroskopisch kleine Emitterspitzen geführt. Bei ausreichend großer elektrischer Spannung zwischen den Emitterspitzen und einer lochförmigen Gegenelektrode werden einzelne Ionen aus der Flüssigkeit an der Emitterspitze herausgelöst und über das elektrische Feld beschleunigt. Da dieser Vorgang in beide Richtungen funktioniert (also für Anionen und Kationen in der Flüssigkeit) kann mit alternierenden Spannungen gearbeitet werden. Letztlich können sehr vorteilhafte spezifische Impulswerte erzielt werden.

(https://www.raumfahrer.net/forum/yabbfiles/Attachments/up066118.jpg)

Accion bedient sich bei der Herstellung des Thrusters der Chiptechnologie bzw. der Mikrosystemtechnik, d.h. die einzelnen Thruster werden auf Waferebene hergestellt.

(https://www.raumfahrer.net/forum/yabbfiles/Attachments/up066119.PNG) (https://www.raumfahrer.net/forum/yabbfiles/Attachments/up066120.jpg) (https://www.aerodefensetech.com/media/xt-adaptive-images/500/images/stories/ADT/2017/features/ADT_0417-p21_fig1.jpg)

Die einzelnen Chips können zu sogenannten TILES (Tiled Ionic Liquid Electrospray) zusammengefasst werden, die mit Elektronik und Vorratstanks problemlos in einen Cubesat reinpassen (https://www.accion-systems.com/tile (https://www.accion-systems.com/tile)).

(https://static1.squarespace.com/static/5446faa2e4b025843cfc6731/t/58d3f2a5725e25f7c63e570a/1490285230000/?format=750w)

Vorteilhaft ist bei dieser Form des Antriebs insbesondere die sehr kompakte Bauweise, bzw. dass die ionische Flüssigkeit nicht im Drucktank mit Ventilen und Leitungssystemen aufbewahrt werden muss, sondern direkt an Ort und Stelle aus einem kleinen Tank kapillar zugeführt wird.

Vorgesehen ist das System zuerst einmal nur für kleinere Satelliten, wie beispielsweise dem SkyFire-Cubesat von Lockheed Martin, welcher nächstes Jahr zum Mond fliegen soll. Die Technologie soll aber enorme Skalierungsvorteile gegenüber tradionelleren elektrischen Antrieben haben.

(https://static1.squarespace.com/static/5446faa2e4b025843cfc6731/t/58d3f2c203596ec3edd3be40/1490285257108/?format=1500w)

Gegenwärtig werden auf 1 cm² scheinbar ca. 480 Spitzen untergebracht, was nach Adam Riese einem Array aus ca. 22 x 22 Spitzen entspricht und somit einem Abstand (Pitch) der Spitzen zueinander von ca. 450 µm (wird in der Grafik auch bestätigt). Würde man den Pitch weiter verringern und somit die Anzahl der Emitterspitzen pro Fläche vergrößern, würde sich auch der Schub erhöhen. Ein Array mit knapp 2000 Spitzen (225µm Pitch) hat man wohl auch schon demonstriert, mit vierfachem Schub (1,6 N/m²) im Vergleich zu einem 480 Emitterarray (0,4 N/m²). Ich persönlich denke, dass ein Pitch <50 µm erreichbar sein sollte.

Die Nörgler unter uns werden nun sicherlich sagen, dass dieser Antrieb uns auch nicht schneller zum Mars bringen kann. Richtig und der Antrieb wird das Technologiefeld um elektrische Antriebe vielleicht auch nicht revolutionieren, aber gewinnbringend erweitern und zeigt einmal mehr eine potentielle und sehr interessante Anwendung von Mikrotechnik im All.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Klakow am 18. August 2018, 17:32:28
Es geht hier ja offensichtlich um einen Antrieb für kleine Sateliten und dafür sind ganz andere Dinge wichtig und sowas ist auf jeden Fall interessant.
Was vielleicht ganz gut wäre ist es zu wissen um was für eine Medium es den geht und was dessen sonstige Eigenschaften die sind und natürlich woher man es bekommt und was es kostet?
Kleinsatelitten sind nicht nur für die Erdbeobachtung interessant somdern werden sicher auch bei einer Marsbesiedlung eine Rolle spielen können.
Das bringt uns zwar nicht hin, hilft aber Bodenoperationen effektiver zu gestallten.
Übrigens gibt es zumindest zwei Antriebe die wirklich helfen würden schneller und effektiver zum Mars zu kommen, das Problem ist hier eher die Energieversorgung, da wird meiner Meinung nach noch mehr Entwicklung und es werden vielleicht auch Forschungsergebnisse benötigt,  nur ist da nur relativ wenig zu sehen.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: MillenniumPilot am 18. August 2018, 18:05:45
Waere das nicht was fuer Starlinksatelliten?
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Doc Hoschi am 18. August 2018, 18:40:28
Was vielleicht ganz gut wäre ist es zu wissen um was für eine Medium es den geht und was dessen sonstige Eigenschaften die sind und natürlich woher man es bekommt und was es kostet?

Das Medium kann man im Internet bestellen. Es heißt EMIBF4 oder 1-Ethyl-3-Methylimidazoliumtetrafluoroborat....also wer sich da nicht die Zunge verknotet, muss Chemiker sein.
Was es kostet? Einfach mal selbst ein Angebot zukommen lassen.... ;)
https://www.sigmaaldrich.com/content/dam/sigma-aldrich/docs/Aldrich/Brochure/al_chemfile_v5_n6.pdf (https://www.sigmaaldrich.com/content/dam/sigma-aldrich/docs/Aldrich/Brochure/al_chemfile_v5_n6.pdf)

Zwar arbeitet Accion Systems aktuell noch mit EMIBF4, man wird aber in Kürze ein eigenes Salz synthetisieren und dieses dabei auf die eigenen Bedürfnisse optimieren.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: MarsMCT am 18. August 2018, 18:41:58
Waere das nicht was fuer Starlinksatelliten?

Ich denke eher nicht, zumindest nicht bald. Noch zu experimentell für so eine hoch kommerzielle Anwendung. Sie verwenden Hall thruster. Für mich ist eher die Frage, verwenden sie das teure Standard-Xenon für ihre Hall thruster? Es gibt verschiedene Alternativen, aber das würde OT hier.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Klakow am 19. August 2018, 08:56:36
Die hier geposteten 270kg Triebwerksmasse für einen Hallthruster mit ca. 5N bei 250kW erscheint auf den ersten Blick vielleicht als viel, nur bedeutet 250kW derzeit eine Solarpannelmasse von mindestens 1125kg!

Derzeit ist die beste Stellschraube um hier mehr Schub/kg des Antriebssystems zu erzielen offensichtlich die Stomversorgung, kommt man dicht an die 1kW/kg ran bringt eine Verbesserung der Pannels immer weniger.
Falls DS4G keine Totgeburt war, würde die Parität von spezifischer Triebwerks- zur Panelmasse eher bei 12,5kW/kg liegen.
Wenn ich das richtig verstehe , ist der Vorteil von Xenon zum eine die hohe Dichte und einfache Lagerung und die relativ niedrieger Ionisierungennergie. Mit Argon würde man vermutlich auch gut leben können falls, man die Pannels leicht genug bauen könnte.
Leider werde ich es vermutlich nicht mehr erleben das man in Regionen von 10kW/kg kommt, den damit würde jeder Chemische Antrieb oberhalb vom LEO antriebstechnich sinnlos werden.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Chris3445 am 12. November 2018, 00:06:16
Hallo zusammen!
Ich habe eine Frage bezüglich Ionenantriebe. Inwiefern beeinflusst der Treibstoff bei elektrischen Antrieben den Schub und spezifischen Impuls wenn die elektrische Leistung bleibt gleich? Sagen wir bei 250 kw erhalte ich mit Xenon 2,5 N und 19.300 s. Wie verhält es sich, wenn ich bei gleicher elektrischer Leistung Argon, Krypton, Caesium oder Quecksilber statt Xenon als Treibstoff benutze?

Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Klakow am 12. November 2018, 00:25:38
Es hat was mit dem Atomgewicht zu tun, man braucht zum Beschleunigen mit Ionenantrieben eben Ionen und hierzu bauscht man fast gleichviel Energie egal um was es geht, deshalb ist es günstig schwere Stoffe und da vorzugsweise Gase einzusetzen.
Xenon ist das sehr gut, ist aber teuer weil aufwändig herzustellen. Argon könnte man leicht auch aus der Mars-Atmosphäre gewinnen.
Da die Ionisierungsenergie faktisch verloren geht, senken leichte Stoffe den Wirkungsgrad.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Chris3445 am 12. November 2018, 00:48:38
Dann bekomme ich mit Caesium und Quecksilber einen größeren Schub als bei Xenon bei vergleichbaren spezifischen Impuls?
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Klakow am 12. November 2018, 18:55:51
Möglich, aber es geht nicht nur um den Schub sondern auch um den damit erreichbaren ISP und um den Dauerbetrieb.
Hier sind Gase und vor allem Edelgase von Vorteil den eine Reaktion mit der Umgebung findet faktisch nicht statt.
Das wichtigste ist dann natürlich auch was man erreichen will, nur einen hohen Schub aber niedrigen ISP?
Meiner Meinung nach braucht man hier eine Stützmasse mit der man ein deltaV von einigen 100m/s bis 30km/s bei vernünftigem Verhältnis der Nutzlast zur Treibstoffmasse kommt.
hast du zum Beispiel einen lagerfähigen Treibstoff mit einem ISP von 3000m/s, ergibt das bei einem Verhältnis der Abflugmasse (volle Tanks) bis zu leeren Tanks von:
(Mvoll/Mleer):
1,25->670m/s   (20%    Treibstoff)
1,5 -> 1216m/s (33,3% Treibstoff)
2    -> 2080m/s (50%    Treibstoff)
3 -> 3295m/s  (2/3 Treibstoff)
4 -> 4160m/s  (75% Treibstoff)
5 -> 4830m/s  (80% Treibstoff)
Typischerweise geht es beim Ionenantrieb deutlich über 20km/s erst richtig los, das wäre dann selbst bei nur 20% Treibstoff
mit 21,65km/s schon ein dV von 4830m/s.

Also 80% der Masse bleibt übrig, anstatt 20%
Ob das nun 75%, 80% oder 85% sind ist relativ unwichtig, was wirklich wichtig ist, das ist der Faktor 4!
Addiert man das nun zur Bahngeschwindigkeit vom LEO, kommt man auf 12630m/s, das reicht zum Mond aber noch nicht viel weiter.
Will man z.B. zum Mars und das mit ordentlicher Geschwindigkeit braucht man bei dem Masseverhältnis ca. 30km/s, oder man muss die Kröte schlucken das halt nicht 80% der Masse das Ziel erreicht, sondern vielleicht nur noch 65%.
Wie jeder der sich mit dem Thema mal intensiver beschäftigt hat, ist selbst ein ISP von 190km/s erreichbar und das wäre natürlich wirklich toll, damit könnte man damit doch ein dV von sagenhaften 42,4km/s erreichen und das bei nur 20% Treibstoffmasse.
Leider würde dies auch bedeuten, das zur Beschleunigung, im Vergleich mit einem ISP von 30km/s auch die 40-fache Energie braucht.
In der Realität bedeutet dies man derzeit selbst dann wenn das Triebwerk die 190km/s ohne Probleme verkraften könnte, dies nur zur Kurskorrektur nutzen wird.
Xenon ist fast optimal nur leider ziemlich teuer.
Falls es gelingt Solarzellen viel leichter zu bauen würde ich vermutlich eher auf Argon setzen, das ist immer noch relativ schwer aber sehr einfach zu gewinnen und fast beliebig verfügbar.
An einer Stelle ist Xenon wohl nicht zu schlagen, am dichteverlauf, siehe:
hier (https://www.unternehmensberatung-babel.de/industriegase-lexikon/industriegase-lexikon-a-bis-m/dichte-fluessiger-gase/xenon-dichte-fluessig.html)
Selbst bei sehr moderater Kühlung ist das zeug sehr dicht, was bedeutet die Tanks brauchen nicht viel Kühlung und brauchen wenig Druck.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Doc Hoschi am 12. November 2018, 20:58:26
Dann bekomme ich mit Caesium und Quecksilber einen größeren Schub als bei Xenon bei vergleichbaren spezifischen Impuls?

Cäsium wurde bisher ebenso wie Quecksilber meines Wissens nach nur als Flüssigmetall bei FEEP (Field Emmisison Electric Propulsion) eingesetzt. Der Schub war nicht sehr hoch, wohl aber der erreichte ISP-Wert.
Beide Elemente haben aber bekanntlich ihre Nachteile. Bei Quecksilber ist es die Toxizität und der damit verbundene Sicherheitsaufwand (zumindest bei den Bodentests) und bei Cäsium die korrosive Wechselwirkung mit der Elektroden-Hardware.

Jod als Treibstoff ist sogar wesentlich effzienter (siehe Link unten) als das heute zumeist verwendete Xenon. An einem ersten Prototypen arbeiten Busek (iSat) und laut einer aktuellen Meldung vor einigen Tagen nun wohl auch ExoTerra.

https://spacenews.com/exoterra-investment/ (https://spacenews.com/exoterra-investment/)
https://www.nasa.gov/sites/default/files/atoms/files/isat_fact_sheet_26oct2015.pdf (https://www.nasa.gov/sites/default/files/atoms/files/isat_fact_sheet_26oct2015.pdf)
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: aasgeir am 21. November 2018, 20:19:59
Hier mal eine Nachricht zu einem etwas anders gearteten elektrischen Antrieb, nicht für den Antrieb im "leeren" Raum, sondern in Atmosphären:
Forscher am MIT haben einen Prototyp-Flieger entwickelt, dessen Antrieb gänzlich ohne bewegte Teile auskommt (Anm.: so etwas könnte sehr interessant werden zB für Explorationsflieger in der Venus-Atmossphäre, die so über lange Zeiträume in gemässigten Temperaturzonen fliegen könnten. Man sieht ja an den verbreiteten Problemen mit Gyroskopen bzw Drallrädern, wie oft man bei Subsystemen mit dauerbewegten Teilen an Lebensdauergrenzen stößt. Im Unterschied zum Ionenantrieb muß man auch kein Stützgas mitführen, sondern man benutzt die vorhandene Atmosphäre dazu, so dass die Betriebsdauer praktisch unbegrenzt wäre).
Der Prototyp-Flieger besitzt unterhalb der Tragflächen eine Reihe von Lamellen, vor deren Vorderkante jeweils ein dünner Draht gespannt ist. zwischen Draht und Lamelle wird eine Hochspannung angelegt (in diesem Fall 40 kV). In der unmittelbaren Umgebung des dünnen Drahts ist die Feldkonzentration so hoch, dass die Moleküle der Atmosphärengase ionisiert werden; diese Ionen werden dann entlang der Feldlinien zur Lamelle  beschleunigt, kolldieren auf dem Weg mit anderen, neutralen Gasteilchen und beschleunigen diese über Stöße in Richtung nach hinten; über diesen neutralen Gasstrom wird ein Vorschub erzeugt.
Der am MIT gebaute Prototyp hatte folgende Kenndaten:
  Spannweite       =  5 m
  Gewicht             =  2,45 kg
  Hochspannung  =  40 kV
  elektr. Leistung =  600 W
  die bisher erreichte Flugweite betrug 60 m (begrenzt wohl durch die Akkukapazität)

Eine ausführliche Beschreibung  des Prinzips (mit Zeichnungen) findet man hier:
https://www.theguardian.com/science/2018/nov/21/first-ever-plane-with-no-moving-parts-takes-flight (https://www.theguardian.com/science/2018/nov/21/first-ever-plane-with-no-moving-parts-takes-flight)
(edit):oder auch auf deutsch:
http://www.goettinger-tageblatt.de/Nachrichten/Wissen/Fast-wie-bei-Star-Trek-Erstes-Flugzeug-fliegt-mit-Ionenantrieb (http://www.goettinger-tageblatt.de/Nachrichten/Wissen/Fast-wie-bei-Star-Trek-Erstes-Flugzeug-fliegt-mit-Ionenantrieb)
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: FlyRider am 22. November 2018, 14:39:34
Die Frage ist, wie sich der Wirkungsgrad entwickeln lässt .... 620 W um dieses Leichtbaufliegerchen in der luft zu halten - für einen Start reicht der Schub nicht .... ein 40 W Brushless mit Prop tät's wahrscheinlich auch.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Düse2020 am 11. März 2020, 12:47:26
Hallo Zusammen,

Kann mir jemand sagen, warum der der Ionenstrahl hinter dem Triebwerk neutralisiert werden muss?

Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Pirx am 11. März 2020, 12:57:25
Hallo Zusammen,

Kann mir jemand sagen, warum der der Ionenstrahl hinter dem Treibwerk neutralisiert werden muss?
Ich vermutet stark: Wenn der Ionenstrahl nicht neutralisiert wird, läd sich das Raumfahrzeug auf. Wenn es innerhalb des Raumfahrzeugs zu Spannungsüberschlägen kommt, kann dort Hardware kaputt gehen.

Das passiert(e) auch schon durch andere Ionisierungseffekte, die selbst durch chemische Triebwerke ausgelöst werden können, oder z.B. durch Teilchenströme durch die Sonne ...

Gruß  Pirx
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: FlyRider am 11. März 2020, 18:09:21
Wenn du das "Abgas" nicht neutralisierst, handelst du dir ein gewaltiges elektrisches Feld ein. Letzlich würde das "Abgas" zurückkehren und die Wechselwirkung zwischen Ionen und Elektronen würde den Schub zunichte machen. 
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Pirx am 11. März 2020, 20:48:01
Stimmt. wenn ich die Stützmasse erst herausschleudere und dann wieder anziehe ...

In "Electric Propulsion on SMART-1" beispielsweise heisst es: "The xenon is ionised and accelerated to 60 000 km/h by an electric field, thereby producing thrust. Ionisation occurs when an electron current is generated by the external cathode. This current is constrained by a radial magnetic field. The Hall effect means that the ions and electrons swerve in opposite directions in the magnetic field, creating an electric field. This expels the xenon ions as a propulsive jet. Electrons from an external cathode neutralise the beam to prevent the spacecraft from becoming electrically charged."

Gruß   Pirx
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: McPhönix am 11. März 2020, 22:49:05
Wenn du das "Abgas" nicht neutralisierst, handelst du dir ein gewaltiges elektrisches Feld ein. Letzlich würde das "Abgas" zurückkehren und die Wechselwirkung zwischen Ionen und Elektronen würde den Schub zunichte machen.
Genau.
Deshalb funktioniert es nicht (wie ich schon mal lesen mußte) daß man ja in einem Faradayschen Käfig sitzt und die Ladung nicht spürt. Und halt bei der Landung einen großen Blitz hat und alles ok.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Pirx am 12. März 2020, 07:27:25
Wenn du das "Abgas" nicht neutralisierst, handelst du dir ein gewaltiges elektrisches Feld ein. Letzlich würde das "Abgas" zurückkehren und die Wechselwirkung zwischen Ionen und Elektronen würde den Schub zunichte machen.
Genau.
Deshalb funktioniert es nicht (wie ich schon mal lesen mußte) daß man ja in einem Faradayschen Käfig sitzt und die Ladung nicht spürt. Und halt bei der Landung einen großen Blitz hat und alles ok.
Hallo, verstehe dein Bild/Beispiel/Argument mit dem Faradayschen Käfig nicht. Kannst Du das noch etwas erläutern?

Gruß´  Pirx
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: McPhönix am 12. März 2020, 12:52:30
Naja man sitzt ja in einem geschlossenen Metallgefäß. In ein solches kann keine elektrische Ladung eindringen, sagt der Herr Faraday. Selbst wenn kleine Öffnungen drin sind (Käfig).
Der Van de Graff Generator arbeitet ja auch mit dem Prinzip. Insofern war die Überlegung ja richtig. Ein Blitz bei der Landung und zack - neutral.

Was nicht bedacht wurde - man braucht ja unterwegs  auch Funkverkehr. Und muß vlt auch mal außenbords was tun. An den "Kurzschluß" außerhalb der Triebwerke (FlyRider) hat damals noch keiner gedacht.

Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: DF2MZ am 13. März 2020, 18:05:47
Es gibt keinen Blitz bei der Landung. Wenn der Ionenstrahl nicht neutralisiert wird, kommen die positiven Ionen zurück weil sich das Raumfahrzeug negativ auflädt. Alles bleibt neutral aber es gibt eben auch keinen Schub. Der Stromkreis wird immer geschlossen, entweder über den Elektronenstrom des Neutralisators oder über den nicht neutralisierten Antriebsstrahl.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Klakow am 13. März 2020, 19:19:55
Das ist meiner Meinung nach ein Scheinproblem, mir ist keine Konstruktion bekannt wo nicht dafür gesorgt wird das eine Aufladung verhindert wird.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: DF2MZ am 13. März 2020, 19:25:07
Klakow, es gab eine berechtigte Frage von Düse2020 und verschiedene Versuche sie zu beantworten. Ein Problem wurde nirgendwo benannt.
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Düse2020 am 21. März 2020, 20:39:18
Danke nochmal Für die Antworten
 
Aber was Passiert eigentlich mit den Elektronen innerhalb Ionisationskammer? Die müssten doch immer mehr werden, wenn diese ebenfalls nicht „Neutralisiert“ werden?
Titel: Re: Elektrische Antriebe
Beitrag von: Hugo am 22. März 2020, 00:07:50
Die Elektronen werden beim Neutralisieren wieder der ionisierten Stützmasse zugegeben.