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Autor Thema: Elektrische Antriebe  (Gelesen 39356 mal)

Offline kfelske

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Elektrische Antriebe
« 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.

Offline tobi

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Re: Elektrische Antriebe
« Antwort #1 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.
Ein Loch in der Sojus, 6 Menschen in Gefahr: große öffentliche Aufregung.

Eine Rakete fliegt über Kourou, Tausende Leben in Gefahr. Schweigen bei ESA/CNES.

Offline runner02

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Re: Elektrische Antriebe
« Antwort #2 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...
(über Musk) “He wants to make people a multi-planet species, and he’s not going to quit. He’ll change the model, or he’ll spend more of his own money—he’ll do something. He’s not in it to build the rockets; that’s a means to an end. It’s a religion for him.”

Cosmo

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Re: Elektrische Antriebe
« Antwort #3 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, ESA und hier (gepulste MPD). 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 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

Offline runner02

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Re: Elektrische Antriebe
« Antwort #4 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
(über Musk) “He wants to make people a multi-planet species, and he’s not going to quit. He’ll change the model, or he’ll spend more of his own money—he’ll do something. He’s not in it to build the rockets; that’s a means to an end. It’s a religion for him.”

Offline kfelske

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Re: Elektrische Antriebe
« Antwort #5 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.

Offline Meagan

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Re: Elektrische Antriebe
« Antwort #6 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.

Offline Schillrich

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Re: Elektrische Antriebe
« Antwort #7 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 ;).
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Proteus

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Re: Elektrische Antriebe
« Antwort #8 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?

Offline Schillrich

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Re: Elektrische Antriebe
« Antwort #9 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

Und das war für den "dichten" Sonnenwind in Erdnähe gerechnet.
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Proteus

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Re: Elektrische Antriebe
« Antwort #10 am: 03. Juni 2009, 23:20:28 »
Danke Schillrich.
Sehr Interessant dieses Forum. Gefällt mir immer besser.  ::)

Offline kfelske

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Re: Elektrische Antriebe
« Antwort #11 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/

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.

Offline Schillrich

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Re: Elektrische Antriebe
« Antwort #12 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.
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Offline holleser

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Re: Elektrische Antriebe
« Antwort #13 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

Offline runner02

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Re: Elektrische Antriebe
« Antwort #14 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?
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Offline holleser

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Re: Elektrische Antriebe
« Antwort #15 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

Offline runner02

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Re: Elektrische Antriebe
« Antwort #16 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.
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Offline holleser

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Re: Elektrische Antriebe
« Antwort #17 am: 02. März 2010, 07:39:38 »
Gib es bereits Versuche zum Thema Recyclingng von Weltraumschrott zu Treibstoff für Ionenantriebe?

G. holleser

Offline Schillrich

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Re: Elektrische Antriebe
« Antwort #18 am: 02. August 2010, 09:58:22 »
Hallo,

ich beginne diesen Sammelthread, um in Zukunft elektrische Antriebskonzepte "an sich" hier diskutieren zu können.
\\   //    Grüße
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Offline Fornax

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Re: Elektrische Antriebe
« Antwort #19 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

Offline Meagan

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Re: Elektrische Antriebe
« Antwort #20 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.

Offline Fornax

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Re: Elektrische Antriebe
« Antwort #21 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)
« Letzte Änderung: 02. August 2010, 18:18:27 von Fornax »

Offline holleser

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Re: Elektrische Antriebe
« Antwort #22 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

Offline Schillrich

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Re: Elektrische Antriebe
« Antwort #23 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.
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Offline Meagan

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Re: Elektrische Antriebe
« Antwort #24 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

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.