Lade- und Dockingstation für Raumfahrzeuge Weltraum-Solarkraftwerk, Weltraum-Käscher

专利摘要:
Mit diesem Antrag werden die bereits im Vorantrag behandelten Antriebsring-Raumfahrzeuge (insbesondere Solarsegler) und Weltraumstrukturen durch folgende Anwendungsformen ergänzt: DOLLAR A Weltraumschlepper (space tug), flugfähige Weltraumkäscher zum Einsammeln von Weltraum-Schrott und Material-Sammelsäcke und als Maß-Driver-Fangeinheit, Lastentransporter mit flug- und kopplungsfähigen Container-Einheiten, Werkstatt-Raumschiff mit Reparatur-Tochter-Einheit, mobiles Weltraum-Kraftwerk (Solar Power Station - SPS), booster-beschleunigtes Antriebsring-Raumfahrzeug, Raumfahrzeuge/Raumstationen und Weltraum-Habitate aus Beton. DOLLAR A Neben weiteren Design-Verbesserungen und zusätzlichen Design-Varianten ist wichtigste Neuerung im Ergänzungsantrag die Einführung eines Innenringes, der in das Zentrum des Außenringes eines Mutterschiffes eingespannt wird und als Docking- und Ladestation für ein Tochterschiff bzw. eine Funktionseinheit dient. DOLLAR A Dies ermöglicht eine umfassende Modularisierung von Missionen durch robotischen Austausch von Tochtereinheiten und die rationelle Mehrfachverwendung von großen treibstoffsparenden Mutterschiffen als Solarsegler. DOLLAR A Robotische Komplettmissionen von Mutter- und Tochtereinheiten (z. B. Lander) zur Gewinnung und Rückführung von auf schwerkraftarmen Kleinplaneten abgebauten Rohstoffen zur Erde oder in eine erdnahe Umlaufbahn wären damit möglich. DOLLAR A Außerdem werden die im Vorantrag behandelten steckbaren Komplettthrustereinheiten für den Einsatz zur ...
公开号:DE102004004543A1
申请号:DE200410004543
申请日:2004-01-23
公开日:2005-09-08
发明作者:Frank Ellinghaus
申请人:Frank Ellinghaus；
IPC主号:B64G1-12

专利说明:
[0001] Mitdiesem Antrag wird die Funktionalität der mit Patentantrag vom24.07.2002 vorgestellten Raumfahrzeuge und Weltraumstrukturen erweitert.
[0002] DerFolgeantrag bezieht sich weiterhin auch auf Bezugszeichen und Zeichnungen(insbesondere 1) des Vorantrages.
[0003] Diewichtigste Neuerung ist die in 8 dargestellteDocking- bzw. Ladestation in Form eines Innenringes 5 mitdaran befestigten Docking- und Ladevorrichtungen, sowie die hiermitverbundene nachfolgend beschriebene Andock-Technik.
[0004] Diesich hieraus ergebende Hauptanwendung ist der Transport eines kleinen,selbst flugfähigen Raumfahrzeuges/Landersdurch ein größeres (Solarsegler-)Mutterschiffan den Einsatzort und anschließendesWiederandocken mit Weiter-/Rücktransport.
[0005] DieStation ist im Grunde genommen nichts anderes als der Innenring 5,der eine Aussparung im Zentrum der Struktur umfasst und mit Haltevorrichtungenzum Docken, sowie Elektrowinden-Hebe-und Einspannvorrichtungen zum Laden versehen ist. Weitere Voraussetzungfür denAndockvorgang ist das Vorhandensein von Halterungen an der eindockendenEinheit, wobei diese Haltefunktion bevorzugt durch einen Außenring 6 wahrgenommenwird.
[0006] DieDocking und Ladestation ermöglichtmit Hilfe des Innenringes folgende Vorgänge: Andocken und Ablegenvon kleineren Raumfahrzeugen, Aufnahme und Abkoppeln von Funktionseinheiten, Aufnahmeund Löschenvon Ladung, Aufnahme von Lade-Gerätschaft bzw. Gerätschaftzum handhaben von Objekten.
[0007] DerInnenring wird dank der Spannung der vom Außenring 1 des Raumfahrzeugesausgehenden Haltegurte 2.1 im Zentrum der Struktur gehalten(s. hierzu 1 des Vorantrages und 8). In Verbindung mit andiesem angebrachten Seilwinden ermöglicht er ein sicheres Handlingvon Ladung und anderen Objekten, die durch die Einspannmöglichkeitim Ring ohne umherzuschlagen sicher beschleunigt und manövriert werden können.
[0008] Eineweitere wichtige Neuerung ist die Einführung von Funktionseinheiten,die selbst wiederum einen Außenringoder andere Befestigungsmöglichkeitenbesitzen, die in den Innenring einer größeren Trägereinheit eingekoppelt werdenkönnen.
[0009] Damitist gemeint, dass eine Funktionseinheit, die einen bestimmten Zweckerfüllt,wie z. B. ein Regolith-Sammelcontainer oder ein Bohreinsatz zumSetzen von Bohrankern durch Ausstattung mit einem flugfähigen Antriebsringselbst zum Raumfahrzeug umgewandelt wird, das sich aus eigener Kraftam Einsatzort (z. B. einem Asteroiden) fortbewegt und selbständig amMutterschiff an- und abkoppelt.
[0010] Diesermöglichtes, ein mit einem Innenring ausgestattetes Raumfahrzeug in kürzesterZeit durch Austausch der Funktionseinheit bzw. eines entsprechendausgerüstetenTochterschiffes füreinen anderen Verwendungszweck umzurüsten.
[0011] DieMöglichkeitdes Ankoppelns lässtsogar eine robotische Umrüstungdurch Auswechseln unterschiedlicher Funktionseinheiten ohne Beteiligungvon Menschen zu.
[0012] Sokönnenkleinere und leichtere fürden eigentlichen Missionszweck optimierte Einheiten durch für den Zweckdes kostengünstigenTransports optimierte, wiederverwendbare große Solarsegler (je größer, destoschneller erfolgt der Transport) an ihren Einsatzort befördert werden,um z. B. Rohstoffe von Asteroiden zu gewinnen.
[0013] Einrelativ großesSolarsegel-Mutterschiff von beispielsweise 100 m Durchmesser könnte inder Dockingstation ein segelloses Tochterfahrzeug mit einem Durchmesservon z. B. 10 m nahe an einen Asteroiden heranfuhren. Die Thrusterund Treibstoffmenge dieses Tochterschiffes wären hierbei auf den kurzfristigenEinsatzzweck der Landung und Gewinnung von Rohstoffen auf Asteroidenoptimiert.
[0014] ZurDurchführungeiner neuartigen Mission müsstenur noch die Tochtereinheit geplant, hergestellt, gelauncht undggf. im Weltraum montiert werden, während das Mutterschiff ausfrüherenMissionen zurückkehrenund die Tochtereinheit aufnehmen kann.
[0015] Diedurch die Dockingstation ermöglichteModularisierung lässtes zu, entsprechende Standards (Größenklassen) zu schaffen unddadurch unterschiedlichen Organisationen, Firmen, Forschungseinrichtungen, etc.Gelegenheit zu geben, Weltraumprojekte bei denen es sich nicht nurum Satellitenstarts handelt, durchzuführen, die ihnen wegen fehlenderMittel ansonsten verschlossen wären.
[0016] Sokönntenderartige kleinere Betreiber durchaus Weltraumprojekte vollkommenunabhängigkonstruieren und anfertigen, die sich auf die konkreten Kernprojekte,also auf Herstellung und Ausrüstungdes Tochterschiffes/der Tochtereinheit sowie dessen Einsatz im Weltraumkonzentrieren.
[0017] Zuständig für das eigentlicheLaunchen sowie die Bereitstellung eines Mutterschiffes, den Hin- und Abtransportzum Einsatzort wärendann jedoch hierauf spezialisierte Großfirmen, besser jedoch hierzuautorisierte Organisationen/Agenturen.
[0018] Durcheinmal eingeführtenStandards wärePlanungssicherheit füralle Beteiligten gegeben und es müssten nicht für jedesneue Projekt immer neue Konstruktionen erarbeitet werden.
[0019] DieESA könntez. B. durch die Bereitstellung (auch durch Vermietung für die jeweiligeMissionsdauer) von Infrastruktur und Transportleistungen in Formvon Trägerschiffen,Raumstationen, Materialdepots und sonstiger Weltraumstrukturen,die von kleineren Einrichtungen nicht finanzierbar wären, einenBeitrag zum Anschub der europäischenWeltraumtechnologie leisten.
[0020] Hierdurchkönntedie Vielfalt und Innovationsstärkekleinerer Firmen/Einrichtungen durch diese Vorleistung für die Entwicklungder Raumfahrt erschlossen werden.
[0021] Aberauch der internationale Austausch sowie die Kooperation würden durchdie Einführungentsprechender Kopplungsklassen und gegenseitiger Bereitstellungvon kompatibler Infrastruktur möglich.
[0022] DieEinführungund Trennung flugfähiger,jedoch nicht oder nur eingeschränktLangstreckenflugfähigerRaumfahrzeuge als Tochterschiff und langstreckenfähiger Mutterschiffehätte auchnoch einen weiteren Vorteil; die erdnahe Bewegung von Weltraumprojektenkönnteunter Kontrolle weniger, der Sicherheit der Erde in besonderem Ausmaß verpflichteterOrganisationen bleiben, ohne kleineren Einheiten den Zugang zumWeltraum zu versperren.
[0023] Esist naheliegend, dass sich die Gefährdung der Erde bei zunehmenderHäufigkeitder Flugbewegungen und zunehmender Anzahl derjenigen, die über dieentsprechende Technologie verfügen,insgesamt vergrößert. Daherwäre einegewisse Kontrolle bzw. ein Langstreckenbeförderungsmonopol durch hierzubesonders ermächtigteStellen durchaus wünschenswert.
[0024] NebenRaumfahrzeugen und Solarseglern sind auch gänzlich andersartige Funktionseinheiten,die in Innenringe eingekoppelt werden können, denkbar, wie z. B. Satelliten, Antriebseinheiten, Spiegel,Linsen und Parabolspiegel zum Weiterleiten von Licht, Wärme, Energie, Antennen,Satellitenschüsseln,Sendeeinrichtungen, Laseranlagen, Netze und Säcke zumSammeln von Weltraumschrott und Weltraumtrümmern flugfähige Materialcontainer, flugfähige Materialsammlerfür Regolithund Gestein, flugfähigeNutzlast Einheiten, flugfähigeReparaturroboter, Schraub- und Bohr-Einsätze, Rotations- Trenn-bzw. Scheide- und Mahleinrichtungen, Betonier- und andere Formen/Verschalungen.
[0025] DasMutterschiff/die Ringstruktur kann den angekoppelten Funktionseinheitenhierbei nicht nur Transportleistungen zur Verfügung stellen, sondern auchdie Möglichkeitdes Anschlusses an die Solarzellen-Arrays 2.6 (s. 1) des Trägers. Die Stromzufuhr zum Tochterschiffkönntedabei überdie elektrisch leitenden Halterungsgabeln 5.1.1 in 8 erfolgen.
[0026] Hierdurchwäre zumindestwährenddes Transportes bzw. Einsatzes im Mutterschiff die Stromversorgungin einem Umfang gesichert, der von der Tochtereinheit wegen dergeringeren Größe über einenlängeren Zeitraumevtl. nicht erbracht werden könnte.
[0027] Mitder Innenring-Kopplungstechnik ist es grundsätzlich auch möglich, mehrereRaumfahrzeuge bzw. Funktionseinheiten ineinander zu verschachteln.So könntebeispielsweise eine Funktionseinheit mit 10 m Durchmesser in einMutterschiff mit 100 m Durchmesser eingesetzt werden, dass wiederumin einem noch größeren Mutterschiffmit 1000 m Durchmesser transportiert wird.
[0028] Fallsnoch Wünschein Bezug der Tragfähigkeitund Schnelligkeit, die von der Fläche des Segels abhängig sind,offenstehen sollten, wäreauch die Erweiterung um eine zusätzlicheEinheit möglich,die z. B, einen Durchmesser von 10 000 m haben könnte.
[0029] Diein 8 dargestellte mechanische Andockmöglichkeitkönntedurch eine komplett magnetische Andockvorrichtung ersetzt werden.Hierbei befindet sich an der Stelle des Innenringes aus Rohrmaterialeine Scheibe aus ferromagnetischem Material (Eisen bzw. eisenhaltigesMaterial).
[0030] DerAußenringdes andockenden Fahrzeuges wärein diesem Fall genauso groß wieder Innenring des Trägers,beide Ringe würdensich somit bei der Kopplung aufeinander legen.
[0031] DieHaftung des andockenden Raumfahrzeuges würde durch Elektromagneten,die an der andockenden Seite des Außenringes der Tochter-Einheitbefestigt wären,erzeugt.
[0032] Umnicht auf ständigesEinschalten der Elektromagneten angewiesen zu sein, könnte dieseKopplungseinrichtung mit schwächerenPermanentmagneten kombiniert sein, die schwach genug sind, dassdie eingeschalteten Thruster einer startenden Tochtereinheit überwindenkönnen.
[0033] Eineweitere Variante wäredie Kombination der Verwendung von Permanentmagneten und von Elektromagneten,deren Pole so ausgerichtet sind, dass diese beim Ablegen von derRingscheibe abstoßen.
[0034] ImGrunde genommen zieht der Erfinder ein schlichtes elektromagnetischesAnkoppeln an einem Innenring in Form einer magnetischen (eisenhaltigen)Ringscheibe an der Mutterstruktur und von Elektromagneten an derTochter-Einheit vor, denn dies ist ein einfach zu steuernder Vorgang – die Elektromagnetender Tochtereinheiten werden beim Ankoppeln eingeschaltet und beimAbkoppeln wieder abgeschaltet.
[0035] DieseAnkopplungsart sollte bei den im Weltraum herrschenden Bedingungenwegen der kaum vorhandenen Gravitation in den meisten Fällen vollkommenausreichend sein.
[0036] Daes jedoch müßig ist,die triviale Befestigung der aus magnetischem Material bestehendenRingscheibe an dieser Stelle zu schildern, soll hier als Variantedie in 8 gezeigte mechanische Kopplung mittels Innenringerläutertwerden.
[0037] Dieshätte Vorteileals zusätzlicheAbsicherung der eingekoppelten Objekte, etwa bei Ausfall der Stromversorgungzu den Elektromagneten oder einfach als Stromsparmaßnahme,oder als Verstärkungder Kopplung bei Raumfahrzeugen, die für den Wiedereintritt in planetareAtmosphärengedacht sind.
[0038] Auchbei Strukturen, bei denen eine besonders leichte und dennoch stabileAusführunggewünscht wird,wäre dieVerwendung eines Innenringes in Rohrform aus z. B. CNT-Materialwegen der hohen Belastbarkeit, des relativ geringen Gewichtes dieserMaterialien und der hohen Stabilitäts-Effektivität der Rohrformbei minimalem Materialverbrauch vorzuziehen.
[0039] In 8 isteine mechanische Andocklösungan einem Innenring dargestellt, die mittels mehrerer (im Beispiel4) Andock-Halterungen 5.1, in die der Außenringeiner Tochtereinheit angedockt ist, realisiert wurde.
[0040] DieMontage dieser Halterungen erfolgt ausgehend von der Innenseitedes Ringes durch Hindurchstecken der freien Enden der Halterungsgabel 5.1.1 sowohldurch den Rohrkörperals auch durch eine der Befestigungsschellen 5.1.2 oder 5.1.3,die an den hierfürvorgesehenen Stellen bereits vorbereitete Bohrlöcher besitzen.
[0041] DerSteckvorgang wird durch einen Anschlag 5.1.1.2 begrenzt,der z. B. in Form einer Verdickung der Stange oder einer an derentsprechenden Stelle befestigten Begrenzungs-Ringscheibe realisiert werden kann.
[0042] DieBefestigungsschelle umfasst einen Teil des Rohres nach dem Hindurchsteckender Gabel vollständig(z. B. die untere Hälfte)und bildet mit der zweiten Schelle eine Verstärkung der Befestigung, wennbeide Schellen mittels einer von oben nach unten oder von untennach oben durchgehenden Befestigungs-Schraube 5.1.4 undder Mutter 5.1.6 um den Rohrkörper des Innenringes gepresstwerden.
[0043] Diemit einem Außengewindeversehenen Enden der Haltegabel 5.1.1 werden mittels zweierGabelenden-Schraubhülsen 5.1.8,die ein Innengewinde und am Kopfende einen Anschlag in Form einerAnschlagskante besitzen und durch die Gabelhalteplatte 5.1.5 gestecktwerden, angezogen. Hierdurch ist die Befestigung der Haltegabelabgeschlossen.
[0044] DieHaltevorrichtung wird komplettiert durch jeweils zu den Halterungsgabelnauf Haltegurten der Tochtereinheit angebrachten Elektroschlössern 5.1.7.Die Befestigung eines Schlosses kann bevorzugt durch Verschraubeneiner Elektroschloss-Halteplatte 5.1.9 an der Unterseitedes Schlosses erfolgen, wobei der Gurt zwischen Schlossunterseiteund Halteplatte eingeklemmt wird.
[0045] Einweiteres Anwendungsbeispiel der Verschachtelungstechnik wäre ein Transport-Mutterschiffals Solarsegler mit z. B. 100 m Durchmesser und einer flugfähigen Stromversorgungseinheitvon ca. 10 m Durchmesser in die wiederum das eigentliche Landefahrzeugvon z. B. 5 m Durchmesser in den Innenring eingekoppelt ist.
[0046] Sokönnteder Lander mitsamt Stromversorgungseinheit vom Mutterschiff am Einsatzortin der Nähe desAsteroiden ausgesetzt werden, wo diese sich dann ebenfalls trennen.
[0047] DasLandefahrzeug wäremit Batterien die ihm erlauben Energie durch Einkoppeln in die Stromversorgungseinheitwieder aufzuladen und/oder Energieempfangseinrichtungen (Rectennaoder Solarzellen) versehen, mit denen die übertragene Energie einer Mikrowellen-oder Laser-Sendeeinheitdes Kleinkraftwerkes empfangen werden.
[0048] Eineweitere Möglichkeitwäre diedirekte Verbindung der überdem Asteroiden schwebenden Stromversorgungseinheit mit dem Landerdurch ein Stromversorgungskabel von mehreren hundert Metern, sodass sich die Stromversorgungseinheit immer im Sonnenlicht befindet.
[0049] AlsMaterial fürdas Stromkabel eignet sich insbesondere CNT-Material (Carbon-Nano-Tubes)wegen seiner hohen Reissfestigkeit bei gleichzeitiger Leitfähigkeitund Unempfindlichkeit gegenüberWeltraumeinflüssen.
[0050] Vorteildieser Lösungist, dass Batterien eingespart und auf die Energieempfangs- undSendeeineinrichtungen ganz verzichtet werden kann, wobei zusätzlich keineUmwandlungsverluste entstehen.
[0051] DieIdee, eine Stromerzeugungseinheit im Weltraum durch ein Kabel oderdurch Senden der Energie zu einem Stromverbraucher zu senden, istsicherlich nicht neu, z. B. wurde Sie im US-Patent 6,194,790 B1 angewandt, in diesemFall an einem Satelliten.
[0052] Neuist jedoch die Verbindung eines selbst flugfähigen Landers mit der Stromversorgungseinheitund einem Trägerschiffund die Möglichkeit,diese jeweils selbständigan- und entkoppeln zu können.
[0053] Diesermöglichtes z. B. den Lander auch überlängereZeit auf der Schattenseite eines Asteroiden einzusetzen während dieStromerzeugungseinheit ständigStrom an den Lander weiterleitet.
[0054] Einderartiger Innenring ist nicht nur für Raumfahrzeuge, sondern besondersauch füralle rotierenden großenWeltraumstrukturen, an die angedockt werden muss, wie z. B. Raumstationen,Habitate, Kraftwerke (zur Erzeugung von Energie und deren Weiterleitungan die Erde) eine wichtige Ergänzung.
[0055] DieAndockeinrichtung ermöglichtes den hier geschilderten scheibenförmigen Raumfahrzeugen mit ihrem äußeren Antriebsringtrotz der Rotation anzulegen, wenn sie selbst in der gleichen Winkelgeschwindigkeitwie die Hauptstruktur rotieren.
[0056] DieseStrukturen haben idealerweise eine konstante Ausrichtung, die durchRotation stabilisiert werden kann. Außerdem können/sollten z. B. Habitateund Raumstationen auch zur Erzeugung von künstlicher Schwerkraft rotieren.
[0057] Hingegensteht bei einer weiteren Großstruktur,einem Weltraum-Kraftwerk, das einerseits seine Solarkollektorenzur Sonne ausrichten und andererseits die Energie zur Erde odersonstigen Zielen per Mikrowelle oder Laser mit großer Genauigkeitan ein begrenztes Ziel übergroßeEntfernungen senden muss, die Sicherung der Ausrichtung im Vordergrund.
[0058] EinplötzlichesAbweichen vom Zielgebiet, z. B. ausgelöst durch den Impact mit Weltraumschrottoder sonstigen Objekten dürfteinsbesondere bei Laserübermittlungvon Energie verheerende Auswirkungen haben und sollte daher durchRotationsstabilisierung verhindert werden.
[0059] RotierendeKreisel oder Gyroskope etwa sind sehr schwer von ihrer Ausrichtungabzubringen, dies umso mehr, wenn ein Großteil der Masse sich an derAußenkantebefindet (wie bei Außenringstrukturen)und dieser außenliegendeMasseschwerpunkt weit vom Zentrum der Scheibe entfernt liegt.
[0060] Günstigerweiseeignen sich gerade die vom Erfinder entwickelten ringförmigen Weltraumstrukturen wegenihrer Merkmale, die in der Grundform einem besonders stabilen Kreiselkörper entsprechen,hervorragend fürdiese Art der Stabilisierung.
[0061] Manstelle sich eine Ringstruktur mit einem Durchmesser von mehrerenhundert Metern vor. Einen Kreisel von derartiger Größe bei demsich zudem noch ein großeroder evtl. sogar der größte Teilder Masse im bzw. am Außenring(z. B, die äußeren Thrustereinheiten)befindet, hat es bisher noch nie gegeben. Diese extrem vergrößerten Maße der für die Stabilität der Ausrichtungeiner rotierenden Struktur entscheidenden Merkmale lassen ein ebenfallsextrem stabiles Lageverhalten vermuten. Hinzu kommt, dass dieseStruktur im Weltraum keinen störendenFriktionskräftenausgesetzt ist.
[0062] EinObjekt, das rotiert kann am besten im Zentrum angedockt werden,da die Wahrscheinlichkeit, dass das andockende Fahrzeug durch dieFliehkraft weggeschleudert wird, mit der Entfernung vom Zentrumimmer mehr zunimmt.
[0063] Das „Herunterfahren" (Stoppen) der Rotationbesonders massereicher Großobjekteund anschließendeHochfahren ist äußerst energieaufwendig.
[0064] DieNotwendigkeit, das rotierende Objekt herunterzufahren, kann jedochdurch Verwendung des Innenringes als Dockingstation vermieden werden,wenn das andockende Raumfahrzeug selbst auch rotiert. Dadurch wirdnicht nur Energie eingespart, sondern auch z. B. bei bemannten Raumstationender normale Betrieb nicht gestört.
[0065] DieserAndockvorgang zwischen zwei rotierenden Objekten soll im nachfolgendennäher beschrieben werden.
[0066] Dasandockende Fahrzeug, bei dem es sich vorzugsweise um ein tellerförmiges Antriebsring-Raumfahrzeug nach 1 handelt, könnte sich in einer festgesetztenEntfernung (Grundstellung) überdem Andockring platzieren und selbst mit der gleichen Winkelgeschwindigkeitwie die Station rotieren.
[0067] MitHilfe der nach oben ausstoßenden(Ionen)-Thruster 1.6 in 1,die aufgrund ihrer sehr geringen Schubkraft auch eher bedächtige Manöver zulassen,nähertsich das Schiff behutsam weiter rotierend der Station und setztkurz vor Erreichen der Andockhalterungen mit dem Gegenschub dernach unten ausstoßenden undsomit nach oben beschleunigenden Thruster 1.6 ein, um dieAndockgeschwindigkeit auf ein Minimum herunterzusetzen.
[0068] Einsanftes Aufsetzen des Raumschiff-Außenringes sollte das Ergebnisder bisherigen Annäherung sein.
[0069] Obwohlder Gedanke des Andockvorganges eines Raumfahrzeuges, das sich hierbeiin Rotation befindet, ungewöhnlicherscheinen mag, geht der Erfinder davon aus, dass dies für ein rotierendesFahrzeug der hier beschriebenen Art wegen der lagestabilisierendenkreiselkörperförmigen Formeinfacher ist als fürnicht rotierende Fahrzeuge.
[0070] 8 zeigtein Raumfahrzeug, das mit seinem Außenring in den inneren Ringeiner größeren Einheit angedocktist. Bei der größeren Einheitkönntees sich z. B. um einen riesigen Solarsegler oder um eine ringförmige Raumstationbzw. ein Materialdepot oder um ein Weltraum-Solarstromkraftwerkhandeln.
[0071] Wennbeide Kopplungsobjekte bei der Annäherung rotationsstabilisiertsind, dürftensie, wenn sie sich in einer festgesetzten Entfernung (der Ausgangsstellung)mit gleicher Winkelgeschwindigkeit parallel gegenüberstehen,weiterhin auch beim Zusammentreffen die gleiche Ausrichtung haben.
[0072] Alsoauch bei der eigentlichen Kopplung, dem abschließenden Einsetzen des Außenringes 6 desandockenden Raumfahrzeuges in die am Innenring 5 der Raumstationangebrachten Andockhalterungen 5.1.
[0073] DieFeinausrichtung des ankoppelnden Fahrzeuges könnte z. B. durch 4 in jeweils90 Grad Entfernung voneinander am Außenring 6 des Raumfahrzeugesangebrachte Positionspeilsender erfolgen, die auf jeweils 4 ebenfallsin 90 Grad Entfernung am Innenring 5 des anzulaufendenObjektes angebrachten Gegenstellen nahezu senkrecht gegenüberliegenund auf eine festgesetzte Distanz – der Grundstellung – einjustiertsind.
[0074] Hatnun jeder dieser vier kalibrierten Peilsender die genau gleicheEntfernung zum Gegenstück(z. B. in Form eines Empfängersoder in Form eines Reflektors) am anzulaufenden Objekt und ist diefestgelegte Entfernung erreicht und beide Objekte rotieren mit dergleichen Winkel-Geschwindigkeit,befindet sich das Raumfahrzeug in der Grundstellung und die Annäherung kannbeginnen.
[0075] Hierzuwerden nachfolgend die einzelnen Phasen des Andock-Vorganges beschrieben: a) Das Andockobjekt platziert sich in einerfestgesetzten Entfernung genau parallel zum Mutterschiff bzw. derStation oder des Objektes oder des Raumschiffes über dessen Zentrum. b) Die Rotationsgeschwindigkeit wird angeglichen. c) Die Annäherungwird durch gleichzeitiges Zündender nach unten schiebenden Thruster eingeleitet. d) Vor dem Auftreffen werden die nach unten ausstoßenden Thrustersolange gezündet,bis die Annäherungsgeschwindigkeitfast auf Null gesunken ist. Das Auftreffen erfolgt dann sanft mitder noch verbliebenen Restgeschwindigkeit. f) Die Bolzenriegel der Magnetschlösser 5.1.7 schiebensich unter der Halterungsgabel 5.1.1 hindurch über dasRohr des Außenringes 6 undbefestigen somit das ankoppelnde Objekt.
[0076] Beieinem späterenAblegen werden die Riegel der Magnetschlösser wieder eingezogen unddas Tochterobjekt kann seine Thruster starten und zunächst geradenach oben beschleunigen bevor es dann in die gewünschte Richtung abdreht.
[0077] WegenImpactgefahr sollte die Umgebung von Weltraumeinrichtungen, wiez. B. Solarstrom-Weltraumkraftwerkenoder Raumstationen, sowie auch häufigbenutzte Flugbahnen besonders vor herumfliegenden Trümmern, Weltraumschrottund ähnlichemgeschütztwerden.
[0078] Diebeste Möglichkeit,ist sicherlich derartige Trümmernicht entstehen zu lassen. Dies ist jedoch nicht immer möglich. Einguter Kompromiß wäre sicherlich,die Verursacher zu verpflichten, ihren Schrott bzw. Ihre Trümmer zumindestin der Umgebung der Erde selbst zu entsorgen, bzw. die Entsorgungdurch hierzu beauftragte Einrichtungen zu bezahlen.
[0079] Eineeinfache Möglichkeit,derartige Aufgaben zu verrichten, wäre ein Flugring-Raumfahrzeug,das aus kaum mehr besteht, als aus einem Antriebsring und ein indiesen eingehängtesNetz oder eine sackförmigebzw. käscherförmige Sammeltasche,mit dem das Raumfahrzeug den Weltraumschrott einsammelt.
[0080] Steuerung,Empfangs-und Sendeeinheiten sowie Kameras dieses Raumfahrzeugeswären mitentsprechenden Halterungen ähnlichwie die Thrustereinheiten am Aussenring angebracht.
[0081] Solangeder fliegende Käschervorwärtsbeschleunigt, werden die gefangenen Objekte durch den Beschleunigungsdruckim Netz gehalten.
[0082] Beschleunigtder Käscherplötzlichin die Gegenrichtung, was ihm ohne weiteres durch die gegenläufige Ausrichtungder Doppelthrustereinheiten möglichist, bewegen sich die eingefangenen Objekte mit der bisherigen Geschwindigkeitweiter in die bisher eingehaltene Richtung und verlassen das Netz/denKäscherwieder.
[0083] Somitkönnteder Weltraumschrott elegant z. B. durch Kollisionskurs in RichtungMond gestossen und damit auf diesen entsorgt werden, während derKäscherseinen Kollisionskurs beendet und weiteren Schrott zur Entsorgungsammelt.
[0084] Für ein derartigesFahrzeug wärees bei entsprechender Größe auchkein Problem, Satelliten „einzufangen" und anschließend aufeinen anderen Orbit zu transportieren, also meistens um die Orbitbahnwieder zu erhöhen.
[0085] Gegenüber demnachstehend noch beschriebenen von der Firma Orbital Recovery vorgesehenenAndockvorgang, bei dem das andockende Recovery Raumfahrzeug sichan einem Satelliten ohne hierfürvorgesehene Andockeinrichtung befestigen muss, bestünde hierbeinicht die Gefahr eines Abdriftens bzw. einer nicht mehr beherrschbarenRotation des Satelliten.
[0086] Eineandere Option ist die Einfügungeines Netzes/Sackes/Käschersals Funktionseinheit in den Innenring eines Solarseglers bzw. Raumfahrzeuges.Durch Verwendung eines Solarseglers wird die Einsatzdauer erheblicherhöht,bevor der Ersatz der aufgebrauchten Thrustereinheiten (mit dem damitzusammenhängendenTreibstofftank) erforderlich ist.
[0087] AlsMaterial fürdas Schleppnetz bzw. den Schleppsack wird ein Gewebe aus Carbon-Nanotube-Fasern (CNT) vorgeschlagen,mindestens jedoch carbonfaserverstärktes Kompositgewebe.
[0088] DerVorteil dieser Käscher-/und Sack-Raumfahrzeuge besteht in der einfachen Möglichkeit,durch Ansteuern Material bzw. Objekte einzusammeln und ggf. zu entsorgen,ohne das hierfürbesondere Sammelgerätschaftwie z. B. Roboterarme verwendet werden müßten.
[0089] Eineweitere Verwendungsmöglichkeiteines derartigen fliegenden Käschers/Sackeswäre dieAufnahme und der Transport von z. B. auf Asteroiden oder auf Mondengewonnener Rohstoffe.
[0090] Sokönntedas SSI-Mass-Driver Konzept, bei dem ferromagnetische Objekte bzw.Rohstoffe mit Hilfe magnetischer Schienen in den Weltraum geschleudertwerden, in einem derartigen Käscher,der die geschleuderten Objekte an seinem Zielort wieder einfängt, seineideale Ergänzungfinden.
[0091] SokönntengeförderteErze, bzw. metallhaltige Gesteine vom Ursprungsort zum Bestimmungsortoder zu einem Verteilungsknoten befördert werden, ohne dass hierfür Raumfahrzeugeerforderlich wären.
[0092] Eineweitere Möglichkeitwäre dasMass-Driver Schleudern von magnetischen Material-Containern um z. B. staub- und sandartigeRohstoffe zu befördern.Ein wesentlicher zusätzlicherVorteil ist, dass diese Container auch nichtmagnetische Materialientransportieren könnenund das sie mit einem Sender und ggf. einem rudimentären Thrusterantriebausgestattet sein könnten,der sowohl die Positionsbestimmung als auch das Einfangen vereinfacht.
[0093] 9.a zeigt einen fliegenden Käscher (hauptsächlich für das Einsammelnvon Weltraummüllund Erhöhungvon Satellitenorbits gedacht) 9.b zeigteinen fliegenden Sack, der eher zum Einsatz als flugfähiger Rohstoffsammelbehälter gedachtist.
[0094] Einmit einem Innenring versehenes Raumfahrzeug bzw. Solarsegler könnte miteiner flugfähigenReparatureinheit ausgestattet, als Werkstatteinheit dienen. Diesewürde auseinem flugfähigenThrusterring mit darin eingepaßtenWerkzeug-/Ersatzteil- und Abfall-Container bestehen, auf den derOberkörpereines Reparatur-Roboters aufgesetzt ist.
[0095] DieserReparatur-Roboter hättevorzugsweise 4 Arme, da er im freien Raum Reparaturen bzw. Wartungsarbeiten(z. B. Austausch der Thrustereinheiten) vornimmt, bei denen er sicham Reparatur-Gegenstand mit zwei Armen festhält und dabei mit den beidenanderen Armen und Händenrepariert.
[0096] Daszweite Armpaar ist deshalb so wichtig, weil im schwerelosen Raumjede noch so geringfügigeBerührungein Abstoßenvom zu wartenden bzw. zu reparierenden Objekt bewirken kann undauch die Möglichkeitgegeben sein muss, um Gegendruck auszuüben.
[0097] Sicherlichwäre aucheine Befestigung durch Leinen, Anker, Magnetleinen u. ä. denkbar.Die Lösung mitdem zweiten Armpaar und flugfähigemUntersatz scheint jedoch die praktischste zu sein.
[0098] Einweiteres Erfordernis füreine menschengesteuerte robotische Reparatur-Einheit wären zweiKameras, die an einem kopfartigen Gebilde angebracht sind. Hierdurchkönnteein menschlicher Seheindruck für dieFernsteuerung mittels Virtual Reality Steuerung durch menschlicheAstronauten entstehen.
[0099] Inerster Linie ist diese Wartungseinheit dafür gedacht, Einheiten einerRaumflotte aus Solarseglern und Raumfahrzeugen mit Thrusterringnach diesem Patentantrag zu warten, insbesondere also die steckbaren Thrustereinheitennach Anspruch 8) des Vorantrages auszutauschen und da diese gleichzeitigmit einem Tank versehen sind, hierdurch gleichzeitig „nachzutanken".
[0100] Auchdas Betanken von mit einem außenliegendenTankanschluss versehenen größeren Thrustereinheitenkönntedurch derartige Wartungsroboter mit Thrusterring vorgenommen werden.
[0101] ImIdealfall würdenalso die Einzeleinheiten einer Raumflotte nicht mehr zur Wartungoder zur Treibstoffaufnahme zu einer Raumstation zurückkehren,sondern sie würdenvon dem Wartungsschiff das gleichzeitig ein Ersatzteillager darstellt,am Einsatzort aufgesucht. Durch Warten mehrerer Schiffe, die sichin räumlicherNähe zueinanderbefinden, könntendaher Rückkehrzeiteneingespart werden.
[0102] Aufdem TrägerschiffmitgeführteErsatzteile, wie z. B. Solarzellen, Thrustereinheiten, Solarsegelstoff undRingsegmente lassen eine weitere Verlängerung der Einsatzdauer zu.
[0103] Solltedie Notwendigkeit bestehen, Objekte abzuschleppen, könnte auchder Einsatz von 3 ineinander gestaffelten Einheiten erfolgen, z.B. zwei Solarsegler und die Reparatur-Funktions-Einheit, wobei die Reparatur-Einheitdie Kopplung der größten Einheitmit dem Abschleppgut vornimmt und dann wieder mit dem zweiten kleinerenThrustersegler koppelt und separat den Rückweg antreten kann.
[0104] Durchden Innenring, der bei sehr großenEinheiten durchaus auch beträchtlicheAusmaßeeinnehmen kann, (etwa ein 1000 m Raumschiff mit 100 m oder 200 mInnenring) ist es möglich,Objekte, z. B. Satelliten oder kleine Asteroiden in das Zentrumdes Raumschiffes einzuspannen und in eine andere Richtung zu beschleunigenohne das die im Ring gehaltenen Objekte auf einmal ein Eigenlebenentwickeln.
[0105] DerInnenring bietet somit durch die sichere Befestigung des Ladegutesdie Möglichkeit,das Raumfahrzeug auch mit aufgenommener Last komplikationslos zulenken.
[0106] Beider Lenkung ist gerade der großeHebel, den die Thruster am Außenringdes Raumfahrzeuges bei Unterbringung der Ladung im Zentrum besitzen,behilflich. Unterstütztwird eine derartige Einspannaktion durch die Verwendung von am Innenringangebrachten Seilwinden mit entsprechendem Haltewerkzeug, wie z.B. Seile, Gurte, Magnete, Halteringe, Karabinerhaken, u. ä., wobeidie Winden durch entsprechendes Anziehen für eine stramme Spannung sorgenkönnen.
[0107] In 8 sind4 elektrische Seilwinden 5.2 mit 4 unterschiedlichen Funktionalitäten dargestellt.Die Aufnahme von vier unterschiedlich ausgestatteter Winden erfolgtenur zur Verdeutlichung der verschiedenen Verwendungsmöglichkeiten.
[0108] Sinnvollerist es selbstverständlich,mindestens zwei, Idealerweise 4 gleichartige Winden zursicheren Befestigung im Inneren der Struktur zur Verfügung zuhaben. Durch entsprechendes Anziehen der Winden, so dass für jede einzelneeine gleichmäßige Spannungentsteht, könnendie zu transportierenden Lasten sicher und ohne bei Kursänderungenbzw. Beschleunigungen unkontrolliert umherzuschlagen, eingespanntwerden.
[0109] EinTransport- bzw. Containerschiff wäre z. B. mit mindestens 4 Karabinerhakenwinden,die im Abstand von 90 Grad am Innenring angebracht sind, ausgestattet.
[0110] Dieerste Seilwinde 5.2 links oben verfügt lediglich über einSeil, bzw. einen Gurt, das/der an dem Transportgut extern durchRoboter bzw. Astronauten befestigt werden muß. Die nächste Seilwinde rechts oben istmit einem Ring am Ende des Seiles bzw. Gurtes ausgestattet, diein der Regel ebenfalls von Astronauten/Robotern platziert werdenmüssen.
[0111] Beider Winde rechts unten handelt es sich um einen Karabinerhaken,dessen Schließteilin diesem Fall nicht an der Seite, sondern oben öffnet. Gedacht ist hierbeihauptsächlichan das Aufnehmen von Weltraum-Transportbehältern mit Außenringbzw. entsprechenden hierfürvorgesehenen Halterungen zur Befestigung der Haken.
[0112] DieseMöglichkeitder einfachen (sogar robotisch gesteuerten) Lastenaufnahme und Befestigungist einer der wichtigsten Vorteile derartiger mit Antriebs-Außen- undAndock- Fracht-Innenring ausgestatteten Solarsegler/Raumfahrzeugegegenüberden riesigen, quadratischen Masten-Solarseglern zum Ladungstransport, diein den bisherigen Solarseglerdesigns verwendet wurden. Der Erfinder/Autorkann sich nicht vorstellen, wie die Aufnahme, bzw. das Entlassenvon Ladung bei einem derartigen riesigen Mastensegler erfolgen soll, ohnedas das Raumfahrzeug durch umherschlagende Ladung gefährdet wird,insbesondere durch Bruchgefahr der Mastlager oder Gefahr der Beschädigung desSolarsegels.
[0113] Auchwenn sich diese Probleme evtl. durch entsprechende Navigation undBewegung des Raumfahrzeuges meistern lassen könnten, würde die hierfür erforderlicheLogistik insbesondere bei aus großer Entfernung gesteuertenRaumfahrzeugen die Handhabung nur unnötig erschweren.
[0114] Diegenannte Einspannmöglichkeitist auch aus anderen Gründennicht zu unterschätzen.So hat z. B. die US-Firma Orbital Recovery ein Konzept erarbeitet,um Satelliten, deren Treibstoffvorrat zu Ende geht und deren Orbitsich immer mehr der Erde nähert,wieder auf einen erdferneren Orbit zu versetzen (GLES(TM) – GeosynchSpacecraft Life Extension System).
[0115] Dieskönntelt. Aussagen von Orbital Recovery die durchschnittliche Lebensdauereines Satelliten von 15 Jahren auf 25 Jahre verlängern, was bei den nicht unerheblichenKosten fürHerstellung und Launchen eines Satelliten eine deutliche Kosteneinsparungbedeuten würde.
[0116] Hierfür wurdeein Ionen-Thruster getriebenes Raumfahrzeug konstruiert, für das offensichtlichlaut Internetseiten der Firma noch ein Patentantrag anhängig ist.
[0117] DiesesFahrzeug soll sich an den zu schleppenden Satelliten anheften, diesenmit Hilfe des Ionen-Antriebes auf den vorgesehenen Orbit schleppenund auch weiterhin bis zum Ablauf der Benutzungsdauer an diesemals Ersatzantriebseinheit befestigt bleiben.
[0118] DasKopplungsmanöverist nach Ansicht von Experten lt. NewScientist.com jedoch nichtgerade ungefährlich,ein kleiner Stoß könnte denSatelliten derart in Drehung versetzen, dass er unkontrolliert rotiert.Das Schleppfahrzeug, welches nicht mit Haltemöglichkeit versehen ist, wäre in einemsolchen Fall hilflos und die Mission gescheitert.
[0119] EinAntriebsring-Raumfahrzeug mit Andockring würde bei einem ähnlichenEinsatz zumindest die Kopplung vereinfachen, da das Einspannen einesSatelliten von mehreren Seiten mittels der am Ring befestigten Seilwindenmöglichwäre undein allerdings noch zu entwickelnder Roboter auf der Service-Funktionseinheitmit seinen vier Armen mit einer kritischen Situation besser umgehenkönnte.
[0120] Eineweitere Möglichkeitwäre, dasSchleppfahrzeug mit flugfähigenHalte- (insbesondere Elektromagneten) bzw. Greifvorrichtungen zuversehen, die an den Enden der Seile/Gurte der Seilwinden befestigtsind. In 8 ist dies durch die Seilwindeneinheit 5.2 linksunten dargestellt.
[0121] Eshandelt sich hierbei wieder um einen allerdings kleineren Flugring,der bereits im Vorantrag behandelten Bauart. Ein derartiger Flugringkönntez. B. auch einem Astronauten helfen, an einen gewünschtenEinsatzort zu gelangen. Er wird einfach durch Einziehen der Seilwindean den Innenring gezogen und dort ggf. noch unterstützt durchElektro-Magnethalter solange am Ring gehalten, bis er zum Einsatzkommt.
[0122] Dieeinfachste Art der Kopplung scheint die elektromagnetische zu sein.Daher ist es sinnvoll, wenn die Windenflugeinheit mit einem schaltbarenElektromagneten und das Transportgut selbst magnetisch oder zumindestmit magnetischen Ankopplungsflächen,die an den hierfürgünstigstenStellen angebracht sind, ausgestattet ist.
[0123] DerAnkopplungsvorgang erfolgt dann durch Annäherung der Windenflugeinheitenan das Transportgut, Einschalten des Elektromagneten und Kontaktaufnahme.Durch Anziehen der Winden bis zur gewünschten Transportspannung wirddas Transportgut dann währenddes Transportes im Innenring gehalten. Anschließend kann es dann wieder entlassenoder sogar zunächstdurch die Windenflugeinheiten an ihren Bestimmungspunkt befördert werden(falls sich dieser im Weltraum befindet).
[0124] DerErfinder geht hierbei davon aus, das bei Verwendung von Ionen-Thrusternan den Flugringen der Windenflugeinheiten weder Schaden am Transportgutnoch am Raumtransportfahrzeug entsteht, weil im Gegensatz zu chemischenAntrieben nur geladene Teile (z. B. aus Xenon-Gas) anstelle vongezündetemTreibstoff ausgestoßenwerden.
[0125] AlsMaterial fürdie Seile/Faden/Gurte der Seilwinden schlage ich vor, das hierfür CarbonNanotube- (CNT) Materialien verwendet werden, die bereits heute(z. B. durch die französischeFirma Nanoledge) industriell hergestellt werden.
[0126] DiesesMaterial ist unvorstellbar reißfest,weltraumtauglich und zudem noch elektrisch leitend. So könnte z.B. mit einem CNT-Faden von Nähgarnstärke aufder Erde ein Auto in der Luft gehalten werden (Quelle Edwards/Westling „The SpaceElevator").
[0127] Diesist natürlichim Weltraum (und auf gravitationsarmen Asteroiden) vollkommen ausreichend,da im Weltraum keine Gravitation zu überwinden ist, so das ein derartiger „Bindfaden" Objekte ziehen bzw.halten könnte,die auf der Erde tausende von Tonnen wiegen würden.
[0128] Zudemkommt die elektrische Leitfähigkeitgerade recht, um den fürden Elektromagneten erforderlichen Strom zu leiten. So könnte z.B. ein verzwirnter Faden aus mindestens zwei CNT Strängen erzeugtwerden, von denen mindestens einer oder ggf. auch beide elektrischisoliert sind, damit die erforderlich positive und negative Spannung über dieFäden vomRaumschiff zu den Elektromagneten der Windenflugeinheiten geführt wird.
[0129] Nichtnur (aber auch) die o. a. enorme Widerstandsfähigkeit des Nanotube-Materials,sondern auch die zu erwartenden geringen mechanischen Belastungen,haben den Entwickler dazu gebracht, sein ursprüngliches Konzept der Gurtbefestigungenim Thrusterring noch einmal zu überdenken.
[0130] DieGurte haben ihre Vorteile, z. B. eine unvorstellbare Haltbarkeit,die Verwendbarkeit bewährter Gurtbefestigungstechnologien(Ratschen, Spanner, etc.) und auch die Chance, das ein Gurt selbstbei Impacten mit Micro-Meteoren nicht vollständig zerstört wird, weil wenige dieserMeteore einen größeren Durchmesserals 2 cm haben (The Space Elevator, Seite 27).
[0131] Nanotubeshaben eine theoretische maximale Zugfestigkeit von 3000 Tonnen jeQuadratzentimeter (The Space Elevator Seite 9), dies entsprichteinem 1 mm dicken Gurt von 10 cm Breite.
[0132] Selbstverständlich kanndiese theoretische Stärke(noch) nicht erreicht werden, jedoch rechnen die Autoren diesesSachbuches fürdas Kabel ihres Space Elevators mit immerhin noch 1327 Tonnen Tragfähigkeit jecm² Stärke.
[0133] Istes jedoch außerbei schnell rotierenden Gebilden wie der im Vorantrag behandeltenRotationsschleuder unbedingt nötig,eine derartige Haltbarkeit im Weltraum zu fordern Und dies in einerUmgebung in der tonnenschwere Massen kein, bzw. kaum ein Gewichthaben oder sich im Zustand des freien Falles befinden und die regelmäßige Belastungder Struktur überdiesnoch durch das geringe Beschleunigungsvermögen der verwendeten Solarsegelund Ionen-Thruster-Antriebe begrenzt ist.
[0134] Für ein Forschungsraumschiff,das ausschließlichim Weltraum eingesetzt wird und nur die erforderlichen wissenschaftlichenInstrumente und Solarzellenanlagen zur Stromerzeugung als Nutzlastbefördert,sicherlich nicht.
[0135] Wiewürde dasGanze aussehen bei einem Lander, der auf einem Asteroiden landetund dort Rohstoffe gewinnt und wieder abtransportiert Nehmen wirals Beispiel einen größeren Asteroidenoder den Marsmond Phobos der z. B. eine für einen Kleinplaneten bereitsrecht respektable Schwerkraft von einem Tausendstel der irdischenSchwerkraft entwickelt.
[0136] Einegewonnene und vom Asteroiden abtransportierte Rohstoffmenge voneiner Erden-Tonne hätte einAsteroiden-Gewicht von lediglich einem kg..
[0137] Selbstein „normaler" Carbonfaser Bindfadenvon 1 mm² Stärke (mit einer möglichenZugbelastung von 210 to je Quadratzentimeter, also 2,10 to je qmm)wäre hoffnungslos überdimensioniert,um diese Last bei einem Start zu halten.
[0138] DieIdee ist daher das Design des Kopfes eines Badmintonschlägers aufdie hier behandelten Raumfahrzeuge mit Thrusterring zu übertragen.
[0139] Dasheißt,der Thrusterring erhielte eine netzartige Bespannung mit sich kreuzenden(idealerweise rechtwinklig kreuzenden) Fäden.
[0140] DieSpannung dieser Fädenwürde einerelativ rigide Flächeabgeben, auf der nahezu beliebig an allen Stellen der Ebene, Nutzlastbefestigt werden kann (z. B. durch einfaches Festbinden und Verknoten,jedoch auch unter Verwendung entsprechender Beschläge, wiez. B. Greifhaken).
[0141] Inder Regel würdedies derart erfolgen, das Solarsegel und Solarzellen auf der einenmeist der Sonne zugewandten Seite befestigt sind, während dierestliche Nutzlast auf der Unterseite der Bespannung untergebrachtist.
[0142] Allerdingswäre derRahmen in diesem Fall der Idealerweise regelmäßig runde Thrusterring. Durch dasRohr dieses Ringes müsstenvollständigdurch beide Wändedurchgehende Löcher,die etwas weiter sind als der Durchmesser des Fadens, gebohrt sein.
[0143] DerFaden hättejeweils an einem Ende eine Verdickung bzw. einen Knoten und würde am äußeren Lochder äußeren Rohrwandeingefädelt,durch das parallele Loch auf der inneren Seite der Rohrwand ebenfallshindurchgeführtund auf der anderen Seite des Ringes zunächst durch die innere Rohrwandund dann durch die äußere Rohrwandnach außengezogen und dort Idealerweise gespannt verknotet.
[0144] Durchdie separate Verknotung jedes einzelnen Fadens wäre selbst bei Zerstörung einzelnerFäden durchMeteoriten-Impact weiterhin eine gewisse Festigkeit der Strukturgegeben, solange nicht der Außenring ebenfallsbeschädigtwird.
[0145] Auchbei der Bespannungstechnik könnteauf Erfahrungen bei der Bespannung von Badminton-Schlägerndurch Verwendung ähnlicherGerätschaftenund Techniken zurückgegriffenwerden.
[0146] Sohat es sich bewährtzunächstsämtlicheparallel liegenden Sehnen einzuspannen und sodann die kreuzendenSehnen von oben gesehen jeweils abwechselnd unter sodann über dernächstenund dann wieder unter der übernächsten Sehneusw. hindurchzufädeln,wodurch sich eine nach allen Seiten verstärkende Bespannung ergibt, dieauftretende Punktbelastungen zu einem großen Teil auf die Gesamtstrukturableitet und verteilt.
[0147] WelchenSinn hat nun die Verwendung von Fäden anstelle der im Vorantragvorgeschlagenen Gurte zur Erzeugung der erforderlichen Trage- undHaltestruktur zur Nutzlastbefestigung
[0148] Durchdie Verwendung von Fädenkann das Gesamtgewicht einer derartigen Haltestruktur noch einmaldeutlich reduziert werden, insbesondere wenn es sich um größere Einheitenhandelt.
[0149] WenigerGewicht der Grundstruktur bei gleichzeitiger Beibehaltung der Funktionalität bedeutetjedoch eine höhereBeschleunigung, sowie hierdurch eine höhere Endgeschwindigkeit beigleicher zur Verfügungstehenden Beschleunigungskraft und/oder die Möglichkeit zusätzlicheNutzlast mitführenzu können.
[0150] Geradez. B. bei Solarseglern, die mit sehr niedrigen Beschleunigungskräften auskommenmüssen, zählt jedeseingesparte Kilogramm besonders.
[0151] Sowürde z.B. allein ein 100 m langer Gurt von 1 mm Stärke und einer Breite von 2cm (0,001 m³) ein Erdgewicht von 4 kg beider Verwendung von Graphite Fasern und ein Erdgewicht von 2,6 kgbei der Verwendung von CNT-Material haben.
[0152] Ein100 m langer Faden von 0,5 mm² Stärke (50cm³) hättejedoch nur ein Gewicht von ca. 100 g bei Graphite und 65 g bei Nanotube-Material(Dichte Graphite 2,0 G/cm³, Dichte CNT 1,3G/cm³) und wäre immer noch für die Verwendungim schwerkraftlosen Weltraum und auf schwerkraftarmen Asteroidenerheblich überdimensioniert,denn der CNT Faden könnteimmer noch nicht benötigte6,635 to Material tragen.
[0153] Selbstwenn die Zahl der verwendeten Fädendurch die Bespannungstechnik im Verhältnis zu einer Gurtbestückung nochdeutlich erhöhtwürde,könnteimmer noch Gesamtgewicht bei einer weiteren Reduzierung der Fadenstärke eingespartwerden, obwohl gleichzeitig die auftretenden Lasten besser verteiltsind und die Befestigungsmöglichkeitendurch die höhereZahl der Fädenzunehmen.
[0154] Obwohldurch die o. a. Bespannungstechnik bereits eine sehr leichte Raumfahrzeugstrukturbei gleichzeitig hoher Stabilitätmöglichist, sind noch weitere Optimierungsmöglichkeiten vorhanden, indemdie Rohrquerschnitte noch weiter auf die tatsächlich bei bestimmten Einsatzformenzu erwartenden Lasten verringert und die Zahl der Fäden aufdie tatsächlichbenötigteZahl zum sicheren Halt der Nutzlast verringert wird.
[0155] Derartoptimierte Raumfahrzeug-Strukturen, bei denen auf alle unnötigen Strukturteileverzichtet wird und nur dort Masse eingesetzt wird, wo sie zur Erhaltungder Stabilitätund zur Befestigung von Nutzlast auch tatsächlich gebraucht wird, erlaubeninsbesondere bei Fahrzeugen, die hauptsächlich zur Fortbewegung ohne Nutzlasttransportin größerem Ausmaß vorgesehensind, eine deutliche Geschwindigkeitssteigerung.
[0156] Dieskann durchaus mit der Erhöhungder Effektivitätder Datenspeicherung im Computerbereich durch Kompression verglichenwerden.
[0157] Obwohlfür „normale" Raumfahrzeuge beider Nutzlastbefestigung das vorstehende Haltenetz- bzw. Bespannungs-Verfahrenwegen der geringeren Masse in den meisten Fällen sicherlich die bessereLösung seindürfte,hat auch das Gurtbefestigungs-Verfahren z. B. bei riesigen Objektenweiterhin seine Berechtigung.
[0158] BreiteStreifen aus ferromagnetischem Material könnten genau an den gewünschtenStellen an den Befestigungs- und Haltegurten des Haltenetzes angebrachtwerden und würdenes ermöglichen,Objekte magnetisch daran zu befestigen.
[0159] DieAnbringung würdedurch einfaches Pressen mit einer Quetschzange erfolgen. Ein denkbaresEinsatzgebiet wärez. B. die Befestigung von Solarzellen an den Haltegurten eines großen Solarstrom-Weltraumkraftwerkes.
[0160] Während diebisherigen Entwicklungen in der Raumfahrt zwar wissenschaftlicheund technologische Fortschritte auch in anderen Bereichen erbrachthaben, sind mit Ausnahme der Verwendung von Satelliten für die Fernseh-und Nachrichtenübertragungen,sowie fürmilitärischeAnwendungen zunächsteinmal kaum Applikationen entstanden, mit denen auf Gewinn ausgerichteteWirtschaftsunternehmen Geld verdienen könnten, soweit sie nicht einfachRaumfahrtprodukte für öffentlicheAuftraggeber herstellen.
[0161] Für die Raumfahrtindustrieund Weiterentwicklung der Raumfahrt besteht immer die Gefahr, dassder Steuerzahler nicht mehr bereit ist, die enormen Summen in dergleichen Höheweiter zu zahlen wie bisher.
[0162] Insbesonderegilt dies z. B. bei Abstürzenvon Raumfahrzeugen und Tod von Astronauten, sowie bei Krieg undKriegsgefahr und dem damit verbundenen höheren Kapitalbedarf aber aucheinfach bei wirtschaftlichen Abschwüngen und dadurch knapperenFinanzmitteln.
[0163] Umein wirtschaftliches Disaster fürdie betroffenen Unternehmen und ihre Arbeitnehmer zu vermeiden,ist es daher dringend erforderlich, neue Betätigungsfelder für die Raumfahrtindustriezu erschließen,die in absehbarer Zeit einen Gewinn versprechen.
[0164] Esist aber auch erforderlich, die horrenden Kosten für einzelneMissionen zu senken, was durch den Einsatz wiederverwendbarer Raumfahrzeuge,die im Raum stationiert bleiben, (wie den hier vorgestellten Solarseglern)sowie der treibstoffsparenden Solarsegel-Technologie und der hierebenfalls vorgestellten Modularisierung nach Meinung des Erfindersdurchaus möglichwäre.
[0165] Diehier entwickelten Mutterschiffe müssen nicht immer wieder neuin den Weltraum katapultiert werden und können für viele unterschiedliche MissionenAnwendung finden.
[0166] Siekönnendurch Austausch der Thrustereinheiten nachgetankt und auf die neuestenThrustertechniken modernisiert werden.
[0167] Für die Durchführung speziellerMissionen sind nur die Tochtereinheiten (die zumeist auch mehrfach-verwendbarsind) neu zu planen, herzustellen und in den Weltraum zu befördern, wennbereits mehrfach verwendbare Mutterschiffe zur Verfügung stehen.
[0168] Hierdurchkönntenzum einen die auf eine einzelne Mission entfallenden Herstellungskostenfür die verwendetenRaumfahrzeuge und zum anderen der Treibstoff- und Technologie-Aufwandzur Überwindungder hohen Hürdeder Erdschwerkraft minimiert und bei Einsatz von Solarseglern hinsichtlichdes Treibstoffverbrauches noch weiter reduziert werden.
[0169] Jeweniger Treibstoff transportiert werden muss, desto mehr Leistungverbleibt fürdie Nutzlast oder desto niedriger wird wiederum der Aufwand für das Raumfahrzeug,das dadurch entsprechend schwächer (unddamit kostengünstiger)ausgelegt werden kann.
[0170] Eindenkbares wirtschaftliches Betätigungsfeldfür dievorgestellte Technologie wäredaher das Auffinden, Gewinnen und Verarbeiten von Rohstoffen imWeltraum.
[0171] Dervielversprechendste kurzfristig realisierbare Ansatz zur außerirdischenRohstoffgewinnung liegt nicht in der Besiedlung des Mondes oderdes Mars durch Menschen (insbesondere auch wegen des Aufwandes zurBereitstellung lebenserhaltender Systeme und wegen der dort herrschendenrelativ hohen Schwerkraft), sondern in der robotischen Rohstoffgewinnungvon Asteroiden und Kometen, wobei dies möglichst sonnennah geschehensollte.
[0172] DieseKleinplaneten haben eine äußerst geringfügige Gravitation,so daß esfür dieThrusterring-Solarseglermit Hilfe der normalerweise fürdie Steuerung verwendeten Thruster möglich ist, über diesen schwebend Probenzu entnehmen und erforderlichenfalls sogar zu landen und danachwieder aufzusteigen bzw. dies durch den mitgeführten Lander durchführen zulassen.
[0173] Etwas,was sämtlichebisher konzipierten Solarsegel-Modelle nach Auffassung des Erfindersnicht leisten können.
[0174] Sowohldie wegen der Mikrogravitation erheblich geringere Dichte des Bodensund damit leichtere Förderbarkeitals auch die Qualitätder Rohstoffe spricht fürdie Rohstoffgewinnung von Asteroiden.
[0175] Beiden schwereren Himmelskörpernwie Monden und Planeten sind die schweren und wertvollen Metalleaufgrund der Gravitation zum großen Teil in tiefere, nichtmehr erreichbare Bereiche abgesunken, während bei den Kleinstplanetendie Förderungfast noch an der Oberflächemöglichist.
[0176] HerkömmlicheRaumfahrzeuge mit chemischem Antrieb wären für einen derartigen Einsatzeher ungeeignet, da sie wenn sie denn überhaupt in der Lage wären, einenAsteroiden an seinem Aufenthaltsort mit dem verfügbaren Treibstoff zu erreichen,Probleme hätten,auch noch dort zu landen, wieder aufzusteigen und zur Erde zurückzukehren.
[0177] DieAusbeutung von möglichstsonnennahen Asteroiden ist deshalb so günstig, weil die Antriebskraft desSolarsegels bei der Halbierung der Entfernung zur Sonne quadratischansteigt (bei 0,25 AU, also einem Viertel der Erde Sonnenentfernungaus Richtung Sonne ist die auf das Segel einwirkende Sonnenstrahlung16 mal so stark wie auf Erdhöhe)und ebenso die fürden Ionen-Thruster-Betrieb erforderlichen Sonnenstrahlung, die aufdie Solarzellen einwirkt.
[0178] Sowohldie Segelflächeund damit die Größe des Seglersals auch die Solarkollektoren könnendaher bei einer Annäherungan die Sonne erheblich kleiner ausgelegt werden.
[0179] ObwohlSolarsegel vermutlich selbst auch aus eigener Kraft über Asteroidenschweben können,ist eine bessere Manövrierbarkeitbei ausschließlichthrustergetriebenen Fahrzeugen zu erwarten.
[0180] Diehier vorgestellte Möglichkeitdes Einsatzes von Raumfahrzeugkombinationen, bestehend aus dem miteinem Solarsegel versehenen Mutterschiff und einem Lander, dessenAntriebsring ausschließlichmit Thruster-Antrieb (insbesondere Ionen-Antrieb) versehen ist,ist daher eine gute Alternative.
[0181] Hierbeilanden bzw. schweben lediglich die andockfähigen, massearmen Landereinheiten,auf/über demKleinplaneten, währenddas großeund schnellere Mutterschiff fürden eigentlichen Transport zuständig ist.
[0182] DieserLander könntemit einem Fallschirm ausgerüstetsein, der von vornherein an der Oberseite seines Antriebsringesin ausgefaltetem Zustand befestigt wäre.
[0183] Nachdem Rücktransportdurch den Muttersegler in die Erdumlaufbahn könnte er dann ein zweites Mal vomMutterschiff abkoppeln und mit Hilfe des Fallschirms auf der Erdelanden. Sollte er dies unbeschädigt überstehen,würde einerWiederverwendung nach Austausch der Thruster ebenfalls nichts imWege stehen.
[0184] Dasein Ionen-Triebwerk durchaus größere undschwerere Gebilde als Hauptantrieb antreiben kann, zeigt das SmartI Raumfahrzeug der ESA. Der 75 Milli-Newton-Antrieb (7,5 Gramm Schubkraftpro Sekunde) schafft es, die Umlaufbahn des 367 kg (hiervon 80 kgTreibstoff) schweren Flugkörpersum die Erde immer weiter zu erhöhen,so dass er schließlichin eine Mondumlaufbahn gelangen soll.
[0185] Gerechnetwird mit einer 2 bis 2,5 Jahre dauernden Mission, während derdas Triebwerk fast kontinuierlich arbeitet.
[0186] DasSmart I Triebwerk wäreallerdings bei Verwendung mehrerer Thruster an einem Antriebsringwegen des zu hohen Gewichtes und der zu großen Ausmaße überdimensioniert und nichtpraktikabel.
[0187] AlsBeispiel fürdie Verwendung an einem Thrusterring-Fahrzeug könnte das russische SPT-60 Triebwerk,das bereits seit 1971 im Weltraum zur Korrektur von Satelliten-Umlaufbahnenverwendet wird, gelten.
[0188] Esbesitzt eine Antriebskraft von 30 mN und wiegt 1,2 kg. Quelle http://www.videocosmos.com/magazine/nk0799.html
[0189] Dabei dem Design nach 1 mind. 4 Thrusterin eine Richtung antreiben, würden120 mN Antrieb erreicht, also insgesamt doch deutlich mehr als derSmart I Antrieb mit seinen 75 mN.
[0190] Wäre nichtdie begrenzte Treibstoffkapazität,könntedieses Raumfahrzeug somit bei gleichem Gewicht wie Smart I den Mondoder eben auch erdnahe Asteroiden (Near Earth Asteroides – NEAs) – ggf. aus eigenerKraft erreichen, ohne das Solarsegel hierzu benutzen zu müssen.
[0191] Durchdie extreme Leichtbauweise und wegen des damit verbundenen geringerenGewichtes gegenüberSmart I könntees dies jedoch deutlich schneller als dieses.
[0192] DasGesamtgewicht der 12 Doppelthruster-Einheiten nach 1 mitinsgesamt 24 Thrustern würde mindestens24 × 1,3kg (1200g Thrustergewicht und etwa 100 g das umgebende Rohr) = 31,2kg wiegen.
[0193] ImGegensatz zu den fürSmart I benötigten80 kg Treibstoffwürdenje Doppelthruster-Einheit (s. hierzu 2.a bis 2.d) jedoch nur etwa 600 Gramm Treibstoffmitgeführt,insgesamt also nur 7,2 kg.
[0194] DasGesamtgewicht der mitgeführtenIonenantriebe einschließlichTreibstoff würdein einem derartigen Fall somit unter 40 kg ausmachen.
[0195] EinSolarsegler mit einem derart ausgestatteten Thrusterring wäre jedochin der Lage, deutlich länger alsSmart I mit Beschleunigung eingesetzt zu werden, da der Hauptantriebnicht mit den Thrustern sondern mit dem Segel erfolgt und die Thrusternur dazu benötigtwerden um das Raumfahrzeug in die gewünschte Lage zu der antreibendenSonnenstrahlung zu drehen.
[0196] Esmuss somit erheblich weniger Treibstoff mitgeführt werden.
[0197] Schauenwir uns nun einmal die Antriebskraft eines runden Solarsegels vonetwa 100 m Durchmesser an.
[0198] AufErdhöheentwickelt ein Solarsegel von der Größe eines Quadratkilometersca. 9 Newton Antrieb. Umgerechnet auf das kleinere 100-m Segel wären diesetwa 70 mN, also geringfügigweniger als der Hauptantrieb von Smart I.
[0199] Dieswäre somitausreichend um das (leichtere) Solarsegel-Raumfahrzeug genau wieSmart I aus dem Erdorbit langsam in den Weltraum hinauszutreiben.Je weiter es sich hierbei der Sonne nähert, umso stärker steigtjedoch die Leistung des Segels.
[0200] Essoll hier nur eine grobe Schätzungfür dietragende Struktur, sowie Solarsegel und Thruster mit Treibstofffür ein100 m Mutterschiff mit einem 5 m Lander vorgenommen werden. Bezüglich wissenschaftlicher undsonstiger Nutzlast sowie Solarkollektoren wird auf den Versuch einerSchätzungverzichtet.
[0201] Beidem Mutterschiff handelt es sich um einen Solarsegler mit 12 Doppelthrustereinheiten,einem 100-m Außenringund einem 5,5 m Innenring aus CNT-Rohr-Material mit einem Durchmesservon 6 cm und einer Wandstärkevon 1 mm.
[0202] DerAußenringist im Innenbereich mit einer Bespannung von 0,5 mm CNT-Fäden versehen,die in einem Abstand von 25 cm gesetzt ist und den Innenring imZentrum des Raumfahrzeuges hält.
[0203] Beidem Lander wurden russische SPT-50 Thruster mit 20 mN Schubkraft,einem Gewicht von 800 g und etwa 300 g Treibstoff je Doppelthruster-Einheitzugrundegelegt.
[0204] Dasniedrige Gewicht der Grundstruktur des Landers von 16,4 kg scheintin keinem Verhältniszu stehen, mit dem geradezu verschwenderischen Platzangebot vonfast 20 m², das zudem noch nach beiden Seiten,also oberhalb und unterhalb des Haltenetzes zur Verfügung steht.
[0205] Rechnetman etwa 120 kg fürSolarzellen und sonstige Nutzlast hinzu, würden Mutterschiff und Lander zusammenetwa in der Gewichtsklasse von Smart I liegen, jedoch dessen Funktionalität und Einsatzbereich deutlich überschreiten.
[0206] Am12.02.2001 landete die Ionen-Thruster getriebene NASA-Sonde NEAR-(NearEarth Asteroid Rendezvous) Shoemaker unbeschädigt auf dem Asteroiden Eros,obwohl sie nicht einmal hierfürkonstruiert war.
[0207] ImHinblick darauf, dass Eros einer der größten erdnahen Asteroiden mitentsprechend „hoher" Schwerkraft ist,scheint es offensichtlich nicht so schwer zu sein, auf einem Asteroidenzu landen.
[0208] Allerdingsist hierbei ein Steuerungsprogramm erforderlich, das dem Landererlaubt, selbst Entscheidungen zu treffen und automatisch anzusteuern,denn eine Fernsteuerung dürftewegen der Zeitverzögerung illusorischsein.
[0209] Wiesteht es jedoch mit dem Starten bzw. Schweben über einem Asteroiden Können dieschwachen Ionen-Antriebe derartige Belastungen überhaupt meistern Nehmen wirals Beispiel einmal den vorstehend behandelten Lander, der mit Nutzlasteinschließlichder auf dem Asteroiden gewonnenen zurückzuführenden Materialien ein angenommenesErdgewicht von 100 kg haben soll.
[0210] Diedurchschnittliche Schwerkraft auf Eros beträgt etwa 0,6 Promille der Erdschwerkraft.
[0211] Derbeladene Lander hätteauf Eros somit lediglich ein Gewicht von 60 Gramm. Wenn nun dievier im vorigen Beispiel beschriebenen russischen Thruster mit Ihren20 mN, also insgesamt 80 mN (dies entspricht etwa 8 Gramm) den Landerantreiben würden,währensie nicht in der Lage, diesen von Eros abheben zu lassen.
[0212] Nunhat Eros allerdings auch die doch recht beeindruckenden Ausmaße von 34mal 13 mal 13 Kilometern.
[0213] Anderssähe dieRechnung jedoch bei erheblich kleineren Asteroiden aus, z. B. beiAsteroiden mit einem Durchmesser von etwa 1 km oder nur wenigenhundert Metern. Hier wäredurchaus ein Wiederaufsteigen des Landers mit Hilfe derart schwacherIonen-Thruster möglich.
[0214] Soist derzeit das von vier Ionen-Triebwerken beschleunigte japanischeRaumfahrzeug Muses-C, oder auch Hayabusa genannt, unterwegs zumAsteroiden 25314 Itokowa. Dieser Asteroid hat eine geschätzte Größe von 490mal 180 m und eine geschätzteSchwerkraft von von einem 750 tausendstel der irdischen Schwerkraft.
[0215] Diesbedeutet, der o. a. 100 kg Lander hätte in diesem Fall ein Asteroiden-Gewichtvon lediglich 0,13 Gramm! Der 8 Gramm Schubkraft abgebende Ionen-Antriebunseres obigen Beispiels wäresomit erheblich überdimensioniert.
[0216] Sogehen offensichtlich auch die Japaner davon aus, dass dieser Asteroidauch fürLandungen von Fahrzeugen mit Ionenantrieb geeignet ist, denn esist vorgesehen, das japanische Raumfahrzeug, das den Asteroidenim Juli 2005 erreichen soll, sowohl über dem Asteroiden schwebenzu lassen, als auch zwei bis drei mal auf diesem zu landen um dortProben zu entnehmen und dann wieder zu starten und die Proben zurErde zurückzubringen.
[0217] DieJapaner sehen aber gerade die Probenentnahme wegen der extrem niedrigenGravitation als großeHerausforderung an. Sie wollen hierbei ein Projektil mit einer geringenpyrotechnischen Ladung in die Asteroidenoberfläche feuern, mit der ein Teilder Oberflächezerstörtwerden soll um anschließenddie umherfliegenden Einschlagfragmente in einen Probenbehälter einzufangen.(Quelle: http://www.spacedaily.com/news/japan-muses-c-04a.html) Stünde ihnenhierfürein Thrusterring-Raumfahrzeug der hier beschriebenen Art zur Verfügung, wäre dieserheblich einfacher, denn es könntemit Hilfe der nach oben ausstoßenden Thrustereinen gegen die Asteroiden-Oberfläche gerichteten Gegendruckausübenund in Ruhe sogar Bohraktionen durchführen ohne das zu befürchten wäre, daß das Raumfahrzeugvom Asteroiden weggestossen würde.
[0218] Dievorgestellte Thrusterring Bauart ist jedoch nicht ausschließlich aufelektrische Thruster angewiesen. So ist z. B. der europäische NanosatellitSNAP I vom Surrey Space Centre mit Butan-Flüssiggasthrustern ausgerüstet, dieeinschließlichTreibstoffvorrat und „Tankraum" (der Treibstoffist in den Brennstoffleitungen untergebracht) nur mit 450 g Gewichtzu Buche schlagen und jeweils 100 mN Antrieb leisten.
[0219] Esdürftesicherlich kein Problem sein, speziell für den Lander auf eine Leistungvon z. B.
[0220] 250mN (bei 4 Thrustern 4 × 250mN = 1 N = 100 Gramm) angepaßteMiniantriebe dieser Art herzustellen, womit dann wiederum auch einStart vom GravitationsstärkerenAsteroiden Eros problemlos wäre.
[0221] Diese „cold gasthruster" habengegenüberden Ionen-Antrieben den Vorteil der höheren Leistung bei niedrigeremGewicht und auch des niedrigeren Strombedarfs, so dass kleinereSolarzellen benötigtwerden, was wiederum das Gewicht nochmals verringert.
[0222] Nachteiligist dann allerdings die geringere Effektivität und die durch die austretendenbrennenden Gase verursachte Gefährdungdes Mutterschiffes beim Ankoppeln. Da jedoch die Thrusterringfahrzeuge durchausmehrere Thrusterarten am Ring unterbringen können, ist auch zusätzlich zumIonen-Antrieb der Einsatz von Cold-Gas-Thrustern für Asteroidenstartsmöglich.
[0223] Nebenden vom Erfinder bevorzugten Elektromagneten sind selbstverständlich auchnoch weitere Haltevorrichtungen wie z. B. Halteringe, Karabinerhaken,usw., die fürverschiedene Zwecke durchaus ihren Sinn haben können, möglich und denkbar.
[0224] Hierbeisei insbesondere noch auf Roboterarme, bzw. greif- und baggerähnlicheGreifvorrichtungen hingewiesen.
[0225] Sokönntez. B. ein Solarsegler bzw. Raumfahrzeug mit Thrusterring über einemAsteroiden schweben und dort mittels der Seilwinden-Flugringe 5.2 nach 8 unddaran angebrachter Greif- und Sammelvorrichtungen von der Asteroiden-Oberfläche fels-,erz-, staub-, und sandartige Rohstoffe einsammeln.
[0226] Auchder Lander des obigen Beispiels könnte an den Seilwinden mittelsCNT-Fädenvom Mutterschiff, das sich z. B. 200 m über diesem befindet, nach untengelassen werden. Vorteil dieser Verfahrensweise ist, dass bei staubigenUntergründenkeine Staubwolke aufgewirbelt würde,die sich wegen der niedrigen Gravitation nicht mehr legt.
[0227] Sobefindet sich z. B. auf dem Marsmond Phobos eine meterdicke Staubschicht;dies ist sicherlich auch bei einigen Asteroiden zu erwarten.
[0228] DerLander würdelediglich seine seitlich und nach oben ausstoßenden Antriebe verwenden.Das Abheben vom Untergrund könntedurch Anziehen der Winden oder Durchstarten durch das weit entfernteMutterschiff erfolgen, so dass das Aufwirbeln von Staub hierbeivermieden wird.
[0229] DasAussetzen und Mitführenvon Landefahrzeugen mit Rad- oder andersartigem mechanischem Antriebmacht nicht nur wegen der Staubbelastung auf Asteroiden mit geringerSchwerkraft keinen Sinn mehr.
[0230] Z.B. könntesich ein auf der Erde tonnenschwerer Bagger (abgesehen von der fehlendenBodenhaftung fürden Vortrieb) allein durch Einsatz seiner Schaufel in das Weltalloder zumindest in eine Umlaufbahn befördern, wenn er nicht in irgendeinerForm am Boden befestigt ist.
[0231] Diesinnvollste Fortbewegungsart auf Asteroiden ist daher das Fliegenbzw. Schweben.
[0232] ImGegensatz zu Bodenfahrzeugen sind die hier behandelten Thruster-Ring-Raumfahrzeugefür das Gewinnenvon Asteroiden-Bodenschätzenideal, denn sie könnensich nicht nur frei überder Oberflächean nahezu jede gewünschteStelle bewegen, sondern überdiesggf. diese auch noch aus eigener Kraft aus dem Weltraum ansteuernund das gewonnene Material zum ggf. weit entfernten Bestimmungsort(z. B. zur Erde) befördern.
[0233] Ebensoist die Ausrichtung der Thruster-Anriebseinheiten, die sowohl nachoben als auch nach unten beschleunigen können, dazu geeignet den fehlenden,normalerweise durch Schwerkraft erzeugten Druck durch ihre Schubkraftzu erzeugen.
[0234] Zusätzlich können dieThrusterringfahrzeuge neben dem Druck nach unten auch eine Drehbewegung, diedurch Befestigung der Thruster an der Außenseite durch einen sehr langenHebel verstärktwird, ausüben undsomit Schraubanker u. ä.in den Untergrund einschrauben.
[0235] Diehiermit vorgestellten Thruster-Ring-Raumfahrzeuge bzw. Mutter- Tochterschiff- Kombinationen sinddaher nach meiner Überzeugungin Zusammenhang mit einem Solaregel und dem Innenring sowie den Seilwindenmit Flugringen besonders geeignet um Asteroidenmaterial von derOberflächevon Asteroiden zweckmäßig undkostengünstigzu gewinnen und zu transportieren, da hierfür kaum Treibstoff benötigt wird.
[0236] EinSolarsegler der hier behandelten Art kann selbstverständlich undinsbesondere auch als Frachtschiff verwendet werden. Hierbei kommtder großeVorteil des Solarsegels, der weitgehend kostenfreie Transport durchNutzung der frei verfügbarenSonnenenergie voll zum Tragen.
[0237] Einebesonders günstigeKonfiguration wärenach Auffassung des Erfinders, der Einsatz einerleines flugfähigen Nutzlastplattformoder Nutzlast-Containers, die/der selbst zwar kein Solarsegel verwendet,jedoch unter Benutzung eines Außenringesmit Steckthrustereinheiten flugfähigund in der Lage ist, am Andockring des Solarsegel-Mutterschiffesanzudocken oder wieder abzulegen und den Zielort dann selbständig miteigener Kraft zu erreichen.
[0238] DieUnterbringung der Fracht im Zentrum ist besonders wichtig, da hierdurchdie Steuerbarkeit begünstigtwird.
[0239] Sokönntez. B. Nachschub zu einer Raumstation oder einem Kleinplaneten mittelseiner Nutzlastplattform angeliefert werden, die dann dort verbleibt,währendder zurückkehrendeSolarsegler im Umtausch eine zweite, bereits mit den dort gewonnenenRohstoffen beladene Plattform andocken lässt, die dann am Zielort (z.B. einer erdnahen Raumstation) wiederum gegen eine weitere bereitsbeladene Nachschub-Nutzlast-Plattform ausgetauscht wird.
[0240] Einedenkbare Funktionseinheit zur Kopplung in den Innenring eines Antriebsring-Raumfahrzeuges wäre z. B.eine umgebaute Booster-Einheit einer Trägerrakete. Hierbei würden z.B. mit einer Trägerraketeanstelle von zwei, vier Booster mitgeführt, von denen jedoch lediglichzwei beim Launchen gezündetwürden.
[0241] Diebeiden nicht benutzten Booster ständen dann zur Beschleunigungder Thrusterring-Raumfahrzeugezur Verfügung.
[0242] Indiesem Fall würdedas Antriebsring-Raumfahrzeug sich dem Booster nähern und dieser dann im Innenringmittels Gurten festgezurrt. Hierzu wären entsprechende Haltegrifferund um den mittleren Teil des Boosters vorgesehen.
[0243] Nachdemder Booster gezündetund ausgebrannt ist, könnteer dann abgetrennt werden, währenddas Antriebsring-Raumfahrzeug weiter beschleunigt.
[0244] Durchdieses Verfahren könntesomit die größere Schubkraftund hohe Anfangsbeschleunigung der chemischen Antriebe auch für die Thrusterringraumfahrzeugegenutzt werden.
[0245] Esist eigentlich schade, den wertvollen Raum im Zentrum eines Raumfahrzeugeszu verschwenden. Eine möglicheLösungist, die Öffnungin der Scheibe durch zwei entsprechend entfernte übereinanderliegende Kopplungsringedoppelt zu nutzen und das Ankoppeln bzw. Laden von beiden Seitendes Raumfahrzeuges zuzulassen.
[0246] In 8.a ist eine derartige Doppel-Innenring-Einheitdargestellt. Hierbei sollten in der Regel ausschließlich Ionen-Thruster-gesteuerteFahrzeuge einkoppeln, damit das jeweils auf der gegenüberliegenden Seiteangekoppelte zweite Fahrzeug nicht beschädigt wird.
[0247] 8 bzeigt eine Innenring-Docking- und Lade-Einheit, die es ermöglicht,eine größere Anzahlvon Thrusterring-Raumfahrzeugen aufzunehmen und an- und abkoppelnzu lassen.
[0248] U.a. sind folgende Anwendungen hierdurch denkbar: a)Transport und Platzierung ganzer Satellitenschwärme, z. B. zur Sonnen- undPlanetenbeobachtung oder auch als Kommunikationssatelliten. So könnten z.B. Mars und/oder Mond schnell flächendeckendmit Kommunikationssatelliten ausgerüstet werden, was eine ähnlicheKommunikations-Strukturwie auf der Erde (bis auf die Zeitverzögerung) ermöglichen würde. b) Transport mehrerer unterschiedliche ausgerüsteter Tochtereinheiten,z. B. um Asteroiden-Rohstoffe mit verschiedenen Gerätschaftenabzubauen. c) Transport mehrerer Container-Einheiten durch ein Container-Frachtschiff. d) Transport mehrerer Innenring-Flug- und Stromversorgungseinheiten,durch ein Werkstatt-Mutterschiff, das darauf spezialisiert ist,diese Einheiten an bewegungsunfähigenSatelliten zu befestigen, bzw. diese mit Strom zu versorgen.
[0249] Inder Zeichnung ist eine bevorzugte Ausführung mit einem Mittelringdargestellt. An diesen Mittelring sind beidseitig je vier Rohrein gleichen Abständenangebracht, die vom Toruskörperaus gesehen senkrecht nach oben und nach unten abstehen und an derenanderen Ende wiederum zwei Torus-Ringe angebracht sind.
[0250] DieseKonstuktion stellt somit ein nach beiden Enden offenes, zylinderförmiges Rohrgerüst dar,das es ermöglichtmehere Tochtereinheiten in dessen Inneren sozusagen zu stapeln.
[0251] DieArretierung der Tochterschiffe im Gerüst erfolgt in diesem Fall durchin das Gerüsthineinragende Zahnstangen-Halterungen, die mittels Elektromotorenund Schneckengewinde in den Dockingraum hinein und herausgefahrenwerden können.
[0252] DieBefestigungsfunktion wird zusätzlichnoch unterstütztdurch elektromagnetische Halterungen an den Kontaktstellen der Zahnstangen-Halterungen.
[0253] MitUS-Patent 6,194,790 B1 vom 27.02.2001 wurde eine) weltraumbasierte(s)Solarkraftwerk/Solarstrom-Gewinnungsstation auf Grundlage einesSolarsegels, dessen Segelstoff mit einer stromerzeugenden fotovoltaischenBeschichtung versehen ist, patentiert.
[0254] Hierbeiwerden die Solarsegel-Eigenschaften nicht zur Fortbewegung, sondernzur Ausrichtung, Entfaltung und Aussteifung der Struktur verwendet.
[0255] Dieeigentliche Fortbewegungsfunktion des Segels ist eher unerwünscht undmuß mitHilfe von Thrustern, die das abtreibende Sonnensegel wieder in RichtungSonne bewegen, bzw. es auf gleicher Höhe gegen den Strahlungsdruckhalten, ausgeglichen werden.
[0256] Daes sich um eine selbstentfaltende Struktur handelt, ist offensichtlich,dass die Anwendbarkeit derzeit auf kleinere Einheiten im erdnahenRaum beschränktist.
[0257] Diehiermit vorliegende Invention behandelt größere Solarstromkraftwerke ausim Weltraum zusammensetzbaren Thrusterring-Konstruktionen mit eingehängten stromerzeugendenSegeln oder Solarzellen-Clustereinheiten, die durch die Thruster-Ringeund ggf. das Segel zusätzlichin der Lage sind, ihren Standort zu verändern, und wie ein Raumfahrzeugzu navigieren bzw. einen weit entfernten Standort aus eigener Kraftzu erreichen.
[0258] Können z.B. Ionen-Thruster ein massereiches SPS antreiben Bedenkt man, dassdie Effizienz der Ionenthruster mit der zur Verfügung stehenden elektrischenEnergie steigt und diese gerade bei einem Stromkraftwerk in ausreichendemMaß zurVerfügungsteht, kann man diese Frage nur bejahen.
[0259] Schließlich istdie Zahl der verwendbaren Thruster ja nicht begrenzt. Ein Stromkraftwerkim Quadratkilometerbereich könntean seinem Außenringhunderte Thruster aufnehmen.
[0260] Sowurde erst kürzlichvon der NASA bekanntgegeben, dass der neu entwickelte HIPEP Innenantrieb mitAusstoßgeschwindigkeitenvon 60 km/sek. betrieben wurde, was eine Verdoppelung der bishermöglichen Ausstoßgeschwindigkeitenbedeutet.
[0261] DieFortbewegung eines Kraftwerkes in der Art eines Raumfahrzeuges solltedaher allein mit Hilfe einer ausreichenden Bestückung mit Ionen-Antrieben möglich sein.
[0262] Durchdie Kombination mit einem Innenring als Dockingstation ist außerdem derschnelle Austausch von Funktionseinheiten möglich, so könnte das Kraftwerk Funktionseinheitenmit Laserübertragunggegen eine Mikrowellen-Sendeeinheit oder gegen eine „fliegendeSteckdose" oderandere stromverbrauchende Funktionseinheiten sozusagen im Fliegenaustauschen oder bestehende Funktionseinheiten durch modernere ersetzen.
[0263] Einederartige Kombination eines auf die Sonne ausgerichteten Kraftwerksmit einer auf das Ziel ausgerichteten Sendeeinheit ist in 10 dargestellt.
[0264] DieAusrichtung des Kraftwerkes zur Sonne erfolgt dabei ähnlich wiedie Ausrichtung eines Solarsegels. Durch Drehung des Kraftwerkeskann die durch die Strahlung der Sonne erzeugte Abdrift ausgeglichen werden,indem es abwechselnd so gedreht wird, dass es sich der Sonne nähert undsodann wieder so gedreht wird, dass es sich entfernt und somit einemittlere Position gehalten werden kann.
[0265] Sokönnteein derartiges Weltraum basiertes Kraftwerk im erdnahen Raum (NearEarth Orbit – NEO) montiertwerden und dann ferngesteuert durch die Strahlungsgürtel derErde seinen Einsatzort (etwa einen Asteroiden) ansteuern und dortdie notwendige Energie fürdie Gewinnung und Verarbeitung von Asteroid-Grundstoffen bereitstellen.
[0266] Nungibt es verschiedene Möglichkeiten,die Energie zum Endverbraucher zu bringen. Einmal durch das Strahlenmit Hilfe von Mikrowellen oder als Laserstrahlen und zum anderendurch direkte Verbindung des Verbrauchers mit dem Erzeuger durchein (zweiadriges) Stromkabel. Das Energiestrahlen hat insbesondere denVorteil der besseren Beweglichkeit. Sender und Verbraucher sindnicht durch die Stromkabel in ihrer Beweglichkeit eingeschränkt.
[0267] DerNachteil ist jedoch, dass jede Energie-Konversion und auch das Strahlen über große Entfernungenerhebliche Verluste mit sich bringt.
[0268] Sorechnen Edwards/Westling in ihrem Buch „The Space Elevator" für die Versorgungder Plattform ihres Weltraumaufzuges bei der Verwendung der Laserübertragungmit einer Effizienz von lediglich 3 bis 14 %, bei der Übertragungdurch Mikrowellenstrahlung sogar nur mit 0,05 (Seite 66, Tafel 4.1).
[0269] Dennochbevorzugen sie fürdie Stromversorgung des eigentlichen Space Elevators, also sozusagen derAufzugskabine (Climber), die sich durch Motorkraft an dem Aufzugs-"Seil" emporzieht, im Endeffekteine Strahlungslösung,weil nach ihrer Meinung der Leitungsverlust über hunderttausend KilometerStromleitung horrend ist und zusätzlicherhebliche Kurzschlussgefahr bei evtl. nicht vermeidbarem Kontaktder Stromleitungen überdiese großeEntfernung bestehen könnte.
[0270] Dabeisoll der Strom dann vom Laser übereinen 12-m Spiegel von der Erde auf den Climber fokussiert werden.
[0271] Allerdingsist bei dieser Lösungsehr unbefriedigend, dass der Strom zum Betrieb der Laser auf der Erdeerzeugt wird und an der Steckdose zum Stromverbraucher (Laser) bereitserhebliche Verluste entstanden sind.
[0272] Einesauberere Lösungauch fürdie Umweltbelastung der Erde, wärees, den Strom fürdie Station durch ein weltraumbasiertes Solarstromkraftwerk zu erzeugenund damit die Belastung der Erdumwelt zu vermeiden und das Strahlender Energie nicht von der Erde zum Climber hinauf durchzuführen, sondernvom SPS zum Climber hinunter.
[0273] 10 zeigtein derartiges Kraftwerk, das im Grunde genommen ein Thrusterring-Raumfahrzeug mit reichlichSolarzellen Arrays und oder einem power sail ausgestattet ist, sowiemit einem Innenring nach 8 versehen und in seiner Größe an denzu erwartenden Stromverbrauch angepasst ist.
[0274] AmInnenring sind Winden angebracht, deren gleichzeitig als Stromkabeldienende Zugkabel im Zentrum einer flugfähigen Laser-/Reflektor-Funktionseinheitmit Flugring münden.Durch die Möglichkeit,beide Fahrzeuge (obwohl überdie Kabel verbunden) getrennt voneinander zu bewegen, können diesejeweils separat auf ihre Ziele ausgerichtet werden.
[0275] DasStromkraftwerk ist somit zumeist auf die Sonne ausgerichtet während dieLasereinheit auf den zu versorgenden Stromverbraucher zeigt.
[0276] DieseArt der Stromübertragungist sicherlich bei dem Space-Elevator sinnvoll. Allerdings könnte man dieKonvertierungsverluste, die dadurch entstehen, dass der erzeugteStrom überden Laser erst in Licht umgewandelt und das Licht dann wieder über Solarzellenin Strom zurückgewandeltwerden muß,bei kürzeren Entfernungendurch Leitung des Stromes überStromkabel vermeiden.
[0277] Sokönntez. B. anstelle der Lasereinheit ein Tochterschiff, das im Prinzipals fliegende Steckdose fungiert, eingesetzt werden, wenn naheliegendeOrte mit Strom versorgt werden müssen.Gedacht ist hierbei an den Einsatz über einem Asteroiden, bei demdie Stromversorgungseinheit nur wenige hundert Meter über der Kleinplaneten-Oberfläche schwebtund den Strom überein Kabel zur „Steckdosen-Einheit" am Einsatzort auf oder über derAsteroidenoberflächeliefert.
[0278] Einederartige Konstellation ist in 11 dargestellt.
[0279] Auchdie Übertragungvon Energie durch Mikrowellenstrahlung hat trotz der hohen Umwandlungsverlustedurch Konvertierung ihren Sinn, nämlich um Strom von Solarstromkraftwerken(SPS) auf die Erde zu senden. Die übertragene Energie muss nichtdurch Verbrennung fossiler Stoffe auf der Erde erzeugt werden und diesträgt damitzur Umweltentlastung bei.
[0280] Im übrigen handeltes sich bei den „Verlusten" um Sonnenenergie,die auch ohne SPS fliessen würde undnicht erst unter Einsatz von Rohstoffen erzeugt werden muss.
[0281] DieStromübertragung über Laserist zwar effektiver, jedoch auch gefahrvoller.
[0282] Mandarf nicht übersehen,dass ein derartiges weltraumbasiertes Großkraftwerk verbunden mit einem Lasereine sehr mächtigeund gefährlicheWaffe ist.
[0283] Eswäre somitwünschenswert,wenn derartige Kraftwerke zur Versorgung der Erde erst garnichtmit einer Laser- sondern einer Mikrowelleneinheit ausgestattet werden.Diese werden nicht auf einen kleinen Fleck sondern auf Empfangsanlagen,deren Flächeim Quadratkilometer-Bereich liegen, gerichtet.
[0284] Andersals beim Mikrowellenherd wird nicht alles was sich zwischen Strahlungsquelleund Endpunkt liegt, gegart, sondern es findet lediglich eine evtl.sogar erwünschteleichte Erwärmungder Umgebung statt, bevor die Strahlung in der Empfangseinheit (rectenna)wieder in verwenbaren Strom umgewandelt wird.
[0285] Nachdemdas Thrusterring-SPS bereits mit einer Lasereinheit ausgestattetwerden kann, die zudem übereine praktisch kostenlose Energiezufuhr in gigantischem Ausmaß verfügt, solltenauch andere Nutzungsmöglichkeitenins Auge gefaßtwerden.
[0286] Zudiesen gehörtinsbesondere auch die Nutzung zum Erhitzen und Schmelzen von Asteroid- bzw. Mond-Erzen,um Metalle zu gewinnen bzw. zu bearbeiten oder um sand-/felsartigeMaterialien zu Glas zu schmelzen, jedoch auch zum gezielten Erwärmen umchemische Prozesse bzw. Abbindeprozesse wie sie z. B, beim Betonieren,dass zumindest eine Temperatur überFrosthöhebenötigt,zu ermöglichen.
[0287] BeimUmstellen von Erhitzen auf Erwärmenmüßte lediglichdie Laser-Schmelz-Funktionseinheitabgekoppelt und die anders fokussierte, ebenfalls auf Laser basierendeWärme-Funktionseinheiteingekoppelt werden.
[0288] Überlegtman sich, dass Stahlwerke früheroft nicht in der Näheder Erzgruben, sondern eher in der Nähe von Kohlegruben gelegenwaren, weil bei der Stahlgewinnung enorme Mengen von Kohle zur Stahlschmelzenötig gewesensind, erkennt man, wie wichtig dieses nahezu unbegrenzte, kostenfreieEnergieangebot ist.
[0289] Mitdem mobilen Thrusterring-SPS ist es zudem noch möglich die Energiegewinnungin die Nähevon vermuteten riesigen Rohstoffquellen auf Asteroiden und Mondenzu bringen und damit die Umweltbelastung der Erde durch Rohstoffgewinnungund Verarbeitung zu entlasten. Da auch der Transport dieser Rohstoffezur Erde bei Verwendung von Solarseglern kostengünstig wäre, könnte die Gewinnung und gleichzeitigeGrundverarbeitung (Schmelzen) derartiger Stoffe evtl. auch wirtschaftlichsein, wenn diese Arbeit durch robotische Funktionseinheiten erfolgt.
[0290] Sokönnteein Frachtensegler die an anderer Stelle bereits behandelte Container-Funktionseinheit,deren Flugring mit einem von Anfang an aufgespannten Fallschirmversehen ist, mit den bereits durch Schmelzen vorbearbeiteten Grundstoffenin Richtung Erde abwerfen.
[0291] Beiden vorstehend beschriebenen Verfahren zur Gewinnung/Verarbeitungvon Rohstoffen durch Schmelzen/Erwärmen mit Lasereinsatz ist derEnergieverlust durch Konversion relativ hoch.
[0292] Vorteildes Lasers ist insbesondere die mögliche exakte Bündelungund Ausrichtung des Laserstrahles.
[0293] Einenicht ganz so exakte, jedoch auch nicht immer in so einem erheblichenAusmaß erforderliche Bündelungist jedoch auch bei Verwendung eines mit Spiegeln oder Linsen ausgestattetenThrusterring-Raumfahrzeuges möglich,wobei die Konversionsverluste vermieden werden.
[0294] Hierbeiwerden an den Tragegurten oder Netzen des Raumfahrzeuges Spiegelbzw. bei kleinerem Umfang auch Linsen befestigt, die auf die gewünschte Entfernungund den gewünschtenUmfang des Brennpunktes fokussiert sind. Sodann wird das Fahrzeugin die Arbeitsposition gebracht und richtet den Strahl auf die imBrennpunkt liegenden Objekte/Matertalien.
[0295] DenkbarerEinsatz wärez. B. das Erwärmen(insbesondere der der Sonne abgewandten Seiten) von Betonnier-Formenin denen Formstückeauf die zum Betonnieren erforderlichen frostfreien Wärmegradegehalten werden.
[0296] Selbstverständlich istauch die Anbringung von riesigen Schüssel und Antennen Empfangs-und Sendeanlagen auf den Haltegurten/dem Haltenetz der Thrusterring-Fahrzeugemöglich,die hierdurch zu mobilen Weltraum-Sendern und Empfängern werden.
[0297] EineWeiterentwicklung, die den Gedanken der steckbaren Komplett-Thruster-Einheitennach Anspruch 8) des Vorantrages zur Grundlage hat, sind die schraub-und steckbaren Komplett-Thrustereinheiten zurMontage an Kleinplaneten oder den anschließend noch behandelten Beton-Raumfahrzeugen,Raumstationen und Habitaten.
[0298] Wegenevtl. Bedrohung der Erde durch Zusammenstöße mit Asteroiden, bzw. Kometenwurden öfters Überlegungenangestellt, die sich mit der Ablenkung eines derartigen Weltraumkörpers vonseinem Kollisionskurs beschäftigen.
[0299] Auchdas Umlenken solcher Körperin eine erdnahe Umlaufbahn, um z. B. die vorhandenen Ressourcendes Kleinplaneten besser ausbeuten zu können wird immer wieder angedacht.
[0300] Einerdieser Gedanken, der durch das amerikanische Space Studies Institute(SSI) an die Öffentlichkeitgebracht wurde, sieht die Verwendung elektromagnetischer Schleudernin Form von magnetischen Schienen (rail guns) vor, die magnetischesMaterial (z. B. Erze) in den Weltraum ausstoßen und dadurch das Rückstoßprinzipder Raketen zur Fortbewegung bzw. Bahnänderung eines Kleinplanetenbenutzen können.
[0301] Diehiermit vorgestellte Erfindung basiert auf dem Gedanken, einen Kleinplanetendadurch zum Raumschiff zu machen, das Antriebseinheiten in dessenOberflächeeingeschraubt, oder in vorbereitete Hülsen die in die Oberfläche eingeschmolzensind, eingesteckt werden.
[0302] Vorteilgegenüberder SSI-mass-driver-Lösungist, dass in einer Raumfahrtumgebung Treibstoffe reichlich verfugbarsind, die Einschränkungauf magnetische Stoffe vermieden wird und nicht zuletzt eine Verschmutzungder Weltraumumgebung durch umherfliegende massdriver-Geschosse,die langfristig zu einer Gefährdungder Raumfahrt führenkönnte,nicht stattfindet.
[0303] In 12 wirdeine schraubbare und in 12 b einesteckbare Thrustereinheit, die in eine versenkbare Hülse eingeführt wird,dargestellt. Diese Einheiten sind von außen mit Treibstoff befüllbar, einNachtanken ist daher möglich.
[0304] Umnun einen Kleinplaneten zu steuern wird dieser mit einer ausreichendenZahl von Thrustereinheiten an hierfür geeigneten Stellen versehen,die mittels Fernsteuerung koordiniert angesteuert werden.
[0305] DieseLösungist sicherlich der Verwendung eines „space tugs" also eines Raumschleppersvorzuziehen, der sich vorsichtig hinter den Kleinplaneten setztund diesen anschiebt, besonders wenn dieser „nur" über einenschubschwachen Innenantrieb verfügt.
[0306] DieEinschraub- Einsteck-Thrustereinheiten können jedoch mit schubstärkeren Wasserdampf- oder chemischenAntrieben, bei denen der Treibstoff evtl. direkt vom angetriebenenAsteroiden gewonnen werden kann, betrieben werden.
[0307] Siesind mit einem Treibstofftank versehen, der über einen Einfüllstutzennachgefülltwerden kann und besitzen vorzugsweise eine Empfangseinheit, diedie Fernsteuerung des Kleinplaneten ermöglicht. Bei Einheiten für Kleinplanetenist noch eine zusätzlicheStromversorgung vorhanden. 9 soll einenderartigen Kleinplaneten darstellen, der durch mehrere Thrustereinheitengesteuert werden kann.
[0308] EinProblem ist das „Einschrauben" der Thruster inden Kleinplaneten-Untergrund. Herkömmliche Bodenbearbeitungsgeräte, wiez. B. Rammen, Bagger, etc. sind wegen der fehlenden bzw. äußerst geringen Schwerkraftnicht einsetzbar, da sie sich bei entsprechender Anwendung in denWeltraum oder in eine Umlaufbahn um den Kleinplaneten abstoßen könnten.
[0309] Wegendes fehlenden Gegendruckes durch Gravitation wären sie auch bei vorsichtigerBetätigung kaumin der Lage, festsitzende Stoffe durch mechanische Einwirkung zulösen.
[0310] EinRaumfahrzeug mit Thruster-Ring nach dem bereits gestellten Vorantragkönntejedoch diesen fehlenden Druck der Schwerkraft mittels nach untendrückenderThruster erzeugen.
[0311] Ionenthrusterwären allerdingsfür einederartige Aufgabe vermutlich noch zu schwach, so dass auf andereKlein-Thrusterarten zurückgegriffenwerden muß.
[0312] Für die Erzeugungder Drehung zum Einschrauben der Schraubeinheiten könnten jedochdurchaus Ionenthruster verwendet werden, weil hierfür ein extremgroßerHebel zur Verfügungsteht (z. B. würdebei einem Außenringdurchmesserdes Raumfahrzeuges von 10 m jeder von 2 gegenüberliegenden antreibenden Seitenstrahlthrustereinen Hebel von etwa 5 m bewegen).
[0313] Auchandere Objekte, z. B. Bohranker oder Bohrer, Claimmarkierungspfähle (versehenmit Sendern zum Markieren des Abbaugebietes der Schürfrechtebesitzer)könnenmit Hilfe der druckausübendenEigenschaften und des großenHebels bei Drehungen durch das Ring-Raumfahrzeug gesetzt werden.
[0314] EinProblem dieser Befestigungsmöglichkeitkönntedie geringe Dichte des Asteroiden-Untergrundes sein, so dass bereits sehrschwache Kräfteausreichen, die im Boden versenkten Thrustereinheiten umzuwerfenbzw. aus ihrer Verankerung zu reissen.
[0315] EinemöglicheLösungwäre dasSetzen von Schraubhülsenund anschließendeSchmelzen der umgebenden Untergründe(z. B. zu Glasflächen)mittels Laser.
[0316] NachErkalten der Umgebung könntendann die Thrustereinheiten in die Hülsen eingesetzt werden, dienunmehr durch die erstarrte feste Masse in der gewünschtenLage gehalten würden.
[0317] Dieerste nicht von der Erde stammende Bodenprobe wurde durch den russischenMondlander Luna 16 entnommen. Hierbei wurde ein an derLandesonde angebrachter Roboterarm dazu benutzt, einen nach untenoffenen zylindrischen Probenentnahmebehälter in den Untergrund hineinzubohren.Dies gelang auch bis zu einer Tiefe von etwa 30 cm, bis auf Widerstandgetroffen wurde. Die Bodenprobe blieb durch den Innendruck im Entnahmezylinderohne wieder herauszufallen und konnte mit einer Rückkehreinheitzur Erde zurückbefördert werden.
[0318] Aufdem Mond wurde diese Entnahmeart durch die Mondschwerkraft unterstützt. EinKleinplanet hat jedoch eine derart niedrige Schwerkraft, dass eineProbenentnahme mit dem Lander auf diesem Kleinplaneten nicht möglich wäre, weilkein Gegendruck vorhanden ist. Verwendet man jedoch ein Raumfahrzeugmit Thrusterring nach dem vorangehenden Patentantrag, kann dieserGegendruck wieder ausgeübtund die Probe mit einem derartigen Entnahmezylinder entnommen werden.
[0319] Durchlangsame Rotation des Raumfahrzeuges und mit gleichzeitiger Druckausübung nachunten könntees jedoch auch möglichsein, Sand- oder kiesartige Grundstoffe in größerer Menge zu gewinnen, indem diesedurch einen Förderschlitzmit nach unten ausgebuchteter Schab- bzw. Schneidenase (ähnlich einerKartoffelreibe) in einen großenzylindrischen Container hineingedrückt wird.
[0320] Kleinplanetensind die erste Wahl fürdie Gewinnung von Rohstoffen im Weltraum, weil zum einen nicht gegendie Schwerkraft eines großenMondes oder Planeten angekämpftwerden müssteund zum anderen wertvolle Rohstoffe, die bei schwerkraftreicherenObjekten längstin den Kern versunken wärendort noch an der Oberflächesozusagen im Tagebau förderbarwären.Derartige Rohstoffe dürftenauf Kleinplaneten in größerer Mengezu finden sein und könntenu. a. als Grundstoff zum Betonieren verwendet werden womit bereits dermengenmäßig größte Anteilder Grundstoffe (Sand, Zement und Wasser), die zum Betonieren benötigt werden,gewonnen wäre.
[0321] Auchdas erforderliche Wasser könntebei eishaltigen Asteroiden durch ein mit einer entsprechenden Funktionseinheitausgerüstetesweiteres Raumfahrzeug gewonnen werden (z. B. durch Verdampfen).
[0322] Eineweitere Möglichkeit,die steckbare Thrustereinheit zu verwenden, wäre z. B. an Raumfahrzeugen odersogenannten Space Habitats (Weltraumsiedlungen), die zum Schutzgegen die gefährlicheWeltraumstrahlung mit meterdicken Wänden (z. B. aus Beton) versehensind.
[0323] DiesegroßenWandstärkenwürdenes erlauben, Aussparungen fürThrustereinheiten einschließlich deserforderlichen Treibstoffes von vornherein bei der Anfertigung derAußenwandelementevorzusehen und die Einheiten dann direkt in die Aussparungen oderin zuätzlicheHülsen,die in die Aussparung eingepaßtsind, einzusetzen.
[0324] Diekompletten Thruster-Einheiten werden dann einfach in die Aussparungeingesteckt und von oben an einem vorstehenden Stoppring verschraubt.
[0325] Das „Nachtanken" der Einheit erfolgtin diesem Fall übereinen Tankstutzen von oben.
[0326] Eineweitere Variante ist die Treibstoffzufuhr von unten. Hierbei istein verschließbaresFüllrohrvollständigdurch die Außenwandhindurchgeführt,und mündetin einen innenliegenden Tank. Ein weiteres Rohr, das dann in dieThrustereinheit mündet,dient zu deren Versorgung.
[0327] DerDrehhebel der Solarsegler kann auch durch Bohrhalterungen genutztwerden, um Schraubanker, Claimmarkierungen oder Schraubthrustereinheitenauf schwerkraftsarmen Kleinplaneten (z. B. Asteroiden) zu setzen.
[0328] Eshandelt sich hierbei um im Zentrum des Thruster-Raumfahrzeuges untergebrachteauf ihren speziellen Zweck zugeschnittene Halterungen.
[0329] Nachall den unterschiedlichen Inventionen, die in diesem und dem vorangehendenPatentantrag behandelt wurden, möchteich einen Ausblick übereine möglichezukünftigeEntwicklung der Raumfahrt, so wie ich sie mir wünsche, geben.
[0330] Dabeigehe ich davon aus, dass ein Großteil der Entwicklung der Raumfahrtrobotisch erfolgt. So sehr ich auch so schnell wie möglich Menschenauf dem Mond oder Mars erleben möchte,scheint mir die vernünftigsteund erfolgversprechendste Vorgehensweise zunächst einmal die Nutzung vonRobotern zum schnellstmöglichenAufbau einer Weltraum-Infrastruktur und zur Erforschung unsererUmgebung, also dem inneren Sonnensystem von der Sonne bis zum Mars.
[0331] Roboter(hierzu zähleich auch ferngesteuerte Raumfahrzeuge) sterben nicht und brauchenkeine lebenserhaltenden Systeme und Umgebungen; die zu transportierendeNutzlast verringert sich dadurch erheblich, die Kosten für die Weiterentwicklungder Raumfahrt sinken in erheblichem Umfang.
[0332] AmBeispiel der amerikanischen bemannten Raumfahrt, die nach der unterenormen finanziellen Anstrengungen erfolgten Mondlandung seit nunmehrschon deutlich mehr als 3 Jahrzehnten nichts derartiges mehr zustandegebrachthat, (außerMenschen in eine erdnahe Kreisbahn zu schießen und von dort wieder zurückzuholen)sollten wir lernen.
[0333] WelcheLeistungen hättendie Amerikaner vollbringen können,wenn Ihnen die Unsummen, die in diesen etwa 35 Jahren verbranntwurden und die damit vorhandene Manpower, voll zur Entwicklung derrobotischen Raumfahrttechnik und zum Infrastrukuturaufbau zu Verfügung gestandenhätte
[0334] Ichvermute, dass sie jetzt schon in der Lage wären, Rohstoffe, insbesondereTreibstoffe von Asteroiden zu gewinnen und zu verarbeiten, einigeder vielversprechenden effektiveren jedoch antriebsschwächeren weilweniger schubstarken Antriebsarten und die robotische Steuerungwesentlich weiterentwickelt hättenund überim Weltraum stationierte robotische Raumflotten verfügen würden, dieuns bereits jetzt ein besseres, umfassenderes Bild über dasinnere Sonnensystem verschafft haben könnten.
[0335] Hingegenist die NASA nunmehr in der Realität um die Erkenntnis reicher,dass das Space-Shuttleein zu teures nicht kosteneffektives Beförderungsmittel ist, weil dieBereitstellung von menschlichem Lebensraum und Lebenserhaltungssystemen,die neben sonstiger Nutzlast immer wieder in den Weltraum befördert werden müssen.
[0336] DieSorge um menschliches Leben erfordert aufwendigere Maßnahmen,wie z. B. doppelte und dreifache Qualitätskontrollen von Bauteilen,die zur Sicherung des Missionserfolges und damit des menschlichen Lebenseinfach notwendig sind.
[0337] Dieslässt kaumnoch finanziellen Spielraum fürandere Weiterentwicklungen.
[0338] Trotzder hohen Aufwendungen mussten Astronauten sterben. Dennoch müssen wirheute mitansehen das die ISS nur noch einen Notbetrieb aufrechterhaltenkann, weil die Amerikaner ihren Shuttle-Einsatz erst einmal gestoppthaben und das evtl. sogar die Gefahr besteht das der Betrieb ausfinanziellen Gründen eingestelltwerden muss.
[0339] Wennschon bei einem erdnahen Unternehmen wie der ISS die Gefahr besteht,dass die Politiker es aus (nicht ganz unbegründeten) Kostengründen beenden,bestündediese Gefahr nicht erst recht bei einem so waghalsigen, ressourcenfressendenUnternehmen wie eine menschliche Marserkundung
[0340] Wennes schon derartige Probleme bereitet, eine menschliche Besatzung über längere Zeitin einem erdnahen Orbit zu halten, lassen sich dann die finanziellenAufwendungen und die Gefahren fürdie Astronauten rechtfertigen, die diese während einer etwa zweijährigen Reisedurch die harte Strahlungsbelastung im offenen Weltraum jenseitsdes schützendenErdmagnetfeldes und die Gesundheitsbelastungen durch Knochen undMuskelschwund aufgrund fehlender Schwerkraft auf sich nehmen müssen
[0341] Selbstwenn die bisher noch nicht gelöstenProbleme der Strahlungsbelastung und fehlenden Erdgravitation gelöst und dieFinanzierung eines derartigen Unternehmens unter enormen Anstrengungenermöglicht würde, bestünde dannnicht nach einer durchgeführtenerfolgreichen Marsmission die Gefahr, das danach wegen erschöpfter Mittel über Jahrzehntenichts mehr passiert, so wie nach der Mondlandung über Jahrzehnte keineweitere gefolgt ist
[0342] Istes gerechtfertigt wegen des Pflanzens eines Fähnchens derartige Mittel, diefür dieEntwicklung anderer Weltraum-Technologien, mit denen evtl. ein direkterwirtschaftlicher Nutzen fürdie Erde erzielt werden kann, entscheidend zu verzögern
[0343] Welcherdirekte wirtschaftliche Nutzen könnteaus einer Marslandung gezogen werden, wenn die Kosten zur Überwindungder Entfernung und der dort herrschenden Gravitation weiterhin hochbleiben
[0344] Nachmeiner Meinung sollte zunächstdie robotische Raumfahrt, insbesondere zur Gewinnung und Verarbeitungvon Rohstoffen und zur Energiegewinnung (und damit Vermeidung derVerbrennung und zur Verlagerung von auf der Erde umweltschädlichenProduktionprozessen – z.B. Metallschmelzen – )in den Weltraum weiterentwickelt werden.
[0345] Hierauskönntensich dauerhafte Strukturen ergeben, die Arbeitsplätze schaffen(auch robotische Anlagen müssengesteuert, hergestellt und entwickelt werden), die Umwelt der Erdeentlasten und sich wegen der auf Asteroiden erwarteten enormen Mengenwertvollster Bodenschätzein kürzererZeit als eine Mars oder Mondbesiedlung auch wirtschaftlich rechnen.
[0346] Diesist wirtschaftlich am sinnvollsten durch die Nutzung schwerkraftarmerKleinplaneten in Sonnennähe,insbesondere wegen des reichhaltigen Energieangebotes und der Möglichkeitdurch Verwendung von Solarseglern äußerst kostengünstig zutransportieren.
[0347] Umkeinen falschen Eindruck zu hinterlassen, möchte ich betonen, dass auchich durchaus von einer weiteren Mond- oder Marslandung träume undmir sogar Gedanken darübermache, wie man dieses Ziel erreichen könnte.
[0348] Ichmeine nur, es wärenicht klug, den zweiten Schritt vor dem ersten zu versuchen, weildie Gefahr besteht, dass auch gut gemeinte, durch Wunschdenken,Abenteuerlust oder übertriebenem,falsch verstandenem Nationalismus (unser Land war das erste, dass...) getriebene Anstrengungen aufgrund unrealistischer Kostenplanungenin einer ökonomischenSackgasse enden können.
[0349] Erstwenn die Infrastuktur vorhanden ist, die es ermöglicht, den größten Teilder erforderlichen Resourcen fürein derartiges Abenteuer im Weltraum zu erlangen, wäre ein derartigesUnterfangen m. E. sinnvoll und mit Hilfe der bis dahin gewonnenenKenntnisse auch (kostengünstig)möglich.
[0350] Frühester Zeitpunktfür denBeginn einer menschlichen Raumfahrt, die über den Wirkungskreis der Magnetfelderder Erde hinausführt,sollte daher nach meiner Überzeugungderjenige sein, zu dem wir in der Lage sind, zumindest den Treibstoffund evtl. sogar die Außenhülle desRaumschiffes aus im Weltraum gewonnenen Rohstoffen anzufertigen.
[0351] Vorheranzugehende Aufgaben wärendamit der Aufbau einer vielfältigeinsetzbaren, wiederverwendbaren robotischen Raumflotte genausowie die nähereUntersuchung der auf Asteroiden und sonstigen Kleinplaneten gewinnbarenRohstoffe, sowie die Entwicklung von Verfahren zur in situ Verarbeitung/Erzeugungvon Metallen, Glas, Beton, CNT-Materialien in Zusammenarbeit derdie Transport- und Logistikleistungen zur Verfügung stellenden Agenturen/Einrichtungenmit den jeweiligen rohstoffverarbeitenden Industriezweigen.
[0352] Genaudiesem Ziel sollen, so vermessen es auch klingen mag, die hier vorliegendenErfindungen/Designs dienen.
[0353] Wünschenswertwäre, dasdie Raumfahrtagenturen hierbei ihre bisherige Zurückhaltungaufgeben und sich nicht nur auf die Raumfahrt konzentrieren sonderndie Entwicklung derartiger Produktionsverfahren aktiv unterstützen, sogarggf. selbst entwickeln, patentieren und der Wirkschaft (ggf. gegenangemessene Lizenzgebühren)zur Beschleunigung der Eroberung des Weltraums zur Verfügung stellen.
[0354] DerartigeSchlüsseltechnologie-Produktionspatentein der Hand der Raumfahrtagenturen würde die Entwicklung der Raumfahrtinsbesondere deshalb beschleunigen, weil die durchaus auch schädlichen,den Wettbewerb behindernden Auswirkungen des Patentrechtes, nämlich dieMöglichkeitder Beschränkungder Nutzung von Schlüsseltechnologie-Patentenauf die Patentinhaber, beseitigt werden.
[0355] Weiterewichtige Infrastruktur-Einrichtungen sind Reparatur- Montage- undWartungsstationen, im erdnahen Raum (hierzu zählt am Anfang durchaus auchdie ISS), die es ermöglichendie Flotte im Schutz des Erdmagnetfeldes zu warten und Weltraumstukturen,wie z. B. Raumfahrzeuge, Produktionsstätten oder Solarstromkraftwerkezusammenzubauen, die dann aus eigener Kraft robotisch gesteuertan ihren Einsatzort gelangen, sowie mobile Werkstatt/Wartungs-Raumschiffe.
[0356] Einmit zunehmend weiterentwickelter robotischer Technik logischer Folgeschrittwäre danndie Möglichkeit,derartige Struktur-Einrichtungen sowie Produktionsstätten ausdem Schutzbereich des Erdmagnetfeld hinaus in den L1-Librationsraumdes Erde/Sonne-Systems zu verlegen.
[0357] Eshandelt sich dabei um einen Bereich zwischen Sonne und Erde, indem sich die Schwerkraft der Sonne und der Erde aufheben und Sonnenenergieständigohne Schattenwürfezur Aufrechterhaltung der Produktionsprozesse zur Verfügung steht.
[0358] Vondort könntensowohl erd- als auch sonnen-nahe Ziele mit dem geringstmöglichenAntriebsaufwand erreicht werden.
[0359] Biszum Vorhandensein derartiger umfassender Infrastruktur steht sicherlichnoch ein langer Weg bevor und es sollte daher jede Möglichkeit,vorher schon wirtschaftlich nutzbare Ergebnisse vorweisen zu können, ergriffenwerden.
[0360] Hierzugehörtinsbesondere auch, die Gewinnung wertvollster Edelmetalle und Stoffevon Kleinplaneten und ihre Verbringung zur Erde, sowie die Energieerzeugungim Weltraum und deren Weiterleitung zur Erde. Die hier vorgestelltenunterschiedlichen Raumfahrzeuge, Strukturen und Funktionseinheitenkönntenfür derartigeZwecke kostengünstigVerwendung finden.
[0361] Nichtzuletzt, um den evtl. möglicherweiseentstandenen Eindruck abzumildern, dass mir die Weiterentwicklungder menschlichen Raumfahrt wegen der zunächst bevorzugten robotischenEroberung und Erforschung des Weltraums nicht so sehr am Herzenliege, möchteich hiermit ein möglichesVerfahren zum Bau der Hüllengroßer,massereicher Raumfahrzeuge, Raumstationen und Weltraum-Habitatevorstellen.
[0362] Diesehättenden Vorteil, dass aufgrund ihrer Größe und außenliegenden Masse sowohl derStrahlenschutz (durch meterdicke, massehaltige beton-/betonartigeWände)als auch der Schutz gegen die gesundheitlichen Folgen langanhaltenderSchwerelosigkeit (durch die Erzeugung künstlicher Schwerkraft durchRotation) gewährleistetist.
[0363] Eineder öftersin Sciencefiction-Publikationen kolportierten Ideen ist das Aushöhlen einesAsteroiden und dessen Umbau in ein Raumschiff. Allerdings hat dieseIdee füreine längerandauernde menschliche Besiedlung einen grundsätzlichen Mangel. Es bestehtdie Gefahr, das der Asteroid, dessen Bestandteile aufgrund seinergeringen Schwerkraft nur locker zusammengehalten wird, auseinanderbrichtoder innenliegende Hohlräumeeinbrechen.
[0364] Sokönnenauch felsartige Asteroiden durch Impakte derart erschüttert sein,dass der/die Felsen mit Sprüngendurchsetzt sind.
[0365] Eine ökonomischereund sicherere Lösungdürftedie Verarbeitung von Asteroid-Felsmaterialien und Stäuben durchBrechen, Mahlen und Brennen zu Sand, Kies und Zement und zur Weiterverarbeitungdieser Grundstoffe fürdie Erschaffung von Beton-Außenhüllen sein.
[0366] DieseHüllenermöglicheneine feste, strahlensichere äußere Strukturin der gewünschtenForm und aufgrund ihrer Dicke die Aufnahme der in einem der vorstehendenAbschnitte beschriebenen, von außen nachtankbaren Steck- undAufschraub- Komplett-Antriebseinheiten. Gestein-/Betonwände, dieeinen ausreichenden Schutz vor der Weltraumstrahlung bieten sollen,sollten nach vorherrschender Meinung eine Dicke von etwa 4 m (oderdicker) haben.
[0367] Siehtman dann die Durchmesser der in Frage kommenden Objekte, (die vonmir angedachten Ausmaßewären z.B. 108 m Durchmesser fürein Raumschiff und 1000 m Ringdurchmesser für ein Habitat in der Art einesRinges von der Art des stanford'schenTorus oder der späternoch beschriebenen Mühle/Dame-Stein-Form)könnenZweifel aufkommen, dass es möglichist, diese riesigen Massen überhauptim Weltraum zusammenzufügen.
[0368] Mitvon der Erde ins All hinaufzubeförderndenRessourcen sicherlich vorerst nicht. Aber wie steht es, wenn dasGanze in kleinere, besser verkraftbare Portionen aufgeteilt wird,kostenlos auf einem Asteroiden vorhandene Ressourcen, nahezu kostenloseTransportleistungen durch Solarseglergefährte und auf Asteroiden gewonnenenTreibstoffen, sowie kostenlose Sonnenenergie zur Weiterbearbeitungzur Verfügungstehen Sollten nicht bei vorhandener robotischer Gerätschaftund ausreichendem Zeitvorrat auch solche ergeizigen Projekte möglich sein Schließlichsind auch die Pyramiden sicherlich nicht in einem Tag erschaffenworden.
[0369] Wiekann nun die Aufteilung in kleinere, leichter verdaulichere Häppchen derartigerMega-Weltraum-Bauprojekteerzielt werden
[0370] DieGrundidee stütztsich auf die Anfertigung einzelner kompletter Ringe, von z. B. 1m Breite bei 4 m Dicke, die einzeln erstellt und nach und nach zueinem kompletten Raumfahrzeug/Habitat zusammengesetzt werden.
[0371] Hierfür werdenin ErdnäheRingantriebsraumfahrzeuge verwendet, in deren Ringkörper dasaus Rohrgestellen zusammengesetzte Skelett der Betonierformen zumBetonieren der einzelnen Ringe des jeweiligen Bauprojektes mit Hilfevon CNT-Gurten oder -Seilen eingespannt wird. Diese Formskelettewürdensodann durch Aufwickeln-/Aufbringen einer z. B. Carbonfaser- bzw.CNT-verstärktenAußenhautversehen.
[0372] DieBefestigung der Außenhautkönntedurch raumtaugliche Klebeverfahren oder durch Verschweissen unterstützt durcheine Grund- und Vorbefestigung mit Ösen und CNT-Schnüren/Seilenerfolgen. Zur Durchführungdieser Arbeiten würdenvorzugsweise astronautengesteuerte flugfähige Roboter benutzt.
[0373] DieseArbeiten würdendemnach vorzugsweise in einer erdnahen Umlaufbahn ausgeführt. Nachdem dieFormen im Ring des Transportfahrzeuges komplett montiert sind, begibtsich dieses auf den Weg zum endgültigenMontageort vorzugsweise in die Näheeines relativ sonnennahen, zur Materialgewinnung geeigneten Asteroiden.
[0374] Dieverwendeten Formentransporter würdenalso mit recht geringer Nutzlast auf ihren Weg zum Einsatzort (lediglichdie Leichtbauformen und ggf. die in den Formen vormontierten Thrustereinheitenwären zu transportieren)gebracht. Die direkte Arbeit menschlicher Astronauten würde mitdem Montieren und auf den Weg bringen der Formen zunächst enden.
[0375] Allesweitere würdeautomatisch bzw. ferngesteuert von der Erde veranlasst.
[0376] DasgewünschteEndergebnis wäreeine Raumfahrzeughülle,deren Beton-Segmente im Weltraum durch Roboter gefertigt und zusammengefügt würde.
[0377] DieThrustereinheiten würdensodann durch robotische Tankfahrzeuge mit Treibstoff, der möglichst auchvon Asteroiden stammt, von aussen befüllt. Die leere Hülle könnte sichmit Hilfe ihres eigenen Thrusterantriebes daraufhin ferngesteuertauf den Weg zurückzum schützendenErdmagnetfeld aufmachen, wo dann wiederum der weitere Ausbau mitHilfe menschlicher Astronauten/Handwerker erfolgen könnte.
[0378] Dieerste Jungfernfahrt eines solchen Raumfahrzeuges mit menschlicherBesatzung sollte dann auch nicht zum Mars, sondern zu einem Asteroidenführenund zu der Besatzung sollten auch Beton- und Stahlbauer gehören.
[0379] Auchich habe mir natürlichdie Frage gestellt, ob es überhauptrealistisch ist, bei der durch die Entfernung zu den Asteroiden,die sich bei der bevorzugten sonnennahen Lage durchaus auch einmalim Laufe Ihres Orbits im Verhältniszur Erde auf der anderen Seite der Sonne befinden können, (alsobis zu 2 AU entfernt von der Erde) überhaupt an Fernsteuerung zudenken.
[0380] Dennochscheint es zum derzeitigen Stand der menschlichen Technik hierzukeine Alternative zu geben, denn menschliche Entscheidungen undKreativitätsind nötig,weil die Robotik noch nicht so weit fortgeschritten ist, um Roboternderartige Aufgaben zu überlassen.
[0381] Wiekann aber eine Fernsteuerung bei der Zeitverzögerung, die allein schon durchdie großeEntfernung entsteht und auch durch Versperren der Funkwege durchObjekte, wie z. B. der Sonne überhauptmöglich sein
[0382] DieAntwort lautet zunächstdurch Aufbau eines Satelliten-Kommunikationssystems von hoher Bandbreiterund um die Sonne unterstütztdurch die sensorunterstützteVerwendung halbautomatischer Ablaufprogramme für die ferngesteuerten robotischenFunktionseinheiten.
[0383] Befindetsich erst einmal eine Kette von Kommunikationssatelliten im Orbitum die Sonne, dürftedie Weitergabe von Bild- und anderen Meßdaten auch bei hoher erforderlicherBandbreite kein Problem darstellen.
[0384] Steuerungund gegenseitige Kommunikation der Satelliten untereinander alsauch der Roboter sollte überein sicheres Internetprotokoll geregelt werden.
[0385] DieStationierung derartiger Satellitenketten, bei denen es sich vorzugsweiseum kleinere Thrusterring-Solarsegler der hier behandelten Art handelt,könntedurch sehr großeTräger-Solarsegler erfolgen,die mit einem Magazin-Dock-Innenring, der auf Seite 27 dieser Beschreibungbehandelt wurde, ausgestattet sind.
[0386] Sowürde jedesdieser Trägerschiffez. B. 12 Satelliten-Segler (diese Zahl ist einfach aus der Luftgegriffen, soll jedoch die Richtung des Gedankenganges aufzeigen)mit sich führen,die nacheinander an dem jeweils vorgesehen Einsatzort selbständig vomMutterschiff ablegen und ihre Aufgabe aufgrund des geringen Treibstoffverbrauchesund der reichlich vorhandenen Sonnenenergie vom Prinzip her für eine sehrlange Zeit wahrnehmen können.
[0387] Dieim Vorantrag dargestellte Anbringung der Tochtereinheiten auch aufder äußeren Seglerfläche siehtder Erfinder/Autor nunmehr als nicht so günstig an, weil die Steuerungder Muttersegler durch die Lage der Tochterschiffe im Zentrum derMutter einfacher ist und auch weniger Treibstoff verbraucht wirdund weil das automatische An- und Ablegen hier erheblich schwerersein dürfte.
[0388] Istnach Stationierung einer lückenlosenSatellitenkette die Kommunikation sichergestellt, könnten Robotermit Hilfe halbautomatischer Steuerungsmechanismen von der Erde herdurch menschliche „Robonauten", bei denen es sichdurchaus um hochqualifizierte Wissenschaftler (etwa Astrophysiker)handeln würde, mittelsVR-Techniken (Virtual Reality) ferngesteuert werden.
[0389] Umhier einmal ein Beispiel zu nennen, sei ein Rohstoffgewinnungsroboterin Form eines Thrusterringfahrzeuges (diesmal ohne Segel) genannt,an dessen Unterseite ein Behältermit einer schaufelförmigenAufnahmeöffnung,die mit einem verschließbarenDeckel versehen ist, angebracht ist.
[0390] DieserRoboter hat nun die Aufgabe, Asteroidenstäube und lose Gesteine bzw.Geröllzu fördernund sodann wieder zu seinem Mutterschiff zurückzukehren. Die Abläufe für das Ab-und wieder Anlegen wurden bereits beschrieben. Hierfür müsste esProgramme geben, die diese Vorgängemit Sensorhilfe steuern.
[0391] DerRobonaut müsstedem Förderrobotsomit nach Kenntnis der Umgebungsbilder und Daten die Order geben,in welche Position er sich hierzu begeben soll. Der Robot wäre aufgrundseiner Programmierung mit Sensorhilfe in der Lage, diese Positionin einer bestimmten Entfernung (z. B. 2 m über der Asteroidenoberfläche einzunehmen,die Film- und Meßdatenan die Erde zu senden, sowie das Einnehmen der gewünschten Positionzu übermittelnund dort so lange schwebend zu verbleiben, bis die weiteren Anweisungendes Robonauten eintreffen.
[0392] DerRobonaut hat also die Möglichkeit,zunächstdie Daten und Fernsehbilder in Ruhe auszuwerten, bevor er die Befehlefür dienächstenSchritte (Einnahme einer anderen Position oder Beginn der Rohstoffschaufel-Aktion)zurücksendet.
[0393] DerRobonaut kommt in diesem Beispiel nun zu dem Schluss, dass sichein Entnahmeversuch lohnt und gibt dem Robot die Anweisung, mitwelcher Stärkeund in welchem Winkel, ggf. fürwie lange er in die Staub- oder Geröllschicht hineinstoßen undob er danach gleich wieder mit Hilfe der nach oben drückenden Thrusterin eine Warteposition aufsteigen soll.
[0394] Dieshört sichgefährlicheran, als es ist, schließlichsind die Ionenthruster des Robots nicht gerade stark und die Beschleunigungaus dem Stand sollte daher nicht ausreichen, um den Robot, der im Übrigen für dieseAufgabe ausgelegt ist, zu beschädigen.
[0395] EineEntnahme des Staubes und evtl. auch von Geröll dürfte daher wegen der geringenSchwerkraft und der geringen Oberflächendichte/Haftung des Rohstoffestrotz der schwachen Kräfteder Ionen-Thruster möglichsein.
[0396] Wennalles gut gegangen ist, empfängtder Robonaut nach dem die Verzögerungspausevergangen ist, Bild- und Meßaufzeichnungen,des sich wieder in einer Wartestellung über dem Boden befindenden Robots,unter anderem auch den Füllstanddes Rohstoffbehältersund kann die Entscheidung fürFolgeaktionen treffen.
[0397] EinProblem ist bei dieser Förderungsmethodeschon ersichtlich: Es ist zu erwarten, dass die Bildaufnahmen durchden Staubkontakt sehr dürftigausfallen. Dies könntedurch Verwendung weiterer Bilderfassungsmethoden wie z. B. Röntgen, Radarund ähnlichesabgemildert werden. Außerdemsollten die Linsen der Optiken übereine Art von automatischen Scheibenwischern verfügen.
[0398] EineMöglichkeit,um den Anfall von Staub zu verringern, wäre wie bereits in einem anderenAbschnitt erwähnt,nur Thruster zu verwenden, die auf die Oberfläche des Asteroiden zu beschleunigen,also nicht zur Oberflächehin auszustossen.
[0399] DerFörderrobotwürde dabeisanft in den Untergrund hinein beschleunigen und sodann von demweit entfernten Mutterschiff an einem Faden mit Hilfe der Windenwieder vom Asteroiden weg nach oben gezogen.
[0400] Auchhier ist wieder zu sehen, wie vorteilhaft, die geringe Ausstoßkraft dereingesetzten Ionen Thruster fürderartige diffizile Aufgaben sein kann.
[0401] Auchfür andersausgestattete Roboter wären ähnlichemaßgeschneiderteAblaufprogramme, die jedoch immer ähnlich dem hier geschildertenMuster ablaufen, denkbar.
[0402] Einweiteres Anwendungsbeispiel wäreein Förderrobot,der aus einem in einen Flugring gespannten Material-Container mitGreif- Sammelarmen besteht. Diese Arme wären auf der Container-Oberfläche oder auchan den Seiten angebracht und in der Lage, durch ihre Länge undentsprechende Gelenke sowohl den Boden in der Umgebung des Containerszu erreichen, als auch die aufgesammelten Materialien durch sichautomatisch öffnendeLuken in den Container zu befördern.
[0403] Hierbeikönntenverschiedene Greifvorrichtungen verwendet werden wie z. B. riesigevogelkrallenartige Greifer, Armpaare mit Händen um die An des menschlichenGreifens mit beiden Händenzu imitieren oder einfach elektromagnetische Kräne, die magnetische Metallebzw. Erze anziehen.
[0404] Hiersollte es möglichsein, dass der Robonaut die einzelnen Objekte, die eingesammeltwerden sollen, sowie die An des Greifwerkzeuges bezeichnet, dassder Roboter zur Bergung verwendet. Es ist nicht auszuschließen, dassProgramme, die derartige Tätigkeitensogar vollautomatisch ablaufen lassen, recht kurzfristig entwickeltwerden können,denn es handelt sich ja im Grunde um relativ einfache Greifvorgänge.
[0405] Sicherlichgibt es noch einige andere Material-Sammelverfahren für Asteroiden,die nur relativ einfache Handlungen erfordern.
[0406] Diebeiden hier vorgestellten Verrfahren und Funktionseinheiten lassenjedoch die Einsatzmöglichkeitenerkennen, die die Verwendung von Thrusterringen bietet, die denauf Asteroiden weitgehend fehlenden Gegendruck durch Schwerkraft,der normalerweise fürden Abbau von Bodenschätzenerforderlich ist, durch Thrusterdruck ersetzen können.
[0407] Besondersdas Gewinnen von Gesteinen und Stäuben, die für die Betonverarbeitung evtl.verwendet werden können,scheint durch einfaches Sammeln und schaufeln/schöpfen möglich zusein. Ob meine wenn auch begründetenVermutungen zutreffen, kann nur die Landung auf Asteroiden zeigen.Hierfürkönntenauch unter anderen die hier vorgestellten Werkzeuge mitgeführt werden,die die Wirksamkeit der aufgezeigten Sammelmöglichkeiten bestätigen.
[0408] DasBefüllender Betonierformen mit Flüssigbetonerfolgt bevorzugt in der Nähedes Asteroiden, von dem der größte Rohstoffanteilgewonnen werden soll.
[0409] Ähnlich wiebeim Betonieren auf der Erde sind hierfür Betonfahrzeuge erforderlich,die die Bestandteile des Betons mischen und am Einsatzort in vorhandeneFormen einfüllen.Sie werden wiederum von den speziellen Funktionsfahrzeugen befüllt, dieWasser, Sand/Staub und Zement anliefern.
[0410] Dasdie Betonierform haltende Ringantriebsraumfahrzeug würde während derBefüllungrotieren, wodurch eine) DruckkünstlicheSchwerkraft genau in dem gewünschtenAusmaß erzeugtwerden kann und damit die Festigkeit des Außenbereiches des Betonringesbeeinflussbar ist.
[0411] Umauf allen Seiten die zum Abbinden des Betons nötige/gewünschte Temperatur von positivenCelsiusgraden zu erzielen, könntedie Form von einer Seite her durch die Sonne bestrahlt und von denanderen Seiten her mittels der in diesem Antrag behandelten flugfähigen Spiegelerwärmtwerden.
[0412] ZurErzeugung des Flüssigbetonskönntenwegen des kostengünstigenTransportes auch durchaus auf von verschiedenen Asteroiden gewonnenesMaterial zurückgegriffenwerden, z. B. durch Heranführendes von einem eishaltigen Asteroiden/Kometen gewonnenen Wasserszu den in der Nähedes Verarbeitungsortes gewonnenen Materialien eines felsigen Asteroiden.
[0413] Behandeltwurden in dieser Beschreibung bereits Verfahren zum Sammeln undGewinnen von Gesteinen-/Geröllenund Sand-/Staubmaterial, womit die Grundlage für die Gewinnung von etwa 70Prozent des Betonmaterials durch Zerkleinern, Mahlen, Abschleifenvon Gesteinen gewonnen werden dürfte.
[0414] Auchdas Gewinnen von Wasser, z. B. durch Verdampfen von eishaltigemKometen/Asteroiden-Materialsollte keine unüberwindbaretechnologische Hürdesein, womit weitere 15 % der zur Betonerzeugung erforderlichen Grundstoffezur Verfügungstünde.
[0415] Ausden vorstehenden Schilderungen wird jedoch klar, dass nicht nurdie Betonierformen und die sie haltenden und transportierenden Antriebsring-Raumfahrzeugeerforderlich sind, sondern eine ganze Flotte unterschiedlicher Funktionseinheitenentworfen werden müssen,die jedoch zum größten Teilin die hier behandelten Antriebsringe eingesetzt und mit diesentransportiert werden können.
[0416] Dierestlichen etwa 15 Prozent der erforderlichen Grundstoffe werdenvom Zement eingenommen, der in der Regel aus Kalkstein und Tonerdendurch Brennen und Mahlen gewonnen wird. Die Römer verwandten allerdings z.B. auch vulkanische Aschen, die mit Kalkstein vermischt wurden,als zementösenBinder. Es gibt also verschiedene Möglichkeiten und Mischungen,um Zement herzustellen.
[0417] AuchSchlacken, die z. B. als Nebenprodukte bei der Metallverarbeitunganfallen, haben zementöse Eigenschaften.
[0418] Obund welche der auf Asteroiden auffindbaren Grundstoffe für die Zementherstellunggeeignet sind (etwa auch die leicht gewinnbaren Oberflächenstäube ) solltedurch Probenentnahmen in ausreichender Menge und Anwendungsversuchezunächstauf der Erde in Zusammenarbeit mit der Zementindustrie untersucht werden.
[0419] Beiden erforderlichen Mahlwerken zur Material-Zerkleinerung könnte aufdie Kombination bewährter mechanischerVerfahren und Vorrichtungen der Betonindustrie mit der Nutzung derim Weltraum ggf. verwendbaren künstlichenRotationsgravitation zurückgegriffenwerden. Hierbei ist die im sonnennahen Raum im Überfluss vorhandene Energiezum Betrieb dieser Vorrichtungen hilfreich.
[0420] Ebensowerden die Brenn- und Trocknungsprozesse durch Laser- und Spiegel-Funktionseinheiten wiederummit frei zur Verfügungstehender Energie möglichsein.
[0421] Geradefür dieErstellung der benötigtenriesigen Spiegeleinheiten fürden Gebrauch im freien Weltraum können leichtere, weniger aufwendigeKonstruktionen genutzt werden, weil das weitgehende Fehlen von Gravitationdiese Leichtbauweise eher zulässt.
[0422] Wiebereits an anderer Stelle bemerkt, ist die Sonnenstrahlung in derNähe derSonne, z. B. bei Halbierung der Entfernung (0,5 AU) bereits viermal so stark wie auf Erdhöhe.
[0423] EinSpiegel mit einem Viertel der Größe eineserdnahen Spiegels sollte somit bei 0,5 AU die gleiche Leistung bringen.
[0424] Auchhier ist wieder zu sehen, welche Vorteile das Suchen der Nähe der Sonnefür dieerforderlichen Produktionsprozesse wegen der hier geringeren notwendigenAnlagengröße zur Stromgewinnungbietet.
[0425] Vieledieser energieverbrauchenden Produktionsprozesse sind daher im Weltrauminsbesondere sonnennah aufgrund der reichhaltig vorhandenen Energievom Prinzip her kostengünstigerdurchzuführenals auf der Erde, dies gilt insbesondere, wenn hierfür bereitseine funktionsfähigeebenfalls kostengünstigeTransportinfrastruktur durch Verwendung von Lastenseglern besteht.
[0426] Hierbeigeht es jedoch nicht nur allein um Kostenvorteile, sondern um dielangfristige Verlagerung umweltschädlicher Industrien (wie denBergbau und die Energieerzeugung) in den Weltraum und damit den Schutzund Erhalt wertvoller, fürdie Nahrungsproduktion wichtiger Anbauflächen auf der Erde, sowie dieSicherung des in nicht zu weiter Ferne auf der Erde erlahmendenRohstoffnachschubes fürbestimmte Stoffe.
[0427] 13 zeigt das Design eines bevorzugtesEndproduktes der Weltraum-Ring-Segment-Betonbauweise, nämlich ein rundes Raumfahrzeugvon der Form eines Dame- bzw. Mühlesteines,an dessen schmalen Seiten wie an den anderen hier behandelten Raumfahrzeugenund Strukturen auch, nach außenabstehende Komplettthrustereinheiten befestigt sind. Diese solltenallerdings von Außenmit Treibstoff nachgefülltwerden können,da ein komplettes Auswechseln zum Nachtanken nicht sinnvoll seindürfte.
[0428] In 13.a ist das aufgeschnittene Profil vonmehreren ineinandergesteckten Ringen des Raumfahrzeug-Körpers undin 13.b ist das Profil der Abschlussscheiben,die selbst auch wieder aus mehreren Ringen zusammengefügt werden,zu sehen.
[0429] Daes sich um ein Raumfahrzeug handeln soll, dass nicht selbst landet,sondern lediglich fürden Transport im offenen, strahlungsgefährdeten Weltraum vorgesehenist, benötigtes keine aerodynamische Form. Daher wurde mehr Wert auf Funktionalität, einfachesDesign und insbesondere auf eine Aussenform gelegt, die möglichstleicht mit einfach geformten Bauteilen zusammengefügt werdenkann, was zu dieser doch recht gewöhnungsbedürftigen Form führt.
[0430] Ander schmalen Raumschiffseite sind in der Zeichnung die einzelnenRinglagen erkennbar, aus denen der flache, zylinderartige Hohlkörper besteht,der durch zwei Abschlussscheiben an den Enden begrenzt wird.
[0431] Derwertvolle Innenraum im Zentrum der Scheibe würde an beiden Seiten (obenund unten) fürLande- und Andockeinrichtungen freigehalten, bei denen es sich einfachum freie Räumehandeln kann, die mit ferromagnetischen Metallplatten versehen sindauf denen das andockende Fahrzeug sich mit Hilfe von (Elektro-)Magnetenbefestigt.
[0432] Eswäre jedochauch die Verwendung der in diesem Antrag behandelten Magazin-Andockeinrichtungenfür mehrereRaumfahrzeuge (z. B. mehrerer Kommunikations-Erkundungs- und Funktionseinheiten)denkbar und sinnvoll.
[0433] Bevorzugtwäre hierbeieine Ausführungmit freiem Landeplatz und Eingangsschleuse für Astronauten auf einer Scheibeund einem Andockmagazin fürmehrere Ergänzungseinheitenauf der gegenüberliegenden Scheibedes Raumschiffes.
[0434] Umdie zentralen Andockräumeherum wärenSolarzellen fürdie Stromversorgung und Antennen/Schüsseln für Sende- und Empfangseinrichtungen,bzw. Meßeinrichtungensowie Kameras angeordnet.
[0435] DerDurchmesser dieses Raumschiffes, dass sich mittels der Seitenstrahlthrusterum seinen Mittelpunkt dreht und dadurch insbesondere am Innenradiusder seitlichen Außenwände künstlicheErdschwerkraft schafft, soll in diesem Beispiel 100 m betragen.Mit seinen 4 m dicken Wändenhätte eseine enorme Masse. Als Thruster dürften hier allerdings wegender großenzu bewegenden Masse eher chemische, jedoch nachtankbare Antriebein Frage kommen.
[0436] Nehmenwir an, das Raumschiff sei in der Nähe der L1-Librationsregionzusammengefügtund die außenliegendenKomplett-Thrustereinheiten von außen mit im Weltraum gewonnenenTreibstoff befülltworden.
[0437] Dasauf den Weg bringen dieses massereichen Raumfahrzeuges dürfte wegender dort herrschenden absoluten Schwerelosigkeit in beide Richtungen,also sowohl zur Sonne hin als auch zur Erde hin relativ einfachsein, denn der normalerweise schwere Körper würde ja Anfangs kaum etwas wiegenund muss nur sozusagen „bergabwärts" in Richtung dersodann immer stärkerwerdenden Gravitation in Bewegung gebracht werden.
[0438] SeinenspäterenEinsatz dürfteeine derartige Konstruktion voraussichtlich als sogenannter Cyclerfinden. Dabei wird das Raumfahrzeug in einen stark elliptischenOrbit versetzt, dessen Gipfelpunkte die zu erreichenden Ziele anvisieren,z. B. ein Erdorbit mit einem Gipfelpunkt innerhalb des Erdmagnetfeldesund dem zweiten Gipfelpunkt in der Nähe des Mars.
[0439] Vorteildieses Einsatz als Cycler ist, dass das Raumfahrzeug sich in einemOrbit befindet, der keiner bzw. nur geringfügiger weiterer Korrektur derUmlaufbahn bedarf. Es kreist einfach auf seiner Umlaufbahn immerweiter. Der Treibstoffverbrauch ist daher sehr gering.
[0440] DieseVerwendungsform bietet sich daher insbesondere für sehr massereiche und daherschwierig und Treibstoffintensiv zu navigierenden Raumfahrzeugegeradezu an.
[0441] Allerdingsmuß ineinem solchen Fall immer der Zeitpunkt zum „Zusteigen" durch die potentiellen Fahrgäste abgewartetwerden.
[0442] Eswird von einem Raumfahrzeug ausgegangen, dessen Innenraum 12 m inder Höheund 100 m im Durchmesser beträgtund das die Form eines Mühle-bzw. Damesteines hat.
[0443] DerAussendurchmesser des Fahrzeuges beträgt wegen der 4 Meter dickenWände somit108 m, die Höhe20 m. Zur Montage werden 12 Betonringe von durchschnittlich 1 mBreite (auch wenn die Maßedurch das Profil anders sind) und 4 m Dicke sowie 2 Endplatten von4 m Breite und einem Durchmesser von 108 m benötigt.
[0444] DieDichte des Betons wird mit 2,4 to/m³ angenommen.
[0445] Einvoll ausgebautes und beladenes Betonraumschiff nach diesem Designdürftesomit eine Masse von unter 220.000 Tonnen bei mehr als 94.000 m³ Innenvolumen haben.
[0446] Dieserscheint im Vergleich zu einer druckstabilisierten Glas-Stahlbau-Konstruktion,von der enormen Masse her sicherlich als Nachteil.
[0447] Warumdann also dieses Design
[0448] Diehohe Masse des hier vorgeschlagenen Raumfahrzeuges hat unbestrittenNachteile, insbesondere in Bezug auf die erforderlichen Beschleunigungskräfte im späteren Betrieb,jedoch wiegen die Vorteile die Nachteile zum derzeitigen Stand derTechnik bei weitem auf
[0449] DieHauptvorteile liegen darin, dass die Technologie zur Gewinnung derRohstoffe als auch zur Konstruktion der Hülle einfach ist und nach Auffassungdes Erfinders die fürdie Menschheit schnellstmöglicheLösungdes Problems der Strahlungsbelastung durch die meterdicke Betonwandverspricht.
[0450] Sobalddie Menschheit in der Lage ist, Metalle, Glas und CNT-Materialienim Weltraum mit vertretbarem Aufwand zu gewinnen, zu verarbeitenund zu formen, werden sicherlich zumindest die Endplatten, die mehrals 80 Prozent der Masse des Körpersausmachen, durch eine CNT-Stahl-und Glas-Konstruktion ersetzt.
[0451] Für das erstestrahlungssichere bemannte Raumschiff mit Gravitation sollte jedochdie „fensterlose" Ausführung genügen.
[0452] Im übrigen sollteman sich nicht durch die vorgenannten hohen Massenwerte abschreckenlassen. Derartiges hat die Menschheit in Form der Pyramiden schonmit weit primitiveren Mitteln unter Einsatz von Tausenden von Sklavenund der Notwendigkeit, gegen die Erdgravitation ankämpfen zumüssen,zu Wege gebracht.
[0453] Dochwas sind schon diese hunderttausende von Erdgewichts-Tonnen, wenndiese in der beinahe-Schwerelosigkeit von Asteroiden ein erstaunlichniedriges tatsächlichesGewicht haben und zudem noch durch Roboter bewegt werden können
[0454] DerErfinder geht jedenfalls davon aus, dass die erforderlichen Rohstoffein Massen durch einfachen Tagebau mit den hier geschilderten Verfahrengewonnen werden können.
[0455] Beider Metallgewinnung füreine relativ dünneRaumschiffhüllesind zwar die Massen der im Endeffekt verwendeten Metalle insgesamterheblich kleiner, um aber Bleche zu erhalten, müssen riesige Erzmengen verarbeitetwerden und zusätzlicheSchmelz- und Walzprozesse erfolgen, bevor ein erheblich arbeitsintensiverer Konstruktionsprozessin Gang gebracht werden kann.
[0456] BeimBetonieren werden jedoch nur die erforderlichen Rohstoffe gemischt,in die Formen befördert undzum Abbinden gebracht.
[0457] Nachdem Abbinden befindet sich jeder einzelne Ring noch in seiner Form,die bereits in einem voll bewegungsfähigen Raumfahrzeug eingehängt ist.Grundsäztlichbesteht daher die Möglichkeit,das Zusammenführender ineinandersteckbaren Ringe mit ihren Pendants durch diese Raumfahrzeugedurchführenzu lassen.
[0458] Außerdem istes jedoch auch möglich,zusätzlichoder anstelle der Antriebe des Transportfahrzeuges evtl. noch anzufügende bzw.bereits von vornherein in den Formen eingefügte eigene Thruster der Ringeinheitenzu verwenden.
[0459] Nachdem Zusammenfügenzweier Ringe werden diese an den Seiten durch Spannvorrichtungen,bestehend aus CNT-Gurten/Seilen und entsprechender Endhaken an den äußeren Rändern zusammengespannt.Dies geschieht bevorzugt mit insgesamt zwei Spanner-Paaren die sich außen am Ringdurchmesser diagonalgegenüberliegen,wobei die Abständejeweils 90 Grad betragen.
[0460] DieseSpannereinheiten verbleiben auch nach der Fertigstellung der Formals Verstärkungam Raumschiff.
[0461] DieRinge sind nach 13.a so geformt, dasssich nach dem Zusammenfügenan den äußeren Schnittstelleneine keilförmige,nach außenverjüngendeAussparung mit stumpfen Keilende ergibt. Diese Aussparung wird miteinem breiteren CNT-Abdeckband abgedeckt (durch Aufkleben oder Umwickelnum den kompletten Körperund Spannen).
[0462] Sodannwird der sich dadurch ergebende keilförmige Hohlraum mit Beton ausgefüllt unddieser zum Abbinden gebracht.
[0463] Derletzte Ring an beiden Seiten ist jeweils der äußerste Ring der Abschlußplatten.
[0464] Indiesen werden die immer kleiner werdenden inneren Ringe der Abschlußplattegesteckt, die ebenfalls so profiliert sind, dass sie sich ineinanderEigen. Auch diese Ringe werden mit Spannern gesichert, mit Abdeckbandabgedeckt und die verbleibenden Aussparungen mit Beton ausgefüllt.
[0465] Nachdem Abbinden der letzten Aussparung ist die Schiffshülle fertiggestellt.Soweit die Thrustereinheiten bereits vorher in die Formen eingefügt waren,könnendiese nunmehr mit Tankfahrzeugen von Außen mit Treibstoff befüllt werden.
[0466] Außerdem istauch die Anbringung von Aufschraub-Thrustereinheiten an den gewünschtenStellen möglich.
[0467] SämtlicheThrustereinheiten wärenmit Sendern und Empfängernversehen, die eine Überwachung desFüllzustandes,der Arbeitsdrückeund Temperaturen, sowie eine Fernsteuerung ermöglichen.
[0468] Dajede einzelne Einheit angesteuert werden kann, ist die Leerhülle ab diesemZeitpunkt manövrierfähig undin der Lage, ihren Rückwegin eine nähereErdumlaufbahn anzutreten, wo sie von menschlichen Astronauten inBesitz genommen und weiter ausgebaut werden kann.
[0469] Dieo. a. mühlesteinartigeForm des Raumfahrzeuges eignet sich sicherlich auch für ein Weltraum-Habitat;allerdings sollte das Habitat deutlich größer sein und zwar zumindestetwa 1000 m in Durchmesser, weil ab diesem Durchmesser die Erzeugungvon künstlicherGravitation von einem G keine Unannehmlichkeiten/Schwindelgefühle beiden menschlichen Bewohnern zu erwarten sind.
[0470] Beikleineren Durchmessern wäredies jedoch der Fall, weil die Umdrehungsgeschwindigkeit entsprechenderhöhtwerden müßte.
[0471] Vorteildieser Mühlestein-Formgegenübereinem Habitat in Torusform ist das deutlich größere, besser nutzbare Volumen.
[0472] Gegenüber denersten fensterlosen Raumfahrzeugen sollte das Habitat zumindestGlasaußenwände besitzen.Dies könntederart erfolgen, dass drei dieser Mühlesteine unter Reduzierungder inneren Trennwändeauf insgesamt 4 m Dicke aufeinandergesetzt werden und die beiden äußeren jeweilseine Endplatte aus Glas bzw. Beton/Glas CNT-Glas-Verbundstoffenerhalten.
[0473] Eswürde somiteine mit Beton umgebene Kerneinheit entstehen, die vollständig durchdiesen geschütztund „fensterlos" wäre. ZurErhöhungder inneren und äußeren Festigkeit,könntediese und auch der Ring-Außenbereichnoch zusätzlichmit CNT-Fasern beschichtet werden.
[0474] Diebeiden außenliegendenEinheiten könntenfür Landwirtschaftund Freizeit als Gewächshäuser/Parklandschaftverwendet werden, wobei bei einer Beschädigung/Zerstörung derAbdeckplatte auf der anderen Seite immer noch ein Backup vorhandenwäre.
[0475] DieBeleuchtung der sonnenabgewandten Seite würde dabei durch Spiegel erfolgen.
[0476] Einweiteres Merkmal eines bevorzugten Habitat-Designs wäre ein zylinderförmiger Beton-Innenring im Zentrumder Scheibenebene, der vollständigdurch das Habitat hindurchführenund an den Enden mit Schleusen-Toren versehen ist. Damit dient dieseInnenröhreals strahlungsgeschützteEinflugschleuse und Eingangsschleuse für Raumfahrzeuge und Astronauten.
[0477] Auchdie Verwirklichung der Torusform ist mit Hilfe des Betonring-Segment-Systemesmöglich.
[0478] Hierzuwerden die einzelnen Ringe in gleicher Weise geformt, wie bei derMühlestein-Form,jedoch mit dem Unterschied, dass Sie sich nach innen hin entsprechendder gewünschtenRinggröße verjüngen, sodass bei Aneinanderfügenaller breiten Seiten und aller sich verjüngenden Seiten ein Torus entsteht.
[0479] DieAbdeckplatten werden in diesem Fall nicht mehr benötigt.
[0480] Dienachfolgende Bezugszeichenliste setzt auf die Liste des am 26.07.2002eingereichten Vorantrages auf und ergänzt diese um die Ziffern 5 (Innenring), 6 (Außenringeiner Tochterstruktur, die in den Innenring der Mutterstruktur eingesetztwird) und 7 (Steck- und Schraubthruster-Einheiten. Siegilt damit fürbeide Anträge.
[0481] Analogwird auch die Nummerierung der Zeichnungen des Vorantrages (letzteZeichnung war 7) fortgesetzt. Dieerste Zeichnung dieses Ergänzungsantragesbeginnt daher mit 8.
[0482] Thrusternummerierungenbeziehen sich auf die Einzelthruster in der jeweiligen Zeichnung.
[0483] DieZeichnungen sind bei weitem nicht maßstabsgerecht, da sich dieGröße der zubeschreibenden Objekte im Quadratkilometer Bereich bewegen kann,währenddie strukturellen Teile der Konstruktionen wie z. B. die Rohrdurchmesserder Rohrsegmente des Aussenringes eher im Zentimeter-Bereich liegenkönnen.
[0484] DieBezugszeichen gliedern sich in die Bereiche
[0485] 8 stellteine Kopplungseinheit dar, die sowohl zum Andocken kleinerer Raumfahrzeuge/Funktionseinheitenin Mutterstrukturen dient, als auch verschiedene Vorrichtungen zumUmgehen mit bzw./zum Einspannen von Objekten mit Hilfe von Seilwindenbesitzt, die mit unterschiedlichen Greif- Haltevorrichtung ausgestattetsein können.
[0486] Durchdas Auswechseln der inneren Funktionseinheit kann ein Raumschiff/eineWeltraumstruktur einfach füreinen anderen Zweck umgerüstetwerden.
[0487] Diesein mehreren der hier vorgestellten Entwicklungen verwendete Einheitstellt nach Auffassung des Erfinders auch die wichtigste Verbesserung/Ergänzung derim Vorantrag vorgestellten Erfindungen dar, da das Docken und Laden/Löschen imZentrum der Scheibe eine erhebliche Verbesserung der Nutzungsmöglichkeitendieser Ringstrukturen bietet, insbesondere auch zur Modularisierungund der robotischen Ablaufsteuerung.
[0488] 8.a zeigt eine doppelte Dockingstation, die eserlaubt oberhalb und von unterhalb der Scheibenebene eines Thrusterring-Raumfahrzeugesoder einer entsprechenden Raumfahrt-Struktur anzudocken. Das heißt, zweiTochter-Einheiten könntengleichzeitig an- oder ablegen.
[0489] DieDoppel-Dockingstation wird genau wie der Docking Innenring nach 8 indas Zentrum des Außenringesmit Hilfe von Gurten, aber ggf. auch mit Hilfe von Seilen oder hochbelastbarenCNT-Fädeno. ä. eingespannt.
[0490] ZurzusätzlichenSicherung gegen Schwingungen/Vibrationen ist auch eine Befestigungder beiden Abschlussringe 5.4 mittels Seilen oder CNT-Fäden 5.3.1,möglich,die ähnlichwie bei Zeltstangen von oben nach unten führend zum Außenringgespannt und dort befestigt werden (s. hierzu auch 8.b).
[0491] Eshandelt sich hierbei um ein leichtes Gerüst bestehend aus 3 Rohr-Ringenoder auch aus Ring-Scheiben, die durch vertikal stehende Rohre 5.3 aufAbstand gehalten und stabilisiert werden.
[0492] Grundsätzlich kannhier das gleiche Zubehör(Winden, Docking-Halterungen, etc.) zur Verwendung kommen, wie bereitsin den Erläuterungenzur Einzeldockingstation ausführlicherörtert.
[0493] 8.b zeigt eine Magazin-Dockingstation, die eserlaubt, Raumfahrzeuge und flugfähigeFunktionseinheiten in größeren Mengenmit einem Mutterschiff im hierfürbesonders günstigenZentrum der Scheibe zu transportieren, sowie automatisch andockenund ablegen zu lassen.
[0494] Einebevorzugte Anwendung wärez. B. der Transport ganzer Schwärmevon Nachrichten- undBeobachtungsatelliten zu ihrem Einsatzort. Um z. B. eine ständige Kommunikationrund um die Sonne und um Planeten oder Monde aufrechterhalten zukönnenoder zur Sonnenbeobachtung.
[0495] Inder vorliegenden Zeichnung ist zwar nur ein Dock mit 6 Anlegestelleneingezeichnet, grundsätzlich können jedochauch inbesondere wegen der flachen Bauweise der Thrusterring-Raumfahrzeuge nocherheblich mehr Einheiten durch eine Verlängerung der Vertikalrohre 5.3 undzusätzlicheDocking-Halterungen eingedockt werden.
[0496] AusBalancegründenbefindet sich jeweils eine gleiche Anzahl von Andockstellen oberhalbund unterhalb des Innenringes 5. In der Mitte wäre im vorliegendenBeispiel Platz füreine weitere Dockingstelle vorhanden gewesen, dieser wurde jedochfür eineNutzlast-Plattform 3 verwendet.
[0497] Inder Zeichnung befindet sich ein kleines Antriebsring-Raumfahrzeugim untersten Magazin-Dock über derNutzlastplattform 3. Beim Einsetzen in das Dock müssen dieDocking-Halter 5.1 der obersten Liegeplätze nach außen gefahren werden. Dies geschiehtmit Hilfe eines elektrischen Schneckenmotors 5.5, der die Zahnstangen-Zahnung 5.4.1 ander Unterseite der Halterungen antreibt.
[0498] DieBefestigung im Dock erfolgt magnetisch und/oder elektromagnetischdurch Verwendung entsprechender ferromagnetischer Materialien inVerbindung mit Permanent- und/oder Elektromagneten.
[0499] Beider hier vorgesehenen größeren Höhe der Vertikalrohre 5.3 istes ratsam, diese von beiden Seiten an den Enden durch Spannen vonSicherungsleinen 5.3.1 zu befestigen. Eine zusätzlicheErhöhungder Stabilitätwäre durchVerwendung der Abschlussrohre oder Ringe 5.4 (s. 8.a) möglich.
[0500] Wennes sich bei dem Mutterschiff etwa um einen großen Lastensegler handelt (mitz. B. 1000 m Durchmesser, erscheint auch ein Dock, das an beidenSeiten 10 bis 20 m überdie Ebene der Scheibe hinausragt, und z. B. einen Durchmesser von20 Metern hat, nicht unproportional zur Gesamtgröße des Trägers.
[0501] Mitrelativ wenig Material, könnenhier also durch Verzicht auf Außenwände große Volumenkapazitäten erreichtwerden, die die Stabilitätder Struktur und die Manövrierfähigkeitwegen der mittigen Lagerung kaum beeinträchtigen.
[0502] Derangesprochene Lastensegler hättebei einem Dock mit 20 m Durchmesser und einer Höhe von 10 m über beideSeiten der Scheibe hinaus (also Gesamthöhe des Lagerraumes 20 m) etwa6.300 m³ Lagerfläche und es verbleibt immernoch ein verschwenderisches Flächenangebotzur Platzierung von Solarzellen und des Solarsegels.
[0503] Manstelle sich einmal vor, welcher Unsicherheiten man wegen umherfliegender/schlagenderLadung bei quadratischen Mastenseglern in dieser Größenordnungnach früherenSolarsegler-Designsausgesetzt wäre.
[0504] Beiderartigen Seglern wäreaußerdeman das hier anvisierte automatische Andockverfahren schon gar nichtzu denken.
[0505] Seinevolle Leistungsfähigkeitkann dieses Transport-System jedoch erst in der Symbiose mit hierzu geeignetenFunktionseinheiten erreichen, die selbst auch flugfähig sind.
[0506] Sowäre dieideale Ergänzungzu diesem Frachtschiff ein System genormter, selbst flugfähiger Container.Dies könnteman in Form runder Container verwirklichen, die in einen Thrusterringso wie die Nutzlastplattform 3 in der vorliegenden Zeichnungeingespannt werden.
[0507] DasIonen-Thruster durchaus dazu geeignet sind, mehrere hundert Kilogrammschwere Raumfahrzeuge überlängereStrecken zu bewegen, zeigt SMART I, die europäische Raumsonde der ESA zurZeit in beeindruckender Weise. Die Container müßten jedoch lediglich kürzere Streckenz. B. von einem Asteroiden zum Lastensegler zurücklegen.
[0508] Umkein Mißverständnis aufkommenzu lassen, der Erfinder sieht sehr wohl, dass sich diese Möglichkeitenauf den schwerelosen bzw. nahezu schwerelosen Raum beschränken undfür denUmgang mit der Gravitation größerer Mondeoder gar Planeten andere Antriebslösungen gefunden werden müssen. Iminterplanetaren Raum wird jedoch der Großteil der Reisewege unter schwerelosenBedingungen stattfinden und dafür sinddie Thrusterring-Raumfahrzeuge in Verbindung mit dem Solarsegel-Antriebbestens geeignet und bieten daher die Möglichkeit, eine kostengünstige WeltraumInfrastruktur aufzubauen.
[0509] 9 sollein trotz der elliptischen Form der Zeichnung rundes Raumfahrzeugdarstellen, der die Funktion eines riesigen Käschers verrichtet. Es ist dazugedacht, Weltraumschrott zu sammeln und zu entsorgen, und mit Mass-Driverngeschleudertes Material zu fangen und weiterzuleiten, könnte jedochauch verwendet werden, den Orbit von Satelliten, denen der Treibstoffknapp wird, wieder zu erhöhen.
[0510] DiegroßeStärkedieses Fahrzeuges resultiert aus der Schwäche seiner Ionen-Antriebe.Es kann sich behutsam an die einzufangenden Objekte annähern unddadurch Karambolagen vermeiden und verbraucht relativ wenig Treibsoff.Die Reichweite des Fahrzeuges könntenoch durch Einsatz von Solarsegeln im Thrusterring als zusätzlichertreibstoffloser Antrieb verbessert werden.
[0511] Diegefangenen Objekte werden nur durch die etwas höhere Geschwindigkeit, die derFlugkäscherbenötigtund die ständigeBeschleunigung im Käschergehalten.
[0512] Ergänzend istallerdings auch die Anbringung von Greifarmen und ähnlichemam Ring möglich.
[0513] Dienicht verschlossene Käscheröffnung ermöglicht esdennoch, die Objekte durch Gegenbeschleunigung wieder in die gewünschte Richtungzu entlassen.
[0514] ZumAufbau: Der äußere Thrusterringist hier mit erheblich mehr Thrustern (1.6) ausgerüstet, diedas Fahrzeug mit der Scheibenflächevoran antreiben sollen als mit den Thrustern 1.5, die für die Drehungum den Pol der Scheibe und fürdie Bewegung mit einer Kante des Raumfahrzeuges voran zuständig sind.
[0515] Diesist auch verständlich,denn der Käschersoll ja auch mit der offenen Flächevoran betrieben werden.
[0516] DerKäscher 2.7 istin den Innenring 5 eingehängt, der wiederum in den Außenring 1 mittelsGurten eingespannt ist. Die Gurte tragen auch die für die Energieversorgungerforderlichen Solarzellen in Form des Solarzellen-Ringes 2.5.Der Außenring 1 könnte direktan den Solarzellenring anschliessen, wenn die einzige Antriebsartder Ionen-Antrieb sein soll.
[0517] Solljedoch das Raumfahrzeug zusätzlichmit einem Solarsegel zur Verlängerungder Einsatzdauer und der Reichweite versehen werden, ist noch weitererRaum fürdas Solarsegel, das in diesem Fall nur vom Außenring bis zum Solarzellenringreichen würde,erforderlich.
[0518] Inder Zeichnung sind außerdemnoch die Hauptkameras 1.2.1, von denen sich jeweils 2 aufder anderen Seite gegenüberliegen.Diese Kameras liegen dicht zu den Kameras 1.2.2, die aufden Ionen-Thrustern-Einheiten 1.5 befestigt sind.
[0519] DerErfinder legt so viel Wert auf die Platzierung der Kameras, weildiese fürein durch Menschen ferngesteuertes robotisches Fahrzeug besonderswichtig sind.
[0520] Zuder hier vorgestellten Anordnung ist zu sagen, dass die Kamerasdie beiden Augen der Menschen fürdie Fernsteuerung ersetzen müssen.Es ist daher wichtig, wenn diese sowohl für die Fahrtrichtung mit der Fläche vorwärts (Kameras 1.2.1)als auch mit der Kante voran am selben Ort liegen, damit keine Disorientierungerfolgt.
[0521] DasUmschalten der Orientierung von den Kameras 1.2.1 auf dieKameras 1.2.2 kann daher, wenn die Anordnung erfolgt wievorgeschlagen, mit dem anheben des Kopfes um in die Höhe zu schauen,verglichen werden. Da beide Kamerapaare jeweils doppelt vorhandensind, ist eine Umschaltung mit einer Drehung der Ebene von 90 Gradauch möglich.
[0522] Daein Innenring vorhanden ist, könnenselbstverständlichauch die bereits vorgestellten Greif- und Haltevorrichtungen nach 8 verwendetwerden.
[0523] DasRaumfahrzeug in 9.a unterscheidet sich vom Fahrzeugin 9 nur darin, dass ein Sack anstelle des Käschers inden Innenring eingehängtist.
[0524] Gedachtist diese Anwendungsart fürdie Gewinnung größerer Mengenvon Rohstoffen auf und in der Nähevon Asteroiden. Ein Sack ist eben immer noch der leichteste Transportbehälter undkann nach dem Gebrauch einfach durch Verschnürung verschlossen und sodanndurch einen weiteren ersetzt werden.
[0525] DasVerschließenund Öffnendes Sackes könntedurch entsprechende Vorrichtungen am Innenring mit Hilfe der Seitwindenautomatisch durchgeführtwerden.
[0526] 10 zeigt,dass es durchaus denkbar ist, einem Thrusterring-Raumfahrzeug durchKombination mit einer chemischen Rakete (z. B. dem Booster einerTrägerrakete)eine hohe Anfangsbeschleunigung zu verschaffen.
[0527] DieRakete ist hierbei mittels der Haltegurte 2.1 und der Spanngurte 5.3.1 sowohlmit dem Innenring 5 als auch mit dem Außenring 1 verzurrt.
[0528] Nachdem Ausbrennen der Rakete könntedas Thrusterring-Raumfahrzeug die Verbindung lösen und den Flug mit dem eigenenAntrieb fortsetzen.
[0529] 11 zeigtein noch nicht fertiggestelltes Solarkraftwerk (Solar-Power-Station – SPS) ohneAntriebe und Solarzellen auf Grundlage eines Flugringes 1 miteinem inneren Andockring 5 und einer Bespannung mit Gurten 2.1.
[0530] Rechtsunten ist die mit dem Solarkraftwerk über ein Stromkabel verbundeneEnergie-Sendeanlage zusehen.
[0531] DieBefestigung der Solarzellen soll durch Einklemmen der Gurte zwischenden Halteplatten 2.1.1, die in vorbereitete Schraubenlöcher ander Rückseitedes Solarzellengehäusesangeschraubt werden, erfolgen. Links unten ist die Anbringung derGurte dargestellt.
[0532] 12 zeigteine Schraubthruster-Einheit, die dazu gedacht ist, im Untergrundeines Asteroiden mit Hilfe des großen Drehhebels und den nachunten drückendenThrustern eines Flugringes eingeschraubt zu werden.
[0533] Hierzuhat der in eine Spitze auslaufende Schraub- und Tankkörper derThrustereinheit ein Schraubgewinde 7.1.3. Außerdem istein Tankstutzen zum Nachtanken vorhanden.
[0534] Zweckdes Einschraubens ist es, den Asteroiden durch günstige Platzierung mehrererferngesteuerter Thruster-Einheiten zu manövrieren.
[0535] Eshandelt sich hierbei um eine Doppelthruster-Einheit zum Aufschraubenauf dicke, feste Untergründe,z. B. Beton. Die Thrustereinheit sitzt auf der Aufschraubplatte 7.2.7 aufdurch die hindurch das Festschrauben in den Untergrund erfolgt.
[0536] zeigteine Doppelthruster-Einheit zum Stecken, zusammen mit der Steckhülse 7.2.4.Diese ist dazu gedacht vor dem Einsatz der Thruster-Einheit in denUntergund eingelassen zu werden (z. B. beim Betonieren mit den indiesem Antrag behandelten Betonier-Formen.
[0537] UnterGruppe 5 sind alle Einrichtungen zum Ankopeln aufgeführt, auchwenn diese sich am Außenring 6 derTochtereinheit befinden
[0538] (1–7 wurden mit dem Vorantrag vom 24.07.2002eingereicht)
[0539] 8 Innenringals Docking- und Ladestation
[0540] 8.a doppelter Innenring als Zweifach- Docking-und Ladestation
[0541] 8.b Magazin-Docking-Station (hier für 6 Thrusterring-Mini-Raumschiffe
[0542] 9 Flugring-Raumfahrzeugals Weltraum-Käscher
[0543] 9.a Flugring als Sack-Raumfahrzeug (zum Mengen-Transportvon Rohstoffen, wie z. B. Erze, Eis, etc.)
[0544] 10 Flugringmit zusätzlichemchemischem Booster
[0545] 11 Solarkraftwerk(Solar Power Station – SPS)mit Sendeeinheit
[0546] 12 Einschraub-Thruster-Einheit
[0547] 12a Aufschraub-Thruster-Einheit
[0548] 12b Steck-Thruster-Einheit

权利要求:
Claims (13)
[1] Docking- und Ladestation für Raumfahrzeuge bzw. Raumfahrtstrukturenmit Außenring 1(1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1–17 desVorantrages, dadurch gekennzeichnet, dass a) diesein ihrem Zentrum mit einer Andockvorrichtung in Form eines starrenInnenringes 5 (s. 8) ausgestattetsind, der dem Ankoppeln und Ablegen von Tochterschiffen bzw. Funktionseinheitendient und zusätzlich dieHandhabung und Befestigung von Objekten/Ladung ermöglicht, b)der Innenring mittels Gurten oder Seilen oder (Faden-)Bespannungenin den Außenring 1 dieserRaumfahrzeuge bzw. Strukturen gespannt wird, wobei c)der Innenring aus zusammensteckbaren Rohrsegmenten zusammengesetztsein kann, d) die Umrüstungeines mit einem Innenring ausgestatteten Raumfahrzeuges bzw. einerRaumfahrtstruktur durch einfachen Austausch der im Innenring mitgeführten Funktionseinheiterfolgen kann, e) die im Innenring mitgeführte Funktionseinheit selbstauch mit einem flugfähigenAntriebs-Außenring 1 nach 1 ausgestattet sein kann, was eine robotischeUmrüstungerleichtert.
[2] Innenring nach Anspruch 1 als Docking-Station und Kopplungseinrichtungfür Funktionseinheiten,dadurch gekennzeichnet dass, a) er mit Andockhalterungen versehenist, wobei diese wie folgt ausgeführt sein können: b) als elektromagnetischeHalterungen, durch Anbringen von Elektromagneten am Innenring und(ferro)magnetischen Kontakten am andockenden Objekt, c) alselektromagnetische Halterung, durch Anbringen von Elektromagnetenam andockenden Objekt und (feno)magnetischen Kontakten und Elektromagnetenam Innenring, d) durch zusätzlicheAusstattung mit Stromversorgungsleitungen und -Kontakten zur Stromversorgungder Tochtereinheit durch die Muttereinheit, wobei Stromleitung undKontakte durch Ausführungder Halterungen mittels stromleitender Materialien erfolgen kann, e)als mechanische Andock-Halterung f) als mechanische Andock-Halterungmit zusätzlicherelektromagnetischer Befestigung.
[3] Mechanische Andockhalterung 5.1, zum Andocken von Raumfahrzeugenoder Funktionseinheiten, bestehend aus einer Halterungsgabel 5.1.1,einem Anschlag 5.1.1.1, Befestigungsschellen 5.1.2 und 5.1.3,Gabelhaltebügel 5.1.5,Befestigungsschrauben-Mutter 5.1.6 und Elektroschloß 5.1.7, dadurchgekennzeichnet, dass a) das andockende Objekt von mindestensdrei am Innenring 5 angebrachten Halterungsgabeln 5.1.1 gehalten wird,die die Haltevorrichtung des andockenden Objektes (z. B. speziellhierfürvorgesehene Haltegriffe oder in Form eines Außenringes 6) von dreiSeiten umfassen, b) die Haltevorrichtung des andockenden Objektsvon der vierten Seite durch das Elektroschloß 5.1.7 gesichertwird, wobei der Schließriegeldes am andockenden Objekt befestigten Elektroschlosses bei gesperrterHaltevorrichtung unter der Schließriegelsperre 5.1.1.1 hindurchführt, c)die Haltegabel 5.1.1 aus zwei parallelen Stangen besteht,deren Enden an der einen Seite zur Aufnahme der Haltevorrichtungender Andockobjekte geformt und durch die Schließriegelsperre 5.1.1.1 verbundensind, wobei die geraden Stangenenden der anderen Seiten anden Kopfseiten mit Innengewinden versehen sind, d) die Befestigungder Haltegabel 5.1.1 durch komplettes Durchstecken durchhierfürvorgesehene Löchersowohl durch das Rohr des Innenringes als auch durch eine der Halteschellenerfolgt, wobei die aus dem Rohr des Innenringes herausschauendengeraden Enden der Haltegabel mittels Schrauben, die von außen durchden Gabelhaltebügel 5.1.5 indie Innengewinde der Haltegabel führen, festgeschraubt werden, wobeidie Stangen der Haltegabel als Durchsteckbegrenzung Verdickungen(Stopknoten 5.1.1.2) besitzen.
[4] Innenring nach Anspruch 1 als Lade- und Einspann-Vorrichtung,dadurch gekennzeichnet, dass a) dieser mit elektrischen Seilwinden 5.2 versehenist, die mit Gurten, Seilen oder Fäden 5.2.1 zur Lastbefestigungversehen sind, 5) Gurte, Seile oder Fäden 5.2.1 sowohl ohneweiteres Gerätzur Lastbefestigung dienen (z. B. durch Verknoten am Transportgut)als auch an den freien Enden mit Greif-, Halte-, oder sonstige Vorrichtungenausgestattet sein können, b)wobei als Greif- oder Haltevorrichtungen insbesondere Elektromagnete,Ringe 5.2.2, Karabinerhaken 5.2.3, Roboterhände oder-Klauen, Baggerschaufeln verwendet werden können, c) wobei auch dieVerwendung von Funktionseinheiten, die auf (Miniatur-)Flugringenbefestigt sind, als sonstige Windengerätschaft möglich ist.
[5] Doppelte Dockingeinrichtung (8.a)für Thrusterring-Raumfahrzeugeund Funktionseinheiten nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis17 des Vorantrages, dadurch gekennzeichnet, dass a) siedas gleichzeitige Andocken oder Ablegen von zwei Antriebsring-Raumfahrzeugenauf beiden Seiten im Zentrum eines Antriebsring- Mutterschiffesermöglicht, b)sie aus einem Mittelring 5 und zwei Abschlussringen 5.4 besteht,die durch mehrere (bevorzugt 4) senkrechte Rohre verbunden werden, c)sie mit Hilfe von Gurten oder Seilen oder Fäden 2.1 in das Zentrumdes Antriebsringes 1 eingespannt wird.
[6] Magazin-Dockingeinrichtung (8.b),für Thrusterring-Raumfahrzeugeund Funktionseinheiten nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis17 des Vorantrages, dadurch gekennzeichnet, dass a) siedas Andocken von mehreren übereinander-gestapeltenRaumfahrzeugen im Zentrum eines Antriebsring-Mutterschiffes ermöglicht, b)sie das gleichzeitige Andocken oder Ablegen von zwei Antriebsring-Raumfahrzeugenauf beiden Seiten im Zentrum des Mutterschiffes erlaubt, c)sie mit Hilfe von Gurten oder Seiten oder Fäden 2.1 in das Zentrumdes Antriebsringes 1 eingespannt wird, d) sie auseinem Mittelring 5 besteht, an dem mehrere Rohre vertikalbefestigt sind,
[7] Thrusterring-Raumfahrzeug als Weltraum-Käscher nach einem oder mehrerenAnsprüchen1–17 des Vorantrages, dadurchgekennzeichnet, dass a) es mit einem Innenring nach Ansprüchen 1–4 ausgestattetist, in dem ein Käschereingehängtist, mit dem Objekte im Weltraum eingefangen, bzw. eingesammeltwerden können.
[8] Thrusterring-Raumfahrzeug als Materialsammler nach einem odermehreren Ansprüchen1–17 desVorantrages, dadurch gekennzeichnet, dass a) es mit einem Innenringnach Ansprüchen1–4 ausgestattetist, in dem ein Sackartiger Behältereingehängt ist,mit dem Objekte im Weltraum eingesammelt werden können.
[9] Solarstrom- Weltraumkraftwerk nach einem oder mehreren Ansprüchen 1–17 desVorantrages, dadurch gekennzeichnet, dass a) es mit einemInnenring nach Ansprüchen1–4 ausgestattetist, b) es mit einer flugfähigenSendeeinheit fürStrom versehen ist, die dazu dient, Energie zum Bestimmungsort zu übertragenund die im Innenring 5 des Weltraumkrafwerks mitgeführt werdenkann, c) es mit einer Bespannung aus bevorzugt Gurten 2.1 versehenist, auf der die Solarzellenmodule befestigt werden, e) wobeidie Befestigung mit Halteplatten 2.1.1 erfolgen kann, dievon unten überdie Gurte an das Gehäuse derSolarzellen geschraubt werden.
[10] Transportsystem bestehend aus Lasten-Solarsegler nach einemoder mehreren Ansprüchen1–17 des Vorantrages,dadurch gekennzeichnet, dass a) er mit einer Dockeinrichtungnach einem oder mehrerer der Ansprüche 1–6 ausgestattet ist und b)flugfähigeLastencontainer mit einem Thrusterring nach Ansprüchen 1–17 vorhandensind, die in diese Dockingstation selbständig ein- und ausdocken können.
[11] Raumfahrzeuge nach Ansprüchen1 bis 3 des Vorantrages und 1 bis 6 dieses Antrages dadurch gekennzeichnet,dass der Querschnitt der Rohre der Docking-Station Innenringes und/oderdes Außenringes rechteckig,quadratisch oder polygon geformt ist.
[12] Raumfahrzeuge nach Ansprüchen1 bis 3 des Vorantrages und 1–6dieses Antrages dadurch gekennzeichnet, dass die Form der Dockingstationund/oder des Außenringesrechteckig, quadratisch oder polygon geformt ist.
[13] Raumfahrzeuge nach Ansprüchen1 bis 3 des Vorantrages und 1–6dieses Antrages, dadurch gekennzeichnet, dass die Form der Dockingstationrund oder oval oder dreieckig ist.

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同族专利:

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引用文献:

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法律状态:
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