Raumschlepper für Flüge zu den Planeten des Sonnensystems
Dr. techn. Wiss. Prof. Alexander Rubinraut
Der Raumschlepper (Fig.1) besteht aus zwei Teilen: der Raumlokomotive 1 und der Containerbehälter mit dem Arbeitskörper
Ein Raumzug (Fig. 2), der bei axialer Anordnung der Kopplung des NASA-Raumschiffes 1 mit dem Raumschlepper 2 mit Hilfe der Kopplungseinrichtung 3 gebildet wird.
Die Flüge zu den Planeten des Sonnensystems erfordern vielseitige und gründliche Erforschung. Eines der wichtigsten aktuellen Probleme ist die erreichbare Geschwindigkeit des Marschmotors in den besten Varianten des NASA-Programms bis zu 15 km/s. Die vorliegende Erfindung, genauer gesagt die komplexe Entwicklung, schlägt die Möglichkeit vor, deutlich die Fähigkeiten solcher Flug zu verbessern, vor allem aufgrund der Reduzierung der Flugdauer. Die vorgeschlagene technische Einrichtung wird autonom in den Weltraum gestartet und danach mechanisch mit dem NASA-Raumschiff verbunden, das zum Beispiel zum Mars oder zur Venus fliegt. Die Einrichtung, die Raumschlepper genannt wird, ist mit einer Bordenergieanlage und einem elektrischen Raketenantrieb ausgerüstet. Der Raumschlepper funktioniert als Raketenbeschleuniger des fliegenden NASA-Raumschiffes.
Um die Fluggeschwindigkeit des Raumschiffes von der Erdumlaufbahn zur Umlaufbahn der Planeten des Sonnensystems zu erhöhen, wird der Raumkomplex, der von der NASA zum Beispiel für den Flug zum Mars entwickelt wurde, durch den von uns entwickelten Raumschlepper ergänzt. Der Raumschlepper Fig.1 besteht aus zwei Teilen: der Raumlokomotive und den Containerbehältern mit dem Arbeitskörper, die mit Hilfe der Kupplungseinrichtung miteinander verbunden sind. Innerhalb der Raumlokomotive sind die Bordenergieanlage, die Raketenantriebe und die Steuerungssysteme angeordnet.
Die Raumlokomotive hat ein Zylindergehäuse mit einem konischen Ansatzstück, das in zwei Funktionszellen der Länge nach geteilt ist. In der Heckzelle ist der Elektroraketenantrieb-Komplex installiert. Vier Marschelektroraketenantriebe werden mit Hilfe eines Elektroantriebs aus dem Gehäuse der Lokomotive vorgeschoben. Die Elektroraketenantriebe sind paarweise in einem Winkel von 180° zueinander platziert, was die Änderung der Bewegungsrichtung der Lokomotive im Weltraum bei Änderung der Zugkraft durch Regulierung des Elektrostromwertes des Marschtriebwerks möglich macht.
Die Marschelektroraketentriebwerke des Magnetoplasmatyps haben eine äußere supraleitende Wicklung, die in der Arbeitskammer des Triebwerks ein starkes Quermagnetfeld erzeugt. Dies erlaubt den Nominalstromwert mehrfach zu verringern, dadurch wird der Energieverlust verringert, wodurch der Wirkungsgrad den Wert von 95% erreicht. Die Konstruktion des Elektroraketentriebwerks entspricht der Beschreibung des Autors Gebrauchsmuster DE 2006 007 717 U1.
Als Arbeitskörper wird bei den Antrieben Wasserstoff verwendet, der im flüssigen Zustand im Behälter befindet. Flüssiger Wasserstoff, der im Behälter aufbewahrt wird, wird auch zur Abkühlung der äußeren Wicklung des Elektroraketenantriebs benutzt, die aus einem Hochtemperatursupraleiter, z. B. aus der Verbindung Yttrium-Barium hergestellt wird.
Zur Ausführung der Rotation des NASA-Raumschiffes während des Schleppens durch den Raumschlepper, mit deren Hilfe eine künstliche Gravitation in der Astronautenkabine erzeugt wird, wird an der Längsachse des Raumschleppers ein Lagerknoten montiert. Ein Unterscheidungsmerkmal der vorgeschlagenen Konstruktion des Weltraumschleppers liegt darin, dass zu seinem Bestand nicht einer, sondern zwei Containerbehälter mit dem Arbeitskörper gehören, die während des Fluges an die Raumlokomotive gekoppelt werden. Vor dem Flug des NASA-Raumschiffes zu den Planeten des Sonnensystems, z. B. zum Mars oder zur Venus wird einer der Containerbehälter in die Planetenumlaufbahn gebracht, und zwar in der gleichen Weise wie die vorherige Zustellung an die Planetenumlaufbahn der Landekapsel vorgenommen wird. Nach dem Erreichen der Planetenumlaufbahn kreist der Containerbehälter um den Planeten im Wartebetrieb. Zum Schleppen des NASA-Raumschiffes von der Erdumlaufbahn zur Umlaufbahn eines anderen Planeten wird der Arbeitskörper verwendet, der sich im ersten Containerbehälter befindet. Und zum Abschleppen des Raumschiffes von der Umlaufbahn eines anderen Planeten zur Erdumlaufbahn wird der Arbeitskörper verwendet, der sich im zweiten Containerbehälter befindet. Die Masse des Arbeitskörpers ist der Hauptbestandteil der gesamten Flugmasse. Deshalb erlaubt der Einsatz des zweiten Containerbehälters, der im Voraus auf die Umlaufbahn des Planeten gebracht wird, die Geschwindigkeit des Raumschleppers um ein Mehrfaches zu steigern und die Flugzeit entsprechend zu reduzieren.
Das Raumschiff hat eine autonome Energieanlage und Marschelektroraketenantriebe. Bei der axialen Anordnung wird die Geschwindigkeit des Zuges, der aus dem Raumschlepper und dem NASA-Raumschiff besteht, durch das Zusammenwirken der Marschtriebwerke des Raumschleppers und des Raumschiffes bestimmt. In diesem Falle erreicht die Geschwindigkeit den Höchstwert.
Die Flugsteuerung wird von den Astronauten aus der Kabine des NASA-Raumschiffes und aus der Raumstation, die sich in der Erdumlaufbahn befindet, durchgeführt. Der Betrieb des Raumschleppers ist folgendermaßen geregelt. Während der Flugvorbereitung wird einige Monate vor dem Start in die Umlaufbahn eines anderen Planeten, z. B. Mars oder Venus, ein zweiter Containerbehälter abgeschickt, der mit Arbeitskörper-Flüssigwasserstoff gefüllt ist. Die Absendung des Containerbehälters wird auf dieselbe Weise ausgeführt, wie dies bei der Absendung der Landekapsel der Fall ist, die beim Umlaufbahneinlauf eines Planeten sich im Raumschiff-Wartebetrieb befindet. Der Start des Raumschiffes mit Einlauf in die Erdumlaufbahn wird durch den Doppelstart des Raketenkomplexes „Ares I” ausgeführt. Zuerst wird der mit einem Arbeitskörper gefüllte Containerbehälter, danach die Raumlokomotive in die Umlaufbahn gebracht. Schritt für Schritt werden alle Elemente der Bordenergieanlage der Raumlokomotive in Betrieb gesetzt. Nach dem Start erreicht das NASA-Raumschiff die Erdumlaufbahn und nähert sich mit Hilfe der Marschraketentriebwerke dem Raumschlepper. Durch gegenseitiges Annäherungsmanöver werden der Raumschlepper und das NASA-Raumschiff aneinander gekoppelt. Zur Gewährleistung der Übertragung der Axialkraft des Raumschleppers wird der Lagerknoten in Gang gesetzt. Flüssigwasserstoff wird in den Raum zugeführt, wo sich der unbewegliche supraleitende Zylinder befindet. Unter der Wirkung der Permanentmagnete taucht das bewegliche Lagerteil im Magnetfeld auf. Nach dem Einschalten der Marschelektroraketentriebwerke beginnt der Raumzug mit der gegenseitig senkrechten Achsenanordnung den Flug zum Planeten Mars. Zur Erzeugung künstlicher Gravitation im Astronautenraum wird mit Hilfe des supraleitenden Lagers das Raumschiff um die Längsachse in Drehung versetzt. Die Flugsteuerung wird aus der Kabine des Raumschiffes durch Stromregulierung der Marschelektroraketentriebwerke mit Hilfe des Gleichrichters ausgeführt. Beim Flug nach der berechneten Flugbahn erreicht der Raumzug die Höchstgeschwindigkeit und nach dem Abschalten der Marschtriebwerke setzt er seine Bewegung dank der Trägheit fort. Bei der Marsannäherung wird mit Hilfe der Marschelektroraketentriebwerke die Bremsung des Raumzuges durchgeführt. Dank dem Umstand, dass die Fluggeschwindigkeit des Raumzuges um ein Mehrfaches größer ist, als die Geschwindigkeit des Raumschiffes, das im NASA-Projekt vorgesehen ist, erreicht der Zug die Marsumlaufbahn nach 50 Tagen anstatt der im NASA-Projekt vorgesehenen 330 Tagen. Beim Erreichen der Marsumlaufbahn wird der Raumschlepper mit Hilfe der Kupplungsvorrichtung vom Raumschiff getrennt. Danach wird das NASA-Raumschiff an die Marslandekapsel gekoppelt und weiter werden alle Operationen ausgeführt, die vom NASA-Projekt geplant sind, darunter Abstieg der Landekapsel auf die Marsoberfläche, Aufenthalt der Astronauten auf dem Mars innerhalb von 60 Tagen und Zustellung der Kapsel von der Marsoberfläche auf die Marsumlaufbahn. Während der Ausführung dieser Operationen verbleibt der Raumschlepper auf der Umlaufbahn des Planeten Mars.
Für den Flug zur Venus können alle Komponenten des Raumzuges verwendet werden, die für den Flug zum Mars entwickelt wurden, darunter das NASA-Raumschiff und der vorgeschlagene Raumschlepper. Nur die Landekapsel muss ersetzt werden. Es muss beachtet werden, dass die astronomischen Parameter und klimatischen Bedingungen auf dem Planeten Venus sich wesentlich von den Bedingungen auf dem Planeten Mars unterscheiden: der atmosphärische Druck beträgt 90 Atm, die Temperatur der Oberfläche –400°C. Deshalb ist der Flug zum Planeten Venus mit der Verwendung der Landekapsel Orpheus auszuführen. Dabei werden die Astronauten zur Sicherstellung der Lebenserhaltung mit speziellen Anzügen ausgerüstet.
Bei der Vorbereitung des Raumfluges zur Venus wird die Kapsel „Orpheus” vorher auf die Umlaufbahn des Planeten Venus gebracht, wo sie sich im Wartebetrieb befindet. An die Oberfläche des Planeten Venus wird im Voraus ein Aggregat für den Erhalt von Methan und Sauerstoff aus der Atmosphäre der Venus, genauso wie dies beim Flug zum Mars geschieht, geschickt. Methan wird als Brennstoff und Wasserstoff als Oxidationsmittel des chemischen Raketentriebwerks der Landekapsel „Orpheus” verwendet, mit dessen Hilfe die Kapsel die Anziehungskraft der Venus überwindet und die Umlaufbahn erreicht. Nach dem Erreichen der Umlaufbahn wird die Landekapsel an das NASA-Raumschiff gekoppelt. Die Astronauten steigen von der Landekapsel in das Schiff um.
Die weiteren Operationen, die mit der Rückkehr zur Erde verbunden sind, sind den Operationen der Rückkehr aus dem Raumflug zum Mars ähnlich.
Die Besonderheit des Fluges des vorgeschlagenen Raumzuges mit Verwendung des Raumschleppers zur Venus besteht darin, dass bei der Vorbereitung zum Flug auf die Umlaufbahn der Venus vorher ein zweiter Containerbehälter gestartet wird, der mit dem Arbeitskörper-Flüssigwasserstoff gefüllt ist. Nachdem der Raumzug die Umlaufbahn des Planeten Venus erreicht hat, trennt er sich vom NASA-Raumschiff. Der Raumschlepper, der sich in der Umlaufbahn der Venus bewegt, trennt sich mit Hilfe der Kopplungsvorrichtung. Danach wird der erste leere Containerbehälter gegen den zweiten Containerbehälter ausgetauscht, der sich in der Umlaufbahn der Venus befindet, und an die Raumlokomotive gekoppelt.
Für den Flug zum Merkur können Komponenten des Raumzuges verwendet werden, die für den Flug zur Venus entwickelt wurden, darunter das NASA-Raumschiff und der vorgeschlagene Raumschlepper. Nur die Landekapsel muss ausgetauscht werden. Die Landekapsel muss unter klimatischen Bedingungen funktionsfähig sein, die sich von den Bedingungen auf dem Planeten Venus unterscheiden. Die Temperatur der Merkuroberfläche beträgt genauso wie auf dem Planet Venus 400°C, aber der Merkur hat genauso wie der Mond keine Atmosphäre, deshalb sollte der Flug zum Planeten Merkur mit Hilfe des Lande- und Startgeräts „Artemis” ausgeführt werden, der von der NASA zur Durchführung von Mondexpeditionen entwickelt wurde. Zur Sicherung der Lebenstätigkeit auf dem Planeten Merkur werden die Astronauten mit speziellen Wärmeschutzanzügen ausgerüstet. Bei der Vorbereitung des Raumfluges zum Merkur wird das Start- und Landegerät „Artemis” vorher auf die Merkurumlaufbahn gestartet. Auf die Merkurumlaufbahn wird auch der zweite Containerbehälter 2 des Raumschleppers, der mit dem Arbeitskörper-flüssigen Wasserstoff gefüllt ist, gebracht.