Riesiges Katapult soll Satelliten umweltfreundlich in den Weltraum schleudern
Satellitenstarts sollen künftig auch per Weltraumkatapult möglich werden. Dies wird als kostengünstige und umweltfreundliche Option, insbesondere für Mikrosatelliten, angepriesen.
Das kalifornische Unternehmen Spinlaunch will mit einem riesigen Weltraumkatapult Satelliten in die Erdumlaufbahn befördern. Es wäre eine verhältnismäßig umweltfreundliche Lösung zu Raketenstarts, deren Treibstoff nicht gerade umweltfreundlich ist. Der riesige Arm des Katapultes kann Satelliten bis 440 Pfund (200 Kilogramm) kinetisch beschleunigen - und zwar ausreichend schnell, dass die Satelliten in einer Umlaufbahn um die Erde enden. Das ist auch keine Fantasie - das Katapult steht und hat Tests erfolgreich gemeistert.
"Dies ist keine Raketenwissenschaft, und unsere Fähigkeit, in nur 11 Monaten so viele Tests durchzuführen und sicherzustellen, dass sie alle wie geplant funktionieren, ist wirklich ein Beweis für die Qualität unserer Technologie", so Gründer und CEO Jonathan Yaney in einem Bericht von space.com aus dem Jahr 2022, kurz nach dem erfolgreichen zehnten Start. 2026 will man eine Satelliten-Serie von Skyward auf 1.000 Kilometer Höhe schicken. Das System soll die Erde nach Methan-Lecks überwachen.
Ungewöhnlich ist wohl die Optik des Katapultes. Man würde eher etwas erwarten, was man aus dem Mittelalter kennt. Vermutlich am ehesten ein Trebuchet. Stattdessen sieht man eine riesige Scheibe. Der 33 Meter lange, rotierende Arm ist etwas über 8.000 km/h schnell und deswegen versteckt in der runden Verkleidung, in der ein Vakuum herrscht. Es wirken zwar Kräfte bis 10.000 G auf den Satelliten, aber der abrupte Eintritt in die Atmosphäre aus dem Vakuum heraus ist wohl kein Problem.
Die Anlage liegt auch abseits, weil ein Überschallknall verursacht wird - die Satelliten schleudern mit dem Sechsfachen der Schallgeschwindigkeit von der Erde ins All. Die Lärmbelästigung sei aber nicht anders als bei Raketenstarts. Das ganze System ist darauf ausgelegt, viele kleinere Satelliten zu niedrigen Preisen ins Weltall zu bekommen. Also etwa auch Systeme für Satelliteninternet.
"Moderne Elektronik, Materialien und Simulationswerkzeuge ermöglichen es, Satelliten relativ einfach an die kinetische Startumgebung anzupassen", so das Unternehmen auf seiner Webseite. Die Hauptfaktoren sind das Vakuum, was der Satellit aber auch im Weltraum überstehen muss, und die kinetische Energie.
Quelle: Spinlaunch
Das 2014 gegründete Unternehmen scheint Vertrauen zu genießen. In einer zweiten Finanzierungsrunde wurden 71 Millionen US-Dollar Risikokapital eingesammelt. Sollte sich das Konzept als so zuverlässig herausstellen, wie die Tests es zeigen, wäre man wohl im Bereich bis 200 Kilogramm Masse recht wettbewerbsfähig und der Umweltaspekt ist dabei noch gar nicht eingerechnet - das Katapult benötigt nur Strom. Eine Falcon 9 verbrennt fast eine halbe Tonne Treibstoff - in diesem Fall Flüssigsauerstoff (LOX) und Raketenkerosin (RP-1). Berichten zufolge belasten die vielen Raketenstarts für Weltraumlasten zunehmend die Ozonschicht. Allerdings sind zum Beispiel die Starlink-Satelliten schon um 260 Kilogramm schwer.
Quelle: space.com, spinlaunch.com, cbc.com,
Die Gefahren die beim Raketen Start einher gehen entfallen ja.
Außerdem ist Atommüll in LEO nichts weiter als eine Garantie für globale athmosphärische Verseuchung ein paar Jahre bis Jahrzehnte später. Um das Zeug loszuwerden, müsste es über die Fluchtgeschwindigkeit des Erde-Mond-Systems hinausbeschleunigt werden. Kannst dir ja mal für einen geeigneten Schutzbehälter (ein leichtgewichtiger Castor ist wohl definitiv nicht stabil genug für sowas) ausrechnen, wieviel kinetische Energie am Ende allein in dieser Raumfahrtmission stecken müsste und wieviel umgekehrt die damit transportierten Brennstäbe jemals abgegeben haben.
Also entweder sind die km/h Artikel falsch und es sind m/s gemeint oder der mit 8000 km/h abgeschossene Satellit fällt Minuten später wieder aufn Boden.
Und damit sollte auch klar sein, wo das nächste, technisch gar nicht lösbare Problem liegt: Die in den Luftwiderstand investierte Energie ist nichts anderes als nach dem Start frei werdenden Reibungswärme. Man gucke sich mal an, was Raumfahrzeuge an Hitzeschutz benötigen, um 32 Mm/h in den obersten Athmosphärenschichten bei vielleicht 0,1 bar zu verkraften. Selbst wenn Spinlaunch das eigentliche Katapult hinbekommen, bräuchten sie noch eine Kapsel, die unmittelbar nach dem Start die Reibung von 40-50-60 Mm/h bei 1,0 bar verkraftet, anstatt einfach zu zerbröseln/verdampfen.
Absolut alles, was mit einem einmaligen Impuls von der Oberfläche eines Planeten losgeschleudert wird und nicht Fluchtgeschwindigkeit erreicht, führt zu einem kurzfristigen Einschlag auf selbigem Planeten. Das geht direkt aus den Bahngesetzen hervor, das Perigäum des Anfangs der ersten halben Runde ist ja das Katapult auf der Erdoberfläche. Ohne einwirkende Kräfte wird somit das Perigäum am Ende der zweiten halben Runde wieder auf Höhe der Erdoberfläche liegen (respektive durch athmosphärische Bremsung einen Tick tiefer - vom Mount Everest könnte man vielleicht mehrere Umrundungen schaffen.) Es braucht zwischendurch zwingend eine Beschleunigung, um in einen Orbit einzuschwenken und somit stehen alle Massdriver inkl. dieser Schleuder vor dem Problem, dass sie eine Raketenstufe hochschleudern müssen. Zwar keine sehr starke. Wäre keine Athmosphäre im Weg, könnte man einen Großteil der Arbeit initial leisten und für den Sprung vom Mond zu interplanetaren Kolonien könnte diese Technik wirklich interessant werden. Aber eine Rakete, die nach den Belastungen des Abschusses noch funktioniert.
Das Timing, an dem das Objekt, der Satellit den Arm verläßt/vom Arm getrennt wird, muss genau stimmen, sonst verläßt es die Vakuumkammer nicht durch die dafür vorgesehen Öffnung -selbstredend wird dann natürlich auch der gewünschte Orbit verfehlt.
Das Timing an sich ist dabei garnicht so das Problem, aber die Klammer, die die 200kg bei 5300 U/min halten soll...naja, entweder ist so ein Mechanismus kräftig (zb hydraulisch) oder schnell.
Beides geht nicht, würde hier aber benötigt.
Dann ist da die Öffnung, durch die der Satellit aus der Kammer geschleudert wrd.
In der Kammer herrscht ein Vakuum, außerhalb normaler atmosphärischer Druck.
Das heißt, da muss irgendeine Folie drauf, die 1 Atmosphäre Druckunterschied aushält, die aber vom Satelliten leicht durchstoßen werden kann.
Welchen Durchmesser hat diese Öffnung?
Viel dicker als Alufolie wird das nicht sein würden, aber reißt die nicht schon auf Grund des Druckunterschied?
Aber ein inneres technisches Problem, dass sie zumindest bei der letzten mir bekannten Demonstration noch nicht gelöst hatten: Die Haltevorrichtung muss nicht nur die enormen Lasten tragen und lösbar sein. Sondern sie muss auch zwingend eine Mehrpunkthalterung sein, um Schwingungen zu vermeiden, und diese Punkte müssen EXAKT gleichzeitig auslösen. Selbst Mikrosekunden Unterschiede würde bei den enormen Beschleunigungen ein ordentliches Kippmoment induzieren und beim den letzten Versuchsaufnahmen, die ich gesehen habe, kam der Testkörper dann auch schräg zur Flugbahn durch die Luke und hat sich danach mutmaßlich noch überschlagen, bevor aerodynamische Stabilisation einsetzte. Mit so einem System kann man Bowling-Kugeln auf seine Nachbarn schleudern, aber keine Raketen starten.
Und sollte der Verein jemals ein Auslösesystem mit derartiger Präzision hinbekommen, dann stellt sich die Frage, wer als erster vor der Tür steht:
a) Harmlose Touristen mit verdächtig persischem Akzent, die Hochpräzisionsauslösesysteme z.B. für so ein paar kleine Ladungen rund um eine Plutoniumhohlkugel suchen
b) Gewisse US-Institutionen, die ein Monopol auf vergleichbare Technik behalten wollen und denen man besser nicht widerspricht.
Stelle ich mir das eher soo vor, dass das Katapult nur eine "Initalzündung" ersetzen soll...
Die Gewchwindigkeiten um den Orbit zu erreichen erscheinen mir unrealistisch.
Aber wenn man mit dem Katapult schon mal zb. Die hälfte der geschwindigkeit erreichen könnte. Und das Teil zumindest mal in dünnere Luftschichten hoch ballern, könnte man vielleicht zb. Die erste Stufe damit ersetzen.
Die 2 Stufe würde weiterhin dann die restliche Arbeit übernehmen.
Allerdings hätte dies wiederum zur Folge dass auch ein Triebwerk und Treibstoff mit hochgeschleudert werden müsste, was wieder mehr Gewicht und mehr nötige Kraft erfordert. Von daher weis ich nicht was mehr Sinn machen würde.
Dass das erwirtschaftete Geld dann in das Starship fließt, ist in der Tat die Entscheidung vom Hauptaktionär.
Wenn man jedoch bedenkt, dass der Durchschnittsmichel im Jahr knappe 8 to CO2 ausstößt, sind die 20 Raketenstarts im Jahr von Space X völlig irrelevant für den globalen CO2 Ausstoß.
Ist zwar global gesehen nicht viel, aber Herr Musk will ja mit seinen Raketen "hoch" hinaus, auch was den kommerziellen Weltraumtourismus betrifft.
Der Rest ist Hülle und sagen wir mal 25-40 kg Monoproppelant und eine eher einfach gestrickte Steuerungseinheit.
So ausgerüstet, könnte man den Versorgungsbehälter bis nahe der ISS heransteuern, Relativ-V auf null setzen und den Behälter mit dem Canadarm auf die Außenplattform "RMS & Exposed Facility"der ISS manövrieren und einfangen.
Es gilt, den $-Preis/kg Nutzlast von SpaceX zu schlagen- ganz einfach.
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