Fahrweg und Fahrzeug
Querschnitt Fahrweg und Unterwagen

Querschnitt Fahrweg und Unterwagen
Bei einem Abschuß soll der Schlitten mit dem Raumfahrzeug auf einem Magnetkissen gleiten und von einem Linearmotor angetrieben werden.
Ich gehe davon aus, daß das Schweben und Führen mit dem Inductrack-Prinzip gelöst wird. Das Inductrack-Prinzip ist näher auf der Inductrack-Hybridmagnetbahn-Seite beschrieben. Magnetische Trag- und Führungselemente sind in den Cartoons violett Farben Tragen und Führen dargestellt. Da dieses Verfahren je nach Ausführung erst ab einer bestimmten Geschwindigkeit die nötigen Führungs- und Tragkräfte erzeugen kann, braucht der Schlitten zusätzlich zu den Halbach-Arrays für langsame Fahrt noch ein Radfahrwerk.
Als Antrieb kommt ein asynchroner Linearmotor in Langstator-Bauweise zum Einsatz. Magnetische Antriebselemente sind in den Cartoons blau Farben Antrieb dargestellt.
Für den Bodenbetrieb des Raumfahrzeugs soll eine ausreichende Energie- und Kommunikationsversorgung anliegen. Sowohl Energie- als auch Datenübertragung werden vermutlich induktiv arbeiten. Induktive Energieversorgungs- und Kommunikationselemente sind in den Cartoons türkis Farben Energie und Kommunikation dargestellt.

Auf dem Startgelände, das im wahrsten Sinne des Wortes ein Weltraumbahnhof wäre, würde der Schlitten auf einem Paar parallel verlegter Gleise bewegt. Der Gleismittenabstand könnte vier Meter betragen. Zum Rangieren kämen Lokomotiven zum Einsatz.
Um den Schlitten an die Startbahn zu bringen, müßte er von Rangierlokomotiven bis zum Linearmotor geschoben werden. Das Transportprinzip entspricht auf diesem Abschnitt dem der Doppelspurbahn. Anschließend werden die Lokomotiven abgekoppelt und weggefahren. Das Bild rechts oben stellt den Schlitten mit Linearmotor im Schnitt dar.

Querschnitt Fahrweg und Unterwagen

Querschnitt Fahrweg und Unterwagen
Mit dem Linearmotor wird der Schlitten anschließend auf die Startbahn gezogen, welche als T-förmiger Träger mit integrierten Trag- und Langstatorspulen ausgeführt werden kann. Sobald bei einem Abschuß die zum magnetischen Tragen nötige Geschwindigkeit (weniger als 20 m/s) erreicht ist, kann das Radfahrwerk eingezogen und durch Klappen verdeckt werden, um den Luftwiderstand zu senken. Auf die Fahrschienen für das Radfahrwerk kann auf der Startbahn verzichtet werden.

Für den nur 90 s dauernden Beschleunigungsvorgang von 20 m/s auf 300 m/s braucht man eine reichlich 17 km lange schnurgerade Strecke. Daran sollte sich ein sogenannter "Bunnyhop" bzw. "Zero-G-Hill" mit 9 km Kuppenausrundungsradius anschließen, auf dem das Raumfahrzeug vom Schlitten abgelöst wird. Natürlich muß auch eine ausreichende Bremsstrecke vorhanden sein, auf der ein beladener Schlitten sauber zum Stehen gebracht werden kann, falls der Start aus irgendeinem Grund mitten im Vorgang abgebrochen werden muß. Im Gegensatz zu einem Raketenstart verursacht der von mir vorgesehene Abschuß per Magnetbahn nur geringe Beschleunigungskräfte von reichlich halber Erdfallbeschleunigung auf das Raumfahrzeug und seinen Inhalt.

Sollte der Linearmotor bei einem Abschußversuch versagen und der Schlitten auf freier Strecke unter die zum Schweben nötige Geschwindigkeit fallen, muß das Gerät beschädigungsarm auf Gleitkufen notgelandet werden. Für den Fall eines Startabbruches bei gleichzeitigem Ausfall des Linearmotors müssen außerdem diverse Notbremssysteme vorhanden sein, beispielsweise Luftbremsen und am Fahrbahnsteg ansetzende Bremskufen.
Zum Wiederflottmachen eines auf freier Strecke liegengebliebenen Schlittens müßte man ein Hilfsfahrzeug mit eigenem Antrieb (z.B. Propeller), eigener Energieversorgung (Brennstoffzelle, Dieselmotor oder Turbine) und Luftkissenfahrwerk auf die Strecke schicken, welches am Schlitten ankoppeln würde, um unter dem stehenden Schlitten ebenfalls ein Luftkissen durch Einblasen von Luft zu erzeugen. Auf diese Art kann abgeschleppt werden. Die Konstruktion des Schlittens ist darauf abzustimmen.
Seitenansicht 64-Doppelachser

Der Schlitten könnte aus acht nahezu baugleichen Fahrwerkssegmenten bestehen, von denen jedes auf acht zweiachsigen Drehgestellen rollt, und die ähnlich wie bei einem Tragschnabelwagen durch Brücken und Ausgleichhebel verbunden sind. Das Fahrzeug sollte durch Federn und Dämpfer zwischen den Segmenten und Drehgestellen versteift werden.
Bei einer statischen Achslast von 30 Tonnen könnte ein 128-achsiger (64 Achsen auf jeder Seite) Schlitten mit Raumfahrzeug ein Gesamtgewicht von 3800 Tonnen aufbringen. Bei einem geschätzten Eigengewicht des Schlittens von 800 Tonnen könnte ein 3000 Tonnen schweres Raumfahrzeug gestartet werden.
Der minimale befahrbare Bogenradius dürfte für solch ein 90 Meter langes Monster bei 400 Metern liegen. Das Fahrwerk muß für um die 80 km/h ausgelegt sein, höhere Geschwindigkeiten werden nur mit Magnetkissen erreicht. Das Rangieren dürfte sich auf Höchstgeschwindigkeiten zwischen 40 und 60 km/h beschränken.

Bei einem Abschuß soll auf Magnetkissen mit Linearmotor eine Geschwindigkeit von 300 m/s (1080 km/h) erreicht werden. Für Beschleunigung und Überwindung des Luftwiderstandes sollte bei 300 m/s eine Schubkraft des Linearmotors von 8000 Kilonewton ausreichen. Das entspricht einer Netto-Spitzenleistung von 2400 Megawatt, was umgerechnet in etwa der Leistung von 400 vierachsigen modernen Drehstromlokomotiven entspricht. Bei einem Wirkungsgrad des Linearmotors von geschätzten 80% müssen kurzzeitig 3000 Megawatt an elektrischer Leistung aufgebracht werden.

Für leichtere Raumfahrzeuge können kleinere Schlitten zum Einsatz kommen.
Seitenansicht 48-Doppelachser

Seitenansicht 32-Doppelachser

Seitenansicht 24-Doppelachser

Seitenansicht 16-Doppelachser

Seitenansicht 8-Doppelachser


Querschnitt Fahrweg und Schlitten
Doppelachsen Traglast [t]
(Maximum)
Endschub [kN]
bei 300 m/s
(Maximum)
Leistung [MW]
Netto
(Maximum)
64 3000 8000 2400
48 2250 6000 1800
32 1500 4000 1200
24 1125 3000 900
16 750 2000 600
8 375 1000 300
Die folgende Tabelle zeigt die Werte vom Verlauf des Starts einer Fuhre in der Ebene mit folgenden Daten:

Gesamtgewicht: 3800 t
Anfangsgeschwindigkeit: 20 m/s
Luftdichte: 1.2 kg/m3
Luftwiderstandsbeiwert: 0.3
Querschnittsfläche: 120.0 m2
Maximalbeschleunigung: 5 m/s2
Beschleunigungsdauer: 89 s
Beschleunigungsstrecke: 17062 m
Endgeschwindigkeit: 301 m/s
Netto-Antriebsleistung: 2,4 GW
Netto-Energiebedarf: 194 GJ

Da sämtliche Zahlenwerte live berechnet werden, wird die Tabelle nur bei angeschaltetem JavaScript und an DOM3-fähigen Browsern angezeigt. Ja, man sollte es fast nicht glauben, aber zur Not kann man eine numerische Simulation auch mit JavaScript bewerkstelligen. Der Rechenweg ist dem Quelltext der katapult.js zu entnehmen.

t: Zeitindex
s: zurückgelegter Weg
v: Geschwindigkeit
a: Längsbeschleunigung

P: Gesamtleistung netto
Pb: Beschleunigungsleistung
Pw: Luftwiderstandsleistung

W: geleistete Arbeit netto

F: Gesamtschubkraft
Fb: Beschleunigungskraft
Fw: Luftwiderstandskraft

Δs: Laufweg
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Autor: Dröppez