Der Fluidroller als Raumschiffantrieb
Mini-Magnetospheric Plasma Propulsion (M2P2)
Magnetohydrodynamic Vril PlasmaWheel Vimana
Plasmarad Quadrupol
Plasmarad Hexapol
In der heutigen offiziellen Raumfahrt wird der interplanetare Raum üblicherweise als näherungsweise leer betrachtet und das durchaus vorhandene dünne Plasma (beispielsweise Sonnenwind) wird vernachlässigt. Für die derzeit offiziell in Betrieb befindlichen Raumfahrzeuge stellt das eine brauchbare Näherungslösung dar, verlangt allerdings auch danach, sämtliche Beschleunigungen durch Rückstoß eines mitgeführten Mediums zu erzeugen. Schön und effizient wäre allerdings, wenn man sich genau wie auf der Erde an bereits vorhandenen Medien abstoßen könnte. Automobile verwenden den Untergrund, Schiffe das Wasser und Flugzeuge die Luft als Reaktionsmedien, und damit mehr oder weniger direkt die Erde als Reaktionsmasse. Könnte man den Sonnenwind als Reaktionsmedium benutzen, so wäre das ein wesentlicher Fortschritt in der interplanetaren Raumfahrt.

Natürlich kursieren auch derzeit schon diverse Ideen, Raumfahrzeuge von einer Kombination aus Sonnenwind und Strahlungsdruck antreiben zu lassen (Sonnensegel), allerdings verlangen diese Ideen nach riesengroßen Segeln, die auch nur sehr wenig Schub liefern können. Diese Systeme entsprechen im Allgemeinen dem mechanischen Verständnis eines Segelschiffs.

Relativ attraktiv wäre natürlich auch die Anwendung des Prinzips eines nach dem Magnus-Effekt arbeitenden Flettner-Rotors, allerdings müßte der im rein mechanischen Betrieb unter reiner Ausnutzung der mechanischen Kohäsion und Adhäsion bei hohen Drehzahlen laufen und gleichzeitig riesige Abmessungen aufweisen. Daß das bezüglich Gewicht und Kraftverteilung sehr ungünstig wäre, dürfte klar sein. Daher stellt sich die Frage: Wie baut man einen nach dem Flettner-Prinzip arbeitenden Rotor, der gleichzeitig mechanisch klein und leicht, aber vom Wirkungsquerschnitt her trotzdem riesengroß ist? Die Antwort darauf lautet: "Magnetisierung."

Ein von seinen rein materiellen Abmessungen kleiner und vom Materialaufwand relativ leichter Rotor, der mit entsprechend hohen Drehzahlen betreibbar ist, läßt sich durch Magnetisierung virtuell gewaltig vergrößern. Die aus einem magnetisierten Rotor heraussteckenden Magnetfeldlinien gehören schließlich auch funktional dazu, sind also Bestandteil des Rotors, verlangen aber keine mechanisch-materielle Präsenz des Objekts am Ort ihrer Wirkung. Oder kürzer formuliert: Der materielle Teil des Rotors muß vergleichsweise klein und leicht sein. Durch Magnetisierung wird ein immaterielles Feld geschaffen, das logisch-funktional Teil des Rotors ist, aber nichts wiegt. Dieses Feld erzeugt im Sonnenwind eine Magnetosphäre. Ein Rotor von einigen Metern Durchmesser kann gern eine mehrere tausend oder auch millionen Kubikkilometer große Magnetosphäre mit sich führen. Im Weltall ist genug Platz.

Fluidroller-Plasmarad
Fluidroller-Plasmarad mit Feld
Zur besseren Manövrierbarkeit kann auch eine verstellbare Rotoranordnung zur Anwendung kommen. Derartige Roller wären eine Variation des Themas "Magnetgetriebe". Im Unterschied zu mechanischen Fluidrollern würden Walzen- und Scheibensegmente nicht synchron laufen, sondern in einem festen Zahlenverhältnis zueinander rotieren. Verwendet man beispielsweise eine Quadrupol-Hexapol-Anordnung, wie sie der Trickfilm auf der linken Seite illustriert, so ergibt sich ein Drehzahlverhältnis von 2:3. Prinzipiell spielt es dabei keine allzu große Rolle, ob man die kleinen oder die großen Scheiben beziehungsweise Walzen als Quadrupole oder Hexapole gestaltet. Magnetisiert man beides umgekehrt, kehrt sich auch das Drehzahlverhältnis um. Eine solche Anordnung verhält sich wie ein rotierendes Halbach-Array. In der gezeigten Einstellung verstärken sich die Magnetfelder an der Oberseite, während sie sich an der Unterseite auslöschen. Diesen Sachverhalt soll der Film auf der rechten Seite illustrieren. An der Unterseite stehen immer unterschiedliche Pole nebeneinander, an der Oberseite gleichnamige. Das sorgt dafür, daß der Fluidroller in dieser Stellung mit dem oberhalb befindlichen Plasma viel stärker wechselwirkt als mit dem unterhalb befindlichen. Somit läßt sich der Fluidroller bei entsprechender Ausrichtung im Raum auch als Sonnenwindgenerator verwenden oder energieneutral vom Plasmastrom mitnehmen. Auch ist unter Energieverbrauch direkter Schub erzeugbar. Durch Schwenken der Anordnung läßt sich die Schubrichtung steuern. Der Versatz der Rotationsachsen kann auf vielerlei Art bewerkstelligt werden, zum Beispiel durch Anbringung auf einer gekröpften Welle. Die Regelung der Drehzahl kann durch Drehstrom-Naben-Motoren/Generatoren erfolgen.

Selbstverständlich kann es unter Umständen nützlich sein, mehrere Fluidroller an einem Schiff anzubringen. Das hängt davon ab, welche Art Route das jeweilige Schiff bedienen und ob und wo es landen, wassern oder andocken soll.

Plasma-Gierfähre
Im einfachsten Fall baut man ein Raumschiff, welches nach dem Prinzip der Gierfähre arbeitet. Der Fluß wird in diesem Fall durch den Sonnenwind ersetzt. Die Funktion des (elastischen) Seils, mit dem Gierfähren am Ufer befestigt werden, wird durch die Gravitationswirkung der Sonne übernommen. Dies soll im unmaßstäblichen Bild auf der rechten Seite veranschaulicht werden: Dunkelviolett steht für ungestörten Sonnenwind; die hellvioletten Pfeile auf der linken Seite des Bildes geben die Richtung des Sonnenwindes an. Die Sonne steht also links außerhalb des Bildrandes. Die weiße Kreisfläche symbolisiert den Rotor; der schwarze, geschwungene Pfeil gibt die Drehrichtung an. Die hellviolette Fläche symbolisiert die durch die Drehbewegung verzerrte Magnetosphäre des Rotors. Die von der weißen Kreisfläche wegzeigenden Pfeile bedeuten:
hellgrün, nach links in Richtung Sonne zeigend: Gravitation der Sonne
helltürkis, nach rechts zeigend: orbitale Fliehkraft des Raumschiffs
hellgelb, nach rechts zeigend: Strömungswiderstand des magnetisierten Rotors im Sonnenwind
gelb, nach "oben" zeigend: beabsichtigte Beschleunigungs- oder Bremskraft des Rotorantriebs.
Auf der sonnenzugewandten Seite werden die Teilchen des Sonnenwindes (überwiegend Protonen und Elektronen) durch Rekonnexion in die Magnetosphäre des Raumschiffs integriert und auf der sonnenabgewandten Seite seitenversetzt wieder freigegeben.

Da sich der Rotor dreht, dreht sich auch die Magnetosph√§re mit. Die aus dem Rotor heraussteckenden Magnetfeldlinien wirken auf das umgebende Plasma ähnlich wie flexible Turbinenschaufeln oder Blätter eines Wasserrades. Natürlich stecken aus dem Rotor nicht wirklich irgendwelche ominösen Linien heraus, aber die Magnetfeldlinien, die in modellhaften Darstellungen oft eingezeichnet werden, symbolisieren ja einen tatsächlich dem Magnetismus eigenen Sachverhalt. Man kann elektrisch geladene Partikel mit starken Magnetfeldern geradezu an Magnetfeldlinien fesseln. Die durch die Rotation der Magnetosphäre auf die mitgeführten elektrisch geladenen Partikel (mehrheitlich Elektronen und Protonen) ausgeübte Fliehkraft sollte die Partikel vom ungebremsten Einschlag in die Pole des Rotors abhalten. Da ein interplanetares Raumschiff der beschriebenen Wirkungsweise keine schützende Außenatmosphäre mit sich führen kann, können wir Polarlichter am Fahrzeug alles andere als gebrauchen.

Je nach Dichte und Relativgeschwindigkeit des Sonnenwindes wird die Magnetosphäre unterschiedlich gestaucht und gezerrt. Dichte und Geschwindigkeit des Sonnenwindes variieren je nach Aktivität der Sonne und Aufenthaltsort des Raumschiffs; die Bordelektronik muß durch Anpassung von Magnetisierung und Drehzahl des Rotors darauf reagieren. Dazu empfiehlt es sich, Spulen und Leistungselektronik in die Rotoren zu integrieren. Um die Verwendung von Schleifringen zu vermeiden, k√∂nnen Elektrik und Elektronik der Rotoren induktiv mit Leistung und Information versorgt werden. Die Rotoren können kontaktfrei in Magnetlagern laufen.

Die Bordausrüstung und bei bemannter Raumfahrt auch der Aufenthaltsbereich von Raumfahrern sollte abgeschirmt werden. Raumschiffe mit Magnetrotoren strahlen unvermeidlich auch eine gewisse elektromagnetische Strahlung ab, deren Grundfrequenz der Drehzahl mal der Polzahl des jeweils abstrahlenden Rotors entspricht.

Auch eine diesem Funktionsprinzip entsprechende Ausführung ganz ohne bewegliche Teile, die rein auf Leistungselektronik basiert, dürfte prinzipiell machbar sein.

Als netten Nebeneffekt erhält man noch einen magnetischen Schutzschild, der auf das Raumschiff einprasselnde geladene Teilchen aus Sonnenwind und kosmischer Strahlung bremst und teilweise auch durch magnetische Einschlußwirkung der Magnetfeldlinien in Kombination mit Fliehkräften ganz fernhält. Natürlich hilft die durch den Rotor erzeugte Magnetosphäre weder gegen Neutronen noch gegen Neutrinos noch gegen elektromagnetische Strahlung (Radiowellen, Wärme, Licht, Röntgen, Gammastrahlung) noch gegen Mikrometeorite. Das im Antrieb enthaltene Schutzschild hilft wirklich nur gegen geladene Teilchen, und das auch nur teilweise, was der Bordausrüstung und eventuell an Bord befindlichen Raumfahrern aber bereits wesentlich helfen dürfte. Elektromagnetischer Strahlung, Mikrometeoriten, neutralen Teilchen und den restlichen, nicht vollständig abgefangenen geladenen Teilchen läßt sich nur durch entsprechende Panzerung und gegebenenfalls Kühltechnik begegnen. Größeren Objekten muß ausgewichen werden, was eine entsprechende astrometrische Früherkennung voraussetzt.
Weiterhin läßt sich durch den geschilderten Antrieb während der gesamten Raumfahrt eine als Schwerkraft empfundene Beschleunigung herstellen, die zwar nur einen Bruchteil der Erdfallbeschleunigung betragen dürfte, aber zuverlässig dafür sorgt, daß Gegenstände nicht im Raumschiff umherschweben, sondern auf den Fußboden fallen und liegenbleiben. Gleitet einem Raumfahrer in einem derart angetriebenen Schiff ein Schraubenschlüssel aus der Hand, so schwebt der nicht anderen Raumfahrern gegen den Kopf, sondern fällt nach "unten" und kann dort leicht wieder aufgefunden werden. Außerdem hilft die ständige Beschleunigung bei der Positionierung des Raumschiffes und verhindert bei sinnvoller Schwerpunktlage dessen Rotation entgegen der Rotordrehrichtung.

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Autor: Dröppez