Schnelle Bereitstellung des Cubesat-Netzwerks mit Gauß-Kanonen

Nehmen wir an, ich möchte eine Satellitenkonstellation ähnlich dem GPS-Netzwerk der Erde um den Mond oder den Mars mit etwa 24 4U-6U-CubeSats erstellen, wie in diesem Bild gezeigt:

GPS-Konstellation

Ich habe mich gefragt, ob es möglich / praktikabel ist, diese kleinen CubeSats mit einer Art Magnetspulenkanone oder "Gauß-Kanone" aus einer äquatorialen Umlaufbahn in ihre entsprechende Umlaufbahnneigung zu bringen.

Schritt für Schritt sähe das also so aus:

  1. Ein größeres Schiff befindet sich in einer kreisförmigen, äquatorialen Umlaufbahn eines Planeten (oder Mondes) und trägt eine Reihe kleiner CubeSats und zwei große Magnetbeschleuniger
  2. Das Schiff richtet eine Kanone auf den Normalvektor und die andere auf den Antinormalvektor
  3. Gleichzeitig werden zwei CubeSats aus den Kanonen geschossen (vielleicht in einem Sabot) und die beiden Schüsse heben die Trägheit auf
  4. Das größere Schiff wartet die entsprechende Zeit ab und führt dieses Manöver immer wieder durch, bis alle Satelliten gestartet und positioniert sind

Ich sehe mehrere Vorteile in diesem System, wie zum Beispiel:

  • Cubesats können billig sein und benötigen kein Antriebssystem
  • Ein Netzwerk mit vielen Satelliten kann sehr schnell aufgebaut werden
  • Das Kanonenfahrzeug kann wiederverwendet werden

Die Fragen:

  • Ist ein solches System im Vergleich zu aktuellen Methoden praktikabel und praktikabel?
  • Könnten die Kanonen genug Geschwindigkeit erreichen, um die Umlaufbahnen richtig einzustellen?
  • Wie hoch wäre die Genauigkeit eines solchen Systems?
  • Würden die Satelliten während des Starts extremer Hitze/magnetischer Ansammlung ausgesetzt sein oder die Elektronik beschädigt werden, wenn sie aufgrund des starken Magnetfelds abgefeuert wird? Würde das Einschließen in eine Art Sabot dies verhindern?
Wenn die CubeSats keinen Antrieb haben, könnten Sie sie nicht nur mit Ihren Gauß-Kanonen von einer niedrigen kreisförmigen Umlaufbahn in eine hohe kreisförmige Umlaufbahn bringen. Siehe Hohmann-Transferorbit Werden die Würfel mit einer Kurzspulenkanone beschleunigt, werden sie durch die notwendige hohe Beschleunigung zerstört. Um dies zu vermeiden, wird viel mehr strukturelle Masse benötigt. Kleine CubeSats haben nicht die elektrische Leistung, um ein starkes Funksignal zu erzeugen, das an der Oberfläche leicht empfangen werden kann.
@Uwe, ich spreche nicht davon, die Cubesats in eine höhere Umlaufbahn zu schicken, ihre endgültige Umlaufbahn hätte die gleiche Umlaufbahnhöhe, nur bei einer Umlaufbahnneigung von beispielsweise 45 Grad anstelle des Äquators. Außerdem würden sich diese Satelliten nicht in GPS-Höhe der Erde befinden, sondern in einer viel niedrigeren Umlaufbahn, sodass ich denke, dass die Sendeleistung definitiv hoch genug sein könnte.
Aber das Ändern nur der Bahnneigung erfordert viel Energie und eine starke Beschleunigung durch die Spulenkanone. Sehr niedrige Umlaufbahnen würden viel mehr Satelliten in Flugzeugen mit mehr Umlaufbahnen erfordern. Um die Position zu bestimmen, müssen Sie vier oder mehr Satelliten gleichzeitig empfangen. Je niedriger die Umlaufbahn, desto mehr Satelliten werden benötigt.
@Uwe, ich glaube du hast Recht: Es ist völlig unpraktisch und kostet enorm viel Energie. Siehe meine Antwort unten.
Nitpicking-Zeit: Während "Gauss-Kanone" eher als allgemeiner Begriff für elektromagnetische Kanonen (insbesondere Railguns und Coilguns) verwendet wird, handelt es sich technisch gesehen um ein spezifisches frühes Design, bei dem kollidierende Magnete verwendet werden, um ein Projektil anzutreiben. Da es ziemlich begrenzt ist, wurde es nicht viel weiterverfolgt. Aber da sowieso fast niemand jemals von diesem speziellen Design gehört hat ...

Antworten (1)

Ich habe die Mathematik ausgeführt! Obwohl es möglich ist, ist die dafür erforderliche augenblickliche Energie einfach verrückt. Grundsätzlich bräuchten Sie die Stromversorgung eines Flugzeugträgers der Nimitz-Klasse, um das Ding oder eine riesige Bank von Kondensatoren mit Strom zu versorgen. Eine solche Bahnneigungsänderung für einen 5-kg-Satelliten würde etwa 16 Megajoule Energie oder das Energieäquivalent von etwa 400 ml Kerosin erfordern.

Berechnungen

Beachten Sie, dass die Berechnung von Kreisbahnen ausgeht

Wie Sie sehen können, ist die erforderliche Sofortstromversorgung sehr hoch, und die Konstruktion eines Raumfahrzeugs, das eine derart extreme Beschleunigung übersteht, würde wahrscheinlich schwerer werden und somit den Zweck der Satelliten (leicht und einfach zu starten) zunichte machen. Es ist viel einfacher, die zusätzlichen Antriebssysteme hinzuzufügen, um die Satelliten traditionell zu positionieren.

Eine Beschleunigung des Cubesat mit 336 km/s*s würde ihn sowieso zerstören. Für eine erträgliche Beschleunigung wird die notwendige Rohrlänge mehrere hundert bis einige Kilometer lang sein.
Warum ist es Umlaufbahnhöhe über dem Mars?
@Raze fügt der eingegebenen Zahl einfach den Radius des Mars hinzu. Die meisten Beschreibungen von Satelliten, die den Mars umkreisen, werden in Umlaufbahnhöhe über dem Mars angegeben, und ich finde es einfacher, sie zu visualisieren.
+1für eine quantitative Antwort! Es gibt nichts wirklich Verrücktes an einer Reihe von Kondensatoren. Die Herausforderung, einen betriebsbereiten GPS-Satelliten herzustellen, der einer Beschleunigung von 34.000 g standhalten könnte, geht wahrscheinlich weit über die derzeitigen Möglichkeiten hinaus. Vielleicht möchten Sie dies in Ihrer Antwort ansprechen.
@Uwe Ich wollte gerade fragen, danke für die Klarstellung, ich dachte, RUD wäre das Ergebnis eines CubeSats, der aus etwas so lächerlich Mächtigem abgefeuert wird. 34.332,8571 g ist selbst für 0,0077 s ziemlich absurd. Ich bezweifle, dass Sie es trotzdem mit einer 10-Meter-Railgun versuchen würden.
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