Das Startkatapult
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Höhenprofil

Die Startbahn des Orbitalkatapults wird funktional in drei Abschnitte unterteilt: die Beschleunigungsstrecke, der Starthügel und die Bremsstrecke. Beschleunigungs- und Bremsstrecke müssen jeweils mindestens zwanzig Kilometer lang sein. Der Starthügel mit einer Strecke von knapp sechzehn Kilometern Länge muß sich knapp siebenhundertsiebzig Meter über Beschleunigungs- und Bremsstrecke erheben. Der Starthügel erhält die Form eines "Bunnyhop" bzw. "Zero-G-Hill". In den Wannenausrundungen werden Startschlitten und Raumfahrzeug zusätzlichen Zentrifugalkräften von etwa halber Erdfallbeschleunigung ausgesetzt, am höchsten Punkt der Kuppe herrscht für den Startschlitten kurz Schwerelosigkeit, was im Fall einer Testfahrt auch für das mitgeführte Testobjekt und im Fall eines Startabbruchs auch für das aufgebockte Raumfahrzeug gilt. Ich habe mich dafür entschieden, Kuppen und Wannen als Cosiuns-Bögen zu modellieren, so daß das Höhenprofil auf ganzer Länge zweimal stetig differenzierbar ist. Daraus folgt, daß auf die Fuhre wirkende Beschleunigungen allmählich und völlig ruckfrei einsetzen und nachlassen.

Die Details zur vertikalen Linienführung des Starthügels habe ich in JavaScript-Quelltext gemeißelt, welcher auf XHTML-Seiten ein paar SVG-Diagramme zeichnet sowie per W3C-DOM eine Tabelle aufbaut und einige Ergebnisfelder ausfüllt.

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Die Startbahn wird schnurgerade von Westen nach Osten errichtet. Gestartet wird ostwärts, denn der Erdorbit ist ein Kreisverkehr. Für den weniger als 100 s dauernden Beschleunigungsvorgang von 20 m/s auf 300 m/s ist eine 20 km lange Strecke ausreichend. Nach Erreichen der vollen Geschwindigkeit von 300 m/s werden die Triebwerke des Raumfahrzeugs gestartet.
In der unteren Atmosphäre empfehlen sich luftatmende Rückstoßantriebe wie SABRE, Mantelstrom-, Staustrahl- oder Pulsstrahltriebwerke. Der Fahrtwind kann zum Anlassen von Mantelstromtriebwerken (Windmilling) und Staustrahltriebwerken benutzt werden, während sich Pulsstrahltriebwerke grundsätzlich auch im Stand zünden lassen. Von der Verwendung von Raketentriebwerken sollte man aufgrund des schlechten spezifischen Impulses und der großen Hitzeentwicklung absehen.

In der Geraden vor der Kuppe müssen die Triebwerke des Raumfahrzeugs vollen Startschub erreichen. Arbeiten alle Systeme einwandfrei, wird das Raumfahrzeug an dieser Stelle vom Schlitten abgelöst und steigt aus eigener Kraft mit 10° Neigung dem Orbit entgegen.
Im Fall einer Fehlfunktion werden die Triebwerke hingegen wieder abgeschaltet und das Fahrzeug wird bis zum Stillstand abgebremst. Dafür muß im Anschluß an den "Bunnyhop" eine ausreichende Bremsstrecke vorhanden sein, auf der ein beladener Schlitten sauber angehalten werden kann. Aus diesem Grund verbieten sich auch Feststoffraketen, denn die würden nicht nur eine gewaltige Schweinerei machen und das schöne saubere Katapult einsauen, sondern einmal gestartet lassen die sich auch nicht mehr abschalten.

Normalerweise kommen im Verkehrswegebau Kreisbögen als Kuppen und Wannen zum Einsatz. Bei den üblichen großen Radien, vergleichsweise mäßigen Geschwindigkeiten und geringen Neigungsdifferenzen von Straßen und Eisenbahnlinien bleiben die vertikalen Beschleunigungen so gering, daß auch ein plötzliches Einsetzen dieser Beschleunigungen kein Problem darstellt.
Im Fall des Orbitalkatapults sind stetig differenzierbare Übergänge jedoch unerläßlich. Eine den üblichen Gepflogenheiten folgende Option wäre die Verwendung von Klothoiden vor und nach den Kreisbögen. Ich habe mich allerdings für die zwar unübliche, jedoch prinzipiell gleichwertige und genauso komfortable Anwendung von Cosinusbögen entschieden.

Im Gegensatz zu üblichen Raketenstarts verursacht der Katapultstart per Magnetbahn nur geringe zusätzliche Beschleunigungskräfte von reichlich halber Erdfallbeschleunigung auf das Raumfahrzeug und seinen Inhalt.

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Autor: Dröppez