Antimaterie für Antriebe nutzen?
- Ersteller RGSS
- Erstellt am
Die Theorie sieht so aus, dass bei der Vernichtungsreaktion von Materie und Antimaterie jede Menge Gammastrahlung frei wird, die dann auf die ein oder andere Art in Strom umgewandelt wird. Nach gegenwärtigem Wissensstand kann keine "Batterie" mehr Energie pro Masse abgeben als Eine, die zur Hälfte mit Materie und zur anderen Hälfte mit Antimaterie gefüllt ist. Der perfekte Energiespeicher.
Es hängt nicht an der Größe, sondern an der Masse.
Nehmen wir mal eine Autobatterie mit ca. 15kg Gewicht (das ist so ne normal große Batterie) und gehen wir mal davon aus, dass sie zur Hälfte aus Materie und zur anderen Hälfte aus Antimaterie besteht (also nur die reine Nutzlast, ich denke dass die Anlage zum Sichern, also dafür zu sorgen, dass die Antimaterie nicht mit Materie in Berührung kommt, solange sie die Energie nicht abgeben soll, dürfte schon ziemlich groß sein bei dem Beispiel).
Dann hilft Einstein weiter:
E = mc²
E = 15 kg * (299792458 m/s)² (Quelle: Wikipedia)
= 1348132768105226460 kg*m²/s² = 1348132768105226460 J
= 1348132768105226460 Ws
= 22468879468,420441 Megawattstunden
Hab ich richtig gerechnet?
Runzelrübe
Registriertes Mitglied
Das funktioniert bestimmt prima auf Himmelskörpern, auf denen man ein Medium hat, von dem man sich abstoßen kann, indem der Strom über einen Motor in Bewegungsenergie überführt wird. Diese Möglichkeit haben wir im Weltraum aber nicht direkt. Ebenso wäre es sehr schade, die Wärmeenergie zu verschwenden.
Als Raumschiffantrieb bietet sich z.B. die "Einspritzung" von Antimaterie in Wasser an. Antiwasserstoff führt zusammen mit der Annihilation von Wasserstoff zu genügend Energie, um ein Plasma innerhalb des Wasserstrahls zu bilden, welchen man nun für einen herkömmlichen Rückstoß verwenden kann. Wasser dürfte also auf absehbare Zeit noch wichtiger werden.
Die theoretisch effizienteste Art, im Weltraum Energie für den Betrieb eines Raketenantriebs zu verwenden, ist es, Photonen nach hinten auszustoßen. Für jedes Joule bekommt man 1J/c, also ungefähr 3,3*10^-9 kg*m/s Impuls. Wenn man die Gamma-Photonen der Anihilationsreaktion direkt umleiten könnte, sodass sie das Raumschiff nach hinten verlassen, dann wäre das der perfekte Antrieb. Leider sind die da etwas störrisch, aber das Problem ist sicher nicht schwieriger, als kiloweise Antimaterie herzustellen und zu speichern. Wer dafür das Geld hat, dem wird es sicher nicht am Ende am Wasser mangeln
Bernhard
Registriertes Mitglied
Nicht ganz: 1348132768105226460 Ws
= 374481324,47367401666666666666667 Megawattstunden
1 Stunde hat 3600 Sekunden
. MfG
Runzelrübe
Registriertes Mitglied
Dann hoffe ich, die Systeme dafür werden mal erfunden. Und wenn wir schon dabei sind, lasst uns diese dann auch gleich in Atomreaktoren verwenden.
Ärgerlich nur, dass mal wieder die lieben Kzinti einen Gruß loswerden wollen. Das Umlenken passiert dann hoffentlich nicht allzu oft Richtung bewohnter Lebensräume.
*hust* Wie häufig sich solch ein Strahl wohl als Gamma Ray Burst tarnt... *hust*
Wie Atomreaktoren?
Wenn du nicht gerade so einen richtigen Klumpen von dem Zeug im Weltraum rumschweben siehst (nahezu unmöglich?!), dann musst du die Antimaterie schon selber herstellen, was mindestens so viel Energie verbraucht, wie ihre Annihilation einbringt. Von daher handelt es sich hier um einen reinen Energiespeicher
mfg
Wenn du nicht gerade so einen richtigen Klumpen von dem Zeug im Weltraum rumschweben siehst (nahezu unmöglich?!), dann musst du die Antimaterie schon selber herstellen, was mindestens so viel Energie verbraucht, wie ihre Annihilation einbringt. Von daher handelt es sich hier um einen reinen Energiespeicher
mfg
Runzelrübe
Registriertes Mitglied
Harte Strahlung bündeln und umlenken können wir derzeit leider nicht, schon gar nicht in kommerziellem Ausmaß. Falls doch, bitte ich darum, mal fix einen Schutzwall aus diesen Umlenksystemen um die Reaktoren in Fukushima und Tschernobyl zu positionieren um zumindest die Gammastrahlung auf einen Ort zu konzentrieren.
Wir können eventuell abschirmen heutzutage, aber nicht wirklich mehr.
Daher denke ich, dass eine Wasserstoffannihilation, die zu einem Plasma führt, besser geeignet erscheint als eine lenkbare Gammastrahlenemission.
julian apostata
Registriertes Mitglied
Dabei möchte ich noch erwähnen: (m=Leermasse/Startmasse, c=Treibstoffgeschwindigkeit)
Ist c<<Lichtgeschwindigkeit dann lautet die Raketengleichung:
v=c*ln(1/m)
Ist c=Lichtgeschwindigkeit, so vereinfacht sich kurioserweise die Raketengleichung(es reichen die vier Grundrechenarten):
v=c*(1-m²)/(1+m²)
Beispiel: 10% bleiben von der Startmasse übrig, 90% werden als Treibstoff nach hinten abgestoßen.
Herkömmlicher Treibstoff:
v=c*ln(1/0,1)~c*2,3 (schneller als der Treibstoff)
Licht als Treibstoff:
v=c*(1-0,1²)/(1+0,1²)=c*(99/101)~c*0,98 (schneller als Licht geht nicht!)
http://texte.windhauchworld.de/photonenrakete.pdf
julian apostata
Registriertes Mitglied
Ich glaube, die wenigsten hier (einschließlich mir) haben wohl deine Aussage wirklich verstanden! Dann hab ich erst mal über google eine relativistische Raketenformel gesucht und keine gefunden. Oder weiß zufällig jemand, wo man die findet?
Also musste ich meinen eigenen Grips bemühen und hab das da ermittelt:
v=Raketengeschwindigkeit c=Lichtgeschwindigkeit u=Treibstoffgeschwindigkeit
m=(Leere Rakete)/(volle Rakete)
v=c*tanh[(u/c)*ln(1/m)]
Und jetzt kommen die 2 Spezialfälle.
Wenn u sehr klein gegenüber c ist kann man den tanh mitsamt den eckigen Klammern unter den Teppich kehren und wir haben
v=u*ln(1/m)
Für u=c gilt:
v=c*tanh[ln(1/m)]=c*(1-m²)/(1+m²)
Bernhard
Registriertes Mitglied
julian apostata
Registriertes Mitglied
Vielen dank erst einmal.
http://en.wikipedia.org/wiki/Relativistic_rocket
Aber ehrlich gesagt, ist dieser Artikel für mich eher ein wenig verwirrend als erhellend.
Zwar steht im Prinzip genau dieselbe Formel drin, die ich selbstständig abgeleitet habe, zumindest wenn man den spezifischen Impuls (I_sp) durch die Treibstoffgeschwindigkeit ersetzt, aber mit der Definition des spezifischen Impulses komm ich überhaupt nicht klar, da steht nämlich
I_sp=ve/[1-wurzel(ve²/c²)]
Das ergäbe bei der Photonenrakete doch einen unendlich hohen spezifischen Impuls!
Wenn es nach der Formel ginge, würde ja schon eine Taschenlampe mit fast Lichtgeschwindigkeit lossausen, wenn man sie anknipste!
Kann mir irgendjemand diesen Artikel allgemein verständlich erklären?
Bernhard
Registriertes Mitglied
Hallo Julian,
bei Wikipedia-Artikeln muss man immer etwas vorsichtig sein und deswegen habe ich nur die Suchbegriffe für google angegeben. Das pdf an dritter Stelle habe ich gestern mal kurz angesehen und das sah ganz vernünftig aus. Allerdings ist der Server mit diesem pdf von mir aus gerade nicht erreichbar.
Für eigene Rechnungen empfehle ich deswegen noch diesen Wikipedia-Abschnitt: http://de.wikipedia.org/wiki/Zeitdilatation#Bewegung_mit_konstanter_Beschleunigung. Dieser Abschnitt stimmt auch mit den Formeln aus den Lehrbüchern überein.
Gruß
Weil's ein Schmarrn war. Die Formel ist(1-m^(2*v))/(1+m^(2*v)), was in der Tat erst bei v=c zu (1-m²)/(1+m²) wird, da hattest du schon Recht.
Is ja auch so. Du musst aber lesen, was die zu der Formel schreiben: "If all the energy to accelerate the fuel comes from an external source...". Ein paar Zeilen weiter unten steht eine Tabelle ohne diese Annahme.
Kaum, da ja auch keine Masse vom Raumschiff verlorengeht. Der spezifische Impuls wird da pro verwendeter Ruhemasse angegeben, was für die Raketengleichung ja auch einigen Sinn ergibt.
julian apostata
Registriertes Mitglied
@ich
Machen wir es mal so: Hier wird der spezifische Impuls definiert. Im Prinzip hab ich da auch keine Einwände.
http://upload.wikimedia.org/math/2/0/0/20043eb604fb544f573bc97f4afe2b7c.png
Nur, wenn man diesen spezifischen Impuls so in die Formel einsetzt, dann ist das Unsinn!
http://upload.wikimedia.org/math/a/f/2/af2d7e926e653d4dd4ff5d1cb585ed47.png
Und deswegen habe ich (Willi Windhauch) das da bei der Diskussionsseite von Wikipedia rein geschrieben.
http://de.wikipedia.org/wiki/Diskussion:Raketengrundgleichung#Relativistische_Raketenformel
Machen wir es mal so: Hier wird der spezifische Impuls definiert. Im Prinzip hab ich da auch keine Einwände.
http://upload.wikimedia.org/math/2/0/0/20043eb604fb544f573bc97f4afe2b7c.png
Nur, wenn man diesen spezifischen Impuls so in die Formel einsetzt, dann ist das Unsinn!
http://upload.wikimedia.org/math/a/f/2/af2d7e926e653d4dd4ff5d1cb585ed47.png
Und deswegen habe ich (Willi Windhauch) das da bei der Diskussionsseite von Wikipedia rein geschrieben.
http://de.wikipedia.org/wiki/Diskussion:Raketengrundgleichung#Relativistische_Raketenformel
Freilich ist das für Photonen Unsinn, aber trotzdem vollkommen korrekt. Natürlich funktioniert die Gleichung "Endgeschwindigkeit als Funktion des verbrauchten Treibstoffs" nicht, wenn kein Treibstoff verbraucht wird. Ändert aber nichts daran, dass du genau diesen spezifischen Impuls verwenden musst, wenn du die Raketengleichung hernehmen willst. Das Problem liegt in der Raketengleichung selber.
Ich sehe nicht, wo du da diesen spezifischen Impuls ansprichst.
Du sitzt dort übrigens einem Missverständnis auf: die Raketengleichung funktioniert gleich gut für alle Treibstoffgeschwindigkeiten. Du kannst den tanh immer weglassen, wenn die Raketengeschwindigkeit klein ist, auch wenn es eine Photonenrakete ist. Du kannst ihn nicht weglassen, wenn die Raketengeschwindigkeit groß ist, auch wenn es eine chemische Rakete ist.
Wenn du den tanh nicht magst, dann nimm doch die Gleichung aus Beitrag #17 als relativistische Raketengleichung.
julian apostata
Registriertes Mitglied
v=0 wenn kein Treibstoff verbraucht wird. Das sagt auch die allgemeine Raketengleichung. Mir ist völlig rätselhaft, worauf du hinaus willst.
Den spezifischen Impuls brauch ich höchstens dann, wenn ich die Gleichung herleiten will, während der Herleitung kann ich ihn wieder fallen lassen.
Und zur Not geht es auch ganz ohne, wenn man beispielsweise die Formel für die gleichmäßige Beschleunigung kennt.
(1) v=c*tanh(g*t‘/c)
g=über die Waage festgestellte Beschleunigung in der Rakete. t‘=Raketeneigenzeit.
Und jetzt stellen wir den Treibstoffaustoß der Rakete so ein, dass gilt.
(2) m=e^(-k*t‘) ergo k*t‘=ln(1/m)
(Startmasse=1)
Über das Impulserhaltungsgesetz lässt sich diese Beziehung ermitteln
(3) k*u=g (u=Treibstoffgeschwindigkeit)
Die Angabe eines spezifischen Impulses ist da so überflüssig wie ein Kropf!
(3) in (1) eingesetzt ergibt
(1a) v=c*tanh(k*u*t‘/c)
(2) in (1a) eingsetzt ergibt
(1b) v=c*tanh[(u/c)*ln(1/m)]
Und jetzt gehst du nochmals auf diese Seite, allerdings nicht zum Hauptartikel, sondern auf die Diskussionsseite (und zwar den Abschnitt „nonsense“)
http://en.wikipedia.org/wiki/Relativistic_rocket
Da hast du hier die korrekte Formel, die ich unter (1b) gestellt habe, nur etwas anders umgestellt.
http://upload.wikimedia.org/math/c/f/6/cf6e5d08afa43b8f2ce9b2fc0270740c.png
Erschreckend ist hier, dass anscheinend 2006 schon jemand den “Nonsense” des Hauptartikels erkannt hat, kein Schwein es allerdings für nötig hielt, darauf zu reagieren!
Das lässt tief blicken, was die allgemeine Qualität von Wikipedia anbelangt!