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Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : Was tun mit einem Impuls-Antrieb?



Bynaus
31.05.2013, 16:25
Eine Frage, die mich derzeit aus verschiedenen Gründen beschäftigt, ist folgende: nehmen wir an, es wäre möglich, einen (lokal) reaktionslosen Antrieb zu entwickeln, der nur Energie braucht, um Schub zu entwickeln (und zwar so viel, dass die Energieerhaltung nicht verletzt wird), also keinen Treibstoff, und der eine genügend grosse spezifische Leistung entwickeln kann, um von der Erdoberfläche aus ins Weltall zu starten. Halt eben das, was in "Star Trek" der Impuls-Antrieb zu leisten vermag (Warp lassen wir jetzt mal weg :) ). Wie das genau gehen soll, spielt keine grosse Rolle, darum geht es mir hier nicht (man kann sich z.B. Dinge wie Woodwards Mach-Lorentz-Thruster denken).

Zum Beispiel: Ein Flug zum Mond braucht im Minimum etwa ein Delta-v von 13 km/s. Für ein 10t Raumfahrzeug (sagen wir mal) würde das also bedeuten, E_kin (10t@13 km/s) = m/2 * v^2 = 5000 * 13000^2 = 845 GJ = 230 MWh. Das enstpricht etwa dem Energieinhalt von 140 Barrel Öl, was natürlich ziemlich viel ist (vor allem, wenn man nur 10 Tonnen Nutzlast damit transportieren kann...). Ein Lithium-Ionen Akku mit einer Speicherkapazität von 0.5 MJ/kg müsste 1690 Tonnen schwer sein, um diese Energie zu speichern. Anderseits würden natürlich auch 1 Gramm Uran-235 (83 TJ/kg) oder 10 Mikrogram Antimaterie (90 PJ/kg) die benötigte Energiemenge enthalten, wobei die Apparaturen, um die Energie aus diesen Trägern freizusetzen, natürlich ungleich schwerer wären.

Was denkt ihr, was geschehen würde? Nehmen wir an, diese Erfindung wäre öffentlich und für alle zugänglich. Wie würde das unsere Welt verändern, welche positiven und negativen Entwicklungen würdet ihr sehen? Ich hab meine eigenen Gedanken dazu, die ich gerne im Verlauf des Threads einbringen werde, aber für den Moment will ich hier nicht in irgend eine Richtung vorbahnen.

ralfkannenberg
31.05.2013, 16:59
Was denkt ihr, was geschehen würde? Nehmen wir an, diese Erfindung wäre öffentlich und für alle zugänglich. Wie würde das unsere Welt verändern, welche positiven und negativen Entwicklungen würdet ihr sehen? Ich hab meine eigenen Gedanken dazu, die ich gerne im Verlauf des Threads einbringen werde, aber für den Moment will ich hier nicht in irgend eine Richtung vorbahnen.

Hallo Bynaus,

auch wenn Du das vermutlich gar nicht hören willst: ich würde den Hype zu nutzen versuchen und mich als Testperson zur Verfügung stellen, mal kostenlos zum Mond oder noch besser zum Mars zu fliegen.


Freundliche Grüsse, Ralf

Bynaus
31.05.2013, 17:07
@ralf: ich wäre enttäuscht, wenn nicht zumindest die Hälfte der User hier das wollen würden! :) Aber ich hab das Gefühl, man denkt bei solchen Dingen immer nur erst bis zum ersten Hype, und selten darüber hinaus. Eure Gedanken zu dem, was nach dem ersten Hype geschieht, würden mich interessieren.

ralfkannenberg
31.05.2013, 17:28
Eure Gedanken zu dem, was nach dem ersten Hype geschieht, würden mich interessieren.
Hallo Bynaus,

ich verstehe leider zu wenig von diesen Dingen, insbesondere müsstest Du mir bei den Fragen helfen, wie schnell man sich mit dem Ding bewegen kann und wie weit man damit kommt.

Wenn es möglich wäre, damit eine Art "Shuttle-Dienst" zum Mars einzurichten, so dürfte eine ähnliche Aufbruchstimmung herrschen wie damals, als man nach Amerika ausgewandert ist. Und zudem würde es wohl Forschungsstationen auf dem Mond und auf dem Merkur geben.

Ob auch ein Forschungsflug zum nächsten Fixstern sinnvoll erscheint kann ich ohne weitere technische Angaben überhaupt nicht beurteilen; so Ideen, dass dann ganze Familien mit genügend grossen Raumschiffen losfliegen und die Urenkel dann ankommen könnten also völlig schwachsinnig sein.

Nehmen wir also mal an, eine Kolonialisierung der nicht zu ungemütlichen Nachbarplaneten/-Monde (d.h. Schwefelsäureregen bei hohen Drücken ist ungemütlich !) würde sich realisieren lassen, so würde das m.E. auch geschehen.

Eine weitere Frage ist, ob eine solche Entdeckung auch einen technologischen Einfluss auf der Erde selber haben könnte; ein solcher würde wohl noch vor der Kolonialisierung von Mond/Mars/Merkur stattfinden.

Möglicherweise gibt es auch Materialien oder Fabrikationen, die "weit weg" von der Erde im schwerelosen Raum besser funktionieren, z.B. Fabriken, die mit dünnen Sonnensegeln betrieben werden, die hunderte von Kilometern gross sind. Wenn man preisgünstig an solche Orte hinkommt, könnte ich mir auch solche "Fabriken" vorstellen.

Und seien wir ehrlich: es würde auch Unfälle geben; je nach Schwere könnte das diese Technologie verzögern oder gar ganz stoppen.

Fazit:
(1) Kolonalisierung erdähnlicher Planeten in der Nähe
(2) Nutzung der neuen Technologie auf der Erde
(3) Nutzung neuer Fabrikationsmöglichkeiten im Weltraum "in der Nähe"


Freundliche Grüsse, Ralf

mac
31.05.2013, 17:28
Hallo Bynaus,

die wichtigste Information fehlt noch: Was kostet die kWh?

Herzliche Grüße

MAC

Bynaus
31.05.2013, 18:14
@Mac: Ich würde mal von der heutigen Welt ausgehen. Man könnte sich auch fragen, was passiert, wenn bestimmte neue Technologien die kWh-Kosten auf einen bestimmten Betrag senken.

@Ralf:


ich verstehe leider zu wenig von diesen Dingen, insbesondere müsstest Du mir bei den Fragen helfen, wie schnell man sich mit dem Ding bewegen kann und wie weit man damit kommt.

Es ist der Weltraum: du kannst dich mit dem Ding so schnell bewegen wie du willst (innerhalb der Relativitätstheorie, sprich, <c natürlich), und du kommst beliebig weit, wenn du beliebig viel Zeit mitbringst. Der limitierende Faktor wird wohl, wie angedeutet, das Gewicht der Energiequelle sein, die du mitnehmen kannst, um damit den Antrieb zu betreiben.

Da man damit von der Erdoberfläche abheben können muss (wie ich angedeutet hatte), kannst du daraus schliessen, dass die spezifische Leistung zumindest für eine stete Beschleunigung mit 1 Ge ausreicht.

Die Möglichkeiten, die du nennst, sind natürlich auch jene, die mir zuerst einfallen würden und die, sagen wir, dem "standard-Sci-Fi-Szenario" entsprechen. Nun zeichnet sich aber Geschichte gerade dadurch aus, dass es nie so kommt, wie man zuvor gedacht hatte, dass es kommen könnte. Welche Brüche mit dem klassischen Szenario, welche Überraschungen sind denkbar?

mac
31.05.2013, 18:59
Hallo Bynaus,


@Mac: Ich würde mal von der heutigen Welt ausgehen.OK, dann passiert fast das Gleiche wie heute: fast nix. Nur weil man schneller zum Mars kommt, wird es ja nicht viel billiger, also die Bruttopersonalkosten der Astronauten waren da sicher nicht der entscheidende Kostenfaktor. Wenn es wirklich billiger wird z.B. 1/100 der heutigen Kosten, dann sieht das Ganze schon wieder anders aus.

Tourismus? Vielleicht, aber auch zu 1/100 der heutigen Kosten sehe ich da noch keinen Massentourismus.
Industrie? Das ist ein langer Weg. Die bekannten industriellen Fertigungsprozesse benötigen Gravitation. Die unbekannten müssen erst noch entwickelt werden. Das hängt aber nicht nur von den Energiekosten ab. Wenn es dazu Parallelentwicklungen gäbe, z.B. 1,2E11 Pa Seile, (und dergleichen mehr) dann sieht das Ganze schon wieder anders aus, dann könnte man auch irdische Fertigungsprozesse ins All verlegen.

Muß jetzt erst mal schluss machen, vielleicht später noch mehr?

Herzliche Grüße

MAC

Kibo
31.05.2013, 20:17
Es kommt meiner Meinung nach wirklich darauf an, ob man genug Impuls zum entkommen des irdischen Schwerkrafttrichters hat. Ist das nicht derfall müsste man ja erst einmal mit gewöhnlichen Antrieben zum LEO und dann sinken die Kosten natürlich kaum. (Nur in Kombination mit Weltraumlift)
Hat man genügend Impuls, findet sich sicher auch eine Möglichkeit genügend Energie für den aufstieg bereitzustellen. Wahrscheinlich nimmt man dann nuklear, oder externe Versorgung mit Laser/Mikrowellen.
Das taugt dann auf jeden Fall schon einmal als interplanetarer Antrieb, könnte einen Boom im Asteroidenbergbau auslösen.

mfg

FrankSpecht
31.05.2013, 20:26
Ich denke, es wird Kloppe geben, da sich die Staaten und/oder Industrien nicht auf eine gemeinsame, friedliche Nutzung der Ressourcen im All einigen können.

Bynaus
31.05.2013, 23:50
@Mac: Die Energiekosten sind ein marginaler Bruchteil der Kosten bei einer heutigen Weltraummission. Elon Musk meinte mal, dass das Auffüllen der Tanks einer Falcon 9 nur gerade 200'000 Dollar kostet. Das eigentlich teure an der Raumfahrt ist die fehlende Wiederverwendbarkeit - eine solche wäre mit einem Impulsantrieb problemlos möglich. Man bräuchte nicht einmal ein Wiedereintrittssystem für die Erdatmosphäre zu entwickeln: alles, was man tun muss, ist das Raumfahrzeug genügend abzubremsen, bevor es die Erdatmosphäre erreicht. Natürlich gibt es auch andere teure Aspekte: Lebenserhaltungssysteme, Strahlenschutz, Kommunikation, etc. Aber ich denke nicht, dass die Energiekosten derart limitierend wären.

Ich hab mal ein bisschen recherchiert: weltraumtaugliche Atomreaktoren können heute bis zu etwa 200 W/kg entwickeln (http://www.world-nuclear.org/info/Non-Power-Nuclear-Applications/Transport/Nuclear-Reactors-for-Space) (hier sind Watt in Form von Elektrizität gemeint). Für 1 Ge Beschleunigung an der Erdoberfläche brauchen wir ca. 50 W/kg*, es sollte also mehr als genügend Schub für Nutzlast übrig bleiben. Das heisst, alles was wir brauchen, ist ein Raumschiff, das weniger als vier Mal schwerer ist als der Atomreaktor, der den Impuls-Antrieb mit Energie versorgt. Damit könnten wir dann überall hin (so lange halt der Treibstoff des Reaktors reicht).

Die Frage ist: was genau würden wir damit tun? Klar, im ersten Moment: Touristenflüge, Bergbau auf Mond und Asteroiden. Es würde wohl auch wissenschaftliche Expeditionsraumfahrzeuge geben. Man muss sich nur mal die Möglichkeiten vorstellen: wohin würden wir? Auf den Mars? Zu den Polen des Merkurs? Zu den Geysiren von Enceladus? Zu den Vulkanen auf Triton? Und wer würde alles gehen, wer würde wohin gehen, aus welchen Gründen? Weder Strahlung noch langandauernde Schwerelosigkeit wären ein grosses Problem (es gäbe genügend Nutzlastreserven für Abschirmung, und bei stetiger Beschleunigung ist Schwerelosigkeit stets ein vorübergehender Zustand). Was würden Militärs damit anfangen wollen? Welche Prioritäten würden sie setzen?

Ich sehe aber natürlich auch mögliche Probleme: Es wäre z.B. keine grosse Sache, einen solchen Impuls-Antrieb an einen Asteroiden zu kleistern und, sagen wir, auf Kollisionskurs mit der Erde zu bringen. Oder aber, ganz ohne Zugang zu Nuklearwaffen einen kinetischen Imaktor zu bauen, der im Kuipergürtel Anlauf nimmt um sein irdisches Ziel mit der Schlagkraft einer Atomwaffe, aber ohne jeglichen Fallout zu treffen (und entsprechend gäbe es wieder Möglichkeiten, einem solchen Impaktor rechtzeitig ein inertes Ziel, z.B. einen kleinen Asteroiden, in den Weg zu stellen - sofern man den Impaktor natürlich rechtzeitig entdeckt...).

* So gerechnet: pro Sekunde wird die Geschwindigkeit um 9.81 m/s erhöht, sprich die kinetische Energie erhöht sich (pro kg) um 0.5 * 9.81^2 Joule, was einer Leistungsaufnahme von knapp 50 Watt entspricht.

mac
01.06.2013, 00:05
Hallo Bynaus,


Die Energiekosten sind ein marginaler Bruchteil der KostenStimmt! Da war ich nicht richtig im Bilde.

Herzliche Grüße

MAC

ralfkannenberg
01.06.2013, 12:43
wohin würden wir? Auf den Mars?
Ja :) Habe ich ja schon geschrieben.


Zu den Polen des Merkurs?
Ja :) Habe ich ja schon geschrieben.


Zu den Geysiren von Enceladus?
:) :) Wenn es nicht zulange dauert wäre das meine Nr.1-Destination. Mit der Option eines Abstechers auf Dione, da soll es ja auch einen Ozean unter der Oberfläche geben.


Zu den Vulkanen auf Triton?
Ich kann es irgendwie nicht begründen, aber irgendwie reizt mich diese Option weniger, obgleich Triton vermutlich der grösste der Kuipergürtel-Planetoiden ist, halt eingefangen ...



Ich sehe aber natürlich auch mögliche Probleme: Es wäre z.B. keine grosse Sache, einen solchen Impuls-Antrieb an einen Asteroiden zu kleistern und, sagen wir, auf Kollisionskurs mit der Erde zu bringen. Oder aber, ganz ohne Zugang zu Nuklearwaffen einen kinetischen Imaktor zu bauen, der im Kuipergürtel Anlauf nimmt um sein irdisches Ziel mit der Schlagkraft einer Atomwaffe, aber ohne jeglichen Fallout zu treffen (und entsprechend gäbe es wieder Möglichkeiten, einem solchen Impaktor rechtzeitig ein inertes Ziel, z.B. einen kleinen Asteroiden, in den Weg zu stellen - sofern man den Impaktor natürlich rechtzeitig entdeckt...).
Gestern erst waren die Femen-Aktivistinnen ins Studio von Heidi Klum eingedrungen und haben dort protestiert - wenigstens mal 2 schöne Frauen bei dieser Casting-Show, aber das ist hier off topic.

Was ich sagen will: Attentäterinnen sind vermutlich besser "ausgebildet" und hätten ein Verbrechen machen können. Schon heute könnten Selbstmordattentäter vermutlich ohne allzuviel Aufwand ein Endlager plündern, den Inhalt pulvereisieren und in einer Grossstadt verteilen. Wozu Menschen fähig sind hat man ja auch am 11.September vor 12 Jahren gesehen. Ich denke nicht, dass sich das Potential solcher unsinnigen Taten wesentlich ändert, nur weil man einen Impuls-Antrieb hat: auch heutzutage schon könnte man Attentate machen.

Man kann sich aber auch schützen, d.h. protokollieren, wohin so ein Raumschiff fliegt und was es dort "macht".


Freundliche Grüsse, Ralf

Bynaus
01.06.2013, 14:37
@Ralf: Ja, sicher, nur weil's möglich ist heisst das nicht, dass es auch geschehen wird. Aber gerade auf der Staatenebene würde sich wohl einiges ändern, wenn plötzlich jedes Land mit Zugang zu einem solchen Impulsantrieb potentiell auch Waffen mit der Schlagkraft von Atomwaffen zur Verfügung hat. Gut, vielleicht würde das vielmehr zu einer weltweiten Stabilisierung der Beziehungen führen...

Andere Meinungen? Ideen? Befürchtungen?

Kibo
01.06.2013, 14:55
Wie gesagt, der Antrieb brauch Strom, am besten nuklear.
Wenn man schon so einen Reaktor entwickeln muss um solch ein Teil zu benutzen, dann könnte man auch gleich eine Atombombe mit bauen, wenn man es denn wirklich darauf anlegen würde...

Bernhard
01.06.2013, 15:26
wenn plötzlich jedes Land mit Zugang zu einem solchen Impulsantrieb potentiell auch Waffen mit der Schlagkraft von Atomwaffen zur Verfügung hat.
Hallo Bynaus,

das verstehe ich nicht. Warum impliziert ein Impulsantrieb automatisch "Waffen mit der Schlagkraft von Atomwaffen"? SRMeister baut zur Zeit doch auch keine A-Bombe? BTW: Was ist daraus eigentlich geworden, (oder hat SRMeister die Erde schon verlassen)? Kleiner Witz am Rande. Mir ist nur noch eingefallen, dass die Änderung der Ruhemasse aufgrund der inneren Energie doch bereits im Erdschwerefeld gemessen werden können müsste. Reicht zum Nachweis des Effektes also bereits eine sehr genaue Waage aus?
MfG


Befürchtungen?
Eigentlich Nein. Ich halte chemische Antriebe in der Raumfahrt sowieso für nicht mehr zeitgemäß. Ionenantriebe wurden bereits sehr erfolgreich benutzt und ein Impulsantrieb brächte deutlich mehr Sicherheit in der Raumfahrt. Ich würde derartige Entwicklungen sehr begrüßen.
MfG

Alex74
01.06.2013, 15:42
Gestern erst waren die Femen-Aktivistinnen ins Studio von Heidi Klum eingedrungen und haben dort protestiert - wenigstens mal 2 schöne Frauen bei dieser Casting-Show, aber das ist hier off topic.
Ralf, einer Deiner besten Beiträge! Und das soll all Deine anderen, immer hervorragenden Beiträge nicht abwerten! :D

Zum Thema:
Ich würde mich da erstmal raushalten. Ganz einfach weil es eine neue Technik wäre. Es gibt zu wenige neue Entwicklungen, die anfangs nicht haufenweise Tote fordern...

Politisch wäre es ein ganz heißen Eisen. Ich kann mir das beim besten Willen nicht völlig reibungslos vorstellen.
Es ist ferner absehbar, daß Kolonien irgendwo, sobald sie selbsterhaltend existieren können (was wir aber in keinem Fall mehr erleben würden) zumindest zum Teil politische Unabhängigkeit fordern würden.
Das würde deswegen umso spannender werden, als daß sicher vieles von der Ausrüstung dort im Besitz privater Konzerne ist, die wiederum bei den entsprechenden Regierungen intervenieren würden, deren Gerichte wiederum gar nicht anders könnten als Unabhängigkeitsbestrebungen als illegal zu bewerten.
Ich sehe keinen Grund wieso die Geschichte hier anders oder friedlicher verlaufen sollte als vor 50-500 Jahren.

Wirtschaftlich würden sicher sehr schnell Stationen und Städte auf Titan entstehen. Zum einen weil es dort relativ einfach ist, Siedlungen zu bauen (im Gegensatz zu fliegenden Stationen auf Jupiter, wo es ähnlich interessante Gasresourcen gibt) und der Rohstoff ebenfalls sehr lukrativ ist - sofern der hypothetische neue Brennstoff Methan nicht überflüssig macht.

Wissenschaftlich würden einige der ganz großen Fragen geklärt werden können. Stichworte Leben auf Mars, Europa und Enceladus.

Kulturell würde sich enorm viel bewegen.
Wenn, nach sehr vielen Jahren, die ersten Kolonien eigenständig werden und ohne Unterstützung der Erde überleben können, wird die Menschheit (bzw. das was sich aus ihr entwickelt) praktisch nicht mehr auszulöschen sein, bzw. gute 4 Milliarden Jahre Aufschub bekommen.

Bis die ersten Ergebnisse all dieser Entwicklungen eintreten würden, würden aber auch so noch einige Jahrzehnte oder gar Jahrhunderte ins Land gehen, vielleicht ähnlich "schnell" wie von der Entdeckung der Neuen Welt bis zur effektiven Kolonisierung (die ja auch 100-300 Jahre dauerte), zumal man Kolonien auf anderen Planeten nicht so einfach bauen kann wie auf anderen Inseln.

Gruß Alex

Bynaus
01.06.2013, 16:12
@Kibo:


Wie gesagt, der Antrieb brauch Strom, am besten nuklear.

Ich glaube, mit etwas nicht-nuklearem hätten wir keine Chance (und da zähle ich die Antimaterie dazu).


Wenn man schon so einen Reaktor entwickeln muss um solch ein Teil zu benutzen, dann könnte man auch gleich eine Atombombe mit bauen, wenn man es denn wirklich darauf anlegen würde...

Das stimmt natürlich - anderseits ist es schon ein Unterschied. Jedes Raumschiff mit solchem Antrieb ist potentiell eine Bombe, während nicht jeder Atomreaktor eine ist. Man kann sehr wohl Atomreaktoren betreiben, ohne je den Schritt zur Bombe zu machen. Aber man kann keine Impulsantriebe haben, ohne die gleichzeitige Möglichkeit, sie mit hoher Geschwindigkeit in eine Planetenoberfläche zu bohren.

@Bernhard:


Warum impliziert ein Impulsantrieb automatisch "Waffen mit der Schlagkraft von Atomwaffen"?

Weil ein 10 Tonnen Impaktor, der mit ~90 km/s auf der Erdoberfläche einschlägt, eine kinetische Energie von einer Megatonne TNT hat. (4e15 J) Ein Raumschiff, das problemlos von der Erde zum Pluto und zurück kann (z.B.), hat kein Problem, 90 km/s zu erreichen. Die Atmosphäre bietet nur einen minmalen Schutz: bei 90km/s ist der Impaktor da in einer Sekunde durch, das reicht kaum, um irgendwas aufzuhalten oder abzubrennen.

@Alex:


Es ist ferner absehbar, daß Kolonien irgendwo, sobald sie selbsterhaltend existieren können (was wir aber in keinem Fall mehr erleben würden) zumindest zum Teil politische Unabhängigkeit fordern würden.

Das ist absolut absehbar, langfristig. Sich in der Gruppe von anderen Gruppen abzugrenzen, ist Teil der menschlichen Natur. Das muss aber nicht zwingend Gewalt bedeuten. Wenn mehr oder weniger jeder selbst ein Raumschiff bauen und eine Kolonie gründen kann - dann schaut eben auch jeder für sich selbst. Sicher, einige Welten wären rohstoffmässig interessant, und da gäbe es sicher irdische Staaten, die versuchen würden, sich die besten Kuchenstücke frühzeitig zu sichern. Aber anderseits gibt es da draussen so viele Rohstoffe in solch gewaltigen Überflüssen, dass das fast ein wenig lächerlich erscheint. Trotzdem frage ich mich, welche militärischen Aspekte (abseits der genannten Gefahr durch Impaktoren) hier eine Rolle spielen könnten. Gibt es, in einem solchen Umfeld, Orte im Sonnensystem, die strategisch interessant wären?

Welche Gasressource auf Titan meinst du? Methan? Der Abbau von Energierohstoffen über interplanetare Distanzen kann auch mit einem Impulsantrieb nicht lukrativ werden: man muss mehr Energie (in Form von Uran/Thorium für den Reaktor, der den Impulsantrieb mit Energie versorgt) hineinstecken, als man damit gewinnt. Auf Titan selbst wäre das Methan völlig uninteressant, weil man ja keinen Sauerstoff hat, mit dem man es reagieren könnte. Titan könnte dennoch interessant sein, einfach weil er eine relativ sichere, vor Strahlung geschützte Umgebung bietet - abgesehen von der extremen Kälte, natürlich. Aber interessant wäre der Ort nur schon, weil es offenbar der einzige Ort im Sonensystem ist, wo Menschen flügelschlagend mit eigener Kraft abheben könnten. :)

Würdet ihr interstellare Missionen erwarten?

Bernhard
01.06.2013, 16:45
Würdet ihr interstellare Missionen erwarten?
Sobald das energietechnisch machbar wird, wird es voraussichtlich auch realisiert werden. Zuerst mit Sonden, später mit Astronauten. Menschen sind nunmal neugierig und zum Teil eben auch abenteuerlustig und "schlimmeres".
MfG

Kibo
01.06.2013, 18:19
Hallo Bynaus,

.... abgesehen von der extremen Kälte, natürlich. Aber interessant wäre der Ort nur schon, weil es offenbar der einzige Ort im Sonensystem ist, wo Menschen flügelschlagend mit eigener Kraft abheben könnten. :)



Du hast leider keine Quelle genannt, daher schiebe ich eine schöne nach :)

http://what-if.xkcd.com/30/

Und ja, ich erwarte dann eine interstellare Mission. Aber auch dann wird alleine die Vorbereitung Jahrzehnte dauern.

mfg

Alex74
01.06.2013, 18:44
Der Abbau von Energierohstoffen über interplanetare Distanzen kann auch mit einem Impulsantrieb nicht lukrativ werden
Das liegt wie gesagt schon an dem Umstand, daß wenn man eine Energiequelle hat um solche Distanzen schnell zurücklegen zu können, eine Energiequelle wie Methan ziemlich obsolet sein sollte...
Allerdings, als Quelle für Kohlenstoffe für die Güterproduktion könnte es vielleicht dennoch interessant sein.

Zur interstellaren Mission:
Ich glaube ja, sofern die nahesten Sterne binnen 10-20 Jahre zu erreichen wären. Egal welche Art Impulsantrieb man wählt, man wäre zwangsläufig auf einen Radius von weniger als 8 LJ beschränkt, das sind 4 Sternsysteme (Alpha Centauri, Barnards Pfeilstern, Wolf 359, Lalande 21185). Und wir sind uns sicher einig, daß das eine internationale Kooperation sein würde.
Für mich stellt sich bei dieser Reichweite die Frage, zu welchem Stern man aufbrechen würde. Was glaubt Ihr, welche Ziele innerhalb von 8 LJ (nach aktuellen Informationen über diese Sterne) man diskutieren würde?

Aber solch eine Mission würde man erst angehen wenn man schon über diverse Erfahrungen in unserem Sonnensystem verfügen würde. Denn eine solche Mission hätte sicher nicht zum Ziel, nur hin und direkt wieder zurück zu fliegen; das Missionsziel wäre es mit Sicherheit, zunächst in einen Orbit um den Stern zu schwenken, eine längere Zeit lang das Sternsystem zu kartografieren und möglichst viele Informationen über die Planeten dort aus nächster Nähe zu sammeln (mittels Sonden), und die Energieversorgung auf Dauer durch einen Gasriesen dort sicherzustellen und eine Bodenstation auf einem der terrestrischen Planeten zu errichten.
Das alles geht nur wenn man bereits hier genug Erfahrung damit gesammelt hätte, z.B. den Wasserstoff des Jupiter anzuzapfen und eben Stationen auf fremden Körpern zu bauen.
Selbst wenn heute und jetzt eine solche revolutionäre Technik gefunden würde, wir würden das alles nicht mehr erleben und unsere Kinder auch nicht mehr.

Gruß Alex

Bynaus
01.06.2013, 19:08
Und ja, ich erwarte dann eine interstellare Mission.

Wie könnte denn so eine realistischerweise aussehen? Schauen wir mal: Nehmen wir an, wir wollen mit 1 Ge beschleunigen, also brauchen wir 50 Watt pro kg, und unser Atomreaktor liefert 200 Watt pro kg. Sagen wir, mal ganz grob, in interstellares Raumschiff, das Menschen transportiert, hätte eine Masse von 100'000 Tonnen. Dann bräuchte eine Beschleunigung mit 1 Ge also 50 Watt pro kg x 100'000'000 kg = 5 GW. Das ist machbar, das entspricht in etwa der Leistung eines sehr grossen AKWs. Flüssigsalz-Thorium-Reaktoren könnten dereinst aus einer Tonne Thorium permanent 1 GW Strom liefern, und man muss etwa ein Jahr lang mit 1 Ge beschleunigen, um Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit zu erreichen. Das heisst, unser Thorium-Vorrat für eine interstellare Mission müsste 2 x 5 Tonnen betragen (schliesslich wollen wir am Ziel auch wieder bremsen...) - sehr gut machbar, angesichts von 100'000 Tonnen Schiffsmasse. Das erscheint mir sogar äusserst erstaunlich wenig... kann das wirklich stimmen?

Gemäss dieser Seite hier (http://math.ucr.edu/home/baez/physics/Relativity/SR/rocket.html) erreicht man bei einer Beschleunigung von 1 Ge nach einem Jahr eine Geschwindigkeit von 0.77c (natürlich müsste man da aber auch anfangen, relativistisch zu rechnen). Das heisst, eine Reise nach Alpha Centauri würde dann 5.6 (Erd-)Jahre dauern, und die mittleren 3.6 Jahre würden in Schwerelosigkeit stattfinden (vielleicht könnte man die Crew für diese Zeit einfrieren?).

Natürlich gibt es noch weitere Dinge zu beachten. So ist die Leistung eines Atomreaktors, der 1 GW Elektrizität liefert, tatsächlich drei mal so gross, aber der Rest wird in Form von Wärme produziert (dh, bei 5 GW sind das zusätzliche 10 GW an Wärme). Sagen wir, das Raumschiff ist ein Zylinder von 50 m Radius und 300 m Länge, dann hat es eine Oberfläche von 100 * Pi * 300 + 2 * 50^2 Pi = ~100'000 m^2. Sagen wir, wir wollen es auf einer angenehmen Temperatur von 300 K halten. Dann ist die dafür benötigte Leistung P = sigma * A * T^4 = 5.67e-8 * 100'000 * 300^4 = 46 MW, also sehr viel weniger als die Leistung, die aus den Rekatoren kommt. Ohne Radiatoren oder sonstige Wärmesenken würde das Raumschiff (in der Beschleunigungsphase) eine Temperatur von 1150 K erreichen... Um diese Wärme abzubauen, ist eine 300 K Oberfläche von 22 Mio m^2 nötig (z.B. eine Kugel mit einem Radius von 1.3 km).

Bynaus
01.06.2013, 19:19
@Alex: warum wäre man auf 8 LJ beschränkt? Wenn man ein 100000 Tonnen Raumschiff mit nur 5 Tonnen Th pro Jahr mit 1 Ge beschleunigen kann, steht einem das Universum offen: ganz ohne Warpantrieb. Siehe den Link in meinem letzten Post. 100 Tonnen Th bringen die Crew in nur gerade 20 Jahren Schiffszeit ins Zentrum der Milchstrasse. Nur, die Sache mit der Rückkehr wird dann ein bisschen schwierig.

EDIT: Hm, okay, da muss irgendwo ein Fehler drinstecken. Gemäss der verlinkten Seite braucht man für jedes kg Nutzlast und konstanter Beschleunigung zu Alpha Centauri 38 kg "Treibstoff" inkl. Abbremsen (in diesem Fall: zerstrahlte Materie - bei Thorium müsste es dann wohl deutlich mehr sein).

Kibo
01.06.2013, 19:50
...und die mittleren 3.6 Jahre würden in Schwerelosigkeit stattfinden...

Warum nicht die deine Hälfte der Zeit beschleunigen, und gleich danach mit dem abbremsen beginnen?


...aber der Rest wird in Form von Wärme produziert...

Wie wäre es mit mit einem Polywell Wiffle ball (http://en.wikipedia.org/wiki/Polywell)? Direkt Strom, ohne Umwege über Wärme, wäre dann natürlich Wasserstoff als Energiequelle.

mfg

Major Tom
01.06.2013, 20:15
Würdet ihr interstellare Missionen erwarten?

Also ich denke eigentlich nicht, daß diese Entwicklung zu mehr Bedrohung führen würde - eher im Gegenteil. Sobald ein überfülltes Biotop verlassen werden kann sollte das Agressionspotential wohl reduziert werden. Ich würde erwarten, daß der Kampf um Rohstoffe sich entspannt oder wenigstens von der Erde weg verlagert.
Umweltbelastende Schwerindustrie würde sich wohl in der Nähe der Rohstoffe oder an Verkehrsknotenpunkten ansiedeln. Das könnten dann Asteroiden oder Monde sein.

Zunächst würde eine dauerhafte Besiedlung von Planeten oder Monden wohl nicht stattfinden, da künstliche Habitate und Weltraumstädte effizienter, komfortabler und sicherer wären.

Ein interessanter Schritt des Erkenntnisgewinns wäre wohl die Nutzung der Gravitationslinse unserer Sonne. 550 AE sollten für diesen Antrieb ja wohl kein Problem darstellen.

Könnte gut sein daß sich dadurch interessante Fernziele ergeben und irgendwann sich das eine oder andere Habitat auf eine interstellare Reise macht.

MT

Bynaus
01.06.2013, 21:48
Warum nicht die deine Hälfte der Zeit beschleunigen, und gleich danach mit dem abbremsen beginnen?

Ja, das stimmt natürlich. Wobei dann eben der Bedarf an Treibstoff sehr schnell sehr stark ansteigt (siehe EDIT im letzten Post).


Wie wäre es mit mit einem Polywell Wiffle ball? Direkt Strom, ohne Umwege über Wärme, wäre dann natürlich Wasserstoff als Energiequelle.

Oder Wasserstoff und Bor. Aber natürlich wird diese Energie dann immer noch freigesetzt (nachdem sie Arbeit am Impuls-Antrieb geleistet hat). Das heisst, man hat 5 GW, die weg müssen. Bei 300 K ist das immer noch eine Fläche von 11 Mio m^2 (11 Quadratkilometer). Das ist ein Aspekt von Raumschiffen, den die Science-Fiction nur allzu oft vergisst...


Ein interessanter Schritt des Erkenntnisgewinns wäre wohl die Nutzung der Gravitationslinse unserer Sonne. 550 AE sollten für diesen Antrieb ja wohl kein Problem darstellen.

Stimmt - das wäre eine ausgezeichnete Kombination! Einfach ein grosses Teleskop bauen, und nach Bedarf neu positionieren (das Teleskop muss ja die Sonne immer zwischen dem Spiegel und dem Ziel halten, wenn die Gravitationslinse funktionieren soll).

Alex74
01.06.2013, 21:51
100 Tonnen Th bringen die Crew in nur gerade 20 Jahren Schiffszeit ins Zentrum der Milchstrasse. Nur, die Sache mit der Rückkehr wird dann ein bisschen schwierig.
Genau aus beiden Gründen (siehe fett markiert) würde man die Distanz nicht allzuweit setzen ;)
Man wird den Flug so planen daß Kontakt bei der Ankunft in menschlich nutzbarer Zeit zustande kommt. Und 20 Jahre Flugzeit sind für jedes nur erdenkliche Raumschiff und ihre Besatzung einfach immens.

Torsoise
01.06.2013, 22:24
J

Das heisst, man hat 5 GW, die weg müssen. Bei 300 K ist das immer noch eine Fläche von 11 Mio m^2 (11 Quadratkilometer). Das ist ein Aspekt von Raumschiffen, den die Science-Fiction nur allzu oft vergisst...



Hallo,

das Problem erninert mich an das Dyson-Phären Thema :cool:


Lösungsvorschlag:

Thermische Energie in elektrische Umwandeln (mit max. 90 % Wirkungsgrad bei der Umwandlung) und via Laser wegschiessen!

ralfkannenberg
01.06.2013, 22:52
Radius von weniger als 8 LJ beschränkt, das sind 4 Sternsysteme (Alpha Centauri, Barnards Pfeilstern, Wolf 359, Lalande 21185). Und wir sind uns sicher einig, daß das eine internationale Kooperation sein würde.
Hallo Alex,

egal ob man nun Schiffszeit nimmt oder eine Rückkehr zur Erde plant: wenn Du 8 Lichtjahre planst, so würde ich minimal grosszügiger planen und den nur wenig weiter entfernten Sirius mit seinem Weissen Zwerg auch noch in der Planung mitberücksichtigen.

Zudem gibt es dazwischen auch noch ein Pärchen zweier Brauner Zwerge (http://astronews.com/forum/showthread.php?6676-Braune-Zwerge-Paar) bei ungefähr 6.5 Lichtjahren Abstand.


Freundliche Grüsse, Ralf

Alex74
01.06.2013, 23:13
Die 8 LJ waren mehr oder weniger über den Daumen, der Sinn sollte klar sein: jedes bißchen Entfernung mehr müßte durch eine erheblich bessere Chance auf ein erheblich lohnenswerteres Ziel gerechtfertigt sein. Sirius wird durch die große Strahlenbelastung seiner Planeten eher nicht in der engeren Wahl sein, und die Motivation "nur" mal einen Weißen Zwerg aus der Nähe zu sehen ist für so ein Projekt zu wenig - wohl aber was für etwaige Sonden.
Ähnlich ist das mit den Braunen Zwergen; bei einer Flugzeit von Jahrzehnten wird man das Projekt so planen, daß diese Leute zum großen Teil dort bleiben werden.
Dazu ist es unerlässlich, daß man sicher einen Festkörper hinreichender Größe findet und auch Erfahrung damit hat, selbsterhaltende Kolonien aufzubauen. Ein Raumschiff, und sei es noch so groß, wird in sich niemals selbsterhaltend funktionieren können. Irgendwann ist die Technik verschlissen.

Lina-Inverse
01.06.2013, 23:30
Eine Frage, die mich derzeit aus verschiedenen Gründen beschäftigt, ist folgende: nehmen wir an, es wäre möglich, einen (lokal) reaktionslosen Antrieb zu entwickeln, der nur Energie braucht, um Schub zu entwickeln (und zwar so viel, dass die Energieerhaltung nicht verletzt wird)
Wenn der Energieerhaltungssatz nicht verletzt werden soll, muss der Antrieb immer noch die Energiemenge aufbringen die am Ende kinetisch im Raumschiff steckt. Für 1/2c ist die kinetische Energie ca. 10^16 joule/kg (Wiki (http://de.wikipedia.org/wiki/Kinetische_Energie#Kinetische_Energie_in_der_relat ivistischen_Mechanik)), das leistet keine uns zur Verfügung stehende Energiequelle.
Um 1kg in einen Erdorbit zu bringen sind näherungsweise (potentielle Energie + kinetische Energie) 3.4*10^7 joule nötig (Link (http://www.erkenntnishorizont.de/raumfahrt/rueckstoss/satenergie.c.php)).

Das Problem ist das Bynaus den Energiebedarf pro 10m Geschwindigkeitsänderung als Konstante angenommen hat. Das kann aber nicht gleichzeit mit Ekin=1/2m*v^2 gelten. Also Energieerhaltung in den Wind schiessen oder ausgeträumt?

Gruss
Michael

Bynaus
02.06.2013, 09:47
@Alex: Innerhalb von 8 (oder auch 12) Lichtjahren gibt es sicher interessante Ziele. Das Paar Brauner Zwerge hat Ralf schon genannt. Von den von dir genannten Sternen stünde wohl Alpha Centauri zuoberst auf der Liste. Bei den Roten Zwerge kommt es darauf an, ob sie Planeten haben. Bei moderater Erweiterung des Aktionsradius auf ca. 12 Lichtjahre wären wohl Epsilon Erdiani, Procyon, 61 Cygni, Epsilon Indi und Tau Ceti weitere Ziele. Die ersten solchen Expeditionen wären wohl kaum zur Gründung von Kolonien gedacht: weil dann spielt die Rückkehrzeit zur Erde überhaupt keine Rolle mehr, und man kann auch sehr viel weiter draussen liegende Ziele ins Auge fassen.

@Torsoise: Ich bezweifle, dass eine solche Umwandlung so leicht möglich ist. Es ist sicher möglich, einen Teil der Wärmeleistung zu elektrifizieren. In diesem Fall würde man aber wohl eher den Reaktor kleiner machen (so dass er dank der aus der Wärme gewonnen Energie insgesammt immer noch 5 GW leistet) als die so produzierte Leistung mit Lasern abstrahlen.

@Lina: Selbstverständlich muss die Energieerhaltung bestehen bleiben, wie ich im Eingangspost ja geschrieben hatte.


Für 1/2c ist die kinetische Energie ca. 10^16 joule/kg (Wiki), das leistet keine uns zur Verfügung stehende Energiequelle.

Doch: Antimaterie liefert 9 x 10^16 Joule/kg. Ein Raumschiff mit ca. 20% Antimaterie-Zuladung als Energieträger (und 100% effizienter Umwandlung selbiger in Energie für den Impulsantrieb) könnte also auf 0.5 c beschleunigen und wieder bremsen.

Du hast aber recht, dass das viel mehr ist als ich berechnet hatte: hier muss irgendwo der Fehler sein, den ich vermutete...


Um 1kg in einen Erdorbit zu bringen sind näherungsweise (potentielle Energie + kinetische Energie) 3.4*10^7 joule nötig (Link).

Das stimmt. In einem kg Thorium stecken aber 3 x 10^13 J - das reicht hier also problemlos.


Das Problem ist das Bynaus den Energiebedarf pro 10m Geschwindigkeitsänderung als Konstante angenommen hat. Das kann aber nicht gleichzeit mit Ekin=1/2m*v^2 gelten.

Es muss doch aber gleichzeitig gelten: denn wer sagt, relativ zu was man das "v" messen muss? Die Naturgesetze sind gleich, unabhängig von der Geschwindigkeit, mit der man sich bewegt. Um eine Sekunde lang mit 1 Ge zu beschleunigen, braucht man eben 50 Joule pro kg: denn man ist nachher 9.81 m/s schneller, die kinetische Energie hat sich also um 0.5 * (9.81 m/s)^2 = 50 Joule pro kg erhöht. Eine Energieaufnahme von 50 Joule pro Sekunde entspricht dann 50 Watt. Ganz unabhängig davon, wie schnell man sich - relativ zu was auch immer - bereits bewegt.

Bynaus
02.06.2013, 10:06
In Ergänzung zu dem, was ich oben zuletzt geschrieben hatte: Jetzt bin ich völlig verwirrt. Stellen wir uns vor, wir wollen dem Raumschiff (interplanetar) ein Delta-V Budget von 100 km/s bereit stellen. Wie viel Thorium pro kg müssen wir mitnehmen? (Thorium = 3e13 J/kg) Warum soll es einen Unterschied machen, ob man 100 Mal die Geschwindigkeit um 1 km/s ändert oder ein einziges Mal um 100 km/s?

Torsoise
02.06.2013, 10:59
@Torsoise: Ich bezweifle, dass eine solche Umwandlung so leicht möglich ist.

Wärmetauscher, Dampfturbienen, sind alte und recht gut Verstandene Technologien. Der Trick ist mittels Wärmetauscher die abgestrahlte Energie in den Energiegewinnungskreislauf zurückzuführen!



In diesem Fall würde man aber wohl eher den Reaktor kleiner machen (so dass er dank der aus der Wärme gewonnen Energie insgesammt immer noch 5 GW leistet) als die so produzierte Leistung mit Lasern abstrahlen.


Das war auch eher nur als Spass gemeint bzw. eine Alehnung an den Lösungsvorschlag einfach die Hülle auf 11 Mio m² zu vergrößern! :rolleyes:

Enas Yorl
02.06.2013, 11:34
Wärmetauscher, Dampfturbienen, sind alte und recht gut Verstandene Technologien. Der Trick ist mittels Wärmetauscher die abgestrahlte Energie in den Energiegewinnungskreislauf zurückzuführen!

So simpel ist es nicht hier einen guten Wirkungsgrad zu erreichen, für Wärmetauscher und Dampfturbinen braucht man ein Temperaturgefälle. Und im Weltraum ist es nun einmal schwer die Wärme loszuwerden, auch das mit den Laser ist nicht so leicht. Die Entropie lässt sich nicht umkehren, mit jedem Arbeitsprozess nimmt diese zu.

Bynaus
02.06.2013, 11:36
Wärmetauscher, Dampfturbienen, sind alte und recht gut Verstandene Technologien. Der Trick ist mittels Wärmetauscher die abgestrahlte Energie in den Energiegewinnungskreislauf zurückzuführen!

Das Problem ist fundamentalerer Natur als du offenbar vermutest. Es gibt keine Energieumwandlung ohne Wärmeverlust. Zudem braucht es stets eine Wärmesenke, um aus Wärme Energie zu gewinnen. Egal was man unternimmt, egal welche Arbeit man den gewonnen Strom verrichten lässt, egal wieviele noch so effiziente Maschinen man dazwischenschaltet, am Ende liegt die gesamte elektrische Leistung aus dem Reaktor als nicht-nutzbare Wärme vor. Und wenn man das Raumschiff nicht in einen Hochofen verwandeln will, braucht man Radiatoren, um diese Wärme abzustrahlen.

Auf der Erdoberfläche sind wir uns nicht bewusst, dass es dieses Problem gibt, weil die Atmosphäre jegliche Wärmestrahlung aufnimmt. Das Vakuum hingegen ist ein ausgezeichneter Isolator. Alle Raumfahrzeuge müssen deshalb dafür sorgen, dass überschüssige Abwärme aktiv abgestrahlt wird. Deshalb z.B. hat auch die ISS Radiatoren. Die Apollo-Raumschiffe verdampften Wasser, das aus den Brennstoffzellen kam (das geht mit Brennstoffzellen, aber nicht mit Atomreaktoren). Die Radiatoren sind auch bei dieser nuklear angetriebenen Sonde (die es nie geben wird) gut sichtbar: http://de.wikipedia.org/wiki/Jupiter_Icy_Moons_Orbiter

Kibo
02.06.2013, 11:39
Wärmetauscher, Dampfturbienen, sind alte und recht gut Verstandene Technologien. Der Trick ist mittels Wärmetauscher die abgestrahlte Energie in den Energiegewinnungskreislauf zurückzuführen!

Wärmetauscher und Dampturbinen funktionieren ebend aber nur in Verbindung mit einem anderen kälteren Medium. Man kann immer nur aus einem Wärmeunterschied Energie gewinnen. Das ist ein ganz generelles Problem.

Torsoise
02.06.2013, 13:07
Es gibt keine Energieumwandlung ohne Wärmeverlust.

Ja... Ansonsten hätte wir ja fast schon ein perpetuum mobile.



Zudem braucht es stets eine Wärmesenke, um aus Wärme Energie zu gewinnen.

Ist mir soweit klar... man kann keine Energie z.b. aus einen 20°C warmen wasserstrahl direkt auf einen anderen 20°C warmen wasserstrahl übertragen.



Zudem braucht es stets eine Wärmesenke, um aus Wärme Energie zu gewinnen.

Ich ersetze hier Wärmesenke mit Energiesenke. Diese Energiesenke kann ich doch auch mittels Durckunterschied realisieren? Das heisst, ich lasse ein Medium entspannen, dadurch kühlt es sich ab und kann Energie eines anderen Mediums (reaktor kühlmittel) aufnehmen. Das einzigste was ich brauch ist Volumen!



Egal was man unternimmt, egal welche Arbeit man den gewonnen Strom verrichten lässt, egal wieviele noch so effiziente Maschinen man dazwischenschaltet, am Ende liegt die gesamte elektrische Leistung aus dem Reaktor als nicht-nutzbare Wärme vor.

Unter der Vorrasuetzung das sich das Raumschiff nie bewegt und auch kein Laser abgeschossen wird! :cool:



Auf der Erdoberfläche sind wir uns nicht bewusst, dass es dieses Problem gibt, weil die Atmosphäre jegliche Wärmestrahlung aufnimmt. Das Vakuum hingegen ist ein ausgezeichneter Isolator. Alle Raumfahrzeuge müssen deshalb dafür sorgen, dass überschüssige Abwärme aktiv abgestrahlt wird. Deshalb z.B. hat auch die ISS Radiatoren. Die Apollo-Raumschiffe verdampften Wasser, das aus den Brennstoffzellen kam (das geht mit Brennstoffzellen, aber nicht mit Atomreaktoren). Die Radiatoren sind auch bei dieser nuklear angetriebenen Sonde (die es nie geben wird) gut sichtbar: http://de.wikipedia.org/wiki/Jupiter_Icy_Moons_Orbiter

Das man in Sonden bzw in die ISS keine Dampfturbienenkraftwerk einbaut ist schon klar. Aber warum Dampfturbienen/Wärmetuascher im Weltraum pauschal nicht funktionieren können, habe ich noich nicht verstanden! Das radiatoren nicht zu 100% durch wärmetauscher+turbiene ersetz werden können ist mir ja vollkommen bewusst. Selbst wenn ich 85% der Wärmeenergie in eletrische Energie umwandle und diese z.b. in meinen Antrieb reinjage. Muss ich trotzdem 15% über abstrahlung loswerden. Könnte man nicht auch einen Teil der Energie in form von wärmeenergiezwischenspeichern und dann alle paar tage/wochen/monate den Reaktor abschalten? Sollte ja nicht sonderlich stören!

P.S. Mir gehts es prinzipell nur darum das Problem von Bynaus zu durchdenken: z.b. raumschiff mit 50 GWel-Reaktor was einen Kudelradius 13 km brauch um über reine abstrahlung die energie los zu werden). Wenn ich mir dann 8 km sparen kann weil ich die Energie effizienter Nutze, wäre das ja Super!

mac
02.06.2013, 13:37
Hallo Bynaus,


Warum soll es einen Unterschied machen, ob man 100 Mal die Geschwindigkeit um 1 km/s ändert oder ein einziges Mal um 100 km/s?Weil 10^2 nicht das Selbe ist, wie 10*(1^2) und weil der Impuls eine Erhaltungsgröße ist.

Herzliche Grüße

MAC

Torsoise
02.06.2013, 13:47
So simpel ist es nicht hier einen guten Wirkungsgrad zu erreichen, für Wärmetauscher und Dampfturbinen braucht man ein Temperaturgefälle.

Lasst uns rechnen (ich weiss aber nicht wie). Als Kältemittel nehmen wir: Kohlenstoffdioxid

Wiki sagt:

Summenformel CO2
Spezifische Verdampfungsenthalpie (-10 °C) ca. 260 kJ/kg
Volumetrische Kälteleistung (-10 °C) ca. 18400 kJ/m³
Siededruck (-10 °C) 26,49 bar
Siededruck (+20 °C) 57,29 bar
Siedetemperatur (1 bar) nicht flüssig unterhalb 5,2 bar
Kritischer Punkt +30,98 °C / 73,77 bar

Ich will bynaus 10 GW von einen CO2-Volumenstrom aufnehmen lassen.

x = 10 * 10 ^9 J/s / 18400000 J/m³ = 543 m³ flüssiges Co2 ?



"volumetrische Kälteleistung
Die volumetrische Kälteleistung ist die mit dem Kältemittel unter Arbeitsbedingungen je m3 angesaugtem Dampf zugeordnete Kälteerzeugung."

In diese 543 m³ Co2 kann ich die 10 GW wärmeenergie reinstecken und mittels dazuschaltung von turbienen zwischen den zwei prozessen: Spannung(Wärmezufuhr durch reaktorwärme) und Entspannung (volumenvergrößerung/druckabfall), Energie gewinnen?

Bynaus
02.06.2013, 16:56
@Tortoise: Du kannst der Thermodynamik keine Schnippchen schlagen. Wie gesagt: egal was du machst, irgendwann ist alle Energie, die an der Quelle freigesetzt wird, in Form von Wärme vorhanden, die an der Aussenhülle des Raumschiffs abgestrahlt werden muss. Je nachdem, wie gross diese Fläche ist, nimmt das Raumschiff eine andere Temperatur an.


Das heisst, ich lasse ein Medium entspannen, dadurch kühlt es sich ab und kann Energie eines anderen Mediums (reaktor kühlmittel) aufnehmen. Das einzigste was ich brauch ist Volumen!

Wie stellst du dir das konkret vor: wenn dein Medium entspannt ist, kann es eben noch weniger Wärme vom Reaktor aufnehmen. Zudem, wenn du das Medium (sagen wir: Wasser) einfach in den Weltraum verdampfen lässt, dann hilft das zwar, aber du brauchst eben auch Unmengen von Wasser. Wenn du das Wasser nicht verdampfen lässt, nimmt es einfach die Temperatur des Raumschiffs an (siehe oben). Wie oben erwähnt: keine Schnippchen.


Aber warum Dampfturbienen/Wärmetuascher im Weltraum pauschal nicht funktionieren können, habe ich noich nicht verstanden! Das radiatoren nicht zu 100% durch wärmetauscher+turbiene ersetz werden können ist mir ja vollkommen bewusst. Selbst wenn ich 85% der Wärmeenergie in eletrische Energie umwandle und diese z.b. in meinen Antrieb reinjage.

Überleg dir mal, was mit der Energie geschieht, die du in den Antrieb steckst. Die geht nicht einfach verloren, sondern sie wird letztlich ebenfalls in Wärme umgewandelt.

@Mac:


Weil 10^2 nicht das Selbe ist, wie 10*(1^2) und weil der Impuls eine Erhaltungsgröße ist.

Mir leuchtet das rein rechnerisch ein, aber ich seh physikalisch nicht ein, warum es einen Unterschied machen sollte ob ich nun hundert Mal um 1 km/s beschleunige oder ein einziges Mal um 100 km/s. Ich versteh im Moment auch die Verbindung nicht, die du hier zur Impulserhaltung schlägst.

Lina-Inverse
02.06.2013, 17:05
Hallo Bynaus,

offensichtlich unterscheidet sich unser Sprachverständnis signifikant. Vielleicht überdenkst du mal was man im allgemeinen im deutschen "zur Verfügung stehend" versteht. Das fällt da meiner Meinung nach ganz sicher nicht drunter:

Doch: Antimaterie liefert 9 x 10^16 Joule/kg. Ein Raumschiff mit ca. 20% Antimaterie-Zuladung als Energieträger (und 100% effizienter Umwandlung selbiger in Energie für den Impulsantrieb) könnte also auf 0.5 c beschleunigen und wieder bremsen.Wenn du schon mit Antimaterie mit 100% Wirkungsgrad als Energiequelle kommst kannst du dir den Impulsantrieb schenken, den brauchst du dann nicht mehr wirklich.


Das stimmt. In einem kg Thorium stecken aber 3 x 10^13 J - das reicht hier also problemlos.Du übergehst das du diese Energiemenge aus der Bindungsenergie nicht in vernünftiger Zeit zu 100% freisetzen kannst, geschweige denn verlustfrei umsetzen kannst. Existierende Kernreaktoren sind aber miserabel was die Ausnutzung des Kernbrennstoffs betrifft (ist stationär kein Problem wegen der hohen Energiedichte, man kann das Zeug ja aufarbeiten). Das soll beim Thorium ja besser sein - nur der steht uns noch nicht zur Verfügung.

Du hast einen Start von der Erdoberfläche postuliert, das setzt voraus das du eine höhere Beschleunigung als 1g erreichen musst (alles unter 1g geht in die Gravitationsverluste bis ein Orbit erreicht ist). Das ist eine Herausforderung für die Energiequelle, sie muss die 10^7 j/kg innerhalb weniger Minuten liefern - anders als im Weltraum muss man entweder richtig beschleunigen oder es tut sich nichts - kein gemütliches herausspiralen aus der Umlaufbahn mit 1/1000g.


Es muss doch aber gleichzeitig gelten: denn wer sagt, relativ zu was man das "v" messen muss? Wie kann wie ein Raumschiff das von jenseits Pluto mit Impulsantrieb 1/2 Jahr lang mit 1g beschleunigen und dabei 50watt * (180 tage a 86400 sekunden) = 7.7*10^10j umsetzt dann mit einer kinetischen Energie von 10^16j auf der Erde aufschlagen? (Dein Impaktorszenario).

Gruss
Michael

Torsoise
02.06.2013, 18:15
@Tortoise: Du kannst der Thermodynamik keine Schnippchen schlagen. Wie gesagt: egal was du machst, irgendwann ist alle Energie, die an der Quelle freigesetzt wird, in Form von Wärme vorhanden, die an der Aussenhülle des Raumschiffs abgestrahlt werden muss. Je nachdem, wie gross diese Fläche ist, nimmt das Raumschiff eine andere Temperatur an.

Ok.. unter der Annahme das ein Laser für dich auch "Wärme" ist .. nur halt ein anderes Spektrum.. Passt das auch für mich. Es gibt letzten Endes nur den Weg über die Hülle/Aussenhaut. Ob die Energie nun über Eine Metallplatte oder einer Diode abgestrahlt wird ist Egal. Weg Beamen geht nicht.. und nen schwazres Loch gibts auch nicht an Bord.



Wie stellst du dir das konkret vor: wenn dein Medium entspannt ist, kann es eben noch weniger Wärme vom Reaktor aufnehmen.

Krübel.. krübel..

Das Medium entspannt sich weil ich mehr Volumen zur Verfügung stelle. Bei diesen Entspannungsvorgang nimmt es Wärme vom Reaktor auf(genau wie eine haarsprähdose). Wenn mehr Volumen zur Verfügung steht, ändert sich auch der Druck. Druckänderungen kann ich mithilfe einer Turbiene in el-Energie umwandeln (teilchen wandern vom gebiet mit hohen druck richtung dem gebiet mit wenig druck. Zwischen diesen beiden Gebieten Sitzt die Turbine). Dann nehme ich einen Teil der el-Energie und Stecke Sie in einen Kompressor welchen das Medium wieder in den Zustand vor dem ersten entspannen bringt. Da durch Wärmezufuhr aus den Reaktor auch der Druck des Mediums steigt, kann ich efektiv Wärmeenergie in elektrische Energie umwandeln. Der Kreislauf des Mediums ist dann auch geschlossen!



Zudem, wenn du das Medium (sagen wir: Wasser) einfach in den Weltraum verdampfen lässt, dann hilft das zwar, aber du brauchst eben auch Unmengen von Wasser.

Siehe Post oben.



Wenn du das Wasser nicht verdampfen lässt, nimmt es einfach die Temperatur des Raumschiffs an (siehe oben). Wie oben erwähnt: keine Schnippchen.

Das CO2 wird bei Volumenerhöhung und damit Druckvermidnerung von Flüssig zu Gasförmig wechseln! Das ist Vorrausetzung damit ich die Turbiene antreiben kann! Wenn ich mithilfe des Kompressors den Druck erhöhe wird das Medium sogar heisser als die Umgebung (also.. die Energiedichte steigt).




Überleg dir mal, was mit der Energie geschieht, die du in den Antrieb steckst. Die geht nicht einfach verloren, sondern sie wird letztlich ebenfalls in Wärme umgewandelt.


Das stimmt! Hab aber keine wirklich Vorstellung was ein impulsantrieb macht (wikipedia weiss es auch nicht).. aber da er sicherlich keine materie ausstößt, stimm ich dir zu, das die energie erst einmal im raumschiff angestaut wird(ob direkt in wärmeenergie oder inform eines impulses.. keine Ahnung). Aber lieber die Energie in den Antrieb stecken und schneller beschleunigen, als zu versuchen alles über die Ausshaut des schiffes in form von infarotstrahlung loszuwerden. :p



auch das mit den Laser ist nicht so leicht.

Kann mir jemmand einen Link mit den Hintergründen nennen? Oder kurz erklären auf welche Probleme man stößt, wenn man statt elektromagnetischen Spektrum das spektrum eines Lasers zum emitieren von Energie nutzt?

Kibo
02.06.2013, 19:24
Hallo Torsoise,

kannst du mir erklären warum du mit den gerade so schwer erarbeiteten elektrischen Strom einen sinnlosen Laser antreiben möchtest anstatt den Impulsantrieb?

mfg

Torsoise
02.06.2013, 19:52
Hallo Torsoise,

kannst du mir erklären warum du mit den gerade so schwer erarbeiteten elektrischen Strom einen sinnlosen Laser antreiben möchtest anstatt den Impulsantrieb?

mfg

Warum ich die Energie nicht in den Antrieb stecken sollte, hat Bynaus schon geschrieben:



Überleg dir mal, was mit der Energie geschieht, die du in den Antrieb steckst. Die geht nicht einfach verloren, sondern sie wird letztlich ebenfalls in Wärme umgewandelt.

Ausgangssituation für die Idee mit dem Laser ist ein Raumschiff, welches nicht genug Oberfläche hat um die Wärmeenergie des schiffinternen Reaktors zu kompensieren. Aus den Raumschiff ne Kugel mit vielen km Durchmesser zu machen, wird als Lösung des Wärme-Problems per se ausgeschlossen!

Torsoise
02.06.2013, 21:24
Natürlich gibt es noch weitere Dinge zu beachten. So ist die Leistung eines Atomreaktors, der 1 GW Elektrizität liefert, tatsächlich drei mal so gross, aber der Rest wird in Form von Wärme produziert (dh, bei 5 GW sind das zusätzliche 10 GW an Wärme).

Das mit dem Laser basiert ja letztenendes auch auf diesen Post von bynaus. Der Thorium-Reaktor produziert ja an sich keine elektrizität. Er produziert Wärme Energie welche dann in einer Dampfturbiene erst in el-Energie umgewandelt wird. Laut wikipedia wäre der maximale Wirkungsgrad der carnot wirkungsgrad (<87%). Da aber jedoch auch die Möglichkeit besteht, elektrische Energie welche sich bei Benutzung in wärmeenergie wandelt mittels wärmetauscher zu "recyceln". Ist defakte sogar ein "Nutzungs"-Wirkungsgrad von über 100% Möglich. Also wäre es blödsinn Energie mit den Laser zu verballern. Genauso wie es blödsinn wäre zu versuchen 10 GW über die Aussenhülle des Schiffes zu loszuwerden?

Enas Yorl
03.06.2013, 08:28
Kann mir jemmand einen Link mit den Hintergründen nennen? Oder kurz erklären auf welche Probleme man stößt, wenn man statt elektromagnetischen Spektrum das spektrum eines Lasers zum emitieren von Energie nutzt?

Das Problem besteht darin, das man beim konzentrieren der Wärmeenergie und anschließenden abstrahlen mit dem Laser, mehr Entropie auf dem Raumschiff erzeugt als man damit abstrahlt.

Kibo
03.06.2013, 08:29
Um das kurz noch einmal zusammen zu fassen:

Wenn du einen Thorium Reaktor mit 87% Wirkungsgrad hast, und 5GW elektrischen Strom brauchst, dann gibt es auch nur ungenutzte Wärmeenergie von 0,747 GW die man abführen muss. Solch ein hoher Wirkungsgrad ist nur theoretisch machbar und er bringt auch nicht nur Vorteile. Wenn man beispielsweise die Dampfturbinen durch etliche Stirling-Motoren ersetzen würde und alles Meterdick dämmt kommt man natürlich auf einen ziemlich hohen Wirkungsgrad, dafür wiegt die Reaktormaschinerie dann aber 1000 Tonnen und muss täglich von 100 Technikern gewartet werden...

Manchmal ist es einfach am günstigsten Radiatoren zu verwenden, dann muss man auch keine kilometergroßen Kugeln bauen.

mfg

Major Tom
03.06.2013, 09:45
Wäre es eigentlich denkbar, die ganze Kraftwerks Sektion weitgehend vom Rest des Schiffs zu trennen ?
Wenn die Radiatoren dort dann ein paar tausend Grad heiß werden könnte möglicherweise auch mehr Energie pro Fläche abgestrahlt werden.
MT

Kibo
03.06.2013, 10:21
Ich denke nicht, dass die Abwärme wirklich ein großes Problem darstellt. Nichts was man mit gutem Design nicht in den Griff kriegen könnte.

ralfkannenberg
03.06.2013, 10:51
Die 8 LJ waren mehr oder weniger über den Daumen, der Sinn sollte klar sein: jedes bißchen Entfernung mehr müßte durch eine erheblich bessere Chance auf ein erheblich lohnenswerteres Ziel gerechtfertigt sein. Sirius wird durch die große Strahlenbelastung seiner Planeten eher nicht in der engeren Wahl sein, und die Motivation "nur" mal einen Weißen Zwerg aus der Nähe zu sehen ist für so ein Projekt zu wenig
Hallo Alex,

das sehe ich jetzt aber ganz anders: hier haben wir einen Himmelskörper in der "Nähe" (nur doppelt so weit entfernt wie das sonnennächste bekannte Sternsystem alpha/Proxima Centauri), auf dem völlig andere physikalische Verhältnisse herrschen als in irgendeinem irdischen Labor. Da wird es sicherlich genügend Experimente geben, die man mal "vor Ort" überprüfen sollte.

Und wenn man über so eine tolle Technologie wie einen Impulsantrieb verfügt, dann gehe ich mal stillschweigend davon aus, dass man auch die Strahlung geeignet abschirmen kann.



Ähnlich ist das mit den Braunen Zwergen; bei einer Flugzeit von Jahrzehnten wird man das Projekt so planen, daß diese Leute zum großen Teil dort bleiben werden.
Im Gegensatz zum Weissen Zwerg könnte das hier aber möglich sein. Wobei es beim Sirius auch einen schönen weit genug entfernt umlaufenden Planeten geben könnte, der als Basis zum Wohnen geeignet ist.



Dazu ist es unerlässlich, daß man sicher einen Festkörper hinreichender Größe findet und auch Erfahrung damit hat, selbsterhaltende Kolonien aufzubauen. Ein Raumschiff, und sei es noch so groß, wird in sich niemals selbsterhaltend funktionieren können. Irgendwann ist die Technik verschlissen.
Ich denke, das ist ein ganz zentraler Punkt, der noch zuwenig angesprochen wurde: während die Seefahrer früherer Zeiten oftmals zwar auch nicht wieder zurückkommen konnten, so wussten sie, dass einen Unfall oder eine Meuterei ausgeschlossen sie irgendwann auf einer grünen Insel ankommen und dort überleben können.

Das weiss man im Falle der interstellaren Raumfahrt nicht und einfach so eine Sonde vorschicken geht auch nicht, weil sie uns ihre Ergebnisse nicht vermitteln kann: selbst wenn sie nach Sondenzeit in 20 Jahren im Zentrum der Galaxie einen schönen Planeten findet, so vergeht auf der Erde etwas mehr Zeit. Und zusätzlich braucht die Botschaft per Lichtgeschwindigkeit über 25000 Jahre, um die Erde zu erreichen.

Somit kommt der Rückkehrbarkeit eine grosse Bedeutung zu, es sei denn, man ist gewillt, sein Leben und das seiner Nachfahren an Bord riesiger Raumstationen zu verbringen, was übrigens auch ethische Fragen aufwerfen könnte, ob man es seinen Nachfahren zumuten darf, dass sie nicht auf einem schönen Planeten wohnen können.

In einem ersten Schritt würde ich also die Rückkehrbarkeit vorsehen, und das schränkt die Reichweite wesentlich ein. Hat aber auch den Vorteil, dass die Forscher ihre Ergebnisse den Erdbewohnern halbwegs zeitnah mitteilen können, so dass diese Folge-Expeditionen planen können.


Freundliche Grüsse, Ralf

Ich
03.06.2013, 11:11
Hi Bynaus,

deine 50 J/kg brauchst du, um von 0 auf 10 m/s zu beschleunigen. Wobei die Geschwindigkeit relativ zu der unendlich großen Rückstoßmasse zu nehmen ist, die du dafür brauchst, z.B. der Stator eines Linearmotors. Um von 10 m/s auf 20 m/s zu beschleunigen, muss die Kraft für eine größere Strecke erzeugt werden, du brauchst mehr Energie.
Rückstoßantriebe funktionieren anders und immer schlechter als ein solcher Antrieb. Wenn du z.B. Licht als Rückstoßmedium nutzt, geht fast die ganze Energie dafür drauf, einen unglaublichen Lichtstrahl zu erzeugen; die kinetische Energie, die das Raumschiff gewinnt, ist im Verhältnis vernachlässigbar. (Außerdem immer gleich Null im momentanen Ruhesystem!)

Das Verhältnis von Leistung zu Schub ist (1-\sqrt(1-v²/c²))*c²/v, wenn v die Ausströmgeschwindigkeit ist. Das ist bei niedriger Ausströrmgeschwindigkeit v/2, für hohe ist es v.
Für die 100000 t brauchst du 1 GN Schub. Das wären bei 10 m/s deine 5 GW. Allerdings müsstest du dafür pro Sekunde 100000 t Material ausstoßen, was etwas unpraktisch wäre.
Mit Laserantrieb brauchst du nur 330 g pro Sekunde, das geht. Die Leistung beträgt dann aber 300 Millionen Gigawatt. Was auch wieder Richtung "unpraktisch" geht.
Einen goldenen Mittelweg gibt's leider nicht wirklich. Man kann den Schub mit z.B. herkömmlichem Raketenantrieb erzeugen, braucht dann aber 2500 GW und 20 t/s - was beides unpraktisch wäre.

Also, die erforderliche Ingenieursleistung ist um ein Vielfaches größer als das, wovon ihr ausgeht. Das hat einfach nichts mit heutiger Technologie zu tun.

ralfkannenberg
03.06.2013, 11:25
Also, die erforderliche Ingenieursleistung ist um ein Vielfaches größer als das, wovon ihr ausgeht. Das hat einfach nichts mit heutiger Technologie zu tun.
:confused:
verstehe ... - vielleicht sollte man die Ziele "Zentrum der Galaxie" und "Weisser Zwerg beim Sirius" etwas redimensionieren und als erstes Teilprojekt zum Mars fliegen und dem Spirit eine neue Batterie einsetzen.

Und dann als Zweites eine Mission zu einem der Merkur-Pole einplanen, auf so einer Mission kann man auch Erfahrungen hinsichtlich "Strahlenschutz" sammeln.


Freundliche Grüsse, Ralf

UMa
03.06.2013, 16:43
Hallo Bynaus,

ich denke nicht, dass man an Impulserhaltung-verletzenden Triebwerken denken muss. Nimm doch einfach ein normales Rückstoßtriebwerk. Die optimale, d.h. energieminimale, Ausströmgeschwindigkeit liegt bei etwa 63% des delta-v. Das delta-v ist das doppelte der Maximalgeschwindigkeit (nicht relativistisch) falls man wieder abbremsen will. Der Energieverbrauch (bei 100% Wirkungsgrad) ist dann nur E=Leermasse*0.772*(delta-v)^2. Das ist nicht so viel mehr als die kinetische Energie der Leermasse von Ekin=Leermasse*1/8*(delta-v)^2 (bzw. Ekin=Leermasse*1/2*(delta-v)^2 falls man nicht abremst).
Und soviel Energie aufwenden, dass du deutlich über 0.5c kommst wirst du ohnehin nicht wollen, kannst also erstmal weiter nicht relativistisch rechnen.

Grüße UMa

Bynaus
03.06.2013, 22:25
@alle: Freut mich, dass das Thema doch noch euer Interesse hat zu wecken vermögen... :)

@Lina: Mir ging es nur darum, richtigzustellen, dass es durchaus Energieträger gibt, die eine Bewegung mit Bruchteilen der Lichtgeschwindigkeit erlauben dürften. Ob das praktisch in nächster Zeit realisierbar ist, ist natürlich eine andere Frage.


Du übergehst das du diese Energiemenge aus der Bindungsenergie nicht in vernünftiger Zeit zu 100% freisetzen kannst, geschweige denn verlustfrei umsetzen kannst.


Du hast einen Start von der Erdoberfläche postuliert, das setzt voraus das du eine höhere Beschleunigung als 1g erreichen musst

Da ein weltraumtauglicher Atomreaktor etwa 200 W/kg freisetzen kann, dachte ich, dass sich damit die benötigte Leistung von 50W/kg freisetzen lässt. Siehe jedoch weiter unten, was diese "50 W/kg" angeht. Wenn die Rechnung so stimmen würde, hätte man damit prinzipiell eine Beschleunigung von 4 Ge erreichen können.


Wie kann wie ein Raumschiff das von jenseits Pluto mit Impulsantrieb 1/2 Jahr lang mit 1g beschleunigen und dabei 50watt * (180 tage a 86400 sekunden) = 7.7*10^10j umsetzt dann mit einer kinetischen Energie von 10^16j auf der Erde aufschlagen? (Dein Impaktorszenario).

Jep, du legst den Finger auf die Quelle meiner Verwirrung, die ich mit eurer Hilfe aufzuklären versuche.

@Kibo:


Manchmal ist es einfach am günstigsten Radiatoren zu verwenden, dann muss man auch keine kilometergroßen Kugeln bauen.

Genau - man kommt letztlich um Radiatoren nicht herum. Aber die machen das Schiff eher unförmig und schwerfällig. "Shuttles" wie direkt aus Star Trek sind so nicht möglich. Oder aber, man nützt das ganze aus und baut halt relativ grosse Kugeln: ein grosser Innenraum ist ja nicht zwingend problematisch, so lange die Masse des Gefährts nicht ins unermessliche steigt (sicher auch ein Optimierungsproblem, dh, es würde für jedes Hüllen-Material eine optimale Schiffsgrösse geben).

@Ich: Aha, nun nähern wir uns dem Kern des Problems. Ich glaube, in diesem Satz liegt tatsächlich der Hund begraben:


Um von 10 m/s auf 20 m/s zu beschleunigen, muss die Kraft für eine größere Strecke erzeugt werden, du brauchst mehr Energie.

Das stimmt genau! Das heisst aber offenbar auch, dass die Existenz eines Impulsantriebs zwingend die Existenz eines bevorzugten Inertialsystems bedingt, gegenüber dem man beschleunigen muss.


Also, die erforderliche Ingenieursleistung ist um ein Vielfaches größer als das, wovon ihr ausgeht. Das hat einfach nichts mit heutiger Technologie zu tun.

Wie gesagt, es geht mir nicht um Rückstossantriebe. Es geht mir um die Frage: angenommen, wir hätten sowas wie einen Impulsantrieb: könnten wir ihn mit ansonsten nahezu heutiger Technologie nutzbringend für die Erforschung des Weltraums einsetzen, und welche wissenschaftlichen/technologischen/politischen/soziologischen Konsequenzen hätte das?

@UMa:


ich denke nicht, dass man an Impulserhaltung-verletzenden Triebwerken denken muss.

Wer redet denn davon, dass ein Impulsantrieb die Impulserhaltung verletzen muss? Ich auf jeden Fall nicht.

Verletzt ein Tether (ein stromführendes Kabel in einem planetaren Magnetfeld) die Impulserhaltung, nur weil er ohne direktes Rückstossmedium auskommt? Natürlich nicht. Wie funktioniert ein Tether? Er interagiert mit einem Feld, das den Rückstoss an die Quelle des Feldes vermittelt: das heisst, letztlich liefert die Erde (bzw., der das Magnetfeld erzeugende Planet) die Rückstossmasse, gegenüber der der Tether beschleunigt. Genauso wäre es bei einem (hypothetischen) Impulsantrieb: die Gesamtheit der Masse im Universum liefert die Rückstossmasse, gegenüber der der Impulsantrieb beschleunigt.

Natürlich könnten wir jetzt diskutieren, ob es einen solchen Antrieb geben kann, und wie man ihn allenfalls bauen könnte. Aber dafür gibts andere Threads: Mich interessiert, was wir tatsächlich tun könnten, wenn wir mal für den Moment davon ausgehen, dass wir einen solchen Antrieb hätten.


Nimm doch einfach ein normales Rückstoßtriebwerk.

Das ist eben nicht die Idee. Ich würde gerne etwas neues ausprobieren, nicht das altbekannte zum x-ten Mal neu diskutieren (auch wenn ich deinen Input dazu trotzdem schätze).

Lina-Inverse
04.06.2013, 00:41
Hallo Bynaus,

ich denke in deinem "bevorzugten Inertialsystem" liegt der dicke Hund begraben.

Betrachten wir einmal den klassischen Reaktionsantrieb, die Beschleunigung ist als a = F/m definiert (Wiki (http://de.wikipedia.org/wiki/Beschleunigung#Zusammenhang_zwischen_Beschleunigun g_und_Kraft)). Da die Reaktionsmasse aus der die Kraft F resultiert, definiert eine konventionelle Rakete tatsächlich ihr "bervorzugtes Inertialsystem" - rein von der Rechnung her ruht die Rakete. Darum ist der Energieaufwand für die Rakete (unter der unrealistischen Prämisse ihre Masse bleibe konstant) für die Beschleunigung um X konstant. Tatsächlich sinkt sie sogar weil die Rakete ja durch die abgestossene Reaktionsmasse immer leichter wird.

Die Energiedifferenz zwischen kinetischer Energie bei Brennschluss und dem Intgral der auf die Rakete einwirkenden Kraft F über die Zeit (Brenndauer) lässt sich dann dadurch erklären das die Rakete "schummelt" weil sie ihre Reaktionsmasse (Treibstoff) ja immer mit beschleunigt hat. Nur deshalb gilt die Formel a = F/m überhaupt für die Rakete,.

Bei einem Impulsantrieb ist nicht klar welches das Inertialsystem ist auf welches der Antrieb überhaupt wirkt. Dazu müssten wir etwas über seine physikalische Arbeitsweise wissen. Darum ist das nun Folgende reine Vermutung von mir.

Bei dem potentiellen Kandidaten Mach-Lorenz Antrieb, wäre das Inertialsystem wohl das Gravitationsfeld in dem sich der Antrieb bewegt. Statt dessen muss man das beschleunigte Bezugssystem (http://de.wikipedia.org/wiki/Beschleunigtes_Bezugssystem#Dynamik) berücksichtigen (kapiert habe ich den Artikel noch nicht, ich hoffe jemand ist hier fitter und kann es uns verständlicher machen). Da mit steigender Geschwindigkeit relativ zum Inertialsystem der Energiebedarf für ein gegebenes delta-v von 10m/s immer weiter ansteigt gilt hier nicht mehr a = F/m!

Für andere "next-generation" Kandidaten (Magsail etc.) denke ich ist die Lage die gleiche.

Hoffende Grüsse keinen Blödsinn verzapft zu haben,
Michael