PDA

Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : interstellare Raumschiffphysik



JensU
16.01.2018, 21:47
Hier stelle ich mein interstellares Raumschiffkonzept mit der angewendeten Physik und Mathematik vor.
Bilder dazu sind per E-mail möglich.

Meine Anforderungen an ein interstellares Raumschiff:
Es muss sehr leicht, schnell, bezahlbar und sehr stabil für eine sehr hohe Beschleunigungen sein.

Die Beschleunigung, Raumschiffmasse, spezifischer Impuls beinflussen die Flugzeit
im Raumschiff entscheident.
Dadurch ist ein Trägheitsdämpfer für die Astronauten notwendig.

Die Reaktionsmasse und Energie für das Raumschiff in einem ist der Raum mit der kosmischen Teilchenstrahlung selbst bzw.
die Anwendung der Astrophysik.
Das Raumschiff wandelt die Teilchenstrahlung direkt in einen nach außen gerichteten spezifischen Impuls um.

Gruß,
Jens

Bynaus
16.01.2018, 22:10
Hast du dir mal Gedanken gemacht, wie viel Energie da pro Quadratmeter Raumschiffoberfläche zur Verfügung steht, und wie sich das mit den Anforderungen eines schnellen interstellaren Raumfluges vergleicht?

Alex74
16.01.2018, 22:31
Hallo JensU,

"Trägheitsdämpfer" - zu viel Star Trek geschaut?
Ansonsten: kosmische Strahlung gezielt umlenken. Wie soll das funktionieren?
Ferner: Hast Du mal berechnet wieviel Energie da theoretisch rauszuholen ist? Die kosmische Strahlung, das sind 1000 Teilchen je Sekunde je m². Selbst wenn Dein Raumschiff 100 ha Oberfläche hätte, die diese Teilchen umlenken könnte (also 1 Mrd. m²), wären das gerademal 1 Mrd. Teilchen je Sekunde.
Klingt viel?
Jedes Teilchen transportiert im Mittel (ich schätze hier leider nur zwischen den Extremwerten da mir exakte Mittelwerte fehlen) 10^12 eV.
Selbst wenn Du 100% der Energie der Teilchen verwerten könntest, stünden dem Raumschiff nur 10^21 eV zur Verfügung, das sind etwa 1,6*10^2 Joule, also 160 Joule.
Das entspricht der Energie einer drittel Erbse.

Ich hoffe allerdings ich habe keinen Rechen- oder Denkfehler, ich bin da eigentlich lange raus...

Gruß Alex

Bynaus
16.01.2018, 22:43
Da braucht es keine Trägheitsdämpfer. Aber ein Langweiledämpfer, das wär nicht schlecht. So langsam wie das Raumschiff voran käme... ;)

mac
17.01.2018, 00:21
Hallo JensU,

so weit ich das mit den kleinen Bröckchen Information von Dir zu erkennen glaube, ist Deine Idee ein bald 60 Jahre alter Hut!

https://en.wikipedia.org/wiki/Bussard_ramjet

und neben dem Problem zunächst mit einem 'konventionellen' Antrieb einige % c zu erreichen, einen Staustrahlfusionsreaktor zu entwickeln, ein tausende km weit ins All reichendes Magnetfeld beträchtlicher Stärke zu erzeugen und sich davor zu schützen, ist der Hauptgegner die Impulserhaltung.

Herzliche Grüße

MAC

Bynaus
17.01.2018, 10:08
so weit ich das mit den kleinen Bröckchen Information von Dir zu erkennen glaube, ist Deine Idee ein bald 60 Jahre alter Hut!

https://en.wikipedia.org/wiki/Bussard_ramjet


Das ist jetzt aber auch eine sehr wohlmeinende Interpretation! :)

mac
17.01.2018, 13:24
Hallo Bynaus,


Das ist jetzt aber auch eine sehr wohlmeinende Interpretation! :)Ja, ich fürchte Ja!


Versuche gerade mir vorzustellen, welche technischen Konsequenzen solch eine Behauptung
Wenn wir für die gleiche Strecke mit 20g beschleunigen und abbremsen würden, wären wir 1h unterwegs und 2 Tonnen leichter.wohl hätte? (gleiche Strecke waren hier 100 Millionen km und seine Zeitangabe falsch. (Er hätte mit diesem Manöver nur rund 6 Promille dieser Strecke geschafft)

Bleiben wir aber mal bei 20 g Beschleunigung und 0,5 Stunden (danach will er ja wieder abbremsen) und der von mir dort (http://www.astronews.com/forum/showthread.php?8790-Beschleunigung-mit-1g&p=124377#post124377) genannten (Schiffs)Masse von 4 t, bestehend aus 2 t Struktur plus 2 t Menschen, Ausrüstung, incl. dem Rest seiner 2 Tonnen ‚Treibstoff‘ nach dieser halben Stunde.

Bei einem Wirkungsgrad des Antriebes von (sehr optimistischen) 90% müßte er in dieser halben Stunde rund 2,5E13 Joule Wärme los werden. Das ist etwa so viel Abwärme, wie z.B. das Kernkraftwerk Brunsbüttel (http://perspektive-brunsbuettel.de/content/uploads/2016/11/DAS-KERNKRAFTWERK-BRUNSBUETTEL.pdf) in gut 4,5 Stunden produziert und mit knapp 600 tausend Tonnen Wasser kühlt.

Wieviel Abstrahlfläche bei welcher Temperatur er dafür brauchen würde, hab‘ ich jetzt noch nicht gerechnet, fürchte aber, daß er auch mit 50% der Strukturmasse bei weitem nicht auskommen wird.

Herzliche Grüße

MAC

mac
17.01.2018, 20:19
Noch ein paar Worte zur Abwärme.

Im Weltall kann man nur mit Strahlungswärme kühlen (weil es weder Luft noch Wasser gibt)

Wenn man die, im vorigen Post beschriebene anfallende Wärme los werden möchte, braucht man eine entsprechend große Abstrahlfläche. Ich lasse mal alle Probleme mit Festigkeit, Eigenlänge Temperaturgradient zwischen Wärmeleitung und ‚Kühlblech‘ außen vor und gehe nur vom Schmelzpunkt von Wolfram aus, 3695 Kelvin und lege, ohne mich um die Materialeigenschaften so dicht am Schmelzpunkt zu kümmern, eine Betriebstemperatur von 3690 K zu Grunde.

Dann braucht man ein quadratisches Blech mit 1,089 km² Kantenlänge (ein Blech hat zwei Abstrahlseiten). Dieses Blech soll 1 mm dick sein, dann hat es eine Masse von 22800 Tonnen (die ja mitbeschleunigt werden müßten, was aber eine Beschleunigung 20 g schon wieder ausschließen würde, weil diese Energiemenge nur bei einer beschleunigten Masse von 4 Tonnen anfällt. (Mit Stahl wären es, wegen des geringeren Schmelzpunktes 214000 Tonnen)

Welche bautechnischen Kunststücke man dabei vollbringen müße um den Bereich der Eigenfestigkeit nicht zu überschreiten, hab‘ ich mir nicht überlegt, da es sowieso keine absehbar realistische Möglichkeit gibt ein solches Schiff zu bauen und dann durchgehend mit 20 g zu beschleunigen.

Wen es interessiert, das Rechenverfahren findet man z.B. hier: https://de.wikipedia.org/wiki/Stefan-Boltzmann-Gesetz

Herzliche Grüße

MAC

Bynaus
17.01.2018, 20:53
Ganz allgemein lässt sich sagen, dass das Problem der Abwärme in der Science Fiction (meist!) komplett ignoriert wird. Betriebstemperatur des Raumschiffs, Abwärme der Energieversorgung und die zur Verfügung stehende Abstrahloberfläche (und wie du sagst, das damit zusammenhängende Gewicht) hängen stark zusammen und limitieren die Möglichkeiten. Es ist kein Zufall, dass die Radiatoren der ISS fast gleich gross sind wie ihre Solarpanels...

Major Tom
18.01.2018, 00:53
Wird interessant, was die Materialforschung da noch liefern kann.
Nanotubes z.B. haben etwa die hundertfache Wärmeleitfähigkeit von Kupfer bei einem spezifischen Gewicht von nur 1,4 g/cm³. Und da sie auch zur Beschichtung von Wolframglühdraht in Glühbirnen verwendet werden, halten sie wohl auch einiges an Hitze aus.

Alex74
18.01.2018, 10:03
Wäremeleitfähigkeit hat nur leider nichts mit Abstrahlwärme zu tun. Das beste was man erreichen kann ist die Wärmeabstrahlung eines perfekten Schwarzkörpers.

Bernhard
18.01.2018, 10:24
Wäremeleitfähigkeit hat nur leider nichts mit Abstrahlwärme zu tun.
Im Prinzip ist das zwar richtig, weil es sich um unterschiedliche physikalische Vorgänge handelt, aber ich würde auch schätzen, dass eine gute Wärmeleitfähigkeit förderlich bei der Abfuhr von Abwärme sein sollte.

Vielleicht wird man also einmal von der Verwendung von Nanotubes in der Raumfahrt hören.

Major Tom
18.01.2018, 10:27
Wäremeleitfähigkeit hat nur leider nichts mit Abstrahlwärme zu tun. Das beste was man erreichen kann ist die Wärmeabstrahlung eines perfekten Schwarzkörpers.

Stimmt – aber mein Punkt ist, dass eine höhere Wärmeleitfähigkeit auch eine gewichtsparendere Konstruktion ermöglichen sollte. (mehr Fläche bei gleicher Masse oder weniger Masse für die gleiche Fläche)
Im übrigen muß ich noch etwas richtigstellen: die hundertfache Leitfähigkeit hat sich auf Stahl und nicht wie von mir irrtümlich geschrieben auf Kupfer bezogen.

Protuberanz
18.01.2018, 13:29
Hallo JensU,

so weit ich das mit den kleinen Bröckchen Information von Dir zu erkennen glaube, ist Deine Idee ein bald 60 Jahre alter Hut!

https://en.wikipedia.org/wiki/Bussard_ramjet

und neben dem Problem zunächst mit einem 'konventionellen' Antrieb einige % c zu erreichen, einen Staustrahlfusionsreaktor zu entwickeln, ein tausende km weit ins All reichendes Magnetfeld beträchtlicher Stärke zu erzeugen und sich davor zu schützen, ist der Hauptgegner die Impulserhaltung.

Herzliche Grüße

MAC

Selbst wenn das funktionieren würde, könnte man wohl auf absehbare Zeit jede Strecke nur einmal fahren. Beim zweiten Mal stottert dann der Reaktor, oder bleibt gleich ganz aus. Hin- und Rückweg müssen also immer verschieden sein. Zumindest solange, bis die Strahlung in ein paar Tausend oder Millionen Jahren, wieder mal ein paar Teilchen in diese Gegend gepustet hat.

mac
18.01.2018, 14:54
Hallo Protuberanz,

mal abgesehen davon, daß es, zumindest nach bisherigem Stand nicht geht, spielt der 'Kanal' den man mit sowas 'freiräumen' kann überhaupt keine Rolle.

Zur leichteren Vorstellung der Größenverhältnisse: Selbst wenn der Auffangschirm einen Radius, so groß wie die Erdbahn um die Sonne hätte (150 Millionen km Radius), dann wäre das auf einer Strecke von 4 Lichtjahren das gleiche Verhältnis wie ein 1 m langes Rohr mit einem Durchmesser von 8 Mikrometern (etwa so groß wie ein rotes Blutkörperchen).

Das Gas im interstellarraum ist zwar sehr dünn verteilt, bewegt sich aber dennoch mit erheblicher Geschwindigkeit um das galaktische Zentrum herum aber auch chaotisch durcheinander und Start und Ziel haben ebenfalls eine Relativgeschwindigkeit zueinander. Dieser 'Stichkanal' wäre schon nach wenigen Wochen kaum noch zu erkennen.

Herzliche Grüße

MAC

Stevie
18.01.2018, 16:53
Selbst wenn das funktionieren würde, könnte man wohl auf absehbare Zeit jede Strecke nur einmal fahren. Beim zweiten Mal stottert dann der Reaktor, oder bleibt gleich ganz aus. Hin- und Rückweg müssen also immer verschieden sein. Zumindest solange, bis die Strahlung in ein paar Tausend oder Millionen Jahren, wieder mal ein paar Teilchen in diese Gegend gepustet hat.

Man möge es mir als Laien nachsehen, aber das verstehe ich nicht. Es wird doch seitens TE von der Teilchenstrahlung gesprochen, oder nicht? Da diese aber mW von überall her gleich einfällt, sollte sich doch eigentlich gar kein "Flugkanal" bilden können.
Das durchflogene, "gesiebte" Raumgebiet sollte sich doch direkt wieder mit Teilchen gefüllt haben?

In Bezug auf interstellares Gas kann ich mac´s Antwort nach vollziehen.

Wo liegt da mein Denkfehler?

mac
18.01.2018, 19:28
Hallo Stevie,


Wo liegt da mein Denkfehler?Wenn ich Dich richtig verstehe, nirgendwo.

Das Missverständnis liegt wahrscheinlich bei den Vorstellungen von Protuberanz bezüglich der Geschwindigkeiten von Gasatomen aller Art im All und den tatsächlichen Größenverhältnissen.

Herzliche Grüße

MAC

Bynaus
18.01.2018, 21:56
Ich denke, JensU meinte die hochenergetische Teilchenstrahlung ("kosmische Strahlung"). Die kann man nicht für einen Antrieb nutzen weil sie pro Raumeinheit sehr viel weniger Energie liefert (selbst wenn man sie perfekt nutzen könnte) als ein interstellares Raumschiff braucht.

Mac erwähnte den Bussard-Staustrahl-Antrieb (der übrigens seine ganz eigenen grundsätzlichen Probleme hat), aber dieser Arbeitet nicht mit der hochenergetischen Teilchenstrahlung, sondern mit dem vergleichsweise langsamen Wasserstoff-Gas (bzw. Plasma) im interstellaren Raum. Auch hier kommt die Energie, die das Raumschiff antreibt, nicht direkt aus der Bewegung dieser Teilchen, sondern aus ihrer Kernfusion.

mac
19.01.2018, 01:24
Um mal einen Eindruck zu bekommen, um welche Energien es bei dem Teilchenfluß der kosmischen Strahlung geht:


Pro Quadratmeter und Sekunde treffen etwa 1000 Teilchen auf die Erdatmosphäre mit einer Energiedichte von etwa 1eV/cm².Quelle: http://www1b.physik.rwth-aachen.de/~schael/Seminar%20SS07_files/2007_06_04_schumacher_ausarbeitung.pdf

Um also die oben beschriebenen 2,49E14 Joule Energie (4 Tonnen Masse, 30 Minuten mit 20 g beschleunigt) innerhalb von 30 Minuten aufzusammeln, bräuchte man ein ‚Fangnetz‘ mit einem Radius von 5,25 Milliarden km, also weit über die Neptunbahn hinaus. ‚Leider‘ nimmt der Teilchenfluß, weiter weg von der Erdbahn, also auch weiter weg von der Sonne, dramatisch ab. Und allein durch Einfangen erhält man noch lange keinen gerichteten Vortrieb (wie weit oben schon geschrieben, wegen der Impulserhaltung)

Herzliche Grüße

MAC

pauli
19.01.2018, 01:59
Hier stelle ich mein interstellares Raumschiffkonzept mit der angewendeten Physik und Mathematik vor.
Bilder dazu sind per E-mail möglich.

Meine Anforderungen an ein interstellares Raumschiff:
Es muss sehr leicht, schnell, bezahlbar und sehr stabil für eine sehr hohe Beschleunigungen sein.

Die Beschleunigung, Raumschiffmasse, spezifischer Impuls beinflussen die Flugzeit
im Raumschiff entscheident.
Dadurch ist ein Trägheitsdämpfer für die Astronauten notwendig.

Die Reaktionsmasse und Energie für das Raumschiff in einem ist der Raum mit der kosmischen Teilchenstrahlung selbst bzw.
die Anwendung der Astrophysik.
Das Raumschiff wandelt die Teilchenstrahlung direkt in einen nach außen gerichteten spezifischen Impuls um.

Gruß,
Jens
So ein ausgefeiltes Raumschiffkonzept kriegt nur noch der Pop-Titan in einer Pinkelpause bei DSDS hin

Gruß
Naddel

Stevie
19.01.2018, 12:12
Hallo Stevie,

Wenn ich Dich richtig verstehe, nirgendwo.

Das Missverständnis liegt wahrscheinlich bei den Vorstellungen von Protuberanz bezüglich der Geschwindigkeiten von Gasatomen aller Art im All und den tatsächlichen Größenverhältnissen.

Herzliche Grüße

MAC

Hallo Mac und Bynaus,
vermutlich lag es hieran:

"Ich denke, JensU meinte die hochenergetische Teilchenstrahlung ("kosmische Strahlung")."

"Mac erwähnte den Bussard-Staustrahl-Antrieb "

Das sind doch verschiedene Konzepte (?) und deshalb war ich etwas verwirrt.

Vielen Dank für die Aufklärung!

Bynaus
19.01.2018, 15:19
Um mal einen Eindruck zu bekommen, um welche Energien es bei dem Teilchenfluß der kosmischen Strahlung geht:

Quelle: http://www1b.physik.rwth-aachen.de/~schael/Seminar%20SS07_files/2007_06_04_schumacher_ausarbeitung.pdf

Um also die oben beschriebenen 2,49E14 Joule Energie (4 Tonnen Masse, 30 Minuten mit 20 g beschleunigt) innerhalb von 30 Minuten aufzusammeln, bräuchte man ein ‚Fangnetz‘ mit einem Radius von 5,25 Milliarden km, also weit über die Neptunbahn hinaus. ‚Leider‘ nimmt der Teilchenfluß, weiter weg von der Erdbahn, also auch weiter weg von der Sonne, dramatisch ab. Und allein durch Einfangen erhält man noch lange keinen gerichteten Vortrieb (wie weit oben schon geschrieben, wegen der Impulserhaltung)

Herzliche Grüße

MAC

Ja gut, aber um ein Teilchen der kosmischen Strahlung mit einem Magnetfeld ("Fangnetz") abzulenken, muss es gleich extrem viel stärker sein als für normales interstellares Wasserstoffgas. Da macht es viel mehr Sinn, gleich auf dem Sonnenwind zu surfen (wo das Magnetfeld-Fangnetz überschaubar gross sein kann - aber ohne Fusions-Komponente sind da nur ca. 400 km/s = 0.13% c erreichbar).

Aber etwas verstehe ich in deinen Ausführungen nicht: der Teilchenfluss der kosmischen Strahlung (NICHT der solar-kosmischen Strahlung oder des Sonnenwindes) nimmt mit zunehmender Entfernung von der Sonne zu. Das Magnetfeld des Sonnenwindes schützt den Raum innerhalb der Heliopause, deshalb ist der Flux hier etwa vier Mal tiefer als im interstellaren Raum.

mac
19.01.2018, 18:31
Hallo Bynaus,

ja, ich hab‘ mich da nicht präzise genug ausgedrückt, bzw. verschiedene Verfahren nicht deutlich getrennt beschrieben.

Der Sonnenwind ist deshalb geeignet für einen ‚Antrieb‘, weil er ein gerichteter Teilchenstrom ist (weg vom Stern) aber seine Intensität eben auch mit dem Quadrat der Entfernung zum Stern abnimmt, was bei interstellaren Entfernungen natürlich einen dramatischen Unterschied ausmacht.

Dagegen kommt die kosmische Strahlung aus allen Richtungen und die Impulsvektoren der einzelnen Teilchen summieren sich mehr oder minder zu 0, so daß man ihre Energie nicht in einen gerichteten Antrieb umwandeln kann – ich kenne zumindest kein Selektionsverfahren, mit dem man sowas bewerkstelligen könnte, schon gar nicht in solchen Dimensionen.

Vielleicht sollte ich noch erwähnen, daß diese energiereichen Teilchen keinen Rucksack, gefüllt mit anzapfbarer Energie mit sich tragen, sondern ihre Energie in ihrer relativen Geschwindigkeit zu unserer Geschwindigkeit, eben als kinetische Energie ‚mit sich führen‘,

Betrachtet man die übertragene Energie, dann muß man im Bereich zwischen Erd- und Marsbahn bei der galactic cosmic radiation mit grob 0,3 bis 1 Sievert, also auf den Menschen übertragene Energie pro Jahr rechnen und beim Sonnenwind mit sehr grob 6 Sievert pro Jahr (ungeschützt auf der Haut). Der Sonnenwind kann aber um mehrere Größenordnungen schwanken. Quelle: http://www.astronews.com/forum/showthread.php?732-Marsmission-Vertretbares-Strahlenrisiko&p=9156#post9156

Weiter weg von der Sonne und erst recht außerhalb der Heliopause, ist die kosmische Strahlung stärker, aber eben nicht gerichtet.

Herzliche Grüße

MAC

JensU
19.01.2018, 18:52
Vielen Dank für Antworten bzw. Beiträge.

Ist die kosmische Teilchenstrahlung im galaktischen Magnetfeld gerichtet?
Würde der nach außen gerichtete spezifische Impuls mit der Beschleunigung zunehmen?

Gruß,
Jens

Stevie
19.01.2018, 20:37
JensU,

wolltest DU hier nicht ein (Dein) Konzept vorstellen?

mac
19.01.2018, 21:32
Hallo JensU,


Ist die kosmische Teilchenstrahlung im galaktischen Magnetfeld gerichtet?nach dem was Du bisher hier geschrieben hast, überrascht mich diese Frage leider nicht! :(


Die Teilchen der kosmischen Strahlung werden nach ihrer Entstehung vielfach von magnetischen Feldern abgelenkt, deren Verteilung und Stärke nicht im Detail bekannt ist. Die Messung der Richtung, aus der diese Teilchen kommen, beinhaltet also keine Information über die Herkunft. Im Experiment sieht man dies daran, dass die kosmische Strahlung isotrop auf die Erde trifft.Hervorhebung durch mich.
Quelle: http://www.physik.uni-regensburg.de/forschung/gebhardt/gebhardt_files/skripten/QuellenKS.pdf

Herzliche Grüße

MAC

PS Noch eine Bitte an Dich: Bevor Du den darauf folgenden Absatz als Strohhalm zu erkennen glaubst, lies nochmal in Post #19 nach, wie groß die Auffangfläche sein mußte wenn man alle Teilchen auffangen und was nicht geht, ausnutzen könnte und bei Wikipedia, wie sich die verschiedenen Energien auf die Teilchenzahlen verteilen.

Bynaus
19.01.2018, 21:41
@mac:


Der Sonnenwind ist deshalb geeignet für einen ‚Antrieb‘, weil er ein gerichteter Teilchenstrom ist (weg vom Stern) aber seine Intensität eben auch mit dem Quadrat der Entfernung zum Stern abnimmt, was bei interstellaren Entfernungen natürlich einen dramatischen Unterschied ausmacht.

Ja. Interessanterweise kann ein "Magnetsegel" diesen Abfall der Intensität sehr schön kompensieren - denn durch das schwächere Magnetfeld des Sonnenwinds wird das Magnetsegel selbst grösser. Im Endeffekt heben sich die beiden Effekte gerade auf und ein Magnetsegel kann - zumindest bis zur Heliopause hinaus - praktisch konstant beschleunigen (bzw. abbremsen, wenn man es am Ende der Reise braucht).


Vielleicht sollte ich noch erwähnen, daß diese energiereichen Teilchen keinen Rucksack, gefüllt mit anzapfbarer Energie mit sich tragen, sondern ihre Energie in ihrer relativen Geschwindigkeit zu unserer Geschwindigkeit, eben als kinetische Energie ‚mit sich führen‘,

Die meisten Teilchen der kosmischen Strahlung sind Protonen, man könnte sie also fusionieren. Aber ob sich das energetisch überhaupt lohnt, gemessen an den gewaltigen Energien, die man bräuchte, um sie überhaupt erst mal in Richtung Reaktor abzulenken, müsste man zuerst noch abklären.


beim Sonnenwind mit sehr grob 6 Sievert pro Jahr (ungeschützt auf der Haut)

Wirklich der Sonnenwind selbst? Die Energien sind da extrem klein, nicht? (oder meinst du die solar-kosmische Strahlung?) Ausserdem, wer ist schon mit der Haut dem Sonnenwind ausgesetzt... :)

@JensU:


Ist die kosmische Teilchenstrahlung im galaktischen Magnetfeld gerichtet?

Nein. Ganz im Gegenteil nimmt man sogar an, dass das galaktische Magnetfeld jegliche Inhomogenitäten in den Strahlung (z.B., starke lokale Quellen) verdünnt, es wirkt quasi wie eine milchige Glasscheibe, welche das Licht streut.


Würde der nach außen gerichtete spezifische Impuls mit der Beschleunigung zunehmen?

Nicht ganz klar, was du damit meinst. Der "spezifische Impuls (https://de.wikipedia.org/wiki/Spezifischer_Impuls)" hat eine ganz klar umrissene Bedeutung in der Raumfahrttechnik. Ich weiss deshalb nicht, was du mit "nach aussen gerichtet" meinst und ich vermute, dass du den Begriff falsch benutzt. Grundsätzlich ist der spezifische Impuls eine Eigenschaft des Antriebs selbst, d.h., wie effizient er mit Treibstoff umgeht. Er mag ganz schwach von der Beschleunigung abhängen (z.B. könnte man sich denken, dass die Verbrennung in einer Raketenbrennkammer unter 1 Ge und unter 5 Ge leicht anders abläuft, und dies dann einen Einfluss auf den spezifischen Impuls hat), aber das ist hier kaum relevant.

mac
19.01.2018, 22:31
Hallo Bynaus,


Wirklich der Sonnenwind selbst? Die Energien sind da extrem klein, nicht? (oder meinst du die solar-kosmische Strahlung?)Die Quelle, an die ich mich noch erinnern konnte (meinen eigenen zitierten Beitrag von 2006, in der ich die wissenschaftliche Quelle benenne), unterscheidet zwischen Sonnenwind und kosmischer Strahlung in Form von Dosisangaben, also unabhängig von der Teilchenzahl, bezogen auf die (auf den Menschen) übertragene Energie. Ich hab‘ da auf die Schnelle keine andere Quelle gefunden, die diesen Unterschied so deutlich macht.

Was genau meinst Du, mit solar-kosmischer Strahlung und wie unterscheidest Du die vom Sonnenwind einerseits und von der kosmischen Strahlung andererseits?




Ausserdem, wer ist schon mit der Haut dem Sonnenwind ausgesetzt... :) Na ja, hoffentlich niemand!

Aber wenn ich diese Strahlungsarten nach ihrer insgesamt transportierten Energie unterscheiden will, dann darf ich die, die sich leichter abschirmen läßt, natürlich nicht außen vor lassen, indem ich sie abschirme.

Herzliche Grüße

MAC

Bynaus
19.01.2018, 23:40
Was genau meinst Du, mit solar-kosmischer Strahlung und wie unterscheidest Du die vom Sonnenwind einerseits und von der kosmischen Strahlung andererseits?

Die solar-kosmische Strahlung (oft mit SCR abgekürzt) ist so energiereich, dass sie Spallationen im Target-Material induziert, d.h., es kommt zur Synthese neuer Elemente. Die galaktisch-kosmische Strahlung (GCR) tut dies ebenfalls, aber die beiden haben ein unterschiedliches Energiespektrum (jenes von GCR ist härter und dehnt sich zu sehr viel höheren Energien aus).

SCR selbst hat sowohl eine Flare / CME-Komponente als auch eine Komponente, die mit dem 11-jährigen Zyklus der Sonne schwankt.

Der Sonnenwind dagegen ist so langsam, dass er keine Spallationen induziert - die Ionen werden einfach in den obersten paar 10 nm des Target-Materials gestoppt.

mac
20.01.2018, 02:33
Hallo Bynaus,

ah! Jetzt verstehe ich!

Da es mir hier um gerichteten versus isotropen Strahlungsfluß ging, hatte ich den Sonnenwind zur SCR hinzugerechnet, ebenso wie in dem verlinkten Artikel aus 2006 (http://www.astronews.com/forum/showthread.php?732-Marsmission-Vertretbares-Strahlenrisiko&p=9156#post9156) von mir (dort mit SPE (solar particle events) mit Partikelenergien zwischen 0,1 bis einigen GeV bezeichnet)

Herzliche Grüße

MAC

JensU
23.01.2018, 18:25
Vielen Dank für die Beiträge.
Die Astrophysik stellt bei dem Raumschiffkonzept die Grundlage für den Antrieb dar,
weil der resultierende Massestrom an Teilchen die genutzte Reaktionsmasse ist.
Der spezifische Impuls berechnet sich für das Raumschiff aus m (resultierender Massestrom) x v (Abstoßgeschwindigkeit gleich geladener Protonen und Ionen vor dem Raumschiff)
Wir müssen dazu die Teilchendichte, Geschwindigkeit und Richtung in der (Heliosphäre) Parkerspirale und im (interstellarer Raum) galaktischen Magnetfeld kennen.

Gruß,
Jens

pauli
24.01.2018, 02:30
Das ist ja der helle Wahnsinn, warum ist nur keiner vorher auf die so naheliegende Idee gekommen?

Alex74
24.01.2018, 07:04
JensU, ich habe Dir vor ner Weile vorgerechnet wieviel Energie je Sekunde Du mit Deinem tollen "Massestrom" herausbekommst: Ein Raumschiff das eine Fläche mit einem km² bietet um die kosmische Strahlung zu verwerten würde gerademal mit 160 Watt angetrieben werden. Und zwar unter der Annahme dass Du 100% dieser Energie verwerten kannst. Wobei Du nichtmal geschrieben hattest wie Du das bei einem völlig isotropen Teilchenschauer anstellen willst.

Bitte antworte doch auf a) das Problem dass dieser Teilchenschauer so gut wie keine Energie transportiert, und b) wie Du das überhaupt anstellen würdest, bitte im Detail erklärt ohne diese Schwurbelei.

JensU
01.02.2018, 20:19
Bei dem Teilchenschauer oder resultierenden Massestrom vor dem Raumschiff geht es um die spezifische geladene Eigenschaft + Geschwindigkeit von Protonen, Ionen bzw. ionisiertes Gas,
die am Raumschiff in einem spezifischen Impuls umgewandelt wird.
https://www.weltderphysik.de/gebiet/universum/kosmische-strahlung/die-energiereichsten-himmelskoerper/
Hierzu wird kein Segel am Raumschiff genutzt.

Gruß,
Jens

Bynaus
01.02.2018, 21:12
@JensU: kannst du einen Supertanker mit Mondlicht bewegen? Nein. Ganz egal, wie clever du es anstellst, die Energieerhaltung hindert dich daran, schlicht und einfach weil nicht genügend Energie zur Verfügung steht. Ganz einfach. Und genauso ist es mit deiner Idee.

JensU
01.02.2018, 21:21
@JensU: kannst du einen Supertanker mit Mondlicht bewegen? Nein. Ganz egal, wie clever du es anstellst, die Energieerhaltung hindert dich daran, schlicht und einfach weil nicht genügend Energie zur Verfügung steht. Ganz einfach. Und genauso ist es mit deiner Idee.

Wir bewegen sehr leichte Raumschiffe und keine "Supertanker-Raumschiffe".
Wenn damit Generationenraumschiffe gemeint sind.
Wenn der spezifische Impuls im Verhältnis zur Raumschiffmasse steht.

Gruß,
Jens

Bynaus
01.02.2018, 22:35
Wir bewegen sehr leichte Raumschiffe und keine "Supertanker-Raumschiffe".

Das war bloss ein anschauliches Beispiel dessen, was man dir hier versucht klar zu machen. Auch wenn dein Fantasie-Raumschiff nur 2 Tonnen oder so wiegt, so kannst du es trotzdem nicht mit kosmischer Strahlung betreiben, weil deren Energiedichte viel zu klein ist, als dass man damit nennenswerte Geschwindigkeiten erreichen könnte. Eben wie im Fall des Supertankers und dem Mondlicht.

Kannst ja mal einfach mit kinetischer Energie rechnen (E = 1/2 * m * v^2). Sagen wir, wir könnten kosmische Strahlung aus 1 km^2 Sammelfläche mit perfekter Effizienz in eine Beschleunigung umlenken. Damit stehen 160 Watt zur Verfügung. Wie schnell ist das Raumschiff nach einem Jahr? Wie stark hat es beschleunigt? Zeig uns doch mal, dass du an einer ernsthaften Diskussion interessiert bist.

FrankSpecht
01.02.2018, 23:44
Wenn der spezifische Impuls im Verhältnis zur Raumschiffmasse steht.
Impuls interstellarer Strahlung vs. Raumschiffmasse :confused:
Wie soll das gelingen, wenn uns von den „einigermaßen“ brauchbaren Teilchen sehr hoher Energie (> 1020 eV)

etwa noch alle hundert Jahre ein Teilchen pro Quadratkilometer (aus: Kosmische Strahlung und die energiereichsten Himmelskörper (https://www.weltderphysik.de/gebiet/universum/kosmische-strahlung/die-energiereichsten-himmelskoerper/))
erreicht?
Edit: Schon wieder diese ominösen Quadratkilometer, dabei willst du dein Schiff ja ohne Schirm ausstatten :rolleyes:

Und wie soll das gelingen, wenn die Energie der übrigen Teilchen etwa der eines Mückenschwarms entspricht?

Eine Billion Elektronenvolt entsprechen in etwa der eher wenig beeindruckenden Bewegungsenergie einer Mücke. Beim LHC ist diese Energie jedoch auf einen Bereich konzentriert, der rund eine Million Million mal kleiner ist als eine Mücke. (aus: Häufige Fragen zum LHC (https://www.weltderphysik.de/gebiet/teilchen/experimente/teilchenbeschleuniger/lhc/lhc-faq/#Welche_Energien_werden_am_LHC_untersucht))

Oder wie massearm soll „dein“ Raumschiff sein?
Kannst du uns mal belastbare Rechnungen vorzeigen, die deine Idee stützen, statt leerer Worthülsen, die einem Schwurbelgenerator entstammen könnten?

JensU
03.02.2018, 11:03
Zum Thema interstellare Raumschiffphysik gehört die Betrachtung bzw. Wechselwirkung im interstellaren Magnetfeld
für die Erzeugung des spezifischen Impulses vor dem Raumschiff.
https://www.degruyter.com/downloadpdf/j/zna.1950.5.issue-5/zna-1950-0501/zna-1950-0501.pdf

Die Raumschiffmasse bzw. der Impuls ist vom elektrischen Feld abhängig.

Gruß,
Jens

Bynaus
03.02.2018, 17:44
Das ändert nichts daran dass du schlicht nicht genügend Energie hast, um eine nennenswerte Beschleunigung zu erreichen.

mac
04.02.2018, 14:51
Hallo JensU,

Du referenzierst hier auf eine bald 70 Jahre alte Arbeit.

In https://de.wikipedia.org/wiki/Tesla_(Einheit) findest Du in der Tabelle mit den Größenbeispielen eine Aufstellung verschiedener magnetischer Flussdichten. Wie Du sehen kannst, ist die Flussdichte der kosmischen Magnetfelder tausend bis hunderttausend mal kleiner, als die des Erdmagnetfeldes.



Eines der Probleme die der Betrieb der ISS (internationale Raumstation) mit sich bringt, ist die Notwendigkeit in bestimmten Zeitabständen ihre Geschwindigkeit wieder zu erhöhen, die sie durch Reibung in der Hochatmosphäre allmählich verliert. Dazu transportiert man in regelmäßigen Abständen Treibstoff von der Erde zur ISS. Das ist, wie Dir sicher bekannt ist, ziemlich teuer. Wieso wohl nutzt ein solches Langzeitprojekt nicht die von Dir hier postulierte Idee - weil sie bei Weitem nicht die kinetische Energie aufbringen kann, die nötig wäre. Und wenn sie noch nicht mal das kann, woher soll denn dann die Energie kommen, die Du Dir für Dein Raumschiff vorstellst? Sie müßte, je nach Masse und Beschleunigung, um zehn bis zwanzig oder sogar mehr Größenordnungen höher sein und daß, obwohl nur ein tausendstel bis hunderttausendstel dafür im All zur Verfügung steht?


Es macht in meinen Augen keinen Sinn, sich solche Antriebsarten als Lösung aller Transportprobleme vorzustellen, ohne auch nur die elementarsten Prüfungen der potentiellen Machbarkeit durgeführt zu haben.

In Deinen bisherigen Posts hier vermittelst Du den Eindruck, daß Du dazu nicht auch nur annähernd in der Lage bist. OK, das hast Du sicher mit mehr als 90% aller Menschen gemeinsam. Das ist denen aber auch bewusst.

Was ich nun nach wie vor überhaupt nicht verstehe, wieso Du uns hier, Post für Post mit Begriffen kommst, die wir für Dich quantitativ als wertlos für Deine Vorstellungen nachweisen. Du bist noch nicht ein einziges Mal auf diese quantitativen Informationen eingegangen, hast keine einzige Gegenrechnung gepostet und immer nur mit den selben, für Dein Projekt völlig unbrauchbaren Begriffen, in leicht unterschiedlicher Formulierung geantwortet. (wurde Dir hier in verschiedenen Threads schon mehrfach z.B. als ‚Schwurbelgenerator‘ entgegengehalten) Das ist nicht das Niveau, auf dem wir hier wirklich ernsthaft mit Dir diskutieren können und wollen.

Das ist letztlich aus meiner Sicht auch das deutlichste Indiz, daß Du weder gewillt noch in der Lage bist Dein Projekt wirklich, auch nur auf Plausibilität zu prüfen.

Solche Ideen wie Du sie hier einstellst, kann man natürlich auch haben, wenn man zunächst mal keine Ahnung hat, ob sowas überhaupt geht. Nur würde ich dann als mindeste Gegenleistung erwarten, daß auf die hier von uns vorgebrachten Argumente auch konstruktiv eingegangen wird und bei entsprechenden Fragen von uns, auch konkrete, substantielle Antworten oder, falls das nicht geht (weil man das z.B. nicht versteht, noch nicht kannte, ...) entsprechende Fragen gestellt werden. Dann können wir hier entweder darauf eingehen, uns selber informieren, oder auch sagen, daß wir überfordert sind.

Was gelegentlich auch vorkommt, daß jemand von uns in eine Idee eines Mitgliedes einsteigt und man gemeinsam in ein solches Projekt einsteigt. Leider hast Du bisher keinerlei Information geliefert, die solch ein Verhalten auch nur möglich machen könnte.

Herzliche Grüße

MAC

Nathan5111
04.02.2018, 19:23
Leider hast Du bisher keinerlei Information geliefert, die solch ein Verhalten auch nur möglich machen könnte.

Ich sehe es genau so.


Soll ich den großen Konferenzraum für 200 Personen buchen?
Oder reicht der kleine Raum für 50 Personen?
Das ist für die Konferenzplanung wichtig.

Ich denke, es sollte 3 - 4 Nummern kleiner sein.
Stehtisch in der Lobby!

Bernhard
04.02.2018, 19:48
Das ist nicht das Niveau, auf dem wir hier wirklich ernsthaft mit Dir diskutieren können und wollen.
Eigentlich schade, aber ich erinnere diesbezüglich an die erweiterten Nutzungsbedingungen für das Forum (http://www.astronews.com/info/forum_nutzung.html), insbesondere Punkt 7, Absatz 1 und der zugehörige Punkt 10.

JensU
24.02.2018, 12:24
Zu der interstellaren Raumschiffphysik wurden Links zur Astrophysik und das elektrische Feld zur Nutzung genannt.
Wenn wir durch ein interstellares Medium geladener Teilchen reisen wollen, müssen wir die resultierende Teilchenflussmasse vor dem Raumsch mittels
elektrisches Feld in einen spezifischen Impuls direkt umwandeln.

Das Feld wirkt dabei in der zeitlich-räumlichen Tiefe zur Raumschiffkreisfläche auf die Teilchen ein.
Die Feldausdehnung steht im Verhältnis zur Raumschiffmasse.
Die Raumschiffmasse ist abhängig von der maximalen Beschleunigung im Trägheitsdämpfer.
Die maximale Beschleunigung im Trägheitsdämpfer muss ich praktisch ermitteln.

Gleichung: Spezifischer Impuls = m(Teilchenmasse im Feldeinfluss) * v(Abstoßgechwindigkeit gleich geladener Teilchen*2)
Energie: spezifische kinetische Teilchenenergie in MeV (Tabelle im Link Astrophysik kosmische Teilchenstrahlung)

Gruß,
Jens

Webmaster
24.02.2018, 21:28
Wenn vom Eröffner dieses Themas nicht unmittelbar konkret gerechnet und auf die Fragen anderer User eingegangen wird, werte ich seine Postings a) als in den Bereich "Gegen den Mainstream" gehörig und b) als Beweis dafür, dass er kein Interesse an einer Diskussion hat. Entsprechend würde dieser Thread dann geschlossen. Als Termin habe ich mir Sonntag, 25. Februar, 12 Uhr vorgemerkt. S. D.

Webmaster
25.02.2018, 20:25
Da es keine weitere Reaktion gab, wird dieser Thread geschlossen.