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Thema: Kosmisches Bremsmanöver

  1. #1
    Neon Gast

    Standard Kosmisches Bremsmanöver

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    Hallo Ihr lieben,
    ich habe da an einem ruhigen Vormittag mal über eine Sache nachgegrübelt und habe mich gefragt ob und wie das so überhaupt machbar wäre.

    Zunächst weiß ja mitlerweiler fast jeder, das sich alles Bewegt. Die Erde um die Sonne, die Sonne um das Zentrum unserer Milchstraße und diese flitzt ja auch mit einem Affenzahn durchs All.

    Ich stellte mir folgendes vor:
    Ich fliege von der Erde weg um in eine andre Galaxie zu gelangen. Wäre es da nicht energiesparender, wenn ich natürlich zunächst die 1te Kosmische Geschw. auf die üblilche Art überwinde, dann aber mein Raumfahrzeug so drehe, das ich gegen die Flugbahn der Erde fliege, dann gegen die der Sonne um die 2te KG zu überwinden und zum Schluss gegen die der Galaxie selbst um die 3te KG zu überwinden und dann möglichst gleichzeitig auf einer Art Kollisionskurs mit einer andren Galaxie fliege und mich dabei lediglich abbremse.
    (Natürlich auch vorrausgesetzt mein Kurs lässt mich nicht zu nah an andre Himmelskörper ran oder gar mit ihnen kollidieren, dann wäre mein Flug ja schließlich vorbei.)

    Ich stelle mir außerdem vor, das es doch intressant wäre mal zu ermitteln, (immer vorrausgesetzt das hat schon jemand, den ich leider nicht finden konnte, weshalb ich hier frage) was wohl passiert, wenn man sich komplett abbremst. Quasi Null Geschwindigkeit erreicht. Dann flitzt ja alles an einem vorbei?!Oder?

    Also abbremsen statt stoff geben. Dadurch das ich mich von der Erde gelöst habe, werde ich zwar von ihr irgendwann nicht mehr angezogen, aber habe noch einen guten Teil ihrer Umlaufbahngeschwindigkeit drauf.
    Durch ein Bremsmanöver gegen die Bahn komme ich erst einmal von ihr weg.

    Dann dreht sich ja die Sonne mit ihrem System um das Zentrum der Milchstraße. Wenn ich mein Schiff auch gegen diese Bahn drehe und Abbremse, dann sollte es mir gelingen (so stell ich mir das vor) mich aus dem Sonnensystem zu lösen.
    (Ich bin dabei natürlich immer fleißig dabei mich abzubremsen)
    Tja und ich hab keine Ahnung wie stark meine Triebwerke sein müssten um so ein Bremsmanöver fertig zu bringen bzw. wie lange ich bei maximal möglicher Kraft Bremsen müsste, will sagen ob ich das überhaupt noch erlebe?!?!

    Und zum Schluss suche ich mir eine Galaxie, die Quasi hinter der Milchstraße dessen Flugbahn kreuzt um mir auf ihr ein lauschiges Plätzchen zu suchen.
    Mir ist klar, das ich irgendwann mit den KGs wieder mithalten und entsprechen beschleunigen muss. Das würde ich aber mit kosmischem Flipper machen, indem ich die Schwerkraft der dort existierenden Planeten ausnutze. (Naja ihr merkt schon, bin eben kein Profi, also lacht mich bitte nicht zu doll aus ja ?!)

    Ich weiß, das hört sich alles schön einfach an, ganz wie klein Fritzchen sich das eben so vorstellt, aber wäre das überhaupt so oder ähnlich machbar?
    Und wenn nicht, warum nicht?

    Ich sag jetzt schon mal vielen herzlichen Dank für jede Antwort auf diese Frage(n).

  2. #2
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    08.09.2007
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    Varusschlacht
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    1.246

    Standard

    Ich fürchte, Du navigierst im T-Raum.

  3. #3
    Registriert seit
    08.06.2008
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    425

    Standard

    Zitat Zitat von Neon Beitrag anzeigen
    Hallo Ihr lieben,
    ich habe da an einem ruhigen Vormittag mal über eine Sache nachgegrübelt und habe mich gefragt ob und wie das so überhaupt machbar wäre.

    Zunächst weiß ja mitlerweiler fast jeder, das sich alles Bewegt. Die Erde um die Sonne, die Sonne um das Zentrum unserer Milchstraße und diese flitzt ja auch mit einem Affenzahn durchs All.

    Ich stellte mir folgendes vor:
    Ich fliege von der Erde weg um in eine andre Galaxie zu gelangen. Wäre es da nicht energiesparender, wenn ich natürlich zunächst die 1te Kosmische Geschw. auf die üblilche Art überwinde, dann aber mein Raumfahrzeug so drehe, das ich gegen die Flugbahn der Erde fliege, dann gegen die der Sonne um die 2te KG zu überwinden und zum Schluss gegen die der Galaxie selbst um die 3te KG zu überwinden und dann möglichst gleichzeitig auf einer Art Kollisionskurs mit einer andren Galaxie fliege und mich dabei lediglich abbremse.
    (Natürlich auch vorrausgesetzt mein Kurs lässt mich nicht zu nah an andre Himmelskörper ran oder gar mit ihnen kollidieren, dann wäre mein Flug ja schließlich vorbei.)

    Ich stelle mir außerdem vor, das es doch intressant wäre mal zu ermitteln, (immer vorrausgesetzt das hat schon jemand, den ich leider nicht finden konnte, weshalb ich hier frage) was wohl passiert, wenn man sich komplett abbremst. Quasi Null Geschwindigkeit erreicht. Dann flitzt ja alles an einem vorbei?!Oder?

    Also abbremsen statt stoff geben. Dadurch das ich mich von der Erde gelöst habe, werde ich zwar von ihr irgendwann nicht mehr angezogen, aber habe noch einen guten Teil ihrer Umlaufbahngeschwindigkeit drauf.
    Durch ein Bremsmanöver gegen die Bahn komme ich erst einmal von ihr weg.

    Dann dreht sich ja die Sonne mit ihrem System um das Zentrum der Milchstraße. Wenn ich mein Schiff auch gegen diese Bahn drehe und Abbremse, dann sollte es mir gelingen (so stell ich mir das vor) mich aus dem Sonnensystem zu lösen.
    (Ich bin dabei natürlich immer fleißig dabei mich abzubremsen)
    Tja und ich hab keine Ahnung wie stark meine Triebwerke sein müssten um so ein Bremsmanöver fertig zu bringen bzw. wie lange ich bei maximal möglicher Kraft Bremsen müsste, will sagen ob ich das überhaupt noch erlebe?!?!

    Und zum Schluss suche ich mir eine Galaxie, die Quasi hinter der Milchstraße dessen Flugbahn kreuzt um mir auf ihr ein lauschiges Plätzchen zu suchen.
    Mir ist klar, das ich irgendwann mit den KGs wieder mithalten und entsprechen beschleunigen muss. Das würde ich aber mit kosmischem Flipper machen, indem ich die Schwerkraft der dort existierenden Planeten ausnutze. (Naja ihr merkt schon, bin eben kein Profi, also lacht mich bitte nicht zu doll aus ja ?!)

    Ich weiß, das hört sich alles schön einfach an, ganz wie klein Fritzchen sich das eben so vorstellt, aber wäre das überhaupt so oder ähnlich machbar?
    Und wenn nicht, warum nicht?

    Ich sag jetzt schon mal vielen herzlichen Dank für jede Antwort auf diese Frage(n).
    Und ich fürchte, dir fehlt ziemlich viel Physikunterricht.
    Es gibt keine absolute Geschwindigkeit. Wenn du mit dem Auto bremst, dann wirst du deine Geschwindigkeit in Bezug auf den Erdboden verringern. Wenn du aber gegen die Rotationsrichtung der Erde gefahren bist und dann bremst, dann sieht der Astronaut auf der ISS, dass du schneller geworden bist.

  4. #4
    Neon Gast

    Standard

    Ich fürchte, Du navigierst im T-Raum.
    @Nathan5111
    T-Raum? ist das nicht 2 Dimensional?


    Und ich fürchte, dir fehlt ziemlich viel Physikunterricht.
    Es gibt keine absolute Geschwindigkeit. Wenn du mit dem Auto bremst, dann wirst du deine Geschwindigkeit in Bezug auf den Erdboden verringern. Wenn du aber gegen die Rotationsrichtung der Erde gefahren bist und dann bremst, dann sieht der Astronaut auf der ISS, dass du schneller geworden bist.
    @MGZ
    Danke, das fürchte ich allerdings auch, das ich noch ne Menge Physik Unterricht brauche, was ich hiermit ohne Widerstand und im vollen Bewußtsein zugebe. Is ja klar, ich bin nur Laie und mich intressieren solche Sachen. Logisch das ich eine große Menge an Infos nachholen muss um mit Profis zu argumentieren. Will ich aber gar nicht. Ich hab ne fixe Idee und stelle ganz Laienhaft ne Frage und würde mich eben riesig über eine verständliche Antwort freuen. Vor allem wo hier so viele helle Köpfe dabei sind.
    Naja und das mit der ISS, das war eigentlich genau das was ich meinte.
    Das ich dann von der Erde wegfliege.
    Warum gibt es keine Null-Geschwindigkeit? Warum soll das nicht gehen?Heißt das etwa, das der Raum selbst ständig in Bewegung ist?
    Haste Lust mir da ne Antwort zu geben? Oder vielleicht den Weg zu einer Antwort? Du würdest mir ne große Freude machen, bitte.

  5. #5
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    Standard

    Hallo Neon,
    Zitat Zitat von Neon Beitrag anzeigen
    Warum gibt es keine Null-Geschwindigkeit? Warum soll das nicht gehen?Heißt das etwa, das der Raum selbst ständig in Bewegung ist?
    Du betrachtest das "zu absolut".
    Eine Geschwindigkeit muß immer in Bezug zu einem Referenz-(Null-)punkt stehen. Da es keinen absoluten ruhenden Referenzpunkt im Universum gibt, gibt es auch keine absoluten Geschwindigkeiten. Also auch keine absolute Null-Geschwindigkeit.

    Gruß, Christian

  6. #6
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    Standard

    Warum gibt es keine Null-Geschwindigkeit?
    Null im Vergleich zu was?

    Und zum Wendemanöver des Raumschiffes:
    Genau das macht jeweils der Shuttle, wenn er von seinen 8 km/h auf eine Geschwindigkeit abbremst, die es ihm erlaubt, wieder in die Erdatmosphäre einzutreten, ohne zu verglühen.
    So ist also eine Steigerung der Fluchtgeschwindigkeit und ein weiteres Entfernen von der Erde nicht möglich. Dein Raumschiff würde bestenfalls auf die Erde zurückkehren oder dann eben abstürzen und in der Atmosphäre verglühen.
    Orbit

  7. #7
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    Standard

    Hallo Neon,

    eine für einen Laien verständliche Antwort braucht Zeit. Ich arbeite dran, aber dauert noch etwas.

    Herzliche Grüße

    MAC

  8. #8
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    Standard

    Hallo Neon,

    Zitat Zitat von Neon Beitrag anzeigen
    Wäre es da nicht energiesparender, wenn ich natürlich zunächst die 1te Kosmische Geschw. auf die üblilche Art überwinde, dann aber mein Raumfahrzeug so drehe, das ich gegen die Flugbahn der Erde fliege,
    Warte ein halbes Jahr, dann hat das die Sonne bereits für Dich erledigt, ganz ohne Treibstoffverbrauch.

    Zugegeben, bei den rund 250 km/s Geschwindigkeit der Sonne um die Milchstraße herum, dauert das Warten etwas länger, aber wenn Du eh in eine andere Galaxis willst, spielt das eigentlich auch keine große Rolle mehr, oder?


    Was ich bisher nicht einordnen kann ist Dein Wunsch eine andere Galaxis zu erreichen. Diente das nur der Erweiterung solcher Manöver? Der Sinn eine andere Galaxis zu erreichen, will mir ehrlich gesagt nicht von selbst einleuchten. Müßtest Du mal etwas genauer erklären.

    Zunächst also ‚nur‘ mal ein ‚Besuch‘ von Proxima Centauri, mit Beschleunigungs und Abbremsmanöver. Entfernung zur Sonne 4,22 Lichtjahre, maximale Geschwindigkeit 7% der Lichtgeschwindigkeit, das sind 21000km/s. Dein Raumschiff soll mit einer Masse von 1000 Tonnen im Proxima-Centaurisystem 'stoppen'. Es soll dazu 10000 Tonnen Deuterium und Tritium als Treibstoff mitnehmen. Der Treibstoff soll auf eine Ausströmgeschwindigkeit von 2,6E7 m/s gebracht werden, was der theoretisch maximalen (zwischen Neutron und Helium gemittelten) Ausströmgeschwindigkeit beim Fusionsprozess Deuterium+Tritium entspricht. Der Wirkungsgrad soll 70% betragen. Das sind alles ziemlich optimistische Werte, bei denen ich keine Ahnung habe, ob die Wahrheit nicht sogar um einen Faktor 10 ungünstiger ausfallen wird.

    Rechnet man das nun iterativ über den Impuls und mit relativistischer Geschwindigkeitsaddition, ohne eine relativistische Massenkorrektur beim Antriebsstrahl (2%Fehler), dann kann Dein Raumschiff mit 10000 Tonnen ‚Treibstoff‘ maximal 7% der Lichtgeschwindigkeit erreichen, wenn es wieder abbremsen soll.

    Schauen wir uns nun einmal an, wieviel des Treibstoffes es verbraucht um aus der Umlaufbahn der ISS um die Erde, die zweite, die dritte und die vierte kosmische Geschwindigkeit zu erreichen:

    Für die zweite, also von 7,77 auf 11,2 km/s braucht das startende Schiff 2,07 Tonnen Treibstoff. Für die dritte, also von 7,77 bis 42,1 km/s braucht es 20,7 Tonnen. Das sind gerade mal 2 Promille des Gesamtverbrauchs, obwohl das Schiff zu dieser Zeit noch 10 mal so schwer ist, wie bei seiner Ankunft.

    Für die vierte kosmische Geschwindigkeit ist die Rechnung erheblich komplizierter, da die Massenverteilung der Milchstraße nicht mehr einfach kugelsymmetrisch gerechnet werden kann. Aber nehmen wir mal an wir müssen dafür 500 km/s erreichen, dann sind das 293 Tonnen Treibstoff für die Beschleunigung, also knapp 3% dessen was wir bei uns haben.



    Eine absolute Geschwindigkeit läßt sich, wie Dir hier schon geschrieben wurde, nicht ermitteln. Das ist eine ganz grundsätzliche Eigenschaft der Raumzeit. Bewegst Du Dich mit einem Raumschiff durchs All, dann kannst Du innerhalb des Raumschiffes nicht unterscheiden, ob Du Dich genau so schnell wie die Erde, doppelt oder hundert mal so schnell bewegst. Es gibt keinen physikalischen Prozess, der sich bei diesen unterschiedlichen Geschwindigkeiten innerhalb Deines Raumschiffes für Dich irgendwie anders verhalten würde.

    Was man natürlich messen kann ist, wie schnell sich Dein Raumschiff in Bezug auf die Erde, die Sonne, einen beliebigen Stern, das Zentrum der Milchstrasse oder auch die Hintergrundstrahlung bewegt. Aber all diese Messungen machen keine Aussage zu einer (grundsätzlich nicht existierenden) absoluten Geschwindigeit. Diese Erkenntnis war zu ihrer Zeit ein äußerst befremdliches Beobachtungsergebnis (z.B. durch das Michelson-Morley-Experiment und führte letztlich zur Formulierung der speziellen Relativitätstheorie durch Albert Einstein.

    Man mußte diese Tatsache akzeptieren, nachdem man festgestellt hatte, daß die Lichtgeschwindigkeit, egal wie schnell man sich in welche Richtung auch immer bewegte, immer gleich blieb. Das gilt auch für die Geschwindigkeit des Lichtes, daß Dein Raumschiff von außen trifft, egal wie schnell es sich zur Lichtquelle hin, oder von ihr weg bewegt.

    Wenn Du den Antrieb Deines Raumschiffes ausschaltest, eine Signalboje nach ‚drausen‘ entläßt, dann wird sie mit der Geschwindigkeit Deines Raumschiffes neben ihm her schweben, wie die Astronauten bei der Reparatur des Hubble-Space-Teleskops. Egal wie schnell Dein Raumschiff zu dieser Zeit ist, wenn Du es jetzt in irgend eine Richtung drehst und z.B. mit 1 m/s^2 zehn Sekunden lang beschleunigst, wird sich die Boje mit (fast) 10 m/s von Deinem Raumschiff entfernen. Das bleibt immer gleich, selbst wenn sich Dein Schiff schon mit 99,9% der Lichtgeschwindigkeit von der Erde entfernen sollte. (was mangels geeigneter Energiequellen nicht realisierbar wäre) Wenn sich alles um uns herum mit einer solch hohen Geschwindigkeit gemeinsam in irgend eine Richtung bewegen würde, wären wir mit nichts in der Welt in der Lage zu erkennen, daß das überhaupt der Fall ist, geschweige denn, in welche Richtung das stattfindet. Um dieser Tatsache Rechnung zu tragen, dürfen z.B. höhere Geschwindigkeitsunterschiede oder hohe Geschwindigkeitssummen nicht mehr einfach linear addiert, sondern müssen relativistisch addiert werden. Siehe den 6. Link unten.


    Herzliche Grüße

    MAC

    Quellen für die Berechnungen:
    http://de.wikipedia.org/wiki/Fluchtgeschwindigkeit
    http://de.wikipedia.org/wiki/Kernfusion
    http://de.wikipedia.org/wiki/Neutron
    http://de.wikipedia.org/wiki/Atomare_Masseneinheit
    http://de.wikipedia.org/wiki/Helium
    http://de.wikipedia.org/wiki/Relativ...gkeitsaddition
    http://de.wikipedia.org/wiki/Elektronenvolt
    http://de.wikipedia.org/wiki/Relativ...istische_Masse

    PS wenn Du den Rechenweg genauer wissen willst, dann frage nach.
    Geändert von mac (07.09.2009 um 23:26 Uhr) Grund: falsche Einheit korrigiert

  9. #9
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    Standard

    Zitat Zitat von Neon Beitrag anzeigen
    Warum gibt es keine Null-Geschwindigkeit? Warum soll das nicht gehen?Heißt das etwa, das der Raum selbst ständig in Bewegung ist?
    Haste Lust mir da ne Antwort zu geben? Oder vielleicht den Weg zu einer Antwort? Du würdest mir ne große Freude machen, bitte.
    Mmh eine kleine Einführung in die Bewegungsgesetze im Weltraum:

    Für alle Prozesse in der Physik gilt der Impulserhaltungssatz. Impuls ist Masse mal Geschwindigkeit. Das heißt: Wenn man zwei Körper hat und den einen in Bewegung versetzen will, dann muss man den anderen ein Stück in die andere Richtung schubsen.
    Auf der Erde ist das kein Problem: Man stößt sich an der Erde ab, und da sie so eine riesige Masse hat, fällt es nicht auf, wenn sie ein bisschen Impuls aufnimmt. Man kann springen oder herumlaufen, der Gegenimpuls geht in die Erde.
    Im Weltraum dagegen hat man ein großes Problem, wenn man seine Geschwindigkeit ändern will: Es gibt nichts, woran man sich abstoßen kann. Man muss Irgendetwas mit hoher Geschwindigkeit in die andere Richtung schießen. Der Rückstoß treibt das Raumschiff an. Das ist mehr oder weniger das Prinzip einer Rakete.
    Am Raum selbst kann man sich nicht abstoßen. Es ist ein fundamentales Naturgesetz, dass jeder Mensch, der sich mit einer konstanten Geschwindigkeit durch den Weltraum bewegt, absolut den gleichen Naturgesetzen unterliegt. Ganz egal, wie groß diese Geschwindigkeit relativ zur Erde ist.
    (Das ist das gleiche Prinzip, das dafür sorgt, dass wir im Inneren eines Schiffs oder Flugzeugs keine Geschwindigkeit relativ zur Außenwelt wahrnehmen, solange wir nicht aus dem Fenster schauen)
    Wenn ich also in einem ruhenden Raumschiff sitze und mir kommt ein anderes Raumschiff mit 10 km/s entgegen, dann kann der Pilot des anderen Raumschiffs mit dem gleichen Recht behaupten, dass er selbst ruht und ich mich mit 10 km/s auf ihn zu bewege.

    Insbesondere gibt es im Weltraum kein bremsendes Medium wie die irdische Luft. Solange ich weit genug weg bin von allen Planeten und Sternen wird meine Geschwindigkeit für alle Zeiten die gleiche bleiben, solange ich nicht meine Raketentriebwerk anzünde.


    Der Raum selbst... Es ist schwer zu beschreiben, was er ist. Er ist jedenfalls kein Objekt, das eine Geschwindigkeit haben kann.

  10. #10
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    Zitat Zitat von mac Beitrag anzeigen
    ... wird sich die Boje mit (fast) 10 m/s^2 von Deinem Raumschiff entfernen.
    Bitte präzise bleiben!

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