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Thema: Was tun mit einem Impuls-Antrieb?

  1. #51
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    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.

  2. #52
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    Zitat Zitat von Ich Beitrag anzeigen
    Also, die erforderliche Ingenieursleistung ist um ein Vielfaches größer als das, wovon ihr ausgeht. Das hat einfach nichts mit heutiger Technologie zu tun.

    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

  3. #53
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    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
    Geändert von UMa (03.06.2013 um 17:45 Uhr)

  4. #54
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    @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).
    Geändert von Bynaus (03.06.2013 um 23:27 Uhr)
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  5. #55
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    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). 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 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

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