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Thema: interstellare Raumschiffphysik

  1. #1
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    Standard interstellare Raumschiffphysik

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    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

  2. #2
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    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?
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  3. #3
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    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

  4. #4
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    Da braucht es keine Trägheitsdämpfer. Aber ein Langweiledämpfer, das wär nicht schlecht. So langsam wie das Raumschiff voran käme...
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  5. #5
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    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
    Geändert von mac (16.01.2018 um 23:31 Uhr)

  6. #6
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    Zitat Zitat von mac Beitrag anzeigen
    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!
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  7. #7
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    Hallo Bynaus,

    Zitat Zitat von Bynaus Beitrag anzeigen
    Das ist jetzt aber auch eine sehr wohlmeinende Interpretation!
    Ja, ich fürchte Ja!


    Versuche gerade mir vorzustellen, welche technischen Konsequenzen solch eine Behauptung
    Zitat Zitat von JensU Beitrag anzeigen
    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 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 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

  8. #8
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    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

  9. #9
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    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...
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  10. #10
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    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.

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