Atomantrieb für Raumschiffe

[Spocky]

Original geschrieben von Bynaus
Bei einer Fusion mit He-3 fallen wesentlich weniger freie Neutronen an, womit der Reaktor sauberer wird.

Warum nimmt man dann nicht gleich Wasserstoff? Beim normalen wasserstoff gibts ja gar keine Protonen, von daher fällt dann ja auch der Abfall komplett weg...

[Bynaus]

Das Problem sind folgende zwei Dinge: Es braucht Neutronen, denn wir wollen ja Wasserstoff zu Helium fusionieren. Wenn die Neutronen erst hergestellt werden müssen, dann werden viel höhere Drucke und Temperaturen benötigt, als man herstellen kann. Ausserdem ist Fusion von neutronenreichen Isotopen einfacher, da die Neutronen einen Teil der Ladung "abschirmen".

Man dachte bisher an die Fusion von Deuterium und Tritium, wobei immer ein Neutron übrig bleibt. Könnte man aber Helium-3 und Deuterium fusionieren, käme Li-6 raus, zusammen mit einer grossen Menge Energie.

[Spocky]

OK, das mit der Ladungsabschirmung leuchtet ein. Wie hoch ist eigentlich der "Verlust" an Neutronen? Dass die Atome ionisiert wurden, bedeutet ja noch nicht, dass die Kerne deshalb ebenfalls zerfallen. Der Großteil wird sicher erhalten bleiben. Außerdem würde ja ein Verlust aller Neutronen ja auch bedeuten, dass man erst wieder welche "herstellen" müsste.

[Bynaus]

Nun, die Kerne bleiben bei der Ionisierung vollständig intakt.
Woher die Neutronen kommen? Stell dir vor, die "übliche" Kernfusion, die man zu erreichen versucht, ist eine Fusion von Deuterium (p1n1) und Tritium (p1n2).

Dann haben wir: p1n1 + p1n2 (total also 2 Protonen und 3 Neutronen). Diese sollen nun zu Helium (p2n2) fusioniert werden. Dabei ist ein Neutron übrig, welches nun einfach frei aus dem Fusionsreaktor rausfliegt. Also entsteht pro Fusionsvorgang ein Neutron, und das dürften mit der Zeit ziemlich viele sein. Da wäre die Deuterium-Deuterium-Fusion bedeutend besser, oder eben die mit Helium-3.

[Sternengucker]

Und was ist jetzt der Grund, warum Deuterium-Deuterium im Moment noch nicht hinhaut? Gibt es da eine Reaktionsunwilligkeit oder eine höhere Energieschwelle, die zum Fusíonieren gebraucht wird und bei D und T nicht gegeben ist?

[Bynaus]

Jep. D-D braucht mehr Energie, da die positive (abstossende) Ladung des Protons im Tritium durch die zwei Neutronen besser abgeschirmt ist. Man könnte sagen, die Protonen "merken" nicht, dass sie immer näher zusammen kommen, bis es zu spät ist. ;-)

[Mr. Sebastian]

Hi @all
War da nicht mal vor Jahren irgend was vom Ionenantrieb die Rede. Das sollte doch ziemlich gut gewesen sein, oder?

[Sternengucker]

Ionenantrieb ist IIRC was rein elektrisches, da wird die Sonde geladen und stößt sich dann elektromagnetisch von einem ebenfalls ausgestoßenen Gas bzw Ionenstrom ab...

Ist aber soweit ich mich erinnere sehr energiefressend und hat ne laaaaangsame Beschleunigung. Für weite Strecken ala Voyager oder Pionier (oder Pioneer? Blödes Sp...) eigentlich ideal...

[Noulder]

Ich denke, ich weiß, auf was Sebi.T hinauswill.
Es wurde mal ein Konzept vorgestellt, bei dem ein Shuttle durch den Beschuss mit Partikeln beschleunigt wurde.
Wenn ich jetzt noch wissen würde, mit was das Ding beschossen werden sollte, würde ich auch den Namen des Antriebes wissen.

[Spocky]

Original geschrieben von Bynaus
Jep. D-D braucht mehr Energie, da die positive (abstossende) Ladung des Protons im Tritium durch die zwei Neutronen besser abgeschirmt ist. Man könnte sagen, die Protonen "merken" nicht, dass sie immer näher zusammen kommen, bis es zu spät ist. ;-)

lol, klingt irgendwie hinterhältig, wenn du die Wasserstoffisotope so personifizierst, machts aber recht anschaulich

[Sternengucker]

@Noulder, der Ionenantrieb (Imo auch Elektrischer Antrieb genannt) existiert schon. Allerdings ist er bisher nur für Sonden angedacht worden... Ich glaube diese Deep Space One Sonde besitzt so einen Antrieb... (Siehe http://nmp.jpl.nasa.gov/ds1/tech/sep.html)

[Kuno]

Original geschrieben von Sternengucker
Ionenantrieb ist IIRC was rein elektrisches, da wird die Sonde geladen und stößt sich dann elektromagnetisch von einem ebenfalls ausgestoßenen Gas bzw Ionenstrom ab...

Ist aber soweit ich mich erinnere sehr energiefressend und hat ne laaaaangsame Beschleunigung. Für weite Strecken ala Voyager oder Pionier (oder Pioneer? Blödes Sp...) eigentlich ideal...

So Energiefressend ist das garnicht!
Es stimmt aber schon, das die Beschleunigung sehr "gemächlich" ist. Dafür bietet sie den Vorteil, das sie über einen sehr langen Zeitraum aufrecht erhalten werden kann, was schlussendlich eine wesentlich höhere Geschwindigkeit, wie ein konventionelles (oder auch ein Atomantrieb) ermöglicht.

Eigentlich wäre eine kombination aus 3 Verschiedenen Antrieben (die, nebenbei gesagt alle schon im experimentierstadium sind) die zur Zeit Sinnvollste alternative.

1.: Start: Mit herkömmlichen Verbrennungsantrieben (Rakete)

2.: Sartphase 2 (noch innerhalb der Atmosphäre): Weiter Beschleunigung durch Laserbeschuss. Hierbei wird die Luft "unter" dem Schiff/ der Sonde zum Explodieren gebracht und treibt so das Schiff/ die Sonde weiter an. Das bedeutet, das für den Start nicht die gesammte Treibstoffmenge für das verlassen des Gravitationsfeldes "mitgeschleppt" werden muss.

3.: Erreichen des Orbits: Zünden des Ionenantriebs zur weiteren Beschleunigung.

Vor Phase 3 (also unmittelbar nach erreichen des Luftleeren Raums) könnten rein Theoretisch auch noch Atomantrieb zur schnelleren erreichung höherer Ausgangsgeschwindigkeit für den Ionenantrieb und/ oder Solarsegel zur weiteren Energieeinspaarung eingesetzt werden.

Naja, ich Denke in knapp hundert Jahren werden wir sehen wie sie's dann wirklich machen

Llap
Kuno

[Spocky]

Original geschrieben von Kuno
So Energiefressend ist das garnicht!
Es stimmt aber schon, das die Beschleunigung sehr "gemächlich" ist. Dafür bietet sie den Vorteil, das sie über einen sehr langen Zeitraum aufrecht erhalten werden kann, was schlussendlich eine wesentlich höhere Geschwindigkeit, wie ein konventionelles (oder auch ein Atomantrieb) ermöglicht.

Theoretisch könnte man auch größere beschleunigungsraten erzielen, wenn man größere Antriebe bauen würde. Das ganze funktioniert ja nach dem Rückstoßprinzip. Da die masse, die nach hinten ausgestoßen wird aber sehr gering ist, ist auch die Beschleunigung sehr schwach.

[Sternengucker]

Kuno, ich glaube das war mal ein Zitat aus der FlugRevue und dürfte sich auf die Rechnung: Energie/Schub/Masse oder so bezogen haben. Der Ionenantrieb ist eben ein reiner Interplanetarer/-stellarer Antrieb, der keine Chance hat als Startantrieb zu funktionieren und wenn man wirklcih große Entfernungen plant wird man wohl auch um einen Atomreaktor als Energiequelle nicht herum kommen, Solarpaneele geben irgendwann ja nichtmehr genug Saft um weiter eine Beschleunigung beibehalten zu können... und zumindest im Inneren Sonnensystem ist der Staub dann auf Dauer schon hinderlich/bremsend... Wie das weiter draussen, bis hin zum Kuyper-Gürtel aussieht, weiß ich allerdings nicht, oder über der Ekliptik...

@Spocky, ich glaube beim Ionenantrieb gibt es auch ne Obergrenze für vernünftige Baugrößen für gewisse Nutzlasten... Irgendwann würde man eigentlich nur noch Antrieb schieben und die Nutzlast ist verschwindend gering, wobei trotzdem nicht deutlich mehr Schub drin wäre.
Aber so genau habe ich mich mit dem Prinzip nie befassen müssen Ist also nur ne vage Vermutung...

[Kuno]

Original geschrieben von Sternengucker
Kuno, [...] dürfte sich auf die Rechnung: Energie/Schub/Masse oder so bezogen haben. Der Ionenantrieb ist eben ein reiner Interplanetarer/-stellarer Antrieb, der keine Chance hat als Startantrieb zu funktionieren...

Sag ich doch

...und wenn man wirklcih große Entfernungen plant wird man wohl auch um einen Atomreaktor als Energiequelle nicht herum kommen,...

Nicht unbedingt, da zwar (wie gesagt) die Schubleistung gering, die benötigte "Antriebsmasse" aber dafür recht gering ausfallen kann. Zudem könnte man Interstellaren Staub sammeln um ihn dem Antrieb (OK, das ist wirklich noch in ferner Zukunft!) zur Verfügung zu stellen.

...Solarpaneele geben irgendwann ja nichtmehr genug Saft um weiter eine Beschleunigung beibehalten zu können... und zumindest im Inneren Sonnensystem ist der Staub dann auf Dauer schon hinderlich/bremsend... Wie das weiter draussen, bis hin zum Kuyper-Gürtel aussieht, weiß ich allerdings nicht, oder über der Ekliptik...

Jo, aber wozu Solarpaneele?
Der Ionenantrieb als solcher benötigt keine!
Mithilfe der Paneele kann höchstens eine Atombatterie (ähnlich der in den Voyagersonden) innerhalb des Solarsystems "Geschont" werden. Aber bei wirklich langen Flügen würde diese "Schonzeit" derat gering gegenüber der eigentlichen Flugdauer ausfallen, das man dann wohl ganz auf sie verzichtet!

@Spocky, ich glaube beim Ionenantrieb gibt es auch ne Obergrenze für vernünftige Baugrößen für gewisse Nutzlasten... Irgendwann würde man eigentlich nur noch Antrieb schieben und die Nutzlast ist verschwindend gering, wobei trotzdem nicht deutlich mehr Schub drin wäre.
Aber so genau habe ich mich mit dem Prinzip nie befassen müssen Ist also nur ne vage Vermutung...

Jein!
Wenn man nur auf Schubleistung, nicht auf extremen Geschwindigkeitszuwachs abziehlt, dann könnte ein Schiff/ Sonde nahezu unbegrenzt groß sein. Erst wenn man Probiert ähnlich hohe Beschleunigungsraten, wie z.b. mit einem "normalen" Raketenantrieb zu erreichen, dann wird's irgendwann zu dem kommen, was Du hier beschrieben hast!

Vergleiche doch einfach einen Ionenantrieb mit einem Lupo 3L (Spaarauto hoch drei) und einem Dragster. Der Dragster beschleunigt wie "Blöd", aber der Lupo wird ihn auf dauer (Strecke) mit selbem energiegehalt leicht Einholen/ Überholen und noch etliche hundert Kilometer weiter fahren, wie der (inzwischen) mit leeren Tanks ausrollende Dragster!

Llap
Kuno