Plasmaantrieb "VASIMR"

[Feydaykin]

Also als Übeschlag bietet sich da die Raketengrundlgleichung an.

Möglich das die für andere Antriebe Modifiziert werden müsste bei details, aber im Grunde bietet sie wohl einen guten Überblick

so aus dem Stehgreif Auströmgeschwindigkeit/kms *Ln(Verhältnis Masse Voll zu /Masser Leer)

[Liopleurodon]

Man kann nicht konstant weiterbeschleunigen. Je höher die aktuelle Geschwindigkeit, desto mehr Energie braucht man, um die Geschwindigkeit um einen konstanten Betrag zu erhöhen. Bei einem gegebenen Antrieb mit einem bestimmten maximalen Energie-Output beschleunigt das Raumschiff immer weniger und nähert sich somit (s)einer Endgeschwindigkeit an.

Wie würde man eigentlich die Endgeschwindigkeit für ein Raumschiff berechnen? Welche Daten benötigt man dafür (speziell mal bezogen auf den VASIMR-Antrieb)?

[Bynaus]

Man kann nicht konstant weiterbeschleunigen.

Aus Sicht der Besatzung schon. Mit einem Bussard-Antrieb (= Aufsammeln von interstellarem Wasserstoff für Kernfusion an Bord) kann bzw. könnte man das, im Prinzip (das Bussard-Konzept hat seine Probleme, aber es gibt auch Lösungsansätze für diese Probleme, so dass zur Zeit kein abschliessendes Urteil möglich ist), weil immer mehr Treibstoff zur Verfügung steht, je schneller das Raumschiff unterwegs ist. Zwar würde aus der Sicht eines äusseren Beobachters die Beschleunigung nahe der Lichtgeschwindigkeit nur noch um sehr kleine Beträge zunehmen - für die Besatzung hingegen kann diese Beschleunigung immer noch z.B. 1 Ge betragen.

Mit konstant 1 Ge Beschleunigung könnte man z.B. in 30 Jahren Bordzeit die Andromeda-Galaxie erreichen. Bloss, dass dann auf der Erde 2 Mio Jahre vergangen sind...

[bozano]

Das kapiere ich nicht ganz. Wenn ich mit einem Flugzeug von Köln nach Berlin fliege zählt doch auch die Durchschnittsgeschwindigkeit und nicht die Beschleunigung. Wenn ich (um es einfach zu machen) die Luftlinie nehme, ergibt sich folgende Rechnung: Berlin ist von Köln rund 478 km entfernt. Wenn mein Flugzeug nun mit 478 km/h fliegt, brauche ich eine Stunde nach Berlin. Ist das Flugzeug mit 956 km/h doppelt so schnell, brauche ich folglich nur eine halbe Stunde.

Analog sollte sich das auch im All verhalten. Wenn ich zb einen Flug zum Jupiter mit 100 km/sec absolviere, dann sollte ich zum Ziel nur halb soviel Zeit benötigen, als wenn ich mit 50 km/sec fliege. Natürlich spielt die Beschleunigung auch eine Rolle. Aber wenn diese zb. in beiden Fällen 1g beträgt sollte das nicht soviel ausmachen, da die jeweilige Höchstgeschwindigkeit relativ schnell erreicht ist. Natürlich dauert es entsprechend etwas länger, wenn die Beschleunigung nur 0.1 g beträgt, aber letztendlich scheint mir die Endgeschwindigkeit der wichtigere Faktor für die Reisedauer zu sein.

Oder liege ich da völlig falsch?

Wie hier schon erklärt wurde, hast du auf der Erde Luftwiderstand. Je höher die Geschwindigkeit auf der Erde ist, umso viel (in der entsprechenden Formel wird die Geschwindigkeit quadriert) stärker wird der Luftwiderstand. Daher braucht man bei bei doppelter Geschwindigkeit nicht nur die doppelte Energie. Um Überhaupt die Geschwindigkeit halten zu können, muss man ständig Energie aufwenden.

Im All ist es anders. Es gibt keinen Luftwiderstand. Hat man eine bestimmte Geschwindigkeit erreicht und will diese beibehalten, gibt man dem Antrieb einfach keine Energie mehr hinzu (Anziehungskraft von Erde, Mond und Sterne vernachlässigt). Da die Strecken aber enorm sind, bleibt nichts anderes übrig, als immer weiter zu Beschleunigen.

Durchschnittsgeschwindigkeiten auf der Erde sind bei Flugzeugen relativ konstant, da die Beschleunigung nur einen kleinen Teil der Flugzeit in Anspruch nimmt. Im Weltall aber ist die Durchschnittsgeschwindigkeit in erster Linie von der Beschleunigung und von der Dauer der Beschleunigung abhängig.

Man kann nicht konstant weiterbeschleunigen. Je höher die aktuelle Geschwindigkeit, desto mehr Energie braucht man, um die Geschwindigkeit um einen konstanten Betrag zu erhöhen. Bei einem gegebenen Antrieb mit einem bestimmten maximalen Energie-Output beschleunigt das Raumschiff immer weniger und nähert sich somit (s)einer Endgeschwindigkeit an.

Genau genommen hast du recht. Ein Raumschiff hat eine bestimmte Menge an Masse dabei, deren Impuls man verwenden will. Vernachlässigt man die Massenabnahme des Raumschiffes und auch die relativistischen Effekte, kann man von konstanter Beschleunigung sprechen.

[xanrof]

Daher kannst Du ständig weiter beschleunigen. Es gibt also eigentlich keine Maximalgeschwindigkeit.

Man kann nicht konstant weiterbeschleunigen. Je höher die aktuelle Geschwindigkeit, desto mehr Energie braucht man, um die Geschwindigkeit um einen konstanten Betrag zu erhöhen. Bei einem gegebenen Antrieb mit einem bestimmten maximalen Energie-Output beschleunigt das Raumschiff immer weniger und nähert sich somit (s)einer Endgeschwindigkeit an.

Beim Flugzeug hängt die Geschwindigkeit in erster Linie von der Leistung der Triebwerke ab, bei einem Raumschiff dagegen von der Menge an Treibstoff die man mitnehmen kann und der Effiziens der Triebwerke, ...

Aber nur, wenn die Masse des "Treibstoffs" überhaupt eine Rolle spielt. Deswegen könnten Raumschiffe, die keinen Treibstoff mitführen müssen (zB Sonnensegel-Antrieb), auch so lange beschleunigen und dementsprechend hohe Geschwindigkeiten erreichen. Aber auch hier gilt das oben geschriebene: Sonnensegel mit konstanter Größe können nur einen endlich großen Impuls durch den Sonnenwind aufnehmen, und auch solche Raumschiffe haben demnach nur eine begrenzte Endgeschwindigkeit (jeweils weit unterhalb der Lichtgeschwindigkeit).

[Wolf4310]

Oder liege ich da völlig falsch?

Jain, Flugzeug und Raumschiff kann man nicht so direkt miteinander vergleichen.
Beim Flugzeug hängt die Geschwindigkeit in erster Linie von der Leistung der Triebwerke ab, bei einem Raumschiff dagegen von der Menge an Treibstoff die man mitnehmen kann und der Effiziens der Triebwerke, d.h. einem Raumschiff geht der Treibstoff aus lange bevor die theoretisch maximale Geschwindigkeit erreicht ist.
Mit Antrieben wie dem VASIMR kann man ca die Hälfte des Weges zum Mars kontinuierlich beschleunigen

[CPL386]

Das kapiere ich nicht ganz. Wenn ich mit einem Flugzeug von Köln nach Berlin fliege zählt doch auch die Durchschnittsgeschwindigkeit und nicht die Beschleunigung. Wenn ich (um es einfach zu machen) die Luftlinie nehme, ergibt sich folgende Rechnung: Berlin ist von Köln rund 478 km entfernt. Wenn mein Flugzeug nun mit 478 km/h fliegt, brauche ich eine Stunde nach Berlin. Ist das Flugzeug mit 956 km/h doppelt so schnell, brauche ich folglich nur eine halbe Stunde.

Analog sollte sich das auch im All verhalten.

Tut es ja auch. Wenn du auch länger brauchen wirst, als Du berechnet hast.
Weißt schon, wegen Start und Landemanöver + Beschleunigungsphase auf Maximalgeschwindigkeit.

Nur fragst Du nicht nach einem fertigen Flugzeug mit maximal Gewicht!
Du fragst nach der Leistung des Antriebes!

Nimm einen 400PS PKW Motor. Wenn ich den in einen Trabbi einbaue, Fetzt das ganz ordentlich.
Jetzt will ich aber ggf. übers Meer fahren und ein paar Container mitnehmen.
Da kommt der Antrieb nicht weit, trotz den 400PS. Die Masse bremst aus.

Hinzu kommt, dass man im All eigentlich kaum etwas hat, dass einen aus Bremst (Luftreibung, Wasserwiederstand, usw.)
Daher kannst Du ständig weiter beschleunigen. Es gibt also eigentlich keine Maximalgeschwindigkeit.

Du müsstest also für die Reisedauer die Masse / Gewicht des Schiffes haben und die strecke die es beschleunigen kann + Bremsweg. Du kannst nicht einfach über 20'000 Km beschleunigen und dann in 100Km abbremsen!
Beschleunigung und Bremsweg könnten 50-50 des Weges darstellen. Energiesparender wäre es jedoch, wenn man auf eine gewisse Geschwindigkeit beschleunigt, den Antrieb abstellt, sich treiben lässt (man wird ja nicht gebremst) und erst in nähe des Zieles abbremst.

Hoffe das ist etwas verständlicher ausgedrückt.

[Kepler62e]

Wie lange man unterwegs weiß ich nicht. Der Punkt, auf den es ankommt ist die Beschleunigung und nicht die Geschwindigkeit. Die Geschwindigkeit resultiert aus der Beschleunigung und der Zeit.

Das kapiere ich nicht ganz. Wenn ich mit einem Flugzeug von Köln nach Berlin fliege zählt doch auch die Durchschnittsgeschwindigkeit und nicht die Beschleunigung. Wenn ich (um es einfach zu machen) die Luftlinie nehme, ergibt sich folgende Rechnung: Berlin ist von Köln rund 478 km entfernt. Wenn mein Flugzeug nun mit 478 km/h fliegt, brauche ich eine Stunde nach Berlin. Ist das Flugzeug mit 956 km/h doppelt so schnell, brauche ich folglich nur eine halbe Stunde.

Analog sollte sich das auch im All verhalten. Wenn ich zb einen Flug zum Jupiter mit 100 km/sec absolviere, dann sollte ich zum Ziel nur halb soviel Zeit benötigen, als wenn ich mit 50 km/sec fliege. Natürlich spielt die Beschleunigung auch eine Rolle. Aber wenn diese zb. in beiden Fällen 1g beträgt sollte das nicht soviel ausmachen, da die jeweilige Höchstgeschwindigkeit relativ schnell erreicht ist. Natürlich dauert es entsprechend etwas länger, wenn die Beschleunigung nur 0.1 g beträgt, aber letztendlich scheint mir die Endgeschwindigkeit der wichtigere Faktor für die Reisedauer zu sein.

Oder liege ich da völlig falsch?

[bozano]

War ja auch nur eine Rundung. Jedenfalls finde ich es interessant, dass (theoretisch) ein Antrieb verfügbar wäre, mit dem es möglich wäre ein Raumschiff in 40 Tagen zum Mars zu schicken. Oder eben in ungefähr 200- 300 Tagen sogar bis zum Jupiter.

Oder irre ich mich da jetzt total?

Wie lange man unterwegs weiß ich nicht. Der Punkt, auf den es ankommt ist die Beschleunigung und nicht die Geschwindigkeit. Die Geschwindigkeit resultiert aus der Beschleunigung und der Zeit.

[Kepler62e]

Das kann man so aber nicht rechnen, zum einem kann man bei weiter entfernten Zielen länger beschleunigen und zum anderen ist die Flugstrecke länger als die direkte Entfernung Erde->Jupiter

Edit: Ausserdem verkürzt VASIMR die Reisezeit zum Mars nicht (nur) wegen der höheren Geschwindigkeit, sondern wegen der Effiziens des Antriebs, wodurch eine "direktere" Flugbahn möglich wird

War ja auch nur eine Rundung. Jedenfalls finde ich es interessant, dass (theoretisch) ein Antrieb verfügbar wäre, mit dem es möglich wäre ein Raumschiff in 40 Tagen zum Mars zu schicken. Oder eben in ungefähr 200- 300 Tagen sogar bis zum Jupiter.

Oder irre ich mich da jetzt total?

[Wolf4310]

Edit: Ich habe nocheinmal genauer nachgerechnet. Die Reise bis zum Pluto würde bei der Geschwindigkeit um die 600 Tage dauern. 100 km/sec scheint mit dem VASMR Antrieb aber doch nicht möglich zu sein, da immer 39 Tage bis zum Mars angegeben werden, was bedeutend langsamer ist. Aber Jupiter und vielleicht sogar Saturn scheinen mir in Reichweite des VASMR zu sein. Der Jupiter ist ungefähr 6x soweit entfernt von der Erde wie der Mars. 39 x 6 = 234 Tage.

Das kann man so aber nicht rechnen, zum einem kann man bei weiter entfernten Zielen länger beschleunigen und zum anderen ist die Flugstrecke länger als die direkte Entfernung Erde->Jupiter

Edit: Ausserdem verkürzt VASIMR die Reisezeit zum Mars nicht (nur) wegen der höheren Geschwindigkeit, sondern wegen der Effiziens des Antriebs, wodurch eine "direktere" Flugbahn möglich wird

[Kepler62e]

Die Endgeschwindigkeit ergibt sich aus der Beschleunigungsdauer und somit auch aus der Masse des mitgeführten Treibstoffes.

Diese Info nutzt mir sdo leider nichts. Die Raketengleichung kann ich überall nachlesen. Mich interessiert die genaue Geschwindigkeit, die man mit diesem Antrieb tatsächlich erreichen könnte. Hier und da ist von 39 Tagen bis zum Mars die Rede. Kommt das hin?

Was mich noch mehr interessiert ist ob dieser Antrieb auch das Potential hat um bemannte Reisen bis zum Saturn und darüber hinaus zu ermöglichen. So wie in der von mir verlinkten Doku.

Für solche Reisen scheint mir eine Reisegeschwindigkeit von mindestens 100km/sec erforderlich. So das man auf eine Reisedauer von 400 - 500 Tagen bis zum Pluto käme. Könnte der VASMR Antrieb das leisten?

Edit: Ich habe nocheinmal genauer nachgerechnet. Die Reise bis zum Pluto würde bei der Geschwindigkeit um die 600 Tage dauern. 100 km/sec scheint mit dem VASMR Antrieb aber doch nicht möglich zu sein, da immer 39 Tage bis zum Mars angegeben werden, was bedeutend langsamer ist. Aber Jupiter und vielleicht sogar Saturn scheinen mir in Reichweite des VASMR zu sein. Der Jupiter ist ungefähr 6x soweit entfernt von der Erde wie der Mars. 39 x 6 = 234 Tage. Klingt gut. Klingt sogar so gut, als wäre das in den nächsten 20/30 Jahren machbar, wenn man nur gewillt wäre ein paar hundert Milliarden Dollar pro Jahr in dieses Projekt zu stecken, statt in immer mehr Waffen. Eine Reise zum Mars und weiter zum Jupier, vielleicht sogar bis zum zum Saturn. Das wäre was ganz Großes für die Menschheit.

[Liopleurodon]

Wie schnell kann ein Raumschiff mit so einem VASIMR Antrieb werden? Ich habe verschiedene Angaben im Netz gefunden, aber keine genaue Angabe. Sind 100 km/sec möglich?

Die Endgeschwindigkeit ergibt sich aus der Beschleunigungsdauer und somit auch aus der Masse des mitgeführten Treibstoffes.

[Kepler62e]

Wie schnell kann ein Raumschiff mit so einem VASIMR Antrieb werden? Ich habe verschiedene Angaben im Netz gefunden, aber keine genaue Angabe. Sind 100 km/sec möglich?

Wäre mit einem VASIMR Antrieb so eine Space Odyssey möglich?

Edit: Für die User, die sich nicht die komplette Doku ansehen wollen. Sie schildert eine bemannte Mission, die zu allen Planeten unseres Sonnensystems führt. Von der Venus bis zum Pluto. 13 Milliarden Kilometer in sechs Jahren.

[xanrof]

Aber eine Zukunft die extrem weit entfernt ist, so weit wie eine Boing 747 von einem Doppeldecker. Eine Stipvisite wie bei Apollo 11 zum Mars ist finanziel überschaubarer mit chemischen Mitteln, die müssen wir nur größer oder mehr von starten um eine Marsmission zusammen zu stellen. Bei Vasimir+Kernreaktor muss alles aus dem Stand entwickelt werden ohne das man damit Vorteile im Satelitentransport haben täte.

Ein Flug zum Mars ist keine Stippvisite.
Bei Vasimr (nicht: Vasimir) muss gar nichts aus dem Stand entwicklet werden, denn die Entwicklung läuft schon seit 35 Jahren:

Im Oktober 2008 berichtete das Unternehmen, dass der VX-200-helicon-Motor in der ersten Stufe, ein Solid-state-Hochfrequenz-Leistungskoppler, einsatzbereit sei. Die Schlüsseltechnologie dazu, die Gleichstrom-Radiowellenumsetzung (solid-state DC-RF), erreiche hier einen Wirkungsgrad von 98 %.
(...)
Am 10. Dezember 2008 erhielt Ad Astra Company den Auftrag der NASA, den Einbau und Test eines einsatzbereiten VF-200-Motors mit 200 kW Leistung auf der Internationalen Raumstation (ISS) vorzunehmen. Mit dem VF-200-Motor kann die Höhe der Station gehalten werden, ohne wie bisher immer wieder Raketenbrennstoff zur ISS schaffen zu müssen. Der Start wird für 2014 erwartet.

https://de.wikipedia.org/wiki/VASIMR...wicklungsstand
Nur um Missverständnisse zu vermeiden: Ich behaupte nicht, daß für einen interplanetaren Flug gar keine Entwicklung mehr notwendig sei. Aber Erfahrung hat man mit dieser Technik schon reichlich.

Und chemische Antriebe sind sowas von ... uralt.