Plasmaantrieb "VASIMR"

[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]

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?

[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.

[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

[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).

[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.

[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...

[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)?

[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)