Antriebs-Techniken

In Deutsch (fragt lieber nicht, wie es dazu kam...

) habe ich mal ein Referat über neue Antriebsmöglichkeiten gehalten. Hier mal eine Kostprobe! Nicht erschrecken, es ist sehr lang, aber ich wollte mir ja auch besonders viel Mühe geben. Jetzt sind die Informationen ja schon was älter, aber ich denke, du kannst dir mal einen Überblick verschaffen:

Allgemeine Hauptprobleme bei bemannten bzw. unbemannten Weltraumreisen

Seit langer Zeit träumen die Menschen davon, die Weiten des Universums zu erforschen. Ihre Faszination, ihre Geheimnisse und die Antwort auf die Frage „Warum existieren wir?“. Natürlich konnte die Forschung in diesen Richtungen viel erreichen. Die Relativitätstheorie und die Quantenmechanik sind bis jetzt die effektivsten Teiltheorien, die unser Universum beschreiben. Aber davon will ich euch jetzt gar nichts berichten. Vielmehr stellt sich bei mir die Frage, wie man das alles herausgefunden hat. Viele Schlüsse wurden durch Expeditionen im All gezogen. Doch in naher Zukunft will man schließlich weiter forschen und man braucht bessere, größere und vor allem schnellere Raumschiffe, die einen an unbekannte Orte führen. Viele dieser „Visionen“ wurden erstmals in Science-Fiction Serien wie Star Trek oder Star Wars erwähnt. Heute allerdings sind sie Teil der Blöcke, die Wissenschaftler in ihren Büros platzieren. Trotzdem liegen weit größere Probleme vor, als man zunächst dachte. Denn die Kosten, die für solche „Ausflüge“ zustande kommen, sind enorm. Nicht der reichste Mann (oder Staat) der Welt könnte solch ein Unternehmen bezahlen. Das zweite Problem besteht in der Energieversorgung. (Näheres werde ich euch später erzählen). Man bräuchte ein Raumschiff, das Unmengen von Energie mit sich führt. Aber wie baut man so ein „Monster“? Außerdem tritt ein weiteres Problem auf, was die Staubpartikel und Asteroiden im All betrifft, denn diese würden ohne weiteres die Schutzschicht eines „gewöhnlichen“ Schiffes oder einer Sonde zerstören. Somit müsste auch das Schild vor dem eigentlichen Raumschiff mehrere Meter dick sein, doch gegen ein Teilchen mit der Masse von 10 g ist auch das dickste Schild wehrlos. Also muss eine neue Technik her.

Doch wie weit ist man jetzt wirklich mit der Technik? Nun, alles der Reihe nach….
Warpantrieb und Science-Fiction

Schon vor etwa 30 Jahren hatte man eine Idee, was eine bis an die Lichtgeschwindigkeit grenzende Fluggeschwindigkeit anbelangte. Man träumte von einem „Warpantrieb“. Nach Einstein kann man die Lichtgeschwindigkeit (ca. 300.000 km/s) nicht überschreiten und gerade darin liegt das Problem. Nach Schätzungen, die jedoch recht ungenau sind, bräuchte das Licht etwa 4,5 Jahre bis zum nächsten Stern Alpha Centauri. Und selbst das ist eine relativ lange Zeit. Man suchte fieberhaft nach einer Lösung, deren Geschwindigkeit weit über die Lichtgeschwindigkeit hinausgehen würde. 1994 äußerte sich der Physiker Miguel Alcubierre zu einer Idee, die erstmals in den Star Trek-Serien entwickelt wurde. Und nach dieser Theorie würde man mit einer beliebigen Geschwindigkeit vorwärts kommen. Doch da niemand oder nichts auf bzw. über Lichtgeschwindigkeit beschleunigen kann, ohne davon Folgen zu tragen, müsste man die Raumzeit, in der wir uns befinden, manipulieren. Man müsste den Raum krümmen und dehnen (daher auch „warp“ = krümmen; eng.) und eine Blase um das Schiff bekommen. Die Zeit in dem Raumschiff würde regulär vergehen, außerhalb aber könnte man in wenigen Sekunden mehrere km zurücklegen. Doch die Energie, die hierbei aufgebracht werden müsste, um eine solche „Warpblase“ zu erzeugen, was man bis jetzt ja auch nicht geschafft hat, wäre unglaublich hoch. Dazu kommen die verschiedenen Arten der Energien, die man benutzen müsste. Es gibt viele Arten von Energien, zwei davon sind die uns allen bekannte „sichtbare Energie“, zu denen die materiellen Gebilde wie Sterne gehören. Doch es gibt eine weitere Energieform, die „negative Energie“ oder auch „dunkle Materie“ genannt wird. Um die Raumzeit zusätzlich zu krümmen, müsste man den Raum vor dem Schiff krümmen (dazu würde man „positive Energie“ benötigen) und hinter dem Raumschiff wieder ausdehnen (also mit nag. Energie). Doch noch nie ist es Physikern oder anderen Wissenschaftlern gelungen, solch eine „Warpblase“ zu erschaffen. Und deshalb bleibt der Warpantrieb (noch) eine Vision.

Laserantrieb

Laser hat sich schon in vielen Bereichen der Forschung bestens bewährt. Egal ob in der Optik oder in der Mechanik- Laser war immer eine Sensation. Auch in der Physik hat man große Fortschritte erlangt. Doch Laser als Antrieb? Ist das nicht zu teuer? Nun, tatsächlich gehört der Laserantrieb zu den teuersten und aufwändigsten Methoden, um ein Raumschiff zu beschleunigen. Durch gezielte Laserstrahlen (durch einen im Erdorbit gebrachten Satelliten ausgesendete) könnte man das Objekt, das ins All will bzw. muss, anschieben. Durch in zeitlichen Abständen abgestrahlte, explosionsartige Pulse würde das Raumschiff nach und nach beschleunigen. Das Problem jedoch besteht wieder in den enormen Energiemengen, die der Laserantrieb verbrauchen müsste. Und bisher hat auch noch niemand einen so hochkonzentriert gebündelten Laserstrahl geschaffen, um damit ein so massereiches Objekt wie ein Raumschiff fortzubewegen.

Kernfusion

Noch eine andere Methode, Energie zu gewinnen, wäre die Kernfusion. Bei der Kernfusion verschmelzen Atome miteinander, zuerst ist das der Wasserstoff, der „leichteste“ Stoff. Es entstehen immer schwerere Stoffe. Auch das Lebensziel eines Sternes besteht darin, seinen nuklearen Brennstoff zu verbrauchen und seine Atome in immer schwerere Stoffe zu verwandeln. Dazu sagt folgende Quelle: „Pro Sekunde verschmelzt sie etwa 600 Millionen Tonnen Wasserstoff zu 596 Millionen Tonnen Helium. Dabei wird Energie frei, die der Masse von 4 Millionen Tonnen entspricht“. So gewinnt ein Stern Energie für sein Leuchten. Was geschieht, wenn ein Stern seinen Brennstoff verbraucht hat, hängt ganz von seiner Masse ab.

Besonders effektiv jedoch sind Kernfusionen von Deuterium (schwerer Wasserstoff) und Helium-3. Damit dabei aber eine möglichst große Energie frei wird, müssen die Atome mit unglaublicher Geschwindigkeit aufeinander zurasen. Diese benötigten Geschwindigkeiten werden am besten durch ein Plasma erzeugt, also Ionen. Da Ionen positiv geladen sind, stoßen sie sich gegenseitig ab. Das sorgt für schnellere Geschwindigkeiten, als „normale“ Teilchen zurücklegen. Hauptsächlich gewinnt man durch Kernfusionen Wärmenergie, die dann an das Kraftwerk des Raumschiffes weitergeleitet wird.

Chemischer Antrieb

Die Energie für den chemischen Antrieb besteht aus der Energie, wie sie bei Oxidationen gewonnen wird. Da wir Oxidationen schon in Chemie durchgenommen haben, erkläre ich diese Methode nun nicht mehr. Allerdings werde ich noch einige Probleme auflisten, die bei dem chemischen Antrieb auftreten. Zum einen müsste fast das gesamte Raumschiff mit Treibstoff (z.B. Sauerstoff und ?) ausgestattet sein. Dazu kämen sehr viel größere Treibstoffpumpen als gewöhnlich hinzu. Außerdem würden selbst die kleinsten Risse oder Störungen in Leitungen zu Katastrophen führen. Dann müsste man auch für jeden Flug eine neue Rakete bauen und durch den hohen Energieverbrauch würde man schlussendlich gar nicht sein Ziel erreichen, denn die zu benötigende Energie ist und wird nicht vorhanden sein. Somit würde die aufgebrachte Geschwindigkeit nicht ausreichen, um längere Expeditionen zu planen.

Ionenantrieb und elektromagnetische Wellen

Auch der Ionenantrieb gehört zu den komplizierteren Methoden. Ich muss euch kurz erklären, was Ionen sind. Ionen sind Atome, bei denen die Elektronen, die negativ geladenen Teilchen, fehlen. Man nennt diesen Zustand auch plasmatischen Zustand. Nun werden den Atomen wieder Elektronen hinzugefügt, und herausgeschlagen. Somit wird das Atom positiv ionisiert. Durch elektromagnetische Wellen kann man dieses Plasma beschleunigen. Und das Raumschiff hat neue Energie. Dies war nur eine sehr kurze Fassung und auch hier gibt es sehr viele Probleme. Zum einen verbraucht dieser Antrieb wieder einmal viel zu viel Treibstoff und funktioniert nur in der Schwerelosigkeit des Weltraumes. Und zum anderen müsste das Objekt, das sich mit Ionenantrieb fortbewegt, ein eigenes Kraftwerk haben.

Bei elektromagnetischen Wellen stellen sich ähnliche Probleme heraus. Elektromagnetische Wellen sind z.B. Mikrowellen, die man nicht sehen kann oder sichtbares Licht. Wenn man einen Satelliten im All so ausrichten würde, dass er elektromagnetische Strahlung so konzentriert bündeln würde, dass er damit ein Raumschiff steuern könnte, wäre dass eine hervorragende Lösung für das Problem der Weltraumreisen. Allerdings hat man die Konsequenzen der intensiven Strahlung in Bezug auf unsere Atmosphäre noch nicht erforscht. ((Es könnte sein, dass es zu radioaktiver Verseuchung kommt.))

Materie- und Antimateriereaktionen

Die Materie- Antimateriereaktion ist (ausnahmsweise) keine „Vision“. Tatsächlich ist es Wissenschaftlern gelungen, Antimaterieteilchen zu finden und selbst herzustellen. Das Problem jedoch stellt sich in der Herstellung dieser Antimaterieteilchen heraus: es dauert einfach zu lange, um einen Fingerhut Antimaterieteilchen herzustellen (an die 50 Jahre), den man für einen Flug zum Mars benötigen würde. Für viele mag diese Zahl, also ein Fingerhut voll Antimaterie als sehr wenig erscheinen, doch da die Reaktion von Materie- und Antimaterie reine und somit die größte Energie entstehen lässt, ist ein Fingerhut voll Antimaterie eines Stoffes sehr gefährlich! (Eine eher ungenaue Angabe ist die, dass die Reaktion von 1g Materie und Antimaterie drei Atombomben des Hiroshima-Typs entsprechen würde, diese Angaben konnte ich aber nicht beweisen). Ein weiteres Problem tritt in der Lagerung der Teilchen auf. Man müsste spezielle Kraftfelder entwickeln (wie in Star Trek), die die Teilchen voneinander trennen, denn nun wissen wir, was passieren würde, wenn man das nicht täte: sobald die Materie auf die Antimaterie trifft, entsteht reine Energie. Ich persönlich finde diese Art der Energiegewinnung am interessantesten, weil sie sehr mit der Physik kommuniziert.

„Raumstationenspringen“

Raumstationenspringen ist ein recht merkwürdiges Wort, werdet ihr denken. Und wenn ihr gleich erfahrt, was es mit der Idee vom Raumstationenspringen auf sich hat, werdet ihr vielleicht endgültig denken, die Wissenschaftler sind verrückt. Aber alles der Reihe nach. Das Raumstationenspringen, ich kürze ab RSS, ist ein sehr umfangreiches und sehr kostspieliges System. Es handelt sich bei diesem Projekt um eine merkwürdige Art der Beschleunigung mit Hilfe von riesigen Raumbasen. An diesen Stationen, die sich mit unglaublicher Geschwindigkeit um sich selbst drehen, dockt ein Raumschiff an. S wird durch die Rotation der Raumbasis beschleunigt und muss nun nur noch im richtigen Moment abdocken. Es rotiert dann durch den Raum, bis es an eine andere Station gelangt. Und auch hier wird das Raumschiff andocken und sich mehr und mehr beschleunigen. Dabei gilt: je länger die Raumstationen, desto effektiver ist diese Methode, um ein Raumschiff zu beschleunigen. Klingt eigentlich recht plausibel, wären da nicht weitere Probleme auftauchen würden. Das erste Problem betrifft die Gravitation. Man bräuchte ein Gravitationsfeld in den Raumstationen, die eventuelle Austauschungen von Waren ermöglichen, ohne das man durch das ständige Rotieren schwerwiegende Folgen erleidet. Zum zweiten ist die Variante des RSS sehr kostspielig. Und zum anderen wäre der Drehimpuls, mit dem sich die Raumstation bewegen würde, nicht konstant haltbar oder auch unmöglich herzustellen. Aber mal sehen… .

Schwarze Löcher und Wurmlöcher

Schwarze Löcher sind eine Faszination- keine Frage. Aber ich halte sie außerdem für sehr mächtige Erscheinungen. Schwarze Löcher existieren tatsächlich und auch in unserer Milchstraße gibt es ein supermassives (also sehr massereiches) Schwarzes Loch. Schwarze Löcher haben bemerkenswerte Eigenschaften. Sie „verschlucken“ enorme Mengen Materie, die sie dann zu einem unendlich dichten Zustand zusammen pressen. Es entsteht ein so genannter Singularitätspunkt. Vielleicht wäre man in der Zukunft in der Lage, diese enorme Energie, die Schwarze Löcher verschlucken, zu gewinnen. Oder eventuell Quasare, die von Schwarzen Löchern gespeist werden, anzuzapfen. Quasare sind übrigens die hellsten Sterne, aber näheres ist zu kompliziert, um es zu erklären. Auf jeden Fall wäre die Idee, die Energie eines Schwarzen Loches zu benutzen, in recht komplizierte Angelegenheit, denn wie sollte man etwas aus dem Schwarzen Loch heraus bekommen, wenn selbst das Licht ihnen nicht entkommen kann?

Eine andere Möglichkeit von Reisen, denn darum geht es schließlich, wären Wurmlöcher. Ob sie tatsächlich Realität sind, kann man immer noch nicht 100%ig sagen. Zumindest wenn sie existieren, weiß man schon einige ihrer Eigenschaften. Wurmlöcher sind Krümmungen der Raumzeit, also Abkürzungen. Würde man an einem Ende des Wurmloches sich in dieses begeben, könnte man (theoretisch) am anderen wieder heraus kommen. Und somit mehrere Lichtjahre in Sekunden zurücklegen.

Schluss

Aber egal wie man letztendlich sein Ziel erreicht: jetzt ist es mir erst wichtig gewesen, euch zu vermitteln, wie weit die Forschung mal sein wird. Natürlich habe ich viele andere Antriebsmöglichkeiten nicht erwähnt, aber es wäre einfach zu kompliziert und zu umfangreich, als dass ich es jetzt hätte erklären können. Trotzdem- ich muss zugeben, die Forschung hat viel erreicht. Ich hoffe, dass man auch in naher Zukunft weitere Möglichkeiten findet, um ein Raumschiff leistungsfähiger zu machen. Und ich hoffe, dass man das Streben nach einer bessren Zukunft nicht aufgibt. Nicht jetzt und nicht in Millionen Jahren.

Yoah... hoffe, dass hat deine Neugier etwas befriedigt...

Ankündigung

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