Antriebs-Techniken

[HiroP]

Um ein Schiff von der Masse eines Spaceshuttles (ca. 100t) mit 1g zu beschleunigen, benötigte man ja über 100kg pro Sekunde. Wenn man 24t als Ladekapazität annimmt, dann bleiben nur 4 Minuten für die Beschleunigung. Also 2Minuten beschleunigen, und auch abbremsen: Das bedeutet, man kann die meiste Strecke mit 1200 m/s im freien Fall fliegen. Nimmt man die kürzeste Verbindung zum Mars (0,37 AE), ergibt sich eine Reisezeit von 533 Tagen. Nicht so schön.
Das ganze müsste noch um den Faktor 100 besser werden (Fusion?), dann wäre man ja schon nach 6-7 Tagen da. Das wäre ja quasi eine kleine Kreuzfahrt.

Ich gestehe, ich versteh jetzt dein Problem nicht.
Beziehst du dich auf die Treibstoffmasse?
Die Treibstoffmenge des SpaceShuttles ist auf LEO ausgelegt, ein interplanetares Raumschiff mit NERVA-Antrieb würde ungleich mehr Treibstoff benötigen, da es von vornherein nicht für eine Homann-Bahn ausgelegt wäre.

[blueflash]

Hmmm, ein spezifischer Impuls von 8000s, das ist leider nicht genug für eine anständige Dauerbeschleunigung: Um ein Schiff von der Masse eines Spaceshuttles (ca. 100t) mit 1g zu beschleunigen, benötigte man ja über 100kg pro Sekunde. Wenn man 24t als Ladekapazität annimmt, dann bleiben nur 4 Minuten für die Beschleunigung. Also 2Minuten beschleunigen, und auch abbremsen: Das bedeutet, man kann die meiste Strecke mit 1200 m/s im freien Fall fliegen. Nimmt man die kürzeste Verbindung zum Mars (0,37 AE), ergibt sich eine Reisezeit von 533 Tagen. Nicht so schön.
Das ganze müsste noch um den Faktor 100 besser werden (Fusion?), dann wäre man ja schon nach 6-7 Tagen da. Das wäre ja quasi eine kleine Kreuzfahrt.

[HiroP]

Zu 1.
Ja, es hat genügend "Bumms". Es kommt lediglich darauf an, wie stark der Reaktor den Treibstoff erhitzen kann. Bei NERVA plante man Anfang der 1970er bis 3000°C für Wasserstoff als Treibstoff, Wasser ähnlich hoch. Sauerstoff könnte auf bis zu 5000°C erhitzt werden.

Nehmen wir mal Wasserstoff. Man erwartete bei NERVA einen spezifischen Impuls von um die 8300 m/s. Das SpaceShuttle erreicht 4400 m/s und die Hauptstufe der Ariane 5 um die 4200 m/s. Faktor zwei ist also drin.

Zu 2.

Abbau des Urans auf dem Mond und dann Transport in den LEO ist energetisch sicher günstiger als der Transport vom Boden in den LEO, ja.

[blueflash]

Aber hat schwach angereichertes Uran denn überhaupt genügend Bumms, um sich für einen Weltraumantrieb zu lohnen?

Abgesehen davon: Wenn es tatsächlich rauhe Mengen Uran auf dem Mond gibt, dann ist die sinnvollste Lösung doch: Bau des Raumschiffs im LEO (z.B. nahe der ISS), Abbau des Treibstoffs auf dem Mond, oder nicht? Uran vom Mond zur LEO (oder meinetwegen L1) zu schaffen ist doch auch leichter als von der Erde zu starten!

[Bynaus]

Wenn der Reaktor z.b. mit Plutonium betrieben wird und die Rakete beim Start explodiert, dann besteht die theoretische Möglichkeit, auch wenn es gut eingepackt wäre, daß das Plutonium sich schön über die Erde verteilt.
Bei Uran sieht es ähnlich aus, wäre aber nicht ganz so schlimm.

Wer spricht denn davon, einen solchen Reaktor mit Plutonium zu betreiben? Das wäre dann wirklich etwas gar übermütig.

Nein, Uran reicht völlig aus. Ein kompakt gebauter Reaktor würde eine Explosion der Rakete ohne Probleme überstehen und würde dann halt eben einfach ins Meer fallen, wo man ihn bergen könnte. Man bedenke z.B., dass bei der Challenger-Katastrophe das Cockpit des Shuttles intakt blieb und aus dem Meer gefischt wurde - obwohl dieses sicher weniger geschützt war als ein Reaktor es sein würde.

Und selbst, wenn der Reaktor brechen würde bei einer allfälligen Explosion: das bischen schwach angereicherte Uran macht keinen Unterschied etwa im Vergleich zu den vielen Tonnen Uran, die Kohlekraftwerke Jahr für Jahr in die Atmosphäre pusten.

Ich bin der Meinung, dass kleine, kompakte Atomreaktoren im All ein nur allzu vertretbares Risiko wären, verglichen mit den enormen Vorteilen, die dies bringen würde. Man kann diese Antriebe nämlich einfach in die Erdumlaufbahn zurück kehren lassen, sie wären also auf jeden Fall wiederverwendbar.

sondern noch Deuterium und Tritium als radioaktives Gefahrengut.

Deuterium ist nicht radioaktiv. Tritium - das radioaktiv ist - wird nicht in Schwerwasser-Druckreaktoren verwendet.

Weiß hier jemand genaueres, ob man solche Elemente in ausreichender Menge in Form einer abbaubaren Rohstoffquelle auf dem Mond findet?

Jep - Uran ist im Mondstaub ziemlich gut konzentriert, genauso in der sogenannten "KREEP"-Schicht (Kalium, Seltene Erden und Phosphorreiches Gestein auf der Mondvorderseite). Es ist glaube ich sogar so, dass es sich vom energetischen Standpunkt her mehr lohnen würde, das Uran aus dem Mondstaub zu holen als das Helium-3.

[Sternengucker]

Radioaktivität ist zwar gefährlich, aber nicht so enorm wie das stellenweise in den Medien und von Umweltverbänden dargestellt wird, sodass man schon einem kleinen Plutoniumkorn sterben würde.

an einem kleinen Körnchen/Partikel vielleicht nicht, aber Plutonium ist egal ob von der Giftigkeit her oder wegen seiner Radioaktivität am gefährlichsten wenn es eingeatmet wird... und große Mengen PuOxid die in großer Höhe in schnellfliessende Windströmungen eingebracht werden könnne eben unberechenbare Folgen haben.

Solange man keine Transportbehälter bauen kann, die für Orbitaltransporter zB ähnlich sicher sind wie Castors auf den Schienen, sollte man möglichst keine größeren Mengen wie sie für ein größeres Raumschiff gebraucht werden würden, auf einmal transportieren... bis zur kritischen Masse von ca 10 kg bleibt ja einiges an denkbaren Nutzlasten...

[Cordess]

Als Cassini ihren zweiten Erdflyby machte, war die Aufregung auch wieder groß, weil Cassini durch eine Radioisotopenbatterie angetrieben wird. Dass man die Bahnen von Himmelskörpern wirklich sehr genau berechnen kann, wissen die wenigsten. Die 7000 (oder sowas) km Abstand waren damals mehr als genug.

Ich glaube nicht das es darum geht sondern um die Worst Case Fälle.

Während dem Flug zum Mond der Apollo 13 Mission ist z.b. ein Sauerstofftank
explodiert bzw. bekam ein Leck und das führte erstmal zu einer unerwünschten Kursänderung.

Und jetzt stelle dir mal vor, daß wäre mit Cassini in ausreichender Entfernung passiert, dann hätte die Kursänderung dazu führen können, daß Cassini auf die Erde kracht, insbesondere wenn man zusätzlich davon ausgeht,
das eine Kurskorrektur nicht mehr möglich ist.

Das sind die sogenannten Worst Case Fälle die immer dann eintreten wenn man am wenigsten damit rechnet.
Es hat z.b. auch damals niemand beim Bau des WTC daran gedacht, daß da mal Terroisten mit einem großen Flugzeug reinfliegen würden.

Bei Cassini war das Risiko zwar minimal, denn es handelt sich ja NUR um Radioisotopbatterien mit wenig Plutonium an Bord, aber bei einem Kernreaktor für ein bemanntes Raumfahrzeug kann das schon ganz anders aussehen.

Und falls es anstatt dieser neuen Stirlingmotor + Kernreaktor Kombination einen herkömmlichen Druckwasserreaktor hat, hat man nicht nur radioaktives Plutonium + Rest, sondern noch Deuterium und Tritium als radioaktives Gefahrengut.


Bei aller Liebe zur Weltraumfahrt, aber die Risiken der Nukleartechnologie sind auch dort nicht ohne.
Am besten wäre es wohl, wenn man das Uran auf dem Mond findet, dann kann man sich die Raketenstarts mit Uran an Bord sparen.
Weiß hier jemand genaueres, ob man solche Elemente in ausreichender Menge in Form einer abbaubaren Rohstoffquelle auf dem Mond findet?

Um im LEO ein Raumschiff mit nuklearthermischem Antrieb zu bauen, müsste man ja irgend wann die Komponenten für den Reaktor hochschaffen.
Und dabei laufen die Umweltschützer dann Amok...

Natürlich tun sie das.
Vor allem weil ja auch nur ein paar Ariane Starts von 100 fehlgeschlagen sind
und die Ariane Raketen bisher schon zu den sichersten überhaupt zählen.
Wenn also die besten Raketen schon nicht sicher sind ist das kein gutes Zeichen
für den Start Raketen mit radioaktiven Substanzen wie Plutonium und Uran an Bord.

[blueflash]

Plutonium ist AFAIK eine der giftigsten Substanzen überhaupt. Wenn da eine katastrophale Explosion eintritt, können ganze Landstriche unbewohnbar werden. Noch schlimmere Folgen wären zu erwarten, wenn z.B. das Mittelmeer oder die Ostsee getroffen würden. Dagegen sind Kernschmelzen fast harmlos. Solange es physikalisch nicht ausgeschlossen ist, dass sich die giftigen Stoffe im Katastrophenfall über den Globus verteilen, sollte man keine derartigen Stoffe in Raketen befördern.

[Harmakhis]

Wäre die Explosion oder der Absturz von so einem Raumschiff denn überhaupt so tragisch - außer für die Besatzung?
Man hätte in so einem Fall ja kaum mit einer Kernschmelze oder etwas ähnlichem zu tun.

Radioaktivität ist zwar gefährlich, aber nicht so enorm wie das stellenweise in den Medien und von Umweltverbänden dargestellt wird, sodass man schon einem kleinen Plutoniumkorn sterben würde.

[Cordess]

Aber irrationale Ängste vor dem bösen Atom machen den Einsatz von Nukleartechnik im Weltraum für die nähere Zukunft leider unwahrscheinlich.

Nunja, die Ängste sind nicht unberechtigt.
Das eigentliche Problem existiert beim Start der Rakete.

Wenn der Reaktor z.b. mit Plutonium betrieben wird und die Rakete beim Start explodiert, dann besteht die theoretische Möglichkeit, auch wenn es gut eingepackt wäre, daß das Plutonium sich schön über die Erde verteilt.
Bei Uran sieht es ähnlich aus, wäre aber nicht ganz so schlimm.

Wenn das Ding erstmal auf dem Weg zu Jupiter oder Co ist, dann gibt es natürlich keine Probleme mehr.
Aber falls das Raumschiff z.b. im Fall einer bemannten Mission wieder zur Erde zurückkommen sollte, gibt es auch hier die theoretische Gefahr, daß das Raumschiff einen Defekt hat und nicht abbremsen kann und dann mitten auf die Erde kracht und in der Atmosphäre verglüht.
Im besten Fall ist die Flugbahn zu flach und das Raumschiff prallt von der Erde ab, im Worst Case fall ist die Flugbahn zu steil und der radioaktive Müll
verteilt sich auf der Erdoberfläche.

Umgehen könnte man das Problem nur, wenn man das Raumschiff auf eine Rückkehrflugbahn führt, die an der Erde vorbei führt und die Astronauten dann kurz vor der Erde in eine Kapsel mit chemischem Antrieb steigen
und zur Erde zurückkehren, während das große Raumschiff mit dem Reaktor Richtung Sonne oder ähnliches fliegt.

Die NASA hat zwar gerade eben angekündigt, die (teilweise) Versorgung der geplanten Mondbasis über Atomenergie zu prüfen, allerdings steht noch in den Sternen, ob das jemals Realität wird.

Mit reiner Sonnenenergie hätten sie ein Problem, da sie dann Akkus benötigen würden, die die Mondstation für ein paar Wochen mit Strom versorgen können
wenn die Station im Mondschatten liegt.
Daher wäre ein Atomreaktor für eine Mondstation eigentlich schon sinnvoll.

[Harmakhis]

Um im LEO ein Raumschiff mit nuklearthermischem Antrieb zu bauen, müsste man ja irgend wann die Komponenten für den Reaktor hochschaffen.
Und dabei laufen die Umweltschützer dann Amok...

Eigentlich muss man da wohl auf die Privatwirtschaft hoffen, die in diesem Jahrhundert wohl vermehrt in der Raumfahrt aktiv werden wird. Diese muss sich dann auch nicht um ihre Wiederwahl Sorgen machen und könnte so die Machbarkeit solch eines Projekts entgegen aller Unkenrufe demonstrieren.

[HiroP]

Dabei wärs beim Mond eher nicht nötig. Temporär vielleicht, langfristig könnte man einfach den oder besser die Pole mit Solarzellen pflastern.

Als Cassini ihren zweiten Erdflyby machte, war die Aufregung auch wieder groß, weil Cassini durch eine Radioisotopenbatterie angetrieben wird. Dass man die Bahnen von Himmelskörpern wirklich sehr genau berechnen kann, wissen die wenigsten. Die 7000 (oder sowas) km Abstand waren damals mehr als genug.

Und genauso ist es heute. Man erwähnt das Wort Strahlung oder Radioaktivität und schon kann man seine Gelder vergessen.

Um im LEO ein Raumschiff mit nuklearthermischem Antrieb zu bauen, müsste man ja irgend wann die Komponenten für den Reaktor hochschaffen.
Und dabei laufen die Umweltschützer dann Amok...

[Bynaus]

Das ganze ist bekannt unter dem Namen NERVA

Genau, oder auch genereller unter "nuklearthermische" Antriebe.

Wie mit allen nuklearen Antriebsmethoden wäre ein Einsatz in einer Raumsonde ein gewaltiger Durchbruch für die Raumfahrt (wie HiroP sagte kann man damit locker im ganzen Sonnensystem rumkurven, etwa Sample-return vom Pluto machen wenn man das denn will). Aber irrationale Ängste vor dem bösen Atom machen den Einsatz von Nukleartechnik im Weltraum für die nähere Zukunft leider unwahrscheinlich. Die NASA hat zwar gerade eben angekündigt, die (teilweise) Versorgung der geplanten Mondbasis über Atomenergie zu prüfen, allerdings steht noch in den Sternen, ob das jemals Realität wird.

[HiroP]

Bei Perry Rhodan gab es am Anfang noch "kernchemische" Antriebe bei denen IIRC die ausdehnung des Rückstoßmediums durch einen nuklearen Anregungsprozess erreicht wurde (Reaktor erhitzt Medium, Medium verdampft, Medium tritt aus, Schiff mit Reaktor wird vorgetrieben) ...

Das ganze ist bekannt unter dem Namen NERVA und wurde 1972 von der NASA zu den Akten gelegt.
Im Rahmen des Constellation-Programms soll allerdings wieder an so was gebaut werden, wenn ich mich recht erinnere.

Mit einem solchen Antrieb, der z.B. Wasser als Treibstoff nutzen würde, lassen sich Geschwindigkeiten im Bereich Mio. km/h erreichen. Das äußere Sonnensystem wäre damit erreichbar.

[Sternengucker]

Bei Perry Rhodan gab es am Anfang noch "kernchemische" Antriebe bei denen IIRC die ausdehnung des Rückstoßmediums durch einen nuklearen Anregungsprozess erreicht wurde (Reaktor erhitzt Medium, Medium verdampft, Medium tritt aus, Schiff mit Reaktor wird vorgetrieben) ... die erzeugung des rückstoßes zu spezifizieren wird IMO aber nicht nötig sein... aktiver Ausstoß (Rückstoß von Gas, kernchemischer Ausstoß und Photonenausstoß) und passiver Rückstoß (Sonnensegel, Lasersegel) werden genügen so kann man auch weniger Mögliche Rückstoßquellen vergessen

"Veränderung der Struktur des Raumzeitkontinuums" ist immer noch nicht von Punkt B abgegrenzt, ein Verbiegen der Raumzeit IST ja wohl eine Veränderung der Struktur... zumindest aber der Geometrie

Und zumindest das Beamen und der Ringtransporter sind KEINE Raumschiffsantriebe. Ähnliches gilt auch für das Stargate, wobei das zumindest für Puddlejumper und Todesgleiter als Fortbewegungshilfe diente... aber ein Antrieb im eigentlichen Sinn ist es trotzdem nicht. (erst das Ori Supergate ist gezielt auf Transport von ganzen Schiffen ausgerichtet erbaut worden)
Allerdings meine ich mal von einem Buch von Asimov oder Clarke gehört zu haben, wo ein Schiff sich selbst durch etwas beamen-artiges vorwärtsbewegt, quasi immer abwechselnd Bug und Heck voreinander beamt...