Keine Raumfähren mehr?

[Bynaus]

Aber 10 Milliarden? Das ist dann schon nochmals ein anderes Kaliber als Virgin Galactic, oder SpaceX...

[blueflash]

Natürlich, aber bedenke mal die Leistung, die man dafür bekäme.
Die Gewinnmöglichkeiten wären enorm. Hier geht es ja gar nicht mehr um Fracht, sondern um einen Markt, Menschen ins All zu bringen.
Ich würde mal wetten, dass die Investitionen für die ersten Transatlantiklinien mit Ozeanriesen inflationsbereinigt in der gleichen Größenordnung lagen.

[Cordess]

Doch, dann bist du - energetisch gesprochen - praktisch dort. Du musst nur Zeitpunkt des Starts so wählen, dass du auf eine entsprechende Bahn zum Asteroiden getragen wirst, so dass du am Zielort nur noch minimal abbremsen musst (wenn überhaupt) - das Verlassen des Asteroiden kostet dann wiederum praktisch Null Energie.

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Bahnen und Orbits von Satelliten
Bahnen im Sonnensystem und um andere Planeten

Der Asteroidengürtel liegt zwischen Mars und Jupiter und du brauchst allein
um zum Mars zu kommen eine Startgeschwindigkeit von v = 11409 m/s,
das ist um einige Größenordnungen mehr als sie für einen GTO Orbit notwendig sind.

Alle Raketen im Westen werden im Moment von staatlichen Organisationen entwickelt und betrieben. Private, kostengüstige Alternativen (die früher von den Regierungen aktiv behindert wurden) werden gerade erst entwickelt, und da liegt noch viel Sparpotential darin. Man kann mit Raketen den Startpreis pro kg auf mindestens einen Fünftel, wenn nicht sogar auf einen Zehntel des gegenwärtigen Preises drücken. Es ist also nicht eine Frage der Effizienz der Triebwerke, sondern des Betriebs.

Wie du meinem vorherigen Posting entnehmen kannst, sagte ich, daß man die Ariane 5 auf geringe Betriebskosten und nicht auf effiziente Triebwerke getrimmt hat, aber das ändert nichts an meiner Grundaussage daß die Entwicklungen nur im kleinen Rahmen stattfinden. Große Sprünge sind nicht drin.

Schon gar nicht durch die kommerzielle Weltraumfahrt der das Geld fehlt
um überhaupt größere Raketen zu entwickeln und zu bauen, so daß sich ein Rohstoffabbau überhaupt rechnet.
Die meisten kommerziellen Weltraumfirmen kaufen fertige Raketentriebwerke ein, ohne selbst welche zu entwickeln, aber das sind hauptsächlich kleine Triebwerke mit denen man keine großen Nutzlasten erreichen kann.
Und eine Bündelung dieser wäre rechnerisch wieder zu teuer.

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Konzepte für eine preiswerte Trägerrakete
Zukünftige Raumtransportsysteme

Natürlich kann man Raumfahrt und Computerbranche nicht direkt vergleichen: aber wenn es technische Alternativen zum Raketenstart gibt (und die gibt es),
die günstiger sind (nachdem sie erst mal entwickelt wurden), und man den freien Markt spielen lässt, dann wird sich das Gesetz des beschleunigten Wachstums auch hier durchsetzen.

Es gibt bis jetzt nur eine einzige Alternative zum Raketenstart die sich erstes noch in Entwicklung befindet und zweitens aufgrund schwacher Laser und Materialbeschränkungen für nur sehr kleine Nutzlasten im kg Bereich eignet.
DLR - Institut für Technische Physik - Laserantrieb

Der Weltraumfahrstuhl dagegen ist keine Alternative, sondern eine utopische Spinnerei die darüberhinaus auch noch unwirtschaftlich ist, da man aufgrund technischer Grenzen, sofern man so ein Ding überhaupt realisieren könnte, was stark zu bezweifeln ist, die Geschwindigkeit des Aufstiegs stark begrenzen müßte, womit der Aufzug dann wirtschaftlich nicht mehr lukrativ wäre.

Falls du mit Alternativen von Flugzeugen aus gestartete Raketen meinst,
so sei dir auch hier gesagt, daß man durch diese kaum etwas gewinnt.
Das kannst du ganz leicht durch diese Formel überprüfen, in dem du
die kinetische Energie aufgrund der Anfangsgeschwindigkeit für den Start vom Flugzeug aus, mit der später notwendigen Energie, die du für z.B. einen LEO Orbit benötigst vergleichst.
Ekin= 1/2 * m * v^2

Der Schwerpunkt liegt hier auf der Geschwindigkeit im Quadrat.
Die Eigengeschwindigkeit des Flugzeugs bringt da also so gut wie fast gar keine Vorteile bzw. ist unwesentlich.
Und Überschall oder Hyperschallflugzeuge sind in der Entwicklung viel zu teuer und technisch in ihrer Größe deutlich limitiert, so daß man hier nur kleine Nutzlasten erwarten kann.

Das momentan vielversprechendste Projekt zur Kostenersparnis für mittelgroße Nutzlasten ist daher momentan nur das Projekt Hopper der ESA, aber das wars dann auch schon.
Für schwere Nutzlasten gibt es momentan nur Raketen und das wird auch noch die nächsten 80 Jahre so bleiben, es sei denn es gibt einen Durchbruch in der Physik.

Ganz zu schweigen von möglichen Durchbrüchen in der Kernfusion oder der Energiespeichertechnik (etwa Antimateriespeicherung), die uns einstufige (SSTO) Orbitalflugzeuge bescheren könnten.

Es ist zwar möglich Antimaterie schon heute zu speichern, aber ein Raumschiff daß in den Orbit fliegen soll ist mit Antiamterie aus folgenden 3 Gründen nicht realisierbar.
1. Bei der Antimaterie-Annihilation wird die gesamte Energie in Form von Gammastrahlung freigesetzt und die ist für die Umwelt auf der Erde schädlich.
2. Die Richtung dieser Energiefreisetzung ist nicht kontrollierbar um sie in Schub für ein Raumfahrzeug umsetzen zu können. D.h. die eine Hälfte fliegt nach links und die andere nach Rechts womit die Schubwirkung aufgehoben ist.
Es wäre also eine Art Spiegel für Gammastrahlung notwendig, aber dies ist technisch nicht möglich, sprich kein Material hält das aus und geben tut es so etwas auch nicht.
3. Die Herstellung von Antimaterie ist heute viel zu teuer und wird sich in den nächsten 80 Jahren auch nicht wesentlich ändern, zumal 1 Gramm auf der Erde gelagerte Antimaterie schon ein erhebliches Sicherheitsrisiko darstellen würde.

Die Nutzung von Antimaterie für den Transport von Nutzlasten in einen Erdorbit ist also utopisch.

Nun kommen wir noch zur Kernfusion.
Ein Kernfusionskraftwerk nach dem Tokamakdesign wäre aufgrund seiner erforderlichen Größe mehrere tausend Tonnen schwer.
Desweiteren wüßte ich nicht, wie man die gewonnene Energie in für den Atmosphärenflug geeignete Bewegungsenergie umsetzen sollte. Ein Ionen- oder Plasmatriebwerk funktioniert nur im Vakuum.
Falls du so einen Reaktor nur im Weltraum betreiben willst, dann währen folgende Probleme vorhanden:
Das Eigengewicht des Reaktors ist enorm und ein Transport des Reaktors in den Weltraum wäre sehr teuer.
Ein Fusionsreaktor muß mit elektrischer Energie gezündet werden können.
Man bräuchte also eine Raumstation mit Solarzellen oder einen Kernspaltungsreaktor im Weltraum die die notwendige Energie für die Zündung des Kernfusionsreaktors bereitstellt.
Sollte der Kernfusionsreaktor im Flug ausgehen dann bräuchte man auch hierfür eine Möglichkeit den Reaktor im Flug wieder anzuwerfen.
Im Prinzip wäre also ein Kernspaltungsreaktor oder großes Solarkraftwerk im Raumschiff pflicht.
Zum Schluß kommt dann noch ein enormes Problem mit der Abwärme hinzu, die ist im Weltraum nämlich nur durch Wärmestrahlung möglich, es währen also sehr viele Radioatoren notwendig die ebenfalls wie der Reaktor selbst bei der Wärmemenge mehrere tausend Tonnen wiegen dürften.
Im Prinzip ist ein Kernfusionsreaktor für ein Raumschiff also aus heutiger Sicht sowohl technisch als auch wirtschaftlich nicht realisierbar.
Mal abgesehen davon, daß uns die Kernfusion erst in ca. 40-50 Jahren für die Energiegewinnung auf der Erde zur Verfügung steht und von da ist es noch ein großer Schritt in den Weltraum.
In den nächsten 80 Jahren ist damit also nicht zu rechnen.

Dann gibt es zwar noch die Fusion mittels eines Lasereinschluß, welcher deutlich kleinere Reaktoren erlauben würde, aber bei diesen sind wir noch Meilenweit von einem funktionierenden Fusionsreaktor entfernt.
Das kann man also ebenfalls vergessen.


.
EDIT (autom. Beitragszusammenführung) :
Cordess schrieb nach 2 Minuten und 39 Sekunden:

Ganz zu schweigen davon, dass mit dem Skylon durchaus bereits ein vielversprechendes Konzept eines SSTO in Aussicht steht, auch wenn die Nutzlastmässig nicht an Trägerraketen herankommen wird

Siehe die Formel oben.
Man gewinnt nicht viel durch diese Hyperschallflugzeuge.

[Bynaus]

Der Asteroidengürtel liegt zwischen Mars und Jupiter und du brauchst allein um zum Mars zu kommen eine Startgeschwindigkeit von v = 11409 m/s,
das ist um einige Größenordnungen mehr als sie für einen GTO Orbit notwendig sind.

Erstems: wie ich schon sagte, du musst nicht zum Asteroidengürtel fliegen um zu einem Asteroiden zu kommen. Zweitens: die Startgeschwindigkeit zum Mars oder zu einem Asteroiden ist mehr oder weniger gleich und entspricht eben der Fluchtgeschwindigkeit der Erde von 11.2 km/s plus ein klein wenig mehr für den Hohmann-Bahntransit. Für einen erdnahen Asteroiden ist es dann 11.2 plus noch ein bisschen weniger. Das liegt durchaus in der gleichen "Grössenordnung" (gleiche Grössenordnung = gleicher Exponentialkoeffizient bzw. Stellen, dh, 10 und 20 sind in der gleichen Grössenordnung, 0.01 und 0.3 aber nicht - einige Grössenordnungen heisst also z.B. Faktor 1000 Unterschied) wie die Energie zum GTO.

Schon gar nicht durch die kommerzielle Weltraumfahrt der das Geld fehlt um überhaupt größere Raketen zu entwickeln und zu bauen, so daß sich ein Rohstoffabbau überhaupt rechnet.

Kennst du SpaceX? Wenn nein, solltest du ihnen mal einen Besuch abstatten und vor allem mal einen Blick in ihr Launch Manifest (das Auftragsbuch) werfen...

Space Exploration Technologies Corporation - SpaceX

Der Weltraumfahrstuhl dagegen ist keine Alternative, sondern eine utopische Spinnerei die darüberhinaus auch noch unwirtschaftlich ist, da man aufgrund technischer Grenzen, sofern man so ein Ding überhaupt realisieren könnte, was stark zu bezweifeln ist, die Geschwindigkeit des Aufstiegs stark begrenzen müßte, womit der Aufzug dann wirtschaftlich nicht mehr lukrativ wäre.

Ach Quatsch. Wenn man es hinkriegt, entsprechend reissfeste Nanotube-Strings zu entwickeln (im Moment deutet alles darauf hin, man ist nur noch eine "Grössenordnung" vom Ziel entfernt), dann hat der Aufzug jede Chance, unseren Zugang zum Weltraum zu revolutionieren.

Die Eigengeschwindigkeit des Flugzeugs bringt da also so gut wie fast gar keine Vorteile bzw. ist unwesentlich.
Und Überschall oder Hyperschallflugzeuge sind in der Entwicklung viel zu teuer und technisch in ihrer Größe deutlich limitiert, so daß man hier nur kleine Nutzlasten erwarten kann.

Der Vorteil von flugzeuggestarteten Raketen liegt nicht so sehr in der zusätzlichen Geschwindigkeit, sondern in der Tatsache, dass der grösste Teil der Atmosphäre sich in der Troposphäre befindet und man in der Hochatmosphäre mit wesentlich weniger Reibung zu kämpfen hat als noch weiter unten. Was Hyperschallflugzeuge angeht, die Entwicklung geht langsam, aber stetig vorwärts.

Dinge, die physikalisch möglich sind, für "unmöglich und sowieso zu teuer" zu erklären, war in der Technikgeschichte noch nie eine besonders gute Strategie. Das heisst nicht, dass die Entwicklung zwingend in diese Richtung gehen wird, aber sie gleich auszuschliessen ist kurzsichtig.

1. Bei der Antimaterie-Annihilation wird die gesamte Energie in Form von Gammastrahlung freigesetzt und die ist für die Umwelt auf der Erde schädlich.

Nicht wenn man Positronen nutzt. Positronen-Speicherung ist schon heute auf einem guten Weg, siehe etwa hier: Plasma Manipulation Techniques for Positron Storage

2. Die Richtung dieser Energiefreisetzung ist nicht kontrollierbar um sie in Schub für ein Raumfahrzeug umsetzen zu können. D.h. die eine Hälfte fliegt nach links und die andere nach Rechts womit die Schubwirkung aufgehoben ist. Es wäre also eine Art Spiegel für Gammastrahlung notwendig, aber dies ist technisch nicht möglich, sprich kein Material hält das aus und geben tut es so etwas auch nicht.

Das ist richtig, wenn du die Antimaterie direkt verwenden willst. Ich dachte mehr an eine indirekte Verwendung, etwa, um Strom für einen grossen Plasma-Antrieb oder gepulsten Fusionsexplosionsantrieb (siehe unten) herzustellen.

3. Die Herstellung von Antimaterie ist heute viel zu teuer und wird sich in den nächsten 80 Jahren auch nicht wesentlich ändern, zumal 1 Gramm auf der Erde gelagerte Antimaterie schon ein erhebliches Sicherheitsrisiko darstellen würde.

Die Herstellung von Antimaterie ist teuer weil sie auf Antiprotonen basiert. Eine ganze Reihe von radioaktiven Stoffen geben aber Positronen ab. Diese sind zwar sehr viel masseärmer als Antiprotonen, aber sie sind auch sehr viel Einfacher herzustellen. So wäre etwa ein "Positronen-Brüter" denkbar.

Ich muss immer wieder grinsen, wenn du im Ernst die nächsten 80 Jahre überblicken wirst... 1930 hättest du keine Chancen gehabt, die Welt von heute auch nur im Ansatz vorherzusagen, OBWOHL praktisch alle heute genutzen Geräte und Techniken auf phyikalischen Prinzipien basieren, die damals schon bekannt waren.

Ein Kernfusionskraftwerk nach dem Tokamakdesign wäre aufgrund seiner erforderlichen Größe mehrere tausend Tonnen schwer.

Ich rede natürlich nicht von Tokamak-Fusion... Polywell Fusion etwa, da kämen wir der Sache schon näher, aber wie du schon schriebst, ein herkömliches Ionentriebwerk / Plasmatriebwerk kannst du damit nicht betreiben (ein sehr grosses Plasmatriebwerk hingegen schon, aber das ist eine andere Sache).

Siehe etwa hier für Raumfahrt, basierend auf der Polywell Fusion:
Next Big Future: Fusion propulsion if Bussard IEC fusion works

http://www.askmar.com/ConferenceNotes/2006-9%20IAC%20Paper.pdf

Ein anderer Ansatz wäre der Einsatz von kleinen (sauberen!) Kernfusionsexplosionen, die von Lasern gezündet werden, wie bei MiniMag-Orion. Damit kannst du mit sehr wenig Treibstoff in den Orbit (oder sonstwo hin im Sonnensystem) gelangen. Wir sind keineswegs "meilenweit davon entfernt", Lasereinschluss-Fusion oder auch Z-Pinch-Fusion wurden parallel zu dem ganzen ITER-Unternehmen entwickelt und werden noch lange vor der Tokamak-Fusion Marktreife erreichen.

Kernspaltungsreaktoren für den Weltraum wurden übrigens schon eingesetzt (v.a. durch die Sowjetunion), und selbst ein Kernspaltungsantrieb (NERVA) wurde von der NASA bis zur Einsatzreife entwickelt, aber nie eingesetzt.

[Sándor]

Der Amerikaner Laik Mayboro (bei NASA) ist unter keinen Umständen der Erfinder vom Laserantrieb. Der Laserantrieb ist ein in Deutschland erteiltes Patent. Im Internet, unter Laserantrieb ist dieses nachlesbar. mfg Sándor Nagy, Erfurt

DEUTSCHES PATENT

[Agent Scullie]

Falls du mit Alternativen von Flugzeugen aus gestartete Raketen meinst,
so sei dir auch hier gesagt, daß man durch diese kaum etwas gewinnt.
Das kannst du ganz leicht durch diese Formel überprüfen, in dem du
die kinetische Energie aufgrund der Anfangsgeschwindigkeit für den Start vom Flugzeug aus, mit der später notwendigen Energie, die du für z.B. einen LEO Orbit benötigst vergleichst.
Ekin= 1/2 * m * v^2

Der Schwerpunkt liegt hier auf der Geschwindigkeit im Quadrat.
Die Eigengeschwindigkeit des Flugzeugs bringt da also so gut wie fast gar keine Vorteile bzw. ist unwesentlich.

bei dieser Argumentation übersiehst du einen wichtigen Aspekt: eine vom Boden startende Rakete muss nicht nur die Nutzlast beschleunigen, sondern auch den noch zu verbrennenden Treibstoff. Vielleicht ist dir schon einmal aufgefallen, dass bei einer Mehrstufenrakete die erste Stufe, die schon in relativ geringer Höhe abgetrennt wird, immer auch die größte Stufe ist, die den größten Teil des Treibstoffs enthält. D.h. der größte Teil des Treibstoffs wird gar nicht bei Geschwindigkeiten nahe der Endgeschwindigkeit verbraten, sondern noch bei sehr niedrigen Geschwindigkeiten weit unter der Endgeschwindigkeit.

Von einem Flugzeug in der oberen Atmosphäre aus zu starten, bringt daher durchaus etwas, man spart damit die erste Stufe ein, und damit einen Großteil des Treibstoffs.


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EDIT (autom. Beitragszusammenführung) :
Agent Scullie schrieb nach 11 Minuten und 15 Sekunden:

Ich muss immer wieder grinsen, wenn du im Ernst die nächsten 80 Jahre überblicken wirst... 1930 hättest du keine Chancen gehabt, die Welt von heute auch nur im Ansatz vorherzusagen, OBWOHL praktisch alle heute genutzen Geräte und Techniken auf phyikalischen Prinzipien basieren, die damals schon bekannt waren.

das ist so nicht ganz richtig. Eine Schlüsselerfindung seit 1930 war z.B. die Erfindung des Transistors. Die zugrundeliegenden physikalischen Prinzipien, die Existenz eines Valenz- und Leitungsbandes und die Leitung durch Elektronen und Löchern im Halbleiter, waren 1930 noch nicht bekannt.