Reise zum Alpha Centauri

[McWire]

Da verschätzt du Dich aber gewaltig, wir haben in 50 Jahren vielleicht wenn wir Glück haben die Kernfusion, aber sind lange noch nicht so weit diese mit normalen Wasserstoff hin zu bekommen - das müssen wir aber wenn wir das interstellare Gas nutzen wollen.

TP

Ich rede da auch nicht nur von Kernfusion. Für beispielsweise eine langlebige Energiequelle braucht einen Ionenantrieb auch Impulsübertragungsmaterial für den Ausstoß. Dies könnte man unterwegs einsammeln und eben beschleunigt ausstoßen. Allerdings hängt dann die Endgeschwindigkeit von der Lebensdauer der Energiequelle ab. Eine Alternative wären Solarsegel, sodass man den Kurs für Beschleunigungsphasen an helleren Sternen vorbeiführen müsste.

Da fällt mir eine andere Idee ein. Man könnte ja einen Flugkörper in einer Spiralbahn um die Sonne beschleunigen und dabei mit Solarzellen die Energie der Sonne nutzen. Ist halt nur die Frage, wie große die Geschwindigkeit wird, bevor die Sonde den kritischen Abstand zur Sonne überschreitet, an dem die Solarzellen nicht mehr genügend Energie für das Ionentriebwerk liefern.

Oder was auch im Bereich des grundsätzlich möglichen liegt, dass man mit konventionellen Raketen Baumaterial für eine Große Raumstation im Merkur-Co-Orbit errichtet, welche ein riesiges Energieübertragungssystem besitzt. Dort wird dann aus unzähligen Spiegeln und Linsen die eingefangene Sonnenstrahlung zu einem Strahl gebündelt, der dann als Beschleunigungsantrieb für kleine Raumsonden mit Spiegelaufsatz dient.

Ich denke vom Prinzip verfügen wir über die nötige Technik, ist nur die Frage, ob wir die dahinter liegende Logistik auf die Reihe bekommen.

Dann hätten wir aber sozusagen eine Sondenkanone auf Lichtbasis. Bei genügend starker Bündelung sollte der Antriebseffekt noch in der Neptun-Bahn bemerkbar sein. Ich denke 10% der Lichtgeschwindigkeit sind damit effektiv möglich, vielleicht sogar mehr.

Wäre aber natürlich *Bynaus anschau* auch eine supertolle Laserkanone um die Erde zu rösten.
Andererseits kann so eine Energieübertragungsvorrichtung auch Raumstationen und Kolonien auf den kalten Monden der Gasriesen versorgen. Man könnte damit sogar die Eiskappen des Mars verdampfen und einen künstlichen Treibhauseffekt erzeugen.


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EDIT (autom. Beitragszusammenführung) :
McWire schrieb nach 11 Minuten und 40 Sekunden:

Soviel ich weiss, ist das lokale interstellare Gas ohnehin zu dünn für funktionierende Ramjets.

Interstellare Materiedichte liegt bei 10 Teilchen pro cm³, also 10 Millionen Teilchen pro Kubikmeter.

Wenn 99% davon Wasserstoff sind und 1% Helium oder schwerer, hat man also etwa 2*10^^-27 kg/Teilchen * 10^7 Teilchen / m³ = 2*10^-20 kg / m³.

Bei einer Anfangsgeschwindigkeit von 1000 km/s und einer angenommenen fiktiven Kollektoreinfangfläche von 1 km², durchfliegt der Kollektor 1.000 km³ oder 10^^12 m³ pro Sekunde.

Damit würde der Kollektor 2*10^-8 kg pro Sekunde bzw. 0,02 mg pro Sekunde einsammeln.
An einem Tag sind das immerhin etwas über 1,7 Gramm und pro Jahr 630 Gramm.

Könnte man die Masse irgendwann mal zu fast 100% in Energie umwandeln, hätte man immerhin eine Energiequelle von über einem Gigawatt.

Das ist aber ferne Zukunftsmusik. Wenn man die Kollektorfläche auf 10 km² erhöht, hat man immerhin über 10 GW. Das mag für Scifi-Verhältnisse niedliche Zahl sein, aber für einen realen Antrieb verdammt viel Energie. Mit steigender Geschwindigkeit würde der Effekt noch erheblich zunehmen und bei fast Lichtgeschwindigkeit hat an noch mal die 299-fache Energieausbeute, also fast 3 Terawatt.

[Bynaus]

Soviel ich weiss, ist das lokale interstellare Gas ohnehin zu dünn für funktionierende Ramjets. Die Reibung (bzw die Abbremsung des Schiffs durch das Einfangen der Ionen) überwiegt den realisierbaren Schub deutlich.

Eine mögliche Alternative zum Ramjet besteht darin, den Treibstoff von der Erde aus dem Raumschiff vorauszuschicken. Das könnte eine einfache Maglev-Kanone besorgen. Die vorausfliegenden Treibstoffpellets werden dann vom Raumschiff eingefangen, während es beschleunigt. So bleibt der Treibstoffanteil am gesamten Raumschiff gering, aber natürlich ist es dann total vom Funktionieren der Maglev-Kanone abhängig.

[tepe]

Man muss ja nicht unbedingt einen materiellen Trichter o.ä. verwenden. Es würde auch ein starkes und weit ausgedehntes Magnetfeld reichen. Allerdings würde der Kollektor wohl nicht den Energiebedarf dieses Systems decken, es sei denn, man fliegt regelmäßig durch interstellare Materiewolken.. sprich galaktische Nebel.

Ich gehe davon aus, dass man innerhalb der 50 Jahre einen Bussard-Kollektor konstruieren und bauen kann.

Da verschätzt du Dich aber gewaltig, wir haben in 50 Jahren vielleicht wenn wir Glück haben die Kernfusion, aber sind lange noch nicht so weit diese mit normalen Wasserstoff hin zu bekommen - das müssen wir aber wenn wir das interstellare Gas nutzen wollen.

TP

[McWire]

Es wurde nach Konzepten gefragt die mit Geld in den nächsten 50 Jahren verwirklicht werden könnten.

Von einem Bussard Stauschaufel Raumschiff sind wir so weit entfernt wie Thomas Eddinson von dem IPod. Hast du dir die Dimensionen die so ein Teil haben muss mal vor Augen geführt. Immerhin könnte man mit dem Ding bei 1G Beschleunigung innerhalb der Lebenszeit der Besatzung jeden Punkt des bekannten Universums erreichen.

TP

Man muss ja nicht unbedingt einen materiellen Trichter o.ä. verwenden. Es würde auch ein starkes und weit ausgedehntes Magnetfeld reichen. Allerdings würde der Kollektor wohl nicht den Energiebedarf dieses Systems decken, es sei denn, man fliegt regelmäßig durch interstellare Materiewolken.. sprich galaktische Nebel.

Ich gehe davon aus, dass man innerhalb der 50 Jahre einen Bussard-Kollektor konstruieren und bauen kann.

[tepe]

Ich finde es immer wieder lustig, wie hier im Forum, egal ob SF oder Wissenschaft & Technik, über Höchstgeschwindigkeiten gestritten / diskutiert wird.

Im Weltraum gibt es nur eine vernachlässigbar geringe Reibung die mindestens 12 Größenordnungen unter der irdischer Luft liegt. Solange der Antrieb läuft, solange wird das Raumschiff schneller. Die Endgeschwindigkeit hängt also neben der Schubkraft / Beschleunigung nur von der Laufzeit des Antriebs ab. Die Laufzeit wiederum hängt von der mitgeführten Treibstoffmenge und dem Treibstoffverbrauch ab.

Wenn der Antrieb mit einem Bussard-Kollektor ausgestattet wird und permanent Treibstoff nachgefüllt wird, kann der Antrieb (auf niedrigem Schubniveau) endlos lange laufen und man kann eine beliebig große Endgeschwindigkeit bezogen auf % von Lichtgeschwindigkeit erreichen.

Praktisch gesehen muss, wenn man nicht nur simple Vorbeiflüge haben will, die Geschwindigkeit am Zielpunkt wieder abgebaut werden. Das bedeutet, dass man praktisch gesehen nur 50% der Flugstrecke zur Beschleunigung hat und die restlichen 50% zur Gegenbeschleunigung aufgewendet werden müssen.

Ich denke, dass wir Sonden mit Treibstoffsammelvorrichtung praktisch auf 99,9% der Lichtgeschwindigkeit bekommen können, nur eben über extrem lange Zeiträume, da die interstellare Materiedichte nicht so üppig ist.

Es wurde nach Konzepten gefragt die mit Geld in den nächsten 50 Jahren verwirklicht werden könnten.

Von einem Bussard Stauschaufel Raumschiff sind wir so weit entfernt wie Thomas Eddinson von dem IPod. Hast du dir die Dimensionen die so ein Teil haben muss mal vor Augen geführt. Immerhin könnte man mit dem Ding bei 1G Beschleunigung innerhalb der Lebenszeit der Besatzung jeden Punkt des bekannten Universums erreichen.

TP

[McWire]

Ich habe mir zudem den Spaß gemacht beide Gleichungen in einer Excel-Tabelle zusammen zu fassen.

Diese Tabelle ist als zip gepackt im Anhang dieses Beitrages enthalten. Dort sieht man auch, dass die klassische Gleichung einen anderen Wert liefert.

Gelbe Felder sind Eingabemöglichkeiten und grüne Felder sind Ergebniswerte.

[McWire]

Übrigens für den Fall das man nahe an die Lichtgeschwindigkeit heran kommt, gibt es noch die relativistische Raketengleichung:

v0 = Ausströmgeschwindigkeit
vE = Endgeschwindigkeit der Rakete
Ma = Startmasse (= Treibstoff + Nutzlast)
Me = Endmasse (=Nutzlast)



Ich hoffe die ist korrekt.

[McWire]

Was stimmt nun?

Und wie ist das eigentlich mit der Beziehung von Ausströmgeschwindigkeit und Endgeschwindigkeit? Kann zb ein Raumschiff mit Ionenantrieb eine höhere Endgeschwindigkeit haben, als die Austrittsgeschwindigkeit der ionisierten Gase beträgt? Fall`s ja - um wieviel kann die Endgeschwindigkeit die Ausströmgeschwindigkeit übertreffen?

Dafür gibt es eine Raketengleichung:
v(m) = v(Triebwerk) * lg (m0 / m)

Die Maximalgeschwindigkeit bekommt man, wenn man die Ausgangsmasse m0 und die Nutzlast m = m(Nutz) kennt.

Bei einer Sonde von 300 Tonnen und einer Nutzlast von 10 Tonnen, kann bei einer Ausströmgeschwindigkeit von 100 km/s eines Ionentriebwerks eine Endgeschwindigkeit von 148 km/s erreicht werden.
Bei 148 km/s ist also der Treibstoff aufgebraucht und es ist nur noch die Nutzlast übrig.

Wenn du allerdings unterwegs neuen Treibstoff einsammelst, hast du diese Grenze nicht. Du kannst also endlos weiter beschleunigen und somit immer schneller werden. Allerdings hat man dann noch das Problem, dass das Einfangen von Teilchen den Impuls und damit die Geschwindigkeit des Raumschiffes beeinflusst. Man wird also dabei erstmal wieder etwas langsamer.

[Sargon]

Alles was heute denkbar ist hat zu wenig bumms als schneller als sagen wir 1000 km/s zu werden, das wären grade mal 3 % der Lichtgeschwindigkeit.

Was man sich mal ausgedacht hat war das hier:

TP

Ich finde es immer wieder lustig, wie hier im Forum, egal ob SF oder Wissenschaft & Technik, über Höchstgeschwindigkeiten gestritten / diskutiert wird.

Im Weltraum gibt es nur eine vernachlässigbar geringe Reibung die mindestens 12 Größenordnungen unter der irdischer Luft liegt. Solange der Antrieb läuft, solange wird das Raumschiff schneller. Die Endgeschwindigkeit hängt also neben der Schubkraft / Beschleunigung nur von der Laufzeit des Antriebs ab. Die Laufzeit wiederum hängt von der mitgeführten Treibstoffmenge und dem Treibstoffverbrauch ab.

Wenn der Antrieb mit einem Bussard-Kollektor ausgestattet wird und permanent Treibstoff nachgefüllt wird, kann der Antrieb (auf niedrigem Schubniveau) endlos lange laufen und man kann eine beliebig große Endgeschwindigkeit bezogen auf % von Lichtgeschwindigkeit erreichen.

Praktisch gesehen muss, wenn man nicht nur simple Vorbeiflüge haben will, die Geschwindigkeit am Zielpunkt wieder abgebaut werden. Das bedeutet, dass man praktisch gesehen nur 50% der Flugstrecke zur Beschleunigung hat und die restlichen 50% zur Gegenbeschleunigung aufgewendet werden müssen.

Ich denke, dass wir Sonden mit Treibstoffsammelvorrichtung praktisch auf 99,9% der Lichtgeschwindigkeit bekommen können, nur eben über extrem lange Zeiträume, da die interstellare Materiedichte nicht so üppig ist.

Was stimmt nun?

Und wie ist das eigentlich mit der Beziehung von Ausströmgeschwindigkeit und Endgeschwindigkeit? Kann zb ein Raumschiff mit Ionenantrieb eine höhere Endgeschwindigkeit haben, als die Austrittsgeschwindigkeit der ionisierten Gase beträgt? Fall`s ja - um wieviel kann die Endgeschwindigkeit die Ausströmgeschwindigkeit übertreffen?


Der Ramjet? Ist da nicht schon längst klar, dass er im All nicht funkttionieren würde?

Es ist mir also immer noch unklar wie eine Raumschiff aussehen müsste; dass zb 6 Personen zum Alpha Centauri imt mindestens 0. 5 c hin und zurück bringen könnte.

Und gibt es nun sinnvolle Grenzen bei der Geschwindigkeit gegen c oder nicht? Falls ja, wovon hängen dieses Grenzen ab?

Da die Masse mit Annährung an C immer mehr zunimmt, sollte es doch eine Grenze geben, ab der jeder weiterer Energieverbrauch praktisch sinnlos wird.Oder nicht?

Oder gibt es andere Gründe warum 0.5 c möglich wären; 0.8 c aber nicht? Oder wären 0.8 c noch möglich aber 0.9 c nicht? Oder gibt es tatsächlich keine Grenze? Könnte ein Raumschiff, dass 0.8 c erreichen könnte auch mit 0.99999999.... c durch's Universum rasen? Wie sehr würde das Treibstoff/Nutzlast Verhältnis davon betroffen sein? Das Verhältnis müsste doch logischerweise immer ungünstiger werden, desto schneller das Raumschiff werden soll. Da gibt es doch bestimmt irgendwo eine Grenze? Wo liegt die?

Hier sind doch Physiker im Forum.

Edit: Dann gehen wir 100 Jahre in die Zukunft; wenn das mit heutiger Technologie selbst bei Einsatz gigantischer Geldmengen und Zusammenarbeit aller Völker nicht möglich wäre. Aber eben bitte keine spekulativen Warp Antriebe usw... Mir geht es um Antriebe, die nach heutigen physikalischen Erkentnissen definitiv möglich sind. Wo liegen da die Grenzen/ erreichbaren Geschindigkeiten? Wäre eine bemannte Mission zum Alpha Centauri ohne spekulative Warp/Feld Antriebe überhaupt möglich?

[McWire]

Alles was heute denkbar ist hat zu wenig bumms als schneller als sagen wir 1000 km/s zu werden, das wären grade mal 3 % der Lichtgeschwindigkeit.

Was man sich mal ausgedacht hat war das hier:

Projekt Daedalus ? Wikipedia

Nuklearer Pulsantrieb ? Wikipedia

TP

Ich finde es immer wieder lustig, wie hier im Forum, egal ob SF oder Wissenschaft & Technik, über Höchstgeschwindigkeiten gestritten / diskutiert wird.

Im Weltraum gibt es nur eine vernachlässigbar geringe Reibung die mindestens 12 Größenordnungen unter der irdischer Luft liegt. Solange der Antrieb läuft, solange wird das Raumschiff schneller. Die Endgeschwindigkeit hängt also neben der Schubkraft / Beschleunigung nur von der Laufzeit des Antriebs ab. Die Laufzeit wiederum hängt von der mitgeführten Treibstoffmenge und dem Treibstoffverbrauch ab.

Wenn der Antrieb mit einem Bussard-Kollektor ausgestattet wird und permanent Treibstoff nachgefüllt wird, kann der Antrieb (auf niedrigem Schubniveau) endlos lange laufen und man kann eine beliebig große Endgeschwindigkeit bezogen auf % von Lichtgeschwindigkeit erreichen.

Praktisch gesehen muss, wenn man nicht nur simple Vorbeiflüge haben will, die Geschwindigkeit am Zielpunkt wieder abgebaut werden. Das bedeutet, dass man praktisch gesehen nur 50% der Flugstrecke zur Beschleunigung hat und die restlichen 50% zur Gegenbeschleunigung aufgewendet werden müssen.

Ich denke, dass wir Sonden mit Treibstoffsammelvorrichtung praktisch auf 99,9% der Lichtgeschwindigkeit bekommen können, nur eben über extrem lange Zeiträume, da die interstellare Materiedichte nicht so üppig ist.

[tepe]

Auch wenn die Methode, die Bynaus ins Spiel gebracht hat, die wahrscheinlichere Möglichkeit für eine Reise zu den Sternen ist - die Möglichkeiten einer "gewöhnlichen " interstellaren Raumfahrt interesssieren mich dennoch.

Jetzt aber eben ohne spekulative Warpantriebe usw...

Wären mit einem Kernfusionsantrieb 0.5 c möglich? Wie hoch müssten Nutzlast/Treibstoff Verhältnis sein? Wie würde dieser Antrieb eigentlich genau aussehen?

Und wenn wir mal etwas weiter denken. Wie ist das eigentlich mit diesen Photonenantrieben? Gibt es da eine Grenze von 0.8 c oder 0.9 c? Denn das ist ja interessant zu wissen, wegen der auftretendenZeitverzögerung.

Oder kann man so ein Raumschiff theoretisch immer weiter beschleuingen bis es 0.9999999999....... c hat?

Denn soviel wie ich weiß, nimmt ja bei Annährung an die Lichtgeschwindigkeit auch die Masse zu; da müsste eine Beschleunigung doch immer schwieriger werden? Oder ?

Und benötigt dieser Antrieb unbedingt Antimaterie?

Also kurz, ich interessier mich jetzt einfach für die Möglichkeiten von "konventioneller" interstellarer Raumfahrt.

Und von Phsyik hab ich leider nicht so viel Ahnung. Und deshalb würde ich mich wirklich freuen, wenn ich von euch Experten hier ein paar Antworten bekommen würde.

Alles was heute denkbar ist hat zu wenig bumms als schneller als sagen wir 1000 km/s zu werden, das wären grade mal 3 % der Lichtgeschwindigkeit.

Was man sich mal ausgedacht hat war das hier:

Projekt Daedalus ? Wikipedia

Nuklearer Pulsantrieb ? Wikipedia

TP

[Bynaus]

Dann hast du nichts gewonnen.

Doch. Da die Elektronik nur einen kleinen Teil der Masse des Systems ausmacht, habe ich den grössten Teil der Masse gewonnen.

Praktisch alles an einer Sonde ist hochkomplex.

Ja, weil alles winzig klein und leicht, und doch robust sein muss. Maschinen, die von Replikatoren aus Material vor Ort gebaut werden, müssen dieser Beschreibung nicht genügen. Wenn die Antenne gross genug ist, ist es nicht so wichtig, wie perfekt sie geschliffen ist. Wenn ein Bauteil der Sonde in wenigen Minuten vom 3D-Printer eines Replikators ersetzt werden kann, muss es nicht so stabil sein, dass es eine ganze Mission aushält. Und so weiter.

Kein 3D-Drucker kann das. Nicht annähernd.

YouTube - Self-replicating machine

Immerhin 50% aller Teile. Wie man im Video sieht, auch viele Teile des Printers selbst.

[Dannyboy]

Wie erwähnt: Die Elektronik kann man notfalls auch von der Erde anliefern, zumindest für die ersten Replikatoren im Sonnensystem.

Dann hast du nichts gewonnen.

Das gilt im Prinzip für alle hochkomplexen Bauteile.

Praktisch alles an einer Sonde ist hochkomplex. Deshalb dauert die Entwicklung einer Sonde immer noch Jahre.

Die Maschine, die mit einem 3D-Drucker eine Kopie ihrer selbst (abzüglich Elektronik) herstellt, würde ich durchaus als "funktionell" bezeichnen.

Kein 3D-Drucker kann das. Nicht annähernd.
Mehr als die Außenverkleidung bekommst du nicht hin

[Bynaus]

Elektronik benötigt High-Tech-Materialien, die nur unter sehr sehr speziellen Bedingungen erzeugt werden können.

Wie erwähnt: Die Elektronik kann man notfalls auch von der Erde anliefern, zumindest für die ersten Replikatoren im Sonnensystem. Oder aber, der erste Replikator nimmt gleich ein paar hundert Sets mit. Das gilt im Prinzip für alle hochkomplexen Bauteile. Denn letztlich will man ja nicht eine sich unkontrolliert vermehrende Armada von Maschinen, sondern eine funktionierende, arbeitsteilige Fabrik am Zielort. Möglicherweise würde es auch darauf hinaus laufen, dass sich einige Maschinen spezialisieren. Aber es wird sich immer lohnen, so viel wie möglich vor Ort zu bauen und so wenig wie möglich von der Erde mitzunehmen.

Mit einem 3D-Drucker kannst du vielleicht ein Modellnachbau kreiren. Aber nichts funktionelles.

Die Maschine, die mit einem 3D-Drucker eine Kopie ihrer selbst (abzüglich Elektronik) herstellt, würde ich durchaus als "funktionell" bezeichnen.

[Dannyboy]

Das sehe ich anders. Was fehlt, ist ein Sammelsystem für Rohstoffe. Dann ein Chemielabor, um aus natürlichen Rohstoffen reine Ausgangsstoffe für den integrierten 3D-Printer herzustellen.

Das ist zu naiv gedacht. Elektronik benötigt High-Tech-Materialien, die nur unter sehr sehr speziellen Bedingungen erzeugt werden können. Dazu benötigst du erst einmal multiple Hochleistungsanalytik, dann hochkomplexe Aufbereitungs- und Reinigungsverfahren.
Und je komplexer die Maschine, desto größere Anforderungen stellt die Replikation.
Mit einem 3D-Drucker kannst du vielleicht ein Modellnachbau kreiren. Aber nichts funktionelles.

All diese Komponenten müssen so beschaffen sein, dass der 3D-Printer sie herstellen kann.

Und das sind sie nicht.

Alle Komponenten existieren grundsätzlich, nur bisher nicht in einer einzigen Maschine, und nicht so, dass sie von derselben Maschine hergestellt werden können. Sicher ist das ein Aufwand - aber es ist machbar, sogar mit heutiger Technik.

Das ist noch lange nicht machbar.