Energieversorgung Raumschiffe?

[McWire]

Wie sollte man denn eine stabile Singularität kontrollieren?

Ein schwarzes Loch hat drei grundlegende physikalische Parameter:

• Masse
• Drehimpuls
• elektrische Ladung

Wenn man ein schwarzes Loch künstlich elektrisch auflädt, kann man es in einem Magnetfeld einsperren, genauso wie elektrisch geladene Antimaterie.


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EDIT (autom. Beitragszusammenführung) :
McWire schrieb nach 1 Minute und 53 Sekunden:

Singularitätsreaktoren haben einen massiven Nachteil.
Sie dürften sehr sehr schwer sein.

Die untere Stabilitätsgrenze eines schwarzen Loches liegt etwa bei 100.000 Tonnen also 100 Millionen Kilogramm. Das ist noch machbar.


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EDIT (autom. Beitragszusammenführung) :
McWire schrieb nach 4 Minuten und 27 Sekunden:

Da es hier um die technische Anwendung geht, sollte man den ganzen Aufwand den es braucht um die Singularität zu handhaben und die erzeugte Strahlung nutzbar zu machen, besser nicht vergessen. Ob dann am Ende beim gleichen Massen-Verhältnis, der Singularitätsreaktor bei der nutzbar gemachten Leistung, wirklich so viel besser abschneidet als ein Fusionsreaktor, halte ich für gar nicht so sicher.

Im Prinzip kann so ein Reaktor sogar langfristig 100% der eingesetzten Treibstoffmasse in Energie umwandeln, wenn man auch die Hawking-Strahlung abgreifen kann.

Aber du hast recht, man muss die Strahlung, was ja harte Gammastrahlung ist, erst einmal umwandeln. Man bräuchte einen sehr dichten Mantel um den Reaktor, der diese Strahlung absorbiert und in Wärmestrahlung und elektrische Felder umwandelt.

Das kann zu einem großen Nachteil werden.

Ich würde den Reaktor stationär zur Herstellung von Antimaterie verwenden und diese auf dem Raumschiff mitnehmen.

[Dannyboy]

Klar, aber dem Initiator des Threads schien es doch um ferne Zukunftstechnologien zu gehen.

[horstfx]

@horstfx

Kernfusion ist sicher auch nicht billig, doch die Annihilation von Materie und Antimaterie ist deutlich ergiebiger, wenn auch risikoreicher.
Bei der Fusion von Wasserstoff werden nur 0,68% der Masse in masseloser Energie verwandelt, damit ist die totale Annihilation bei der Verwendung von Antimaterie in gleicher Menge ca. 294 mal effizienter als die von Wasserstoff (der doppelte Wert, also 2*147, ergibt sich daraus, dass ja auch die selbe Menge Materie zerstrahlt).

Verzichtet man auf diesen risikoreichen Energiespeicher, muss man auf Alternativen ausweichen. Da fällt mir als naheliegende Alternative nur die Kernfusion ein. Wer mehr Energie für Raumschiffe will, muss auch die Kosten aufwenden, um diese zu liefern. Will man dies vermeiden, bleibt einem nur übrig, leistungsarme Raumschiffe zu bauen, oder ganz darauf zu verzichten.

Ich halte beide Techniken auf absehbare Zeit für unsinnig, da die Mehrkosten für derart neue und komplexe Systeme viel zu groß würden. Die sinnvollste Technologie für längere Missionen sind fissionsbasierende Antriebe wie sie im NERVA und Timberwind Projekt entwickelt wurde. Wenn man die auf den heutigen Stand der Technik bringt hat man ein sehr leistungsfähiges Triebwerk, mit dem man bis zum ersten Marsflug das entsprechende Raumschiff ausrüsten könnte. Einfache, "günstige" und kontrollierbare Technik.

Gaskernreaktoren haben auch hohes Potential, aber da muss man erstmal abwarten was die Russen daraus machen.

[Halman]

Um es noch etwas anschaulicher zu machen, als es diese riesigen Werte mit Gigajoule vermögen: Die Annihilation von einem Gramm Materie und einem Gramm Antimaterie setzt eine Energie frei, die dem Äquivalent von ca. 42 Kilotonnen TNT entspricht.

Zum Vergleich: Die Hiroshima-Bombe "Little Boy" hatte ca. 13. Kilotonnen und die Nagasaki-Bombe "Fat Man" hatte ca. 21 Kilotonnen Energieoutput.

[Dannyboy]

Die Antimaterie dürfte wohl als Gas vorliegen. Dann wohl auch mit sehr niedrigen Druck.

[Enas Yorl]

Versteht ihr was ich mit Wirtschaftlichkeit meine? Dazu kommen die Entwicklungskosten, die wahrscheinlich jeden heutigen Rahmen sprengen...

Das Problem beim Umgang mit Antimaterie im Grammbereich, sehe ich nicht im Aufwand an Technik und Entwicklungskosten. Sondern grundsätzlich bei der Sicherstellung der Prozesssicherheit. Man muss die Antimaterie nicht nur lagern, sondern auch kontrolliert zum Zerstrahlen bringen. Dabei muss man die Antimaterie dosieren, sicher in die Reaktionskammer einbringen, und dort dann sicher reagieren lassen. Und das unter Vibrationen und sich veränderten Beschleunigungskräften. Ich fürchte das hier die nutzbringende Umsetzung in der Praxis, sich als wesentlich schwieriger erweisen wird, als das hantieren im Versuchsaufbau mit einigen tausend Antiprotonen.
Der eigentliche Knackpunkt ist die Frage, ob man das für Raumschiffe ausreichend Betriebssicher lösen kann.

[Dannyboy]

Redundanz vernachlässigbar? Denkt doch mal bitte auch an die Einsatzbedingungen

Und selbst wenn du es zehnfach absicherst, ist es unbedeutend.
Bei 1 g Antimaterie liegen wir schon in der Größenordnung von 1 Gigajoule Energieinhalt.

Um Antimaterie in der Schwebe zu halten, müsste die Massenträgheit überwunden werden. Und die ist bei 1 g sehr sehr klein.
Das ist prinzipiell durch elektromagnetische Abschirmung machbar.

1 Antimateriefalle im Raumschiff = teuer

Warum?

Versteht ihr was ich mit Wirtschaftlichkeit meine? Dazu kommen die Entwicklungskosten, die wahrscheinlich jeden heutigen Rahmen sprengen...

Was den heutigen Rahmen sprengt, sind die Kosten für die Herstellung von Antimaterie.

[Halman]

@horstfx

Kernfusion ist sicher auch nicht billig, doch die Annihilation von Materie und Antimaterie ist deutlich ergiebiger, wenn auch risikoreicher.
Bei der Fusion von Wasserstoff werden nur 0,68% der Masse in masseloser Energie verwandelt, damit ist die totale Annihilation bei der Verwendung von Antimaterie in gleicher Menge ca. 294 mal effizienter als die von Wasserstoff (der doppelte Wert, also 2*147, ergibt sich daraus, dass ja auch die selbe Menge Materie zerstrahlt).

Verzichtet man auf diesen risikoreichen Energiespeicher, muss man auf Alternativen ausweichen. Da fällt mir als naheliegende Alternative nur die Kernfusion ein. Wer mehr Energie für Raumschiffe will, muss auch die Kosten aufwenden, um diese zu liefern. Will man dies vermeiden, bleibt einem nur übrig, leistungsarme Raumschiffe zu bauen, oder ganz darauf zu verzichten.

Nun könnte man einwenden, dass man ja alternativ auch einen Singularitätsreaktor verwenden könnte. Nun, damit die Singularität stabil genug für einen Reaktor ist, sollte sie schon recht Massereich sein. McWire hatte mal ausgerechnet, wie hoch die Masse sein müsste. Man müsste einen "Berg" von Masse mitschleppen und dies wäre ineffizient.

[horstfx]

Redundanz vernachlässigbar? Denkt doch mal bitte auch an die Einsatzbedingungen

1 Antimateriefalle im Raumschiff = teuer
2 Antimateriefallen in Raumschiff um zu verhindern, dass das Schiff beim Ausfall des ersten Systems zerstört wird = sehr teuer
3 Antimateriefallen in Raumschiff, weil 2 redundante Systeme selten als ausreichend bei derart kritischen Aufgaben gesehen werden = extrem teuer

Versteht ihr was ich mit Wirtschaftlichkeit meine? Dazu kommen die Entwicklungskosten, die wahrscheinlich jeden heutigen Rahmen sprengen...

[Dannyboy]

Ja, weil es sehr defizil ist, aber nicht, weil die Eindämmung so energieintensiv ist.
Wenn man die Feinheiten heraus hat, dann ist das machbar.
Das das Zulkunftsmusik ist, steht außer Frage.

[Enas Yorl]

Nein, auch mit Redundanz ist das ziemlich vernachlässigbar. 1g Antimaterie und 1 g Materie setzen wirklich wirklich viel Energie frei. Rechne nach E = m*c^2
Dagegen ist der Aufwand, 1 g Masse im Vakuum in der Schwebe zu halten völlig unbedeutend.

Nun ich wäre heute noch sehr vorsichtig, Aussagen zur sicheren Handhabung von Antimaterie im Grammbereich zu machen. Man muss diese nicht nur Aufbewahren, sondern auch kontrolliert nutzbringend Zerstrahlen können.
Wenn ich mir da das ATHENA-Experiment ansehe, scheinen wir von solchen Anwendungen, noch weit entfernt zu sein.

[Halman]

Nein, auch mit Redundanz ist das ziemlich vernachlässigbar. 1g Antimaterie und 1 g Materie setzen wirklich wirklich viel Energie frei. Rechne nach E = m*c^2
Dagegen ist der Aufwand, 1 g Masse im Vakuum in der Schwebe zu halten völlig unbedeutend.

, soweit ich weiß, werden bei der Annihilation von 2 Gramm (1 g Matereie + 1 g Antimaterie) ca. 50 Gigawattstunden Energie freigesetzt.

[Dannyboy]

Nein, auch mit Redundanz ist das ziemlich vernachlässigbar. 1g Antimaterie und 1 g Materie setzen wirklich wirklich viel Energie frei. Rechne nach E = m*c^2
Dagegen ist der Aufwand, 1 g Masse im Vakuum in der Schwebe zu halten völlig unbedeutend.

[horstfx]

Das ist kein Problem. Um 1 g Masse zu halten, braucht es keine besonders starke Magnete.

Um die nötige Redundanz der Sicherheitssysteme zu gewährleisten, braucht es aber jede Menge extra Geld, Zeit und Energie... die Wirtschaftlichkeit halte ich für einen einfachen Flug zum Mars für fraglich...

[Dannyboy]

Das ist kein Problem. Um 1 g Masse zu halten, braucht es keine besonders starke Magnete.