Lässt sich mit einem Sonnensegel ein anderes Sternensystem ansteuern?

@Bettman
@Tripane


Also nach meinem Verständnis, braucht man das Segel nicht einklappen/einfahren, die Teilchen der Sonne
reichen nur ca. 120 AE (Astronomische Einheiten) weit ins All hinaus, danach vermischen sie sich mit den Teilchen des
interstellaren Raumes

und haben keine erkennbare herausstechende Strömungsrichtung mehr

.

Quelle: Wikipedia: Heliosphäre#Heliopause

nachzulesen hier:

https://de.wikipedia.org/wiki/Heliosph%C3%A4re#Heliopause - besonders der Abschnitt "Heliopause"

und hier:

https://de.wikipedia.org/wiki/Sonnenwind

Das bedeutet, dass das Raumschiff nur auf den ersten ca. 120 AE beschleunigen würde, danach würde es einfach mit der
Geschwindkeit die es zuletzt erfahren hat, weiter fliegen. Mit dem bremsen würde es erst beginnen sobald es
die Heliospäre von Alpha Centauri erreicht hat. Man bräuchte allerdings ein größeres Segel zum abbremsen, falls der
Strahlungsdruck bei Alpha Centauri geringer ist.

Korrigiert mich wenn ich was falsches erzähle

MFG
deejay

Ich habe mich damit auch noch nicht näher befaßt, aber man muß grundsätzlich den Sonnenwind von der elektromagnetischen Strahlung unterscheiden. Letztere nimmt mit 1/(r^2) vom Abstand ab. Also nach 120 AE ist die Intensität nur noch noch 1/14400 im Vergleich zur Erde. Das kann man sicher auch vergessen. Es wird darauf ankommen, möglichst am Anfang auf Tempo zu kommen, dabei gut zu "zielen" und sehr viel Zeit mitzubringen. Außerdem dürfte eine Rückkehr große Probleme aufwerfen.
Man müßte mal die zu erwartende Geschwindigkeit abschätzen, mit der man da überhaupt rechnen könnte. Mathematiker vor! :-)

Tripane schrieb:Man müßte mal die zu erwartende Geschwindigkeit abschätzen, mit der man da überhaupt rechnen könnte.

Da braucht man paar Parameter:
- Segelfläche
- Masse des Raumschiffs
- Startgeschwindigkeit beim Entfalten und Anstrahlen(v0)
In einer AE haben wir von der Sonne einen Strahlungsdruck von 9,1 μN/m² (wenn die Strahlung senkrecht auftrifft).
..und dann mit dem a=F/m geht es leicht.
*dabei ist F=Fläche des Segels * Strahlungsdruck
Nimmt man Laser zur Beschleunigung muss man aus der Leistung auf den Strahlungsdruck kommen.

@Abahatschi
ganz so einfach ist es leider nicht.
Wenn ich wissen möchte welche Geschwindigkeit ich nach einer gewissen Strecke erreicht habe brauche ich noch irgendwo ein Integral und muss mir überlegen was eigentlich passiert:

1. Wir können sagen dass a (die Beschleunigung unserer Sonde) abhängig von s (der Entfernung der Sonde zur Sonne) ist.
a = f(s)

die bekannten Werte eingesetzt gilt:
A = Fläche unseres Segels
p_St = Strahlungsdruck am Punkt s
m = Masse unserer Sonde
s = Entfernung der Sonde zur Sonne

F = m*a
a = F/m
F = p_St(s)/A (Die resultierende Kraft ergibt sich aus dem Druck der auf die Fläche wirkt)
--> a = p_St(s)*A/m
Diese Formel gibt uns also die Beschleunigung unserer Sonde in Abhängigkeit von der Entfernung zur Sonne an.

2. Jetzt ist die Formel natürlich etwas unbrauchbar, da wir immer noch nicht wirklich wissen wie die Funktion p_St(s) aussieht.
Wenn wir uns die Sonne aber zu einem Punkt vereinfachen nimmt der Strahlungsdruck mit der Entfernung quadratisch ab (Wikipedia: Abstandsgesetz )
Die Funktion sieht also mit dieser Vereinfachung vereinfacht so aus:
p_St(s) = p_{St_e} * (1 AE/s)²

mit
p_{St_e}(s) = Strahlungsdruck "auf Höhe der Erde". (Entfernung von 1 AE)

Eingesetzt in unsere Formel aus (1) kennen wir also nun die Beschleunigung unserer Sonde an jedem Punkt auf ihrer Reise in den interstellaren Raum:

a(s) = p_{St_e} * (1 AE/s)² * A/m

3. Interessieren tut uns jedoch welche Geschwindigkeit unsere Sonde bei einer bestimmten Entfernung hat. An dieser Stelle müssen wir entweder infinitesimal rechnen oder uns an den Physikunterricht zurückerinnern. Oder wir sind faul und wissen, dass uns auch google eine zufriedenstellende Antwort liefert: v = Wurzel(2*a*s)

Also setzen wir einfach ein:
v(s) = Wurzel(2*p_{St_e} * (1 AE/s)²*A/m*s)
vereinfachen:
v(s) = Wurzel(2*p_{St_e} * (1 AE²/s) * A / m)

4. Als nächstes müssen wir noch daran denken dass unsere Sonde nicht an der Sonne sondern erst auf Höhe der Erde gestartet ist. Wir ziehen also die theoretische Geschwindigkeit die unsere Sonde bei Start bei der Sonne auf Höhe der Erde gehabt hätte von der Errechneten Geschwindigkeit ab:

v(s) = Wurzel(2*p_{St_e} * (1 AE²/s)/ *A / m) - Wurzel(2*p_{St_e} * (1 AE) * A/m)
Wären wir nicht zu faul gewesen und hätten bei (3) auf das Googeln verzichtet und stattdessen einfach gerechnet, dann hätten wir jetzt nicht so einen ekligen Term. Da wir aber faul sind lassen wir das gute Stück einfach ungekürzt stehen. Jeder normale Mensch hat einen Taschenrechner und muss dann eben tippen.

5. Unsere Sonde hat eine gewisse Geschwindigkeit v_Start mit der wir sie ins All schießen. Bei dieser klappt Sie ihr Segel aus. Diese müssen wir noch addieren:

v(s) = Wurzel(2*p_{St_e} * (1 AE²/s) * A / m)) - Wurzel(2*p_{St_e} * (1 AE) * A/m) + v_Start
Das wäre dann sehr stark vereinfacht die Geschwindigkeit die unsere Sonnensegelsonde an bestimmten Punkten auf ihrem Weg durch unser Sonnensystem erreicht. Alle anderen Störfaktoren wurden vernachlässigt.

Man müßte wohl auch noch die Gravitation der Sonne gegenrechnen. Die zu erwartenden Lichtdruckkräfte (bei Sonnenlicht als Energiequelle) scheinen so schwach zu sein, daß kaum ein Material auch nur theoretisch in Frage kommt, um das Eigengewicht zu überwinden. Lediglich Graphen scheint ein theoretischer Kandidat zu sein, reflektiert aber soviel ich weiß kaum Licht.
Also im Moment gehen meiner ersten Abschätzungen in die Richtung, daß die Sache auf absehbare zeit Utopie bleiben wird.
Zumal es vom Gesamtkonzept (Starshot soll doch Bilder liefern auf irgendeine Weise) problematisch wird. Die Nutzlast muß derart klein, bzw. das Segel so groß sein, daß man da mit derzeitigen Technologien an unüberwindliche Grenzen kommen dürfte.

Diskussionen zum Sonnensegel gab es schon früher in diesem Forum. Es wurden auch Berechnungen durchgeführt, um die mit Sonnensegel maximal erzielbaren Geschwindigkeiten zu berechnen.

Link zur besagten Diskussion: Kleines Rechenprogramm zum Lichtsegler

emodul

Sonnensegel, werden in unserem Sonnensystem, ein Mittel sein, andere Planeten zu erkunden.

Interstellar habe ich da keine Hoffnung. Auch nicht mit einer "Fütterung" durch Laser.
Da hier der Energieaufwand einfach zu hoch wäre. Der selbst mit einer "Dyson-Sphäre" kaum zu Stämmen wäre.

Hasenhirn schrieb:Auch nicht mit einer "Fütterung" durch Laser.
Da hier der Energieaufwand einfach zu hoch wäre.

Warum sollte der Energieaufwand zur Beschleunigung nur für die Reise zu Planeten und nicht für Flüge in den interstellaren Raum reichen?

Bettman schrieb:Warum sollte der Energieaufwand zur Beschleunigung nur für die Reise zu Planeten und nicht für Flüge in den interstellaren Raum reichen?

Nur mal von mir Überlegt , ohne Ahnung von Physil und Raumfahrt.
In der praktischen Mechanik gibt es in Jedem Lager Spiel , Toleranzen und sowas.
Ein Laser müsste aber irgendwie aufgebaut werden.
Hat das Lager davon hier 1/100 mm Spiel wäre das frei nach dem Pythagoras in einer interstellaren Entfernung eine Abweichung von etlichen km.
Mit anderen Worten , man könnte das Segel wahrscheinlich gar nicht mehr Treffen

@itfc
Das beantwortet die Frage leider überhaupt nicht. Gefragt habe ich nach dem für die Beschleunigung notwendigem Energieaufwand.

Bettman schrieb:Das beantwortet die Frage leider überhaupt nicht. Gefragt habe ich nach dem für die Beschleunigung notwendigem Energieaufwand.

Entschuldige bitte meinen direkten Ton aber mit welcher Arroganz erwartest Du eine Antwort auf eine Frage?

Aber zum Thema:
Hier sollte man einmal bedenken, das ein Laser der von der Erde zum Mond gesendet wird - zur Messung der Entfernung - auf dem Mond schon als eine Art "Lichtkegel" ankommt. Und das sind "nur" rund 380k Km

Der Energieaufwand wäre erheblich. Und müßte dann - in einem neuen System - gegen die dortige Sonne ankämpfen.
Oder werden da auch 3 Ecksegel angebracht, zum "Quersegeln" wie in China damals?

Hasenhirn schrieb:mit welcher Arroganz erwartest Du eine Antwort auf eine Frage?

Das hat rein gar nichts mit Arroganz zu tun, so sind nun mal die Regeln. Bettman ist in diesem Thread, welcher sich in der Rubrik Wissenschaft befindet, der Diskussionsleiter. Und du hast in seinem Thread eine Behauptung aufgestellt, ohne einen Beleg dafür zu liefern. Seine Nachfrage ist daher durchaus berechtigt, auch wenn für dich oder mich die Antwort auf der Hand liegt.

Hier ein Auzug aus den Regeln.

"Diese Rubrik gilt als wissenschaftliche Rubrik. Im Gegensatz zu Mystery, Spiritualität, Magie, usw., sind hier Quellen für Behauptungen zwingend erforderlich. Unbelegte Aussagen stellen keine Fakten dar und werden gelöscht bzw. gemaßregelt. Fakten können belegt werden und sollten es auch, ohne zigfache Nachfrage durch die User."

Hasenhirn schrieb:Sonnensegel, werden in unserem Sonnensystem, ein Mittel sein, andere Planeten zu erkunden

Naja nicht unbedingt... Im Grunde fährt man mit Ionentriebwerken besser

Und ab der marsumlaufbahn wird es sehr schlecht

Hasenhirn schrieb:Interstellar habe ich da keine Hoffnung. Auch nicht mit einer "Fütterung" durch Laser.
Da hier der Energieaufwand einfach zu hoch wäre. Der selbst mit einer "Dyson-Sphäre" kaum zu Stämmen wäre.

Das stimmt so gar nicht

https://arc.aiaa.org/doi/10.2514/3.8632

Hasenhirn schrieb:Hier sollte man einmal bedenken, das ein Laser der von der Erde zum Mond gesendet wird - zur Messung der Entfernung - auf dem Mond schon als eine Art "Lichtkegel" ankommt. Und das sind "nur" rund 380k Km

Das hängt ja von der linse/ Spiegel ab.

http://www.projectrho.com/public_html/rocket/enginelist.php


https://web.archive.org/web/20170412014001/http://www.5596.org/cgi-bin/laser.php

Hasenhirn schrieb:Entschuldige bitte meinen direkten Ton aber mit welcher Arroganz erwartest Du eine Antwort auf eine Frage?

Keine Ahnung. Ich hatte nicht das Gefühl an irgendeiner Stelle arrogant gewesen zu sein. Sollte es so gewesen sein, dann tut es mir Leid und ich möchte mich entschuldigen.

Du hattest du Behauptung aufgestellt, dass der Energieaufwand für die Reise zu anderen Planeten verkraftbar wäre. Der für interstellare Reisen jedoch nicht.
Spoiler

Hasenhirn schrieb:Sonnensegel, werden in unserem Sonnensystem, ein Mittel sein, andere Planeten zu erkunden.

Interstellar habe ich da keine Hoffnung. Auch nicht mit einer "Fütterung" durch Laser.
Da hier der Energieaufwand einfach zu hoch wäre. Der selbst mit einer "Dyson-Sphäre" kaum zu Stämmen wäre.

Daraufhin habe ich gefragt warum der Energieaufwand für die Beschleunigung sich signifikant unterscheidet:
Spoiler

Bettman schrieb:Warum sollte der Energieaufwand zur Beschleunigung nur für die Reise zu Planeten und nicht für Flüge in den interstellaren Raum reichen?

Die Antwort die ich bekommen habe war, dass es praktisch nur schwer umsetzbar wäre das Segel mit einem Laser zu treffen zu treffen.
Spoiler

itfc schrieb:In der praktischen Mechanik gibt es in Jedem Lager Spiel , Toleranzen und sowas.
Ein Laser müsste aber irgendwie aufgebaut werden.
Hat das Lager davon hier 1/100 mm Spiel wäre das frei nach dem Pythagoras in einer interstellaren Entfernung eine Abweichung von etlichen km.
Mit anderen Worten , man könnte das Segel wahrscheinlich gar nicht mehr Treffen

Meine Bemerkung dazu war, dass das nichts mit dem Energieaufwand zu tun hat:
Spoiler

Bettman schrieb:Das beantwortet die Frage leider überhaupt nicht. Gefragt habe ich nach dem für die Beschleunigung notwendigem Energieaufwand.

Sollte ich in Richtung @itfc an dieser Stelle unhöflich gewesen sein, dann war das nicht meine Absicht und ich bitte wie bereits oben geschrieben um Entschuldigung. Das war definitiv nicht so gemeint!

Und ich habe lediglich eine Frage zu deiner voranstehenden Aussage gestellt @Hasenhirn . Nicht um irgendetwas zu provozieren, sondern weil ich schlicht nicht nachvollziehen kann, dass die Beschleunigung für den Flug in interstellare Regionen deutlich mehr Energie benötigt als der Flug zu anderen Planeten. Du hattest ja sogar die eventuelle Notwendigkeit einer Dysonssphäre angesprochen, wir reden hier also von riesigen Dimensionen an Mehrenergiebedarf. Das leuchtet mir eben nicht ein.

@all

Zum Energieaufwand habe ich folgende Seite gefunden:

https://de.wikibooks.org/wiki/Interstellare_Raumfahrt:Beispiel

ich kann zu den Zahlen leider nicht viel sagen (da ich dort leider auch keine quellenangaben finden konnte, aber ich denke mal die Zahlen sollten sich überprüfen lassen), aber es sieht so aus als wenn wir da noch ne Weile warten müssten :).

MFG
deejay

@deejayextasy

Mmh schön für Leute die die Grundlagen oder Vorstellungen nicht kennen.

Aber dennoch bleiben die einige Aussagen eher fragwürdig bzgl energienenge