Mit Laserantrieb ins Universum

wolf359 schrieb:Bei der angenommenen Kommunikationsreichweite

Und die wäre? Und welcher Sender wird da eingesetzt?

@Celladoor

Das ist ein Witz oder ?

Das alles ist eine hypothetische Überlegung; es ist nur so, das wenn man schon eine Sonde zu Alpha-Centauri schicken möchte, was der Bau und die Entwicklung der Sonden und der Lasertechnik ja nahelegt, dann muß man sich unter anderem auch um eine funktionierende Kommunikation bemühen, also zwangsläufig auch eine fortschrittliche Sende- und Empfangstechnik entwickeln, denn sonst schickt man vielleicht eine Sonde nach Alpha Centauri, aber hat nichts von den Entdeckungen, die dort auf uns warten, ja man weiß nicht einmal, ob die Sonde überhaupt angekommen ist...

wolf359 schrieb:Das ist ein Witz oder ?

Weiss ich nicht. Ich möchte nur verstehen wie du auf eine Zahl von 9000 kommst?

@Celladoor

Das ist nur ein ungefährer Wert, der sich aus der von dir angegebenen Entfernung ergibt. Rein rechnerisch sind es etwas weniger. (5 Lichtstunden bis Pluto= 1 Sonde, macht 4,8 Sonden Pro Lichttag mal 365 Tage = Sonden pro Lichtjahr mal Anzahl Lichtjahre = Anzahl der Sonden...)

wolf359 schrieb:(5 Lichtstunden bis Pluto= 1 Sonde, macht 4,8 Sonden Pro Lichttag mal 365 Tage = Sonden pro Lichtjahr mal Anzahl Lichtjahre = Anzahl der Sonden...)

Was rechnest du da???

Naja wie stark kann der Sender einer Minisonden sein, bzw wie weit kommt das Signal bis es zerstreut.

Da hat er mal die Entfernung Erde, Pluto angenommen.

Celladoor schrieb:Wiewiele Sonden bräuchte man dafür? Nehmen wir mal an wir verschicken sie mit dem kleinsten Pluto-Erde Abstand (28.7 AE).

Mal abgesehen davon, dass die Sendeleistung solcher Mikrosonden für die Entfernung von 28.7 AE, nicht ausreichen würde, bräuchte man für eine solche Kette bis Alpha Centauri 9.5 Billionen Sonden.

:D

Genaugenommen hat @Celladoor diese Entfernung vorgegeben...

Fedaykin schrieb:Da hat er mal die Entfernung Erde, Pluto angenommen.

Eigentlich hab ich die angenommen. ;)

Ok. Rechnung verstanden. Aber was man auch noch bedenken muss, dass wie z.B. New Horizonts hier auf der Erde riesige Antennen stehen. Wie soll das funktionieren?

Ich denke, da gibt es schon Möglichkeiten...

Ich könnte mir vorstellen, das man Sondennetzwerke als Antennen nutzt; eine Gruppe von Minisonden, die auf Kommunikation spezialisiert sind, und die ihre Ressourcen vereinen. Die Anordnung der einzelnen Minisonden im Verbund mit ihren Energiereserven könnte das Signal verstärken und an das nächste Sondennetzwerk weiterleiten, die nächste Antenne, die zwischen Alpha Centauri und der Erde steht. Die Leistung dieser Antennen ließe sich dabei so weit steigern, wie es die Technik erlaubt. Man kann dadurch die einzelnen Abstände, zwischen den Sondennetzwerken allmählich vergrößern, muß aber dafür umgekehrt eine ausreichend große Anzahl der Kommunikationsminisonden annährend gleichzeitig starten, die dazu noch in ihrer Leistung ständig verbessert werden...

Auch die Kommunikationsnetzwerke wandern aufgrund ihrer eigenen Geschwindigkeit allmählich in Richtung Alpha Centauri, und könnten dort ergänzende Beobachtungen durchführen, so weit es ihre spezialsierte Technik eben erlaubt. Die erste Sonde im Alpha Centauri System könnte ebenfalls ein Netzwerk von Sonden sein, eine Summe der schon von mir erwähnten "Einzelteil-Sonden", die nur eine spezielle Funktion erfüllen und über eine Kommunikationseinheit verfügen, um mit den anderen "Einzelteil-Sonden" zu kommunizieren. Alle diese Sonden bilden gemeinsam ein Sondennetzwerk, das die Funktion einer größeren Sonde hat. Der Vorteil liegt darin, das man jede Einzelteilsonde mit der zukünftig verfügbaren Laser-Technik starten und vielleicht schon auf 20% der Lichtgeschwindigkeit bringen kann. Das Sondennetzwerk leistet so viel wie eine große Sonde, ist dabei aber so schnell wie eine einfache Laserbeschleunigte Minisonde...

Und dieses Erste Sondennetzwerk, das die Funktion einer großen Sonde erfüllt, könnte sich nach Abschluss der Mission zu einer ersten größern Antenne vereinen, die ihre Daten in Richtung Erde schickt...

Gut. Jetzt also die 9000 Sonden nochmal multiplizieren. Dann musst du noch bedenken, dass sich die Sonden nicht ausrichten lassen und sich am Ziel auch nicht abbremsen lassen. Und damit die Kommunikation nicht abreisst musst du den Sondenstrom ständig mit neuen Sonden füttern.

@Celladoor

Nein, ich gehe dabei davon aus, das die Leistung ausreichend stark erhöht werden kann, auch die der einzelnen Sonde, um die Entfernung spürbar zu vergrößern, und die Sonden sind zumindestens in einer Richtung schon gut ausgerichtet, mit ihrem "Segel", das gleichzeitig als Sende- und Emfpangseinheit dienen kann. Man muß den Sondenstrom schon füttern, aber die Anzahl der Sonden sorgt zumindestens für etwas Redundanz, so das der Ausfall einer einzigen spezialisierten Kommunikationsminisonde nicht das Ende des Sondennetzwerkes und damit der Antenne bedeutet. Es ist natürlich keine leichte Aufgabe diese Antenne zu bilden, aber das ja auch nur der Versuch eines hypothetischen Lösungsansatzes...

wolf359 schrieb: Es ist natürlich keine leichte Aufgabe diese Antenne zu bilden, aber das ja auch nur der Versuch eines hypothetischen Lösungsansatzes...

Ziemlich hypothetisch. Würde schon fast sagen utopisch. Da ist eine einzelne grosse Sonde mit Ionenantrieb und konventionellem chemischen Antrieb zum hartem abbremsen am Ziel, um in eine gemütliche Umlaufbahn einzuschwenken, weitaus realistischer.

@Celladoor

Celladoor schrieb:Da ist eine einzelne grosse Sonde mit Ionenantrieb und konventionellem chemischen Antrieb zum hartem abbremsen am Ziel, um in eine gemütliche Umlaufbahn einzuschwenken, weitaus realistischer.

Das funktioniert nicht...

Ionentriebwerke sind lange nicht so weit entwickelt, das sie in sinnvollen Zeiträumen Alpha Centauri erreichen können, vielleicht können sie es niemals; um das Antriebsmittel (z.B. Xenon-Gas...) zu ionisieren bräuchten sie auch eine ständige Energiequelle, die im Interplanetaren Raum gewöhnlich die Sonne ist. Und einen chemischen Antrieb mitzuführen, der noch viel ineffizienter als ein Ionentriebwerk ist, erhöht das Gewicht der Sonde um ein vielfaches, verbraucht noch mehr Xenongas, das von einer noch stärkeren Energiequelle ionisiert werden muß, und reicht dann dennoch nicht, um die Sonde von "erträumten" 20% der Lichtgeschwindigkeit kurz vor dem Ziel auf null zu bringen.
Denn nach bisherigen Erkenntnissen kann ein rein chemischer Antrieb keine 20 % der Lichtgeschwindigkeit erreichen und das müsste er schon können, wenn er die Sonde abbremsen soll, die mit 20 % der Lichtgeschwindigkeit in genau die entgegengesetzte Richtung fliegt, was sie hier aber nicht tut, da sie erstens auch mit einem Ionenantrieb alleine kaum so schnell werden kann und zweitens dazu noch einen letztendlich unnützen riesigen chemischen Antrieb mit samt seinem gigantischen Treibstoffvorrat mitschleppen muß...

Ich kann mich natürlich irren...

Das "Schöne" an einer laserbeschleunigten Sonde ist ja gerade, das man keinerlei Antrieb und auch keinen Treibstoff braucht, sofern man nicht abbremsen möchte. Ein lasergestütze Mission ist ein Projekt, das in näherer Zukunft durchgeführt werden kann, und Sonden mit Ionenantrieb können große und wohlausgestattete Sonden und Raumschiffe im interplanetaren Raum antreiben, weil diese zu schwer sind, um mit den mittelfristig verfügbaren Lasern auf vernünftige Geschwindigkeiten beschleunigt zu werden. Außerdem müsste ein Raumschiff mit Astronauten auch im Raum manovrieren können und wird irgendwann ja auch wieder zur Erde zurückkehren müssen...

wolf359 schrieb:Das "Schöne" an einer laserbeschleunigten Sonde ist ja gerade, das man keinerlei Antrieb und auch keinen Treibstoff braucht, sofern man nicht abbremsen möchte.

Das "Schlechte" an einer laserbeschleunigten Sonde ist leider ihre viel zu geringe Masse um irgendwelche Kommunikation mitzuführen und dass sie mit 20 % Lichtgeschwindigkeit am Ziel vorbeischiesst.

Nicht uninteressant zu diesem Thema ist folgender Artikel

Eigentlich wollten die Forscher um Chen Yongsheng in einem Experiment herausfinden, ob die Leitfähigkeit und Festigkeit von Graphen auch bei einer größeren Anordnung bestehen bleiben.
Im Rahmen dieses Experiments formten die Forscher einen Schwamm aus zerknitterten Graphitoxid-Blättchen.
Dabei wurden die Blättchen miteinander verschmolzen. Im Anschluss wollten die Forscher dann den Schwamm mit einem Laser zerschneiden.
Dabei passierte etwas Kurioses. Der Schwamm machte unerwartet einen großen Satz nach vorn.

Der aus verschmolzenen Graphitoxid-Blättchen bestehende Schwamm bewegte sich, sobald gebündeltes Licht in der Form eines Lasers auf ihn traf.

Überlegungen der Forscher zufolge absorbiert das Graphen die Energie des Lasers, so dass eine elektrischen Ladung entsteht.
Ist der Elektronenanteil im Material nach der Zeit gesättigt, kommt es dann schlagartig zu einer Entladung.
Der Schwamm wird in die entgegengesetzte Richtung geschleudert.

Bisher ungeklärt ist, warum die Elektronen sich nicht in alle Richtungen wahllos entladen, sondern konzentriert in eine Richtung wegfliegen.

der gesamte Bericht steht hier
http://www.trendsderzukunft.de/revolutionaerer-lichtantrieb-fuer-sonden-und-raumschiffe-durch-zufall-entdeckt/2015/06/05/

Es wird sogar spekuliert, ob in Zukunft Antriebe, basierend aus den aktuellen Erkenntnissen, für Raumschiffe oder Sonden gefertigt werden könnten.

Mir ist eine seltsame Idee gekommen, mit der man vielleicht eine Sonde abbremsen könnte, die sich dem Alpha-Centauri-System nähert, der Nachteil dieser Idee ist, das sie sehr wahrscheinlich nicht funktioniert, so das ich sie nur "um der Schönheit willen" erwähnen möchte. Ein bekanntes Phänomen ist der Sonnenwind, ein Teilchenstrom, der sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten von der Sonne entfernt; tatsächlich ist er immerhin so stark, das heute schon Sonden damit angetrieben werden (gerade in diesen Tagen wurde wieder eine "geheime" Sonde mit einem Sonnensegel gestartet...)...

Wenn sich nun eine Ultraleichtsonde dem Alpha-Centauri-System nähert, dann ist sie ebenfalls einer Art Sonnenwind ausgesetzt, nur das dieser von den beiden "Sonnen" des Systems erzeugt wird, anstatt von unserer Sonne und er wirkt der Bewegungsrichtung der Sonde entgegen. Aber das ist nicht alles. Wenn sich die Sonde mit 20% der Lichtgeschwindigkeit bewegt, dann ist der Druck des Centauri-Sonnenwindes auf die Sonde sehr viel stärker, als auf eine stillstehende Sonde; demzufolge müsste auch die Bremswirkung erheblich stärker ausfallen. Wenn man nun ein ausreichend großes Ultraleichtsegel aufspannt, dann könnte dieser "Supersonnenwind" die Ultraleichtsonde vielleicht spürbar abbremsen...

Eine Idee die natürlich auch ihre Nachteile hat...

@schelm1

Ein interessantes Phänomen; aber bis zu einer einsatzfähigen kleinen Prototypsonde dürfte noch einige Zeit vergehen. Ein Problem könnten mikroskopische Schäden in der Graphitoxidschwammstruktur sein, die durch den Dauerbeschuss mit einem Laser entstehen und durch die die Bewegungsrichtung der Sonde leicht verändert wird, weil die Elektronen sich durch die strukturellen Änderungen minimal anders bewegen; ein kleiner Unterschied, der sich auf lange Strecken zu einer beachtlichen Abweichung entwickeln könnte. Aber das ist Zukunftsmusik und ich weiß auch gar nicht wie stabil so ein Schwamm ist, oder eines fernen Tages werden könnte, oder ob das Konzept überhaupt für eine Sonde funktioniert...

Hallo

@wolf359 schrieb:
...(gerade in diesen Tagen wurde wieder eine "geheime" Sonde mit einem Sonnensegel gestartet...)

Habe ich keine Kenntnis davon. Kannst Du das konkretisieren?

mit dankendem Gruß, Zellaktivator.

wolf359 schrieb:Wenn sich nun eine Ultraleichtsonde dem Alpha-Centauri-System nähert, dann ist sie ebenfalls einer Art Sonnenwind ausgesetzt, nur das dieser von den beiden "Sonnen" des Systems erzeugt wird, anstatt von unserer Sonne und er wirkt der Bewegungsrichtung der Sonde entgegen. Aber das ist nicht alles. Wenn sich die Sonde mit 20% der Lichtgeschwindigkeit bewegt, dann ist der Druck des Centauri-Sonnenwindes auf die Sonde sehr viel stärker, als auf eine stillstehende Sonde; demzufolge müsste auch die Bremswirkung erheblich stärker ausfallen. Wenn man nun ein ausreichend großes Ultraleichtsegel aufspannt, dann könnte dieser "Supersonnenwind" die Ultraleichtsonde vielleicht spürbar abbremsen...

Der Effekt wäre trotzdem viel zu schwach. Zwar wäre durch die Geschwindigkeit der Sonde die Bremskraft tatsächlich viel stärker als bei Sonden, die in unserem Sonnensystem den Sonnenwind nutzen - aber er wirkt dafür ja auch viel kürzere Zeit (eben wegen der großen Geschwindigkeit). Allenfalls ein paar Stunden. Das ist viel zu wenig, um die Sonde wirkungsvoll abzubremsen.

Insgesamt halte ich das Konzept zwar für interessant, aber mehr auch nicht. Um z.B. ordentliche Fotos zu schießen, müsste man die Sonde wieder fast auf Null abbremsen - wie, darauf gibt es keinerlei Antwort. Und mit welcher Technik man von dort Signale zur Erde zurücksenden sollte, weiß auch keiner ansatzweise.

Mich erinnert das Ganze an die rein theoretische Frage, ob man mit einer riesigen Kanone eine Kanonenkugel auf den Mond schießen könnte. Ja, vielleicht, aber was hätte man davon?

@Menedemos

Ich sagte ja, das diese Idee auch ihre Nachteile hat... :)

Das ist tatsächlich ein Problem. Wenn aber das Segel extrem groß ist und die Sonde mit samt dem Segel extrem leicht ist, dann könnte es theoretisch vielleicht doch funktionieren. Die Segelfläche müsste dabei "nur" von ausreichend vielen Teilchen getroffen werden. Es fragt sich dann aber, ob solch eine "fragile" Struktur überhaupt phyisikalisch existieren kann, und wenn, ob wir sie fertigen und mit der erforderlichen Geschwindigkeit auf dem Weg bringen können...

In näherer Zukunft wäre es aber alleine schon ein sehr großer Schritt, wenn eine Ultraleichtsonde durch das Alpha-Centauri-System fliegt ohne zu bremsen; und mit dem Aufwand einer technisch schwer umsetzbaren und aufwendigen und vielleicht nicht einmal realisierbaren "Sonde mit Superbremssegel" könnte man viele hundert Sonden starten, die einem vielleicht mehr Daten bringen, als die eine Sonde, die noch im System ist...

Eine Langzeitmission einer Sonde wäre zwar ein ungeheurer Fortschritt, aber da muß man sich schon fragen, wie viele Daten eine einzelne Ultraleichtsonde langfristig gewinnen kann; es sei denn man kann so ein ganzes Sondennetzwerk im System plazieren. Aber da habe ich meine Zweifel...

Menedemos schrieb:ordentliche Fotos zu schießen, müsste man die Sonde wieder fast auf Null abbremsen

Nicht unbedingt. Man könnte eine Aufnahmetechnik entwickeln, die auch bei hohen Geschwindigkeiten brauchbare Aufnahmen macht, und auch wenn diese nicht die Qualität irdischer Top-Instrumente erreicht, so wären diese Bilder von Objekten im Alpha-Centauri-System sicher besser als alles, was man -Lichtjahre entfernt- von der Erde aus aufnehmen könnte...

Menedemos schrieb:Und mit welcher Technik man von dort Signale zur Erde zurücksenden sollte, weiß auch keiner ansatzweise

Meine Idee dazu waren ja Sondennetzwerke, die in der Summe Antennen und Verstärker bilden, und die man mit der eigentlichen Misson nach und nach auf dem Weg bringt, so das schließlich eine Kommunikationskette entsteht, die bis Alpha Centauri reicht. Der letzte Rest der Strecke könnte dabei auch von irdischen Instrumenten überbrückt werden. Da die Kommunikationsnetzwerke auch allmählich mit ihrer Eigengeschwindigkeit nach Alpha-Centauri wandern, könnten sie selbst ebenfalls Beobachtungen durchführen, wenn einige ihrer Sonden über entsprechende Instrumente verfügen. Das klingt natürlich ein wenig utopisch, aber es wäre möglich. Es kann natürlich sein, das da jemand noch eine bessere Idee hat...

@Zellaktivator

Zellaktivator schrieb:Habe ich keine Kenntnis davon. Kannst Du das konkretisieren?

Vielleicht weil es geheim ist ? :)

Nein ich habe mich geirrt, der Start fand schon im letzten Jahr statt, aber dieses Jahr ist auch etwas geplant; und die Nasa hat da auch noch irgendeine neue Idee...

Sonnensegel sind gerade "in"...

wolf359 schrieb:Das ist tatsächlich ein Problem. Wenn aber das Segel extrem groß ist und die Sonde mit samt dem Segel extrem leicht ist, dann könnte es theoretisch vielleicht doch funktionieren. Die Segelfläche müsste dabei "nur" von ausreichend vielen Teilchen getroffen werden. Es fragt sich dann aber, ob solch eine "fragile" Struktur überhaupt phyisikalisch existieren kann, und wenn, ob wir sie fertigen und mit der erforderlichen Geschwindigkeit auf dem Weg bringen können...

Kann sie, man ist schon sehr Weit, auch wenn man noch vom Theoretischen Ideal entfernt ist.

Verwechsel aber nicht den Sonnenwind mit Licht, weil so wie es klingt willst du ein Lichtsegel, Physis.

Es gibt aber noch andere Varianten.

Wikipedia: Magnetic sail

Das nutzt wirklich den Sonnenwind.

Oder das Elektrische Segel.

Wikipedia: Electric sail

wolf359 schrieb:Sonnensegel sind gerade "in"...

Eigentlich nicht, in war das Thema in den 70er .

Pragmatisch Betrachtet sind Ionenantriebe im Sonnensystem klar Überlegen weil hinterm Mars ist Dunkel.

Das bislang spektakulärste Test für Sonnensegel haben die Japaner durchgeführt.

Wikipedia: IKAROS