Mit Laserantrieb ins Universum

@Fedaykin

"Sonnenwind" sind streng genommen nur die Teilchen die von der Sonne kommen und sich entfernen, aber in vielen Artikeln schließt das die elektromagnetische Strahlung mit ein, und ein eventuelles Bremssegel (das hier bei der angenommen Geschwindigkeit wohl nicht funktioniert...) würde natürlich automatisch auch von der elektromagnetischen Strahlung getroffen werden. Das "reinblütige" Sonnensegeln funktioniert auch hautpsächlich wegen der elektromagnetischen Strahlung mit einem Startpunkt der am besten nahe an der Sonne liegt. Bei meiner (verworfenen...) Idee trifft eine Ultraleichtsonde, die ein extrem großes Ultraleichtsegel mit sich führt, neben der Strahlung auch noch mit 20% der Lichtgeschwindigkeit auf die Teilchen. Wenn sie mit genügend Teilchen zusammenprallen würde, dann müsste sich ihre Geschwindigkeit nennenswert verringern; aber die Teilchendichte ist insgesamt wohl leider zu gering, um einen spürbaren Effekt zu erzielen...

Interessanterweise könnte der Lichtdruck des Zielsystems alleine schon ausreichen, eine Sonde abzubremsen, wenn sie dafür nur langsam genug unterwegs wäre (bei einem entsprechenden Segel...). Das widerspricht dann aber dem Wunsch, möglichst noch innerhalb einer Lebensspanne oder noch früher zum Ziel zu gelangen. Mal ganz abgesehen davon, das die Technik einer Ultraleichtsonde nicht ewig hält, ebensowenig wie ihre Energieversorgung. Da bleibt also wohl vorerst "nur" ein ungebremster Flug durch das Alpha-Centauri-System...

Es wäre wohl zu schön gewesen, wenn auch eine laserbeschleunigte Sonde aufgrund der natürlichen Eigenschaften eines Systems von ganz alleine abbremst...

wolf359 schrieb:Bei meiner (verworfenen...) Idee trifft eine Ultraleichtsonde, die ein extrem großes Ultraleichtsegel mit sich führt, neben der Strahlung auch noch mit 20% der Lichtgeschwindigkeit auf die Teilchen. Wenn sie mit genügend Teilchen zusammenprallen würde, dann müsste sich ihre Geschwindigkeit nennenswert verringern; aber die Teilchendichte ist insgesamt wohl leider zu gering, um einen spürbaren Effekt zu erzielen...

Ich glaube die Teilchen würden das Segel eher beschädigen. Ein Mischsegel ist wesentlich schwieriger.

wolf359 schrieb am 23.04.2016: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.

Man könnte auch Radionuklidbatterien verwenden. Hat man bei Tiefenraumsonden wie der Pioneer 10 den beiden Voyagersonden als auch 2011 bei Curiosity auch gemacht. Spricht da prinzipiell etwas dagegen die in den Sonden auch zu verwenden?

wolf359 schrieb am 23.04.2016: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...

Muss ein chemischer Antrieb denn die 20% erreichen? Ist das nicht viel mehr eine Frage des Impulses, reicht es nicht auch einfach genug Masse chemisch auszustoßen?

Abgesehen davon warum eigentlich einen Laser für sowas? Könnte man bei einer unbemannten Sonde nicht auch einfach einen Zyklotron oder ausreichend großen Linearbeschleuniger nehmen, der einen die Sonde auf 0,x c wie bei einer Railgun wegschießt?

@schelm1
Mit der Seite "Grenzwissenschaften" habe ich persönlich schon des Namens wegen ein gewisses Misstrauen.
Aber was mich interessiert: Wie schnell ist ein Laserantrieb überhaupt? Ansich ist es eine Erstklassige Idee, vor allem im Weltraum, auf einen Verbrennermotor zu verzichten oder gar auf einen, bei dem man auf Energiezufur von außen (Sonnenkollektoren) angewiesen ist.

@Niederbayern88

Niederbayern88 schrieb:Wie schnell ist ein Laserantrieb überhaupt?

Hier kann ich auch nur auf Medienberichte zurückgreifen
Kleine Raumschiffe sollen mit Lasern auf ein Fünftel der Lichtgeschwindigkeit gebracht werden

Dessen Lichtpulse beschleunigen die Raumsonden dann innerhalb weniger Minuten bis zu einem Fünftel der Lichtgeschwindigkeit.
Nach 120 Sekunden sollen die winzigen Raumschiffe bereits eine Million Kilometer von der Erde entfernt sein

http://www.sueddeutsche.de/wissen/breakthrough-starshot-flotte-von-mini-raumschiffen-soll-zu-alpha-centauri-fliegen-1.2947852

Chimerer schrieb:Man könnte auch Radionuklidbatterien verwenden. Hat man bei Tiefenraumsonden wie der Pioneer 10 den beiden Voyagersonden als auch 2011 bei Curiosity auch gemacht. Spricht da prinzipiell etwas dagegen die in den Sonden auch zu verwenden?

Nein die werden Verwendet. Aber schon mal mit der Leistung pro KG Masse gegengerechnet.

Insterstellar braucht man ohne weit fortgeschrittene Reaktoren Nuklear, oder Fusion nicht angehen.

Chimerer schrieb:Muss ein chemischer Antrieb denn die 20% erreichen? Ist das nicht viel mehr eine Frage des Impulses, reicht es nicht auch einfach genug Masse chemisch auszustoßen?

Bitte was für eine Mass Ratio bzw Stufen willst du denn haben? Tausende, Millionen?

Es ist sehr hilfreich bei dem Thema die Raketengrundgleichung zu verinnerlichen.

@Fedaykin
Die Frage wäre doch erstmal, wieviel Masse man überhaupt sparen kann. Denn, wenn wir die Sonde auf 0,2c bringen, dann ist es damit ja nicht getan. Auch wenn der Weltraum relativ leer ist, ein paar Atome/Staubkörnchen o.ä. sind auch da unterwegs, die man dann mit 1/5 der Lichtgeschwindigkeit rammen würde.
Man könnte es also so machen, das man vor die Sonde ein RTG spannt, das dann gleichzeitig als Schutz sowie als Energieversorgung während des Fluges dient. Sobald die Sonde am Ziel angekommen ist, wird das Teil abgesprengt wodurch die Sonde abgebremst wird. Natürlich bräuchte man da schon einen ziemlich Leistungsfähigen Beschleuniger.

Chimerer schrieb:Die Frage wäre doch erstmal, wieviel Masse man überhaupt sparen kann. Denn, wenn wir die Sonde auf 0,2c bringen, dann ist es damit ja nicht getan. Auch wenn der Weltraum relativ leer ist, ein paar Atome/Staubkörnchen o.ä. sind auch da unterwegs, die man dann mit 1/5 der Lichtgeschwindigkeit rammen würde.

Es gillt die Regel so Stabil wie Nötig so wenig Masse wie möglich.


Leermasse schlägt sich sehr stark auf die Nutzlast und die nowendige Stützmasse nieder.

Und ja an bräuchte schon einen Gewissen Schild, bei Interstellaren Reisen, aber der ist da nicht so relevant wie man meint.

Chimerer schrieb:Man könnte es also so machen, das man vor die Sonde ein RTG spannt, das dann gleichzeitig als Schutz sowie als Energieversorgung während des Fluges dient

Nochmal du solltest dich erstmal Einlesen in das was das RTG so leisten kann.

Wenn wir tatsächlich über Interstellar Reden brauchten wir schon gehobenen Megwattbereich an Leistung.


Der Laserantrieb hat auch weniger mit der Energieversorgung zu tun.

Chimerer schrieb:Sobald die Sonde am Ziel angekommen ist, wird das Teil abgesprengt wodurch die Sonde abgebremst wird.

Mal nach Newtons 3 Gesetz schauen.


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

wenn man Englisch kann eine ganz tolle Seite um sich die Grundlagen anzueignen.

@Fedaykin
Soviel ich weis haben die Ionentriebwerke die man heute hat eine Leistung im Watt bis Kilowattbereich. 100-400W RTGs sind durchaus gängig für Sonden. Einen Kernreaktor der bei weniger Eigengewicht mehr Energie liefert muss man erstmal bauen, Kernfusion bringt bisher keinen nutzbaren Energieüberschuss ist also für die Energieversorgung allein nicht allzu nützlich. Vielleicht mal die nächsten Jahre-Jahrzehnte als Antriebskonzept -> Fusionstriebwerk.

Mir hingegen gehts um die Energieversorgung. Energie für etwas zusätzlichen Schub, für Kurskorrekturen, Bremsmaneuver, für die Instrumente, die Kommunikation, um die Elektronik zu betreiben&beheizen damit die nicht schlapp macht/einfriert usw. Den Startschuß übernimmt der Linearbeschleuniger/Zyklotron der die Sonde auf >0,2c bringt und sie so aus dem Schwerefeld der Sonne katapultiert.

Chimerer schrieb:Soviel ich weis haben die Ionentriebwerke die man heute hat eine Leistung im Watt bis Kilowattbereich. 100-400W RTGs sind durchaus gängig für Sonden.

Ja, innerhalb des Sonnensystem und auch dort nur sehr Begrenzt. Vom Faktor Zeit ganz zu schweigen.

Chimerer schrieb:Einen Kernreaktor der bei weniger Eigengewicht mehr Energie liefert muss man erstmal bauen,

Oh die gibt es.

Chimerer schrieb:Kernfusion bringt bisher keinen nutzbaren Energieüberschuss ist also für die Energieversorgung allein nicht allzu nützlich. Vielleicht mal die nächsten Jahre-Jahrzehnte als Antriebskonzept -> Fusionstriebwerk.

Ja, eben deswegen braucht du über Interstellare Sonden mit RTG oder gar Chemishcen Antrieben gar nicht erst anzufangen.

Chimerer schrieb:Mir hingegen gehts um die Energieversorgung. Energie für etwas zusätzlichen Schub, für Kurskorrekturen, Bremsmaneuver, für die Instrumente, die Kommunikation, um die Elektronik zu betreiben&beheizen damit die nicht schlapp macht/einfriert usw. D

Nochmal du solltest erstmal die Basics trennen. Ein iontriebwerk wie alle Elektrischen Antriebe braucht eh Energie, und RTG liefern da recht wenig. Schon gar nicht über die Zeiträume die wir für Interstellares Reisen bestenfalls veranschlagen können.

Und schau dir die Voyagersonden an, da braucht es nicht viel. Abführen von Überschusswärem ist ein viel größeres Problem als Einfrieren.

Chimerer schrieb:Den Startschuß übernimmt der Linearbeschleuniger/Zyklotron der die Sonde auf >0,2c bringt und sie so aus dem Schwerefeld der Sonne katapultiert.

Na dann rechne mal nach wie lang dein Zyklortron sein muss, von mir aus rechne auch mit 20 G Beschleunigung.

Problem ist eben da du die Sonde auch noch Abremsen musst. Newtons 3 Gesetz.

Wie erwähnt wenn man ernsthaft über Raumfahrt diskutieren will schadet es nicht sich die Grundkenntnisse und Prinzipien einzulesen.

wolf359 schrieb am 05.05.2016:...Interessanterweise könnte der Lichtdruck des Zielsystems alleine schon ausreichen, eine Sonde abzubremsen, wenn sie dafür nur langsam genug unterwegs wäre...

Erstmal das andere Sternsystem erwischen unsere Erfahrungen mit der Navigation im Interstellaren Raum sind praktisch nicht vorhanden.

Da sehe ich jetzt nicht das Problem weil alle Varialben dafür bekannt sind.

Chimerer schrieb am 05.06.2016:Könnte man bei einer unbemannten Sonde nicht auch einfach einen Zyklotron oder ausreichend großen Linearbeschleuniger nehmen, der einen die Sonde auf 0,x c wie bei einer Railgun wegschießt?

Einen Linearbeschleuniger könnte man sicher nehmen, wenn er denn lang genug ist. Allzu hohe g-Kräfte hält auch eine unbemannte Sonde nicht aus. Und dann ist es eine Frage der Energie. Da müssen dann sehr potente Magnetfelder vorhanden sein.
Es wäre insgesamt ein riesiges Teil - wahrscheinlich würde eine Aufwand-Nutzen-Rechnung nur auf gehen, wenn das Teil regelmäßig benutzt würde.

Stand heute ist es vor allem ein Problem, solche Massen überhaupt in den Orbit zu bringen. im Grunde wäre eine Fabrik im Weltraum, die ihre Ressourcen aus Asteroiden gewinnt, ideal - aber da sind wir dann doch noch recht weit weg.
Nicht schlecht wäre auch eine Mondbasis, da hilft die geringere Fluchtgeschwindigkeit auch enorm - aber soweit ich weiß besteht der Mond hauptsächlich aus Gestein. Und weit weg ist auch der.

Oh ein Linearbeschleuniger der über tausende KM lang ist, wäre schon ne Herausforderung.

kann man recht leicht berechnen bei 20 G Beschleunigung bis hin zu einem signifikanten Teil der Lg.

@Chimerer

Chimerer schrieb am 06.06.2016:Sobald die Sonde am Ziel angekommen ist, wird das Teil abgesprengt wodurch die Sonde abgebremst wird. Natürlich bräuchte man da schon einen ziemlich Leistungsfähigen Beschleuniger.

Das funktioniert nicht, weil dabei die Sonde zerstört wird...


@taren

taren schrieb am 08.06.2016:Erstmal das andere Sternsystem erwischen unsere Erfahrungen mit der Navigation im Interstellaren Raum sind praktisch nicht vorhanden.

Das ist schon ein Problem, da auch geringe Abweichungen auf sehr langen Strecken dazu führen können, das eine Sonde das Ziel verfehlt. Auch wenn die Eigengeschwindigkeit des Sonnensystems und des Zielsystems bekannt sind, die Schätzungen für den Einfluss der kosmischen Strahlung zutreffen, und die Stellung der Planeten und Monde berücksichtigt wird, könnte immer noch die Gravitation eines unbekannten Himmelskörpers die Flugbahn der Sonde verändern...

Habe da nicht so die Ahnung aber warum sollte es nicht gehen aber ich glaube auch der Aufwand ist ziemlich hoch, aber günstiger als der klassische Antrieb

wolf359 schrieb:... Auch wenn die Eigengeschwindigkeit des Sonnensystems und des Zielsystems bekannt sind...

Dachte eigentlich die wäre nicht so gut bekannt, eher geschätzt.

Eine vielleicht noch ungelöstes Problem betrifft die Energieversorgung der Sonden; zwar ist es wohl möglich eine sehr langlebige Mini-Batterie zu entwickeln und zu bauen, aber ihre Leistung ist begrenzt, ebenso wie ihr Energievorrat. Deshalb wäre es eine "nette" Idee, zusätzlich eine Art Akku mitzuführen, dessen Energie auf dem Weg zum Ziel immer wieder aufgeladen wird, so das immer genug Leistung zum Senden und Empfangen von Signalen bereitsteht. Dazu müsste man eine ständig verfügbare Energiequelle anzapfen, ähnlich wie die der Sonne; und diese existiert tatsächlich in Form der komischen Teilchen-Strahlung ( und vielleicht auch der Gammastrahlung...). Man muß dazu "nur" aus irgendeinem Element dieser Dauerbestrahlung elektrischen Strom gewinnnen. Tatsächlich gibt es hierzu schon Überlegungen, nur betreffen sie nicht die Energie der kosmischen Strahlung, sondern die Radioaktivität...

https://www.raumfahrer.net/news/raumfahrt/05042008120717.shtml (Archiv-Version vom 10.09.2017)

Vor einigen Jahren ist es Wissenschaftlern gelungen, Nano-Röhren zu konstruieren, mit denen man aus Teilchen der Radioaktiven Strahlung direkt Strom gewinnen kann; wenn es gelingt diese Röhren so zu modifizieren, das sie auch bei der kosmischen Strahlung funktionieren, dann wäre man schon einen Schritt weiter. Eine Sonde, die mit Nano-Röhren überzogen wird ( die dazu praktischerweise noch extrem klein und leicht sind...), könnte nicht nur Energie aus der Strahlung beziehen, sondern wäre auch etwas besser vor den Teilchen geschützt, die in Strom umgewandelt werden. Vielleicht ließe sich mit etwas überschüssiger Energie auch ein "Schirm" generieren, der die Sonde generell besser vor der Strahlung schützt. Die Folge wäre vielleicht eine Art "Fließgleichgewicht" zwischen Energiegewinnung, Energieverbrauch und Strahlungsschutz...

Das ist aber nur ein möglicher Ansatz, ob das tatsächlich funktioniert, weiß ich nicht...

Natürlich werden nicht die Teilchen selbst umgewandelt, sondern ihre Bewegungsenergie...

Der Strahlungsdruck der Antennen von sendenden TV - und Hörrundfunk - Satelliten im 11/12 GHz - Bereich ist zwar sehr klein; trotzdem muß er bei der Bahn - und Lageregelung eines Satelliten mitberücksichtigt werden.

Die Einflüsse auf die Flugbahn des Satelliten sind durch die Schwerefeldvariationen (Unrundsein der Erde, Ebbe und Flut, etc.) deutlich höher; aber vernachlässigen kann man den von den sendenden Spiegelantennen ausgehenden Strahlungsdruck nicht.

An jedem der Fernmeldesatelliten des Systems "Deutscher Fernmeldesatellit Kopernikus" (DFS) waren zur Bahnkorrektur 48 kleine Düsen rundherum angebracht, die gezielt Masse ausstießen um den Satelliten im Orbit zu halten.

Wenn keine fortlaufende Bahnkorrektur durchgeführt wird, so ist ein Satellit schnell verloren.
Jede "Verspätete Bahnkorrektur" kostet zusätzlich Treibstoff, was die Lebenszeit des Satelliten verkürzt.