Antriebs-Techniken

[Cordess]

Wow -- sag mal, du bist nicht zufällig an den Einnahmen beteiligt, oder

Nein, ich will nur verhindern, daß ihr Geld für schlechte Bücher ausgibt in dem ich gute empfehle.

[McWire]

Hallo zusammen!

Ich wollte mal fragen, welche Antriebe es aktuell in der Raumfahrt gibt bzw. welche in näherer Zukunft realisiert werden könnten?


Schonmal DANKE für Eure Antworten!

MfG JoFiredragon

Da ich damals keien Lust und/oder Zeit gehabt hatte auf diesen Threads zu antworten, mach ich das ganze mal nachträglich.

Ich habe mal vor geraumer Zeit alle mir bekannten Antriebsmethoden zusammengefasst.


A) Antrieb durch Impulserhaltung (Rückstoßantrieb, Impulsantrieb)
a) Rückstoß durch Gasstrahl 1 (Entspannung eines komprimierten Gases -> z.B. Entleeren einer Gasflasche)
b) Rückstoß durch Gasstrahl 2 (chemische Verbrennungsprodukte -> z.B. Verbrennnung von Raketentriebstoff)
c) Rückstoß durch Ionenstrahl (Beschleunigung von Ionen in einem magnetischen oder elektrischen Feld = Ionenantrieb)
d) aktiver Rückstoß durch Photonen (aktiver Laserantrieb -> Raumschiff schießt Laserstrahl ab)
e) passiver Rückstoß durch Photonen (Sonnensegel, passiver Laserantrieb -> Raumschiff lässt sich von Laser beschießen)
f) Rückstoß durch Magnetfeld innerhalb des Sonnenwindes (Magnetoplasmadynamischer Antrieb)
g) Antrieb durch natürliche Gravitationsbeschleunigung (Geschwindigkeitssteuerung durch sogenanntes "Swing-By-Manöver" an massenreichen Objekten)

1) Energie aus chemischer Reaktion (klassicher Verbrennungsantrieb in Raketen)
2) Energie aus Elektrizität (Solarzellen, Nuklearbatterie, Akku) (elektrischer antrieb)
3) Energie aus Kernfusion (Impulsantrieb ala Star Trek)
4) Energie aus Antimaterie-Annihiliation (Warpkern ala Star Trek)

B) Antrieb durch Raumkrümmung (Raumrümmungsantrieb)
a) Warpantrieb [ST] (fließenden Raumkrümmungsvorgang)
b) Koaxialwarp [ST], Gravitationsantrieb [EH] (einmalige Raumfaltung der gesamten Flugstrecke)
c) Solitonwelle [ST] (Raumverzerrungwelle, externer Antrieb)

1) Energie aus Antimaterie-Annihiliation
2) Energie durch "Fütterung" eines künstlichen schwarzen Loch
3) Exotische Energieformen

C) Antrieb durch Abkürzung/Umgehung der realen Flugstrecke durch eine höhere Raumdimension (Tunnelantrieb/Hyperantrieb)
a) natürliche oder künstliche Wurmlöcher
b) aktiver Hyperraumantrieb [SG, SW, BSG] / Transwarpantrieb [ST] (Raumschiff erzeugt Hyperraumtunnel)
c) Quantenslipstream [ST]
d) Slipstream [AND]
e) passiver Hyperraumantrieb [B5] / Subraumkanäle [ST] (Raumschiff nutzt natürliche Hyperraumrouten)
f) Inverter [ST] (Dimensionsverschiebungstransporter)

D) Antrieb durch Veränderung der Struktur der Materie oder Struktur des RZ-Kontinnum (exotischer Antrieb)
a) Beamen (ST] / Ringtransporter [SG]
b) Stargate [SG] / Iconianische Portale [ST] (In den Stargate wird als eigentliches übertragungsmedium ein Wurmloch benutzt)
c) Oszilationsantrieb [CF]
d) Tachyonenantrieb/Tachyonenwirbel [ST]


Anmerkung:
ST = Star Trek
SG = Stargate Kommando SG1 / Stargate Atlantis
SW = Star Wars
BSG = Battlestar Galactica
AND = Andromeda
B5 = Babylon 5
EH = Event Horizon
CF = Captain Future

Zusammengefasst nach aktuellen Wissensstand:

Nach heutiger Physik sind die Antriebsvarianten der Gruppen A, B und C theoretisch-physikalisch funktionsfähig, die Antriebsvarianten der Gruppen A und B theoretisch-physikalisch reproduzierbar und die Antriebsvarianten der Gruppe A technisch umsetzbar.

Gruppe A entspricht also realer Physik und die Gruppen B, C und D entsprechen derzeit noch Science Fiktion. ->http://www.scifi-forum.de/science-fi...universen.html

[Dr. Mars]

glaube das sind noch ein paar die noch nicht gennant wurden.


nach der primären Energiequelle
Antrieb mit Muskel-Kraft
Fußantrieb (Treten Roller, Pedal)
Handantrieb (Handkurbel, Handrad, etc.)
Antrieb durch Tiere
Windantrieb
Wasserkraftantrieb
Verbrennungskraftantrieb
Wärmekraftantrieb
Schwerkraftantrieb
Sonnenlicht- oder Solar-Antrieb
Ionenantrieb
Kernenergieantrieb
Elektroantrieb
Alternative Antriebstechnik

nach dem maschinellen Umsetzungsprinzip
Maschinenantrieb
Motorenantrieb
Hydraulikantrieb
pneumatischer Antrieb
Hybridantrieb
Raketenantrieb
Turbinenantrieb
Segelantrieb
Seilscheiben-, Treibriemen-, Reibradantrieb

Schiffspropeller

nach dem Antriebsprinzip am Ende der Umsetzungskette
Radantrieb
Schaufelradantrieb
Zahnradantrieb
Zahnriemenantrieb
Keilriemenantrieb
Gewindespindelantrieb, Kugelgewindetrieb, Rollengewindetrieb, Zahnschneckenantrieb
Kettenantrieb
Propeller-, Schraubenantrieb
Rückstoßantrieb

nach dem Ziel der Antriebsverwendung
Leistungsantrieb (Energieübertragung, z. B. von einem Motor auf einen Generator, oder auch Fahrantrieb)
Positionierantrieb (definierte räumliche Bewegungen)

nach der Bewegungsrichtung
Linearantrieb
Rotationsantrieb

[HiroP]

glaube das sind noch ein paar die noch nicht gennant wurden.

Nein, hier gehts ja auch um Raumschiffantriebe.
Da kommst du mit Pedalen oder Windkraft nicht weit.

Im übrigen scheint mir McWires Liste ziemlich vollständig zu sein.

[Darkfox]

Eine gute Zusammenfassung McWire!

Ich glaub ich hab das noch nirgendwo so zusammengefasst gesehen.

Ist nur die Frage was jemals davon umsetzbar sein wird. Ich meine außer relativistische Reisen durch konventionelle Antriebe. Gibts den irgendwelche wissenschaftliche Hinweise auf eine Raumdimension die sich für einen Antrieb vom Typ c nutzen lassen würde?
Ich meine beim Typ b ist die Umsetzung ja zumindest ansatzweise in der Theorie möglich, wenn man von den extremen Energiemengen, exotischer Materie, und den starken Gezeitenkräften absieht bei einer Raumkrümmung absieht.

[Sternengucker]

Bei Perry Rhodan gab es am Anfang noch "kernchemische" Antriebe bei denen IIRC die ausdehnung des Rückstoßmediums durch einen nuklearen Anregungsprozess erreicht wurde (Reaktor erhitzt Medium, Medium verdampft, Medium tritt aus, Schiff mit Reaktor wird vorgetrieben) ... die erzeugung des rückstoßes zu spezifizieren wird IMO aber nicht nötig sein... aktiver Ausstoß (Rückstoß von Gas, kernchemischer Ausstoß und Photonenausstoß) und passiver Rückstoß (Sonnensegel, Lasersegel) werden genügen so kann man auch weniger Mögliche Rückstoßquellen vergessen

"Veränderung der Struktur des Raumzeitkontinuums" ist immer noch nicht von Punkt B abgegrenzt, ein Verbiegen der Raumzeit IST ja wohl eine Veränderung der Struktur... zumindest aber der Geometrie

Und zumindest das Beamen und der Ringtransporter sind KEINE Raumschiffsantriebe. Ähnliches gilt auch für das Stargate, wobei das zumindest für Puddlejumper und Todesgleiter als Fortbewegungshilfe diente... aber ein Antrieb im eigentlichen Sinn ist es trotzdem nicht. (erst das Ori Supergate ist gezielt auf Transport von ganzen Schiffen ausgerichtet erbaut worden)
Allerdings meine ich mal von einem Buch von Asimov oder Clarke gehört zu haben, wo ein Schiff sich selbst durch etwas beamen-artiges vorwärtsbewegt, quasi immer abwechselnd Bug und Heck voreinander beamt...

[HiroP]

Bei Perry Rhodan gab es am Anfang noch "kernchemische" Antriebe bei denen IIRC die ausdehnung des Rückstoßmediums durch einen nuklearen Anregungsprozess erreicht wurde (Reaktor erhitzt Medium, Medium verdampft, Medium tritt aus, Schiff mit Reaktor wird vorgetrieben) ...

Das ganze ist bekannt unter dem Namen NERVA und wurde 1972 von der NASA zu den Akten gelegt.
Im Rahmen des Constellation-Programms soll allerdings wieder an so was gebaut werden, wenn ich mich recht erinnere.

Mit einem solchen Antrieb, der z.B. Wasser als Treibstoff nutzen würde, lassen sich Geschwindigkeiten im Bereich Mio. km/h erreichen. Das äußere Sonnensystem wäre damit erreichbar.

[Bynaus]

Das ganze ist bekannt unter dem Namen NERVA

Genau, oder auch genereller unter "nuklearthermische" Antriebe.

Wie mit allen nuklearen Antriebsmethoden wäre ein Einsatz in einer Raumsonde ein gewaltiger Durchbruch für die Raumfahrt (wie HiroP sagte kann man damit locker im ganzen Sonnensystem rumkurven, etwa Sample-return vom Pluto machen wenn man das denn will). Aber irrationale Ängste vor dem bösen Atom machen den Einsatz von Nukleartechnik im Weltraum für die nähere Zukunft leider unwahrscheinlich. Die NASA hat zwar gerade eben angekündigt, die (teilweise) Versorgung der geplanten Mondbasis über Atomenergie zu prüfen, allerdings steht noch in den Sternen, ob das jemals Realität wird.

[HiroP]

Dabei wärs beim Mond eher nicht nötig. Temporär vielleicht, langfristig könnte man einfach den oder besser die Pole mit Solarzellen pflastern.

Als Cassini ihren zweiten Erdflyby machte, war die Aufregung auch wieder groß, weil Cassini durch eine Radioisotopenbatterie angetrieben wird. Dass man die Bahnen von Himmelskörpern wirklich sehr genau berechnen kann, wissen die wenigsten. Die 7000 (oder sowas) km Abstand waren damals mehr als genug.

Und genauso ist es heute. Man erwähnt das Wort Strahlung oder Radioaktivität und schon kann man seine Gelder vergessen.

Um im LEO ein Raumschiff mit nuklearthermischem Antrieb zu bauen, müsste man ja irgend wann die Komponenten für den Reaktor hochschaffen.
Und dabei laufen die Umweltschützer dann Amok...

[Harmakhis]

Um im LEO ein Raumschiff mit nuklearthermischem Antrieb zu bauen, müsste man ja irgend wann die Komponenten für den Reaktor hochschaffen.
Und dabei laufen die Umweltschützer dann Amok...

Eigentlich muss man da wohl auf die Privatwirtschaft hoffen, die in diesem Jahrhundert wohl vermehrt in der Raumfahrt aktiv werden wird. Diese muss sich dann auch nicht um ihre Wiederwahl Sorgen machen und könnte so die Machbarkeit solch eines Projekts entgegen aller Unkenrufe demonstrieren.

[Cordess]

Aber irrationale Ängste vor dem bösen Atom machen den Einsatz von Nukleartechnik im Weltraum für die nähere Zukunft leider unwahrscheinlich.

Nunja, die Ängste sind nicht unberechtigt.
Das eigentliche Problem existiert beim Start der Rakete.

Wenn der Reaktor z.b. mit Plutonium betrieben wird und die Rakete beim Start explodiert, dann besteht die theoretische Möglichkeit, auch wenn es gut eingepackt wäre, daß das Plutonium sich schön über die Erde verteilt.
Bei Uran sieht es ähnlich aus, wäre aber nicht ganz so schlimm.

Wenn das Ding erstmal auf dem Weg zu Jupiter oder Co ist, dann gibt es natürlich keine Probleme mehr.
Aber falls das Raumschiff z.b. im Fall einer bemannten Mission wieder zur Erde zurückkommen sollte, gibt es auch hier die theoretische Gefahr, daß das Raumschiff einen Defekt hat und nicht abbremsen kann und dann mitten auf die Erde kracht und in der Atmosphäre verglüht.
Im besten Fall ist die Flugbahn zu flach und das Raumschiff prallt von der Erde ab, im Worst Case fall ist die Flugbahn zu steil und der radioaktive Müll
verteilt sich auf der Erdoberfläche.

Umgehen könnte man das Problem nur, wenn man das Raumschiff auf eine Rückkehrflugbahn führt, die an der Erde vorbei führt und die Astronauten dann kurz vor der Erde in eine Kapsel mit chemischem Antrieb steigen
und zur Erde zurückkehren, während das große Raumschiff mit dem Reaktor Richtung Sonne oder ähnliches fliegt.

Die NASA hat zwar gerade eben angekündigt, die (teilweise) Versorgung der geplanten Mondbasis über Atomenergie zu prüfen, allerdings steht noch in den Sternen, ob das jemals Realität wird.

Mit reiner Sonnenenergie hätten sie ein Problem, da sie dann Akkus benötigen würden, die die Mondstation für ein paar Wochen mit Strom versorgen können
wenn die Station im Mondschatten liegt.
Daher wäre ein Atomreaktor für eine Mondstation eigentlich schon sinnvoll.

[Harmakhis]

Wäre die Explosion oder der Absturz von so einem Raumschiff denn überhaupt so tragisch - außer für die Besatzung?
Man hätte in so einem Fall ja kaum mit einer Kernschmelze oder etwas ähnlichem zu tun.

Radioaktivität ist zwar gefährlich, aber nicht so enorm wie das stellenweise in den Medien und von Umweltverbänden dargestellt wird, sodass man schon einem kleinen Plutoniumkorn sterben würde.

[blueflash]

Plutonium ist AFAIK eine der giftigsten Substanzen überhaupt. Wenn da eine katastrophale Explosion eintritt, können ganze Landstriche unbewohnbar werden. Noch schlimmere Folgen wären zu erwarten, wenn z.B. das Mittelmeer oder die Ostsee getroffen würden. Dagegen sind Kernschmelzen fast harmlos. Solange es physikalisch nicht ausgeschlossen ist, dass sich die giftigen Stoffe im Katastrophenfall über den Globus verteilen, sollte man keine derartigen Stoffe in Raketen befördern.

[Cordess]

Als Cassini ihren zweiten Erdflyby machte, war die Aufregung auch wieder groß, weil Cassini durch eine Radioisotopenbatterie angetrieben wird. Dass man die Bahnen von Himmelskörpern wirklich sehr genau berechnen kann, wissen die wenigsten. Die 7000 (oder sowas) km Abstand waren damals mehr als genug.

Ich glaube nicht das es darum geht sondern um die Worst Case Fälle.

Während dem Flug zum Mond der Apollo 13 Mission ist z.b. ein Sauerstofftank
explodiert bzw. bekam ein Leck und das führte erstmal zu einer unerwünschten Kursänderung.

Und jetzt stelle dir mal vor, daß wäre mit Cassini in ausreichender Entfernung passiert, dann hätte die Kursänderung dazu führen können, daß Cassini auf die Erde kracht, insbesondere wenn man zusätzlich davon ausgeht,
das eine Kurskorrektur nicht mehr möglich ist.

Das sind die sogenannten Worst Case Fälle die immer dann eintreten wenn man am wenigsten damit rechnet.
Es hat z.b. auch damals niemand beim Bau des WTC daran gedacht, daß da mal Terroisten mit einem großen Flugzeug reinfliegen würden.

Bei Cassini war das Risiko zwar minimal, denn es handelt sich ja NUR um Radioisotopbatterien mit wenig Plutonium an Bord, aber bei einem Kernreaktor für ein bemanntes Raumfahrzeug kann das schon ganz anders aussehen.

Und falls es anstatt dieser neuen Stirlingmotor + Kernreaktor Kombination einen herkömmlichen Druckwasserreaktor hat, hat man nicht nur radioaktives Plutonium + Rest, sondern noch Deuterium und Tritium als radioaktives Gefahrengut.


Bei aller Liebe zur Weltraumfahrt, aber die Risiken der Nukleartechnologie sind auch dort nicht ohne.
Am besten wäre es wohl, wenn man das Uran auf dem Mond findet, dann kann man sich die Raketenstarts mit Uran an Bord sparen.
Weiß hier jemand genaueres, ob man solche Elemente in ausreichender Menge in Form einer abbaubaren Rohstoffquelle auf dem Mond findet?

Um im LEO ein Raumschiff mit nuklearthermischem Antrieb zu bauen, müsste man ja irgend wann die Komponenten für den Reaktor hochschaffen.
Und dabei laufen die Umweltschützer dann Amok...

Natürlich tun sie das.
Vor allem weil ja auch nur ein paar Ariane Starts von 100 fehlgeschlagen sind
und die Ariane Raketen bisher schon zu den sichersten überhaupt zählen.
Wenn also die besten Raketen schon nicht sicher sind ist das kein gutes Zeichen
für den Start Raketen mit radioaktiven Substanzen wie Plutonium und Uran an Bord.

[Sternengucker]

Radioaktivität ist zwar gefährlich, aber nicht so enorm wie das stellenweise in den Medien und von Umweltverbänden dargestellt wird, sodass man schon einem kleinen Plutoniumkorn sterben würde.

an einem kleinen Körnchen/Partikel vielleicht nicht, aber Plutonium ist egal ob von der Giftigkeit her oder wegen seiner Radioaktivität am gefährlichsten wenn es eingeatmet wird... und große Mengen PuOxid die in großer Höhe in schnellfliessende Windströmungen eingebracht werden könnne eben unberechenbare Folgen haben.

Solange man keine Transportbehälter bauen kann, die für Orbitaltransporter zB ähnlich sicher sind wie Castors auf den Schienen, sollte man möglichst keine größeren Mengen wie sie für ein größeres Raumschiff gebraucht werden würden, auf einmal transportieren... bis zur kritischen Masse von ca 10 kg bleibt ja einiges an denkbaren Nutzlasten...