Interstellare Raumflüge

[Hazard]

Und blau ist nicht grün, doch meine ich rot.

[bozano]

@Hazard
Was du sagen willst habe ich nicht verstanden. Wenn es dir nicht zu viel Mühe ist, schreibe doch bitte einen etwas längeren Text.

[Hazard]

Das denke ich auch, daß du nicht verstanden hast, worum es geht. Vielleicht ließt du dir meine Beiträge nocheinmal durch, bevor ich das gleiche erneut hinschreibe und von den Mods wegen Spamens verwarnt werde.

[bozano]

Das denke ich auch, daß du nicht verstanden hast, worum es geht. Vielleicht ließt du dir meine Beiträge nocheinmal durch, bevor ich das gleiche erneut hinschreibe und von den Mods wegen Spamens verwarnt werde.

Eine Verwarnung kann es auch für Einzeiler geben. Und ich habe mir tatsächlich die Mühe gemacht alle Seiten anzuschauen und habe auch deine Texte auch noch einmal durchgelesen.
Du hast geschrieben,

Wenn man echte Menschen am Zielort benötigt, könnte die Alternative zum Kryoschlaf ne Art künstliche Gebärmutter sein, die man vor Ort befruchtet. Die Kinder würden dann von Robotern ihrer Aufgabe entsprechend erzogen.

.
Warst aber nicht in der Lage einen Grund für die Notwendigkeit von Menschen zu schreiben. Ich habe dir geholfen und einen möglichen Grund geschrieben.

Was du aber mit

Und blau ist nicht grün, doch meine ich rot.

meinst verstehe ich immer noch nicht.
Da es dir aber anscheinend zu viel Mühe ist allgemeinverständliche Texte zu schreiben, solltest du zumindest nicht die Mods dafür verantwortlich machen.

[Hazard]

Was ist so schwer daran zu verstehen, daß der Grund nicht zur Diskussion steht, sondern die Methode Menschen zum Ziel zu bringen?

[Liopleurodon]

Missionsprofile für interstellare Expeditionen - Diskussion von Szenarien

Da ich hierzu noch keine eigene Diskussion gefunden habe, gründe ich mal das Thema. Extrasolare Planeten vermehren sich inzwischen wie Unkraut und einige befinden sich sogar nur wenige Lichtjahre von uns entfernt. Es wäre interessant, mal darüber nachzudenken, mit welchen Technologien und Missionsprofilen man solche Welten eventuell erreichen könnte, gesetzt den Fall, sie erscheinen für eine Erkundung interessant genug. Dabei möchte ich die Diskussion allerdings gerne auf absehbare Technologien beschränken, die keine völlige Umkrempelung bekannter und verifizierter physikalischer Prinzipien erfordern.

Die Fragen sollen hier sein: Mit welchen Antriebstechniken könnte man die näheren Sterne erreichen? Welche Stärken und Schwächen haben diese Technologien? Mit welchen Zeiträumen müsste man rechnen? Ist eine Rückkehr der Expedition möglich und in welchem Zeitrahmen?

Beginnen möchte ich mit zwei recht populären Vorschlägen, die ich jedoch für unmöglich bzw. problematisch halte. Der eine ist der Bussard-Staustrahlantrieb. Dieser ist sowohl in der Science Fiction als auch in technischeren Werken ziemlich beliebt, ich sehe darin jedoch ein zentrales Problem: er würde nicht funktionieren. Die Idee besteht darin, mit einem wie auch immer gearteten Trichter interstellaren Wasserstoff einzusammeln und diesen einem Fusionsreaktor zuzuführen, der wiederum den Schub des Raumschiffes erzeugt. Um überhaupt nennenswerte Mengen von Wasserstoff sammeln zu können, müsste der Durchmesser des Trichters mindestens mehrere hundert Kilometer betragen. Eine solche Struktur würde schon unter den geringsten Belastungen in sich zusammen fallen. Auch müsste der Antrieb gegen die Reibung und somit Bremsung durch das interstellare Material arbeiten und wäre - selbst wenn das Trichterproblem gelöst werden könnte - vollkommen ineffizient.

Der zweite Vorschlag betrifft den Orion-Antrieb mittels Atombomben. Hierbei werden hinter dem Schiff Atombomben in Serie gezündet, deren Schockwellen von einer Schildplatte aufgefangen werden und somit das Raumschiff voran treiben. Auch wenn dieser Antrieb für interplanetare Mission möglicherweise brauchbar wäre, so sehe ich für interstellare Missionen dabei mehrere Probleme auftreten. Das größte Problem ergibt sich aus den hohen Geschwindigkeiten und den damit verbundenen langen Beschleunigungszeiten, welche gleichbedeutend mit einer unrealistisch hohen Anzahl von mitzuführenden Atombomben wären. Auch wenn man die Bomben für diesen Zweck klein und kompakt gestaltet, so bräuchte man für Langzeitmissionen wahrscheinlich mehrere Millionen oder noch mehr davon. Selbst wenn eine zukünftige Gesellschaft sich die Herstellung so vieler Bomben leisten können wollte, so müsste man diese auf engstem Raum mitführen, wobei ich das Problem der Bildung einer kritischen Masse durch die schiere Anzahl der Bomben an sich sehen würde. Das zweite Problem sehe ich in der Überschätzung der Effizienz dieses Antriebsprinzips. Auf der Erde entsteht die enorme Druckwelle einer Atomexplosion durch die Erhitzung der umgebenden Luftmassen. Im Vakuum jedoch muss die Druckwelle aus dem Material der Bombe selbst entstehen und wäre viel geringer. Die Wirkung der Bomben würde verpuffen.

Was sind eure Gedanken zu interstellaren Antrieben und Raumschiffen und wo seht ihr die Stärken und Schwächen?

Hier noch ein paar Links zum Weiterlesen:

https://en.wikipedia.org/wiki/Bussard_ramjet

Project Orion - Nuclear Pulse Propulsion for Spacecraft - the spaceship propelled by atom bombs

https://en.wikipedia.org/wiki/Project_Orion_(nuclear_propulsion)

[fraken]

Wenn ich das richtig sehe, möchtest du diese Diskussion innerhalb der physikalischen Naturgesetzte führen, richtig? Und genau da liegt das Problem.

Bussard-Staustrahlantrieb ist wenn ich das noch richtig im Kopf habe praktisch nicht konstruierbar bzw. einsetzbar. Es gibt einfach zu wenig H2-Moleküle im interstellaren Raum. Auch dürfte die Reibungsenergie bei der Kollision mit den Molekülen den Wirkungsgrad erheblich einschränken.

Das mit den Atombomben finde ich interessant. Die Frage die ich mir nur stelle ist folgende: Bisher gibt es nur eine konventionelle Rakete, die eine Erfolgsquote von 100% hat. Sprich: Die noch nie beim Start explodiert ist. Selbst wenn nur ein Start missglückt und die Rakete explodiert, wird der nukleare Sprengkopf schön gleichmäßig über die Startrampe und das Umland verteilt. Das Risiko scheint mir da doch einfach zu groß.

Konventionelle Raketenantriebe würde ich hier einfach mal von Anfang an ausschließen, da die schon bei Reisen innerhalb des Sonnensystems an ihre Grenzen stoßen.

Eine Grundentscheidung, die man ganz am Anfang treffen muss ist doch folgende: Wie schnell soll das Raumschiff da sein?
Baue ich ein Raumschiff, dass mit Lichtgeschwindigkeit fliegt (oder meinetwegen auch 0,5 c) oder baue ich ein Generationenschiff, dass zwar 100 Jahre bis Alpha Centauri braucht aber dafür auch gleich eine Orbitalkolonie mitbringt?

Ich bin kein Physiker aber ein Bisschen was, kann ich glaube ich beisteuern Korrigiert mich, wenn ich falsch liege ...

Wenn ich eine Schiff auf maximale Geschwindigkeit auslege, also möglichst nahe an die Lichtgeschwindigkeit beschleunigen will, ergeben sich völlig unabhängig vom Antrieb massive Probleme:
1. Zeitverzerrung. Je schneller das Raumschiff sich bewegt, desto langsamer vergeht die Zeit auf dem Raumschiff (Die Details kann man ja bei Einstein nachlesen). Ergo würden die Astronauten beispielsweise 10 Jahre altern aber auf der Erde wären alle am Projekt beteiligten Wissenschaftler längst tot.
2. Dopplereffekt. Je näher das Raumschiff an C beschleunigt wird, desto mehr wird die auf das Raumschiff treffende Strahlung ins höher frequente Spektrum verzerrt. Aus gewöhnlichem Licht wird plötzlich Mikrowellen- oder sogar Gammastrahlung. Das dürfte ziemlich schnell ziemlich tödlich sein. Daher müsste man erstmal einen Strahlungsschild konzipieren. Baute man ein elektromagnetischen Schirm, wie ihn auch die Erde hat, hätte man ein massives Energieproblem.
3. G-Kräfte. Wenn ich ein Schiff auf Lichtgeschwindigkeit oder auch nur 10% C beschleunigen will, dauert das entweder ewig oder aber ich zerquetsche ziemlich schnell meine Crew. Das maximum liegt bei ca. 10 G beschleunigungskräften. Darüber wird der Mensch ohnmächtig bzw. stirb an Minderperfusion des Gehirns. Selbst wenn ich dieses Maximum anlegen würde, würde es wirklich lange dauern, bis das Schiff auf Reisegeschwindigkeit ist.

Daher würde ich mal behaupten, dass das Konzept in einem Generationenraumschiff zu suchen wäre.

Ich denke mal, dass eine Schlüsseltechnologie für interstellare Reisen die Carbonanotubessind. Es ist das einzige Material, dass einen Spaceelevator möglich machen würde. Erst wenn es diesen gibt, kann die Menschheit genug Treibstoff und anderes Material in den Orbit bringen.

[Liopleurodon]

Wenn ich das richtig sehe, möchtest du diese Diskussion innerhalb der physikalischen Naturgesetzte führen, richtig?

Korrekt, also mit absehbaren und grundsätzlich machbaren Technologien. Deswegen habe ich dieses Thema hier angesiedelt und nicht bei Science Fiction.

Das mit den Atombomben finde ich interessant. Die Frage die ich mir nur stelle ist folgende: Bisher gibt es nur eine konventionelle Rakete, die eine Erfolgsquote von 100% hat. Sprich: Die noch nie beim Start explodiert ist. Selbst wenn nur ein Start missglückt und die Rakete explodiert, wird der nukleare Sprengkopf schön gleichmäßig über die Startrampe und das Umland verteilt. Das Risiko scheint mir da doch einfach zu groß.

Das ist richtig. Allerdings wäre ein interstellares Raumschiff auf jeden Fall viel zu groß, um es direkt von der Erdoberfläche aus zu starten. Man würde es im Weltraum zusammensetzen. Das Unfallrisiko bestünde allerdings für die Zuliefererstarts.

Konventionelle Raketenantriebe würde ich hier einfach mal von Anfang an ausschließen, da die schon bei Reisen innerhalb des Sonnensystems an ihre Grenzen stoßen.

Falls Du hiermit chemische Raketen meinst, so stimme ich Dir zu. Allerdings basieren auch die alternativen Antriebe überwiegend auf dem Raketenprinzip.

Eine Grundentscheidung, die man ganz am Anfang treffen muss ist doch folgende: Wie schnell soll das Raumschiff da sein?
Baue ich ein Raumschiff, dass mit Lichtgeschwindigkeit fliegt (oder meinetwegen auch 0,5 c) oder baue ich ein Generationenschiff, dass zwar 100 Jahre bis Alpha Centauri braucht aber dafür auch gleich eine Orbitalkolonie mitbringt?

Ich bin kein Physiker aber ein Bisschen was, kann ich glaube ich beisteuern Korrigiert mich, wenn ich falsch liege ...

Wenn ich eine Schiff auf maximale Geschwindigkeit auslege, also möglichst nahe an die Lichtgeschwindigkeit beschleunigen will, ergeben sich völlig unabhängig vom Antrieb massive Probleme:
1. Zeitverzerrung. Je schneller das Raumschiff sich bewegt, desto langsamer vergeht die Zeit auf dem Raumschiff (Die Details kann man ja bei Einstein nachlesen). Ergo würden die Astronauten beispielsweise 10 Jahre altern aber auf der Erde wären alle am Projekt beteiligten Wissenschaftler längst tot.
2. Dopplereffekt. Je näher das Raumschiff an C beschleunigt wird, desto mehr wird die auf das Raumschiff treffende Strahlung ins höher frequente Spektrum verzerrt. Aus gewöhnlichem Licht wird plötzlich Mikrowellen- oder sogar Gammastrahlung. Das dürfte ziemlich schnell ziemlich tödlich sein. Daher müsste man erstmal einen Strahlungsschild konzipieren. Baute man ein elektromagnetischen Schirm, wie ihn auch die Erde hat, hätte man ein massives Energieproblem.
3. G-Kräfte. Wenn ich ein Schiff auf Lichtgeschwindigkeit oder auch nur 10% C beschleunigen will, dauert das entweder ewig oder aber ich zerquetsche ziemlich schnell meine Crew. Das maximum liegt bei ca. 10 G beschleunigungskräften. Darüber wird der Mensch ohnmächtig bzw. stirb an Minderperfusion des Gehirns. Selbst wenn ich dieses Maximum anlegen würde, würde es wirklich lange dauern, bis das Schiff auf Reisegeschwindigkeit ist.

Wenn ich mich richtig erinnere, ließe sich mit einer konstanten Beschleunigung von 1 g die Lichtgeschwindigkeit nach ca. 1 Jahr (fast) erreichen. Fehlt nur noch der passende Antrieb dafür...

Eine Geschwindigkeit von 10-50% der Lichtgeschwindigkeit sollte wohl im Bereich des Machbaren sein. Interessante Ziele ließen sich so mit (Hin-)Reisezeiten von 20-100 Jahren erreichen. Bei 50% Lichtgeschwindigkeit halten sich die relativistischen Effekte auch noch in Grenzen (Zeitdehnung, Massenzuwachs usw. um den Faktor 1,15).

Daher würde ich mal behaupten, dass das Konzept in einem Generationenraumschiff zu suchen wäre.

Ich persönlich halte ein Generationenschiff für technisch extrem schwierig umzusetzen und sicher ans Ziel zu bringen. Zum einen wegen der aufgeblähten Größe, zum anderen wegen der Haltbarkeit der Materialien und der Zuverlässigkeit der Maschinen bei Laufzeiten von mehr als 1 Jahrhundert.

Und wen sollte man für ein Generationenschiff als Besatzung motivieren können, wenn die Leute wissen, dass sie die Ankunft am Ziel niemals erleben werden und bestenfalls ihre Gene beisteuern können?

Einen weiteren Nachteil sehe ich im technischen Fortschritt. Ich halte es für durchaus möglich, dass nach dem Start eines Generationenschiffes die Technologien weiter verbessert werden und den Bau schnellerer Schiffe ermöglichen. Die Besatzung eines mit großem Aufwand und viel Enthusiasmus gebauten Generationenschiffes könnte sich bei ihrer Ankunft von einer schnelleren Expedition überholt sehen, die schon alle Arbeiten erledigt hat, für die ihre Vorfahren sich hergegeben und auf die sie sich selbst vorbereitet haben.

Da wäre es nach meiner Ansicht sinnvoller, gleich auf ein schnelleres Schiff zu setzen.

[fraken]

Wenn ich mich nicht verrechnet habe, dauert es 57 Jahre ein Raumschiff mit einem G auf Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen.

[Liopleurodon]

Wenn ich mich nicht verrechnet habe, dauert es 57 Jahre ein Raumschiff mit einem G auf Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen.

Möglicherweise habe ich mich bei den Kommastellen vertan.

Eine Beispielrechnung ist auch hier zu finden:

How long do you have to accellerate at G to reach the speed of light? - The Naked Scientists

Given a proper acceleration "a" (the acceleration felt by the astronaut inside his ship) and denoted with "T" the proper time (the time measured by the astronaut's wristwatch), the spaceship' speed u, as measured from Earth, is given by:

u(T) = c /

Example 1:
a = 1g ~= 10m/s2
T = 347.22 days ~= 30,000,000 s
c ~= 300,000,000 m/s
--> u = c / ~= 0.76 c

Example 2:
a = 1g ~= 10m/s2
T = 9.5 years ~= 300,000,000 s
c ~= 300,000,000 m/s
--> u = c 10 - (1/e)10] / 10 + (1/e)10] ~= 0,999999996c.

As others have pointed out, u becomes = c only when T = +oo.

[xanrof]

Da ich hierzu noch keine eigene Diskussion gefunden habe, gründe ich mal das Thema.
(...) auf absehbare Technologien beschränken,
(...) Mit welchen Antriebstechniken könnte man die näheren Sterne erreichen?
(...) Was sind eure Gedanken zu interstellaren Antrieben und Raumschiffen und wo seht ihr die Stärken und Schwächen?

Da gibt es aber schon ein paar ähnliche Threads hierzu:
* Interstellare Raumflüge
* Antriebstechniken
* Atomantrieb für Raumschiffe
* Im Raumschiff auf die Bremse steigen
* Reise zum Alpha Centauri
* Wird es jemals interstellare Flüge geben?
* Interstellare Kommunikation

Offengestanden, ich bin gerade geneigt, diesen Thread mit dem ersten der genannten Threads zusammen zu legen.
@Liopleurodon: Wäre das für dich ok? Oder hast du noch etwas im Sinn, daß in keinem der verlinkten Threads vorkommt?

[Liopleurodon]

Da gibt es aber schon ein ähnliche Threads hierzu:
* Interstellare Raumflüge
* Antriebstechniken
* Atomantrieb für Raumschiffe
* Im Raumschiff auf die Bremse steigen
* Reise zum Alpha Centauri
* Wird es jemals interstellare Flüge geben?
* Interstellare Kommunikation

Offengestanden, ich bin gerade geneigt, diesen Thread mit dem ersten der genannten Threads zusammen zu legen.
@Liopleurodon: Wäre das für dich ok? Oder hast du noch etwas im Sinn, daß in keinem der verlinkten Threads vorkommt?

Gut, in Ordnung.

---
... und verschoben (xanrof)

- - - Aktualisiert - - -

Wenn ich mich nicht verrechnet habe, dauert es 57 Jahre ein Raumschiff mit einem G auf Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen.

In einer physikalischen Aufgabensammlung habe ich diesen Rechenweg noch gefunden:

http://www.skythisweek.info/constant1g.pdf

Stark vereinfacht könnte man dies auch so berechnen:

Die Geschwindigkeit des Raumschiffes nimmt in jeder Sekunde um 9,8 m/s zu.

Die Lichtgeschwindigkeit ist 300.000.000 m/s.

300.000.000/9,8 = 30.612.245 s = 510204 min. = 8503,4 Stunden = 354,3 Tage = ca. 1 Jahr.

Daher stammt also die Zeitangabe von 1 Jahr.

[FltCaptain]

300.000.000/9,8 = 30.612.245 s = 510204 min. = 8503,4 Stunden = 354,3 Tage = ca. 1 Jahr.

Deine Rechnung ist zu einfach

Wäre schön wenn es so leicht wäre ein Raumschiff auf (auch nur annähernd) Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen.
Das Problem ist nämlich dies: für Lichtgeschwindigkeit brauch man unendlich viel Energie und das ist genauso Scifi wie der Warpantrieb.
Warum?
Je näher man sich der Lichtgeschwindigkeit nähert, desto grösser wird die Masse des Raumschiffes. Das bedeutet, selbst wenn man ein, zwei, drei, 1000 Jahre gleichmäßigen Schub geben würde, würde das Raumschiff (egal wie gross es ist) irgendwann nichtmehr beschleunigen können weil die Masse zu groß geworden ist und der Antrieb nurnoch für eine konstante Geschwindigkeit sorgen könnte, aber nichtmehr für eine Beschleunigung. Deswegen bräuchte man eben unendlich viel Energie

Energie=Masse*Lichtgeschwindigkeit² -> Einsteins schönes E=mc²

Das bedeutet übrigens auch, das wenn ein Raumschiff wirklich Lichtgeschwindigkeit erreicht es =Energie ist. Sollte ein Raumschiff also jemals Lichtgeschwindigkeit erreichen würde es die Crew an Bord wohl verrückt machen.
1. Man würde selbst zu Energie werden(?)
2. Wenn man in den Rückspiegel schaut, dann würde man sich theoretisch selbst sehen (Zeitdilatation)
3. Wie soll man aus Energie wieder Masse werden?

Ich halte es für unmöglich das wir jemals ein Raumschiff auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigen können. Da halte ich Warpantrieb oder künstliche Wurmlöcher realistischer

Das Problem warum wir aus unserem Sonnensystem nicht raus können ist, weil einfach keine effektive Energiequelle haben. Es ist egal was für Antriebe man benutzen würde, man hätte immer das gleiche Problem. Je größer die Triebwerke, desto grösser die Masse des Raumschiffes und desto schneller könnte das Triebwerk das Schiff nichtmehr beschleunigen. Kleinere Triebwerke sind aber zu Leistungsschwach um in einer angemessenen Zeit von A nach B zu kommen.

[xanrof]

Ich glaube, die relativistischen Effekte sind in den Formeln bereits drin (wenn ich das richtig verstanden habe)

[FltCaptain]

Bis zu welcher Endgeschwindigkeit könnte man denn -prinzipiell- beschleunigen,
wenn man in der Zukunft eine extrem ergiebige Energiequelle haben sollte?
0,1c oder vielleicht 0,3c?

(Ja, ich weiß, das hängt von der Masse ab. Aber welcher Wert wäre denn noch nicht völlig unrealistisch?)

Wenn ich an die Zeitdilatation denke dann würde ich sagen das 10% der Lichtgeschwindigkeit sozusagen das Maximum ist das wir erreichen sollten/können, das ist die relativistische Geschwindigkeit.

Diese Geschwindigkeiten und dessen Auswirkungen sind nur schwer zu erklären. Es gibt z.B. auch die Theorie das ein 100m langes Raumschiff das 90% Lichtgeschwindigkeit fliegt, für einen Beobachter nur 50m lang ist. Ausserdem vergeht die Zeit in dem Raumschiff 7mal langsamer.

Deswegen schätze ich das 10% ein guter "Schnitt" sind den man auch erreichen könnte.