Antrieb für Ziele innerhalb des Sonnensystems, der nur Stunden (oder weniger) dauert, nicht Tage oder Monate? [geschlossen]

Wie @Andrew Dodds kommentierte, können Sie jeden Antrieb haben, den Sie wollen (wirklich, es liegt an Ihnen), Sie sind immer noch durch Beschleunigungstoleranz und Lichtgeschwindigkeit begrenzt.

Nehmen wir zum Beispiel Ihre 6-stündige Reise zum Jupiter. Spoiler: Das wird nicht passieren. Wir gehen davon aus, dass Ihre Reisenden einer Beschleunigung von 3Gs mehrere Stunden standhalten können. Stundenlanges 3Gs ist wirklich unangenehm , aber überlebbar (es sei denn, Sie haben einen Gesundheitszustand). Wir sprechen also von einer Beschleunigung von etwa 30m/s². In 3 Stunden erreichen wir also eine Geschwindigkeit von 324 km/s. Warum 3 Stunden? Nun, denn jetzt müssen wir abbremsen, um einen Vorbeiflug zu machen und zurückzukommen! Ihre 6-stündige Fahrt hat also eine Durchschnittsgeschwindigkeit von 162 km/s. Das ist viel, aber immer noch weniger als 0,05 % der Lichtgeschwindigkeit. Wie viel Distanz können wir zurücklegen? Etwa 3.500.000 km.

Leider ist Jupiter am nächsten zur Erde 4 AE entfernt. Oder 600.000.000 km.

Wie lange dauert es mit dem 3Gs-Limit? Etwas weniger als 80 Stunden. Mehr als 3 Tage. Ihre Höchstgeschwindigkeit liegt bei etwa 4200 km/s (etwas mehr als 1 % der Lichtgeschwindigkeit), was eine ziemlich gefährliche Geschwindigkeit ist: Jedes winzige Staubkorn kann enorme Schäden anrichten: 1 Milligramm Materie, die Sie trifft, entspricht ungefähr zur Explosion von 2 Kilogramm TNT.

Warum weise ich darauf hin? Nun, denn wenn Sie möchten, dass sich Sonnensysteme innerhalb von Stunden bewegen, muss Ihr Motor die Gs-Grenze von Hand bewegen, indem er die Auswirkungen einer starken Beschleunigung unterdrückt. Tatsächlich sollte Ihr Schiff einen "Trägheitsunterdrücker" haben . Und wenn Ihr Schiff das kann, ist der Antrieb kein wirkliches Problem: Wenn Sie die Trägheit manipulieren können (ziemlich magisch, wie jede ausreichend fortschrittliche Technologie), können Sie eine große Beschleunigung erreichen, ohne viel Antrieb zu benötigen. Stellen Sie sich vor, dass Ihr Trägheitsunterdrücker Ihr Schiff so verhält, als hätte es eine Masse von 1 kg. Sie brauchen nicht viel Treibstoff, um es mit großer Geschwindigkeit zu schleudern. Fügen Sie einfach ein Verteidigungssystem gegen die winzigen, aber tödlichen Staubkörner hinzu, denen Ihr Schiff begegnen könnte.

Denken Sie auch daran, dass Sie mit der letzten Grenze, der Lichtgeschwindigkeit, an einem Tag eine Entfernung von maximal 25.920.000.000 km zurücklegen können (mit einer vernachlässigbaren Beschleunigungs- und Verzögerungszeit) oder 173 AE, etwa das Doppelte des Durchmessers von Plutos Umlaufbahn . Größere Sternsysteme (und unseres liegt in der kleinen Reichweite) können in wenigen Stunden schwer zu navigieren sein.

Wenn Sie mit einem Antriebssystem mit kontinuierlicher Beschleunigung irgendwo im Sonnensystem ankommen möchten und die Beschleunigungsrate auf eine Gravitation (1 g) begrenzen, beschränkt dies Sie auf die Reise zum Mond. Etwa vier Stunden bei einer konstanten Beschleunigung von 1 g. Das 1 g ist unerlässlich, wenn Sie bequem reisen möchten, und jeder lebt aufgrund der Schwerkraft mit einem konstanten 1 g.

Angenommen, Sie möchten an einen Ort reisen, der der guten alten Mutter Erde relativ nahe ist, beispielsweise zum Planeten Mars. In Philip K. Dicks Roman „ Dr. Futurity “ wird der Protagonist nun in einem relativ kleinen Kapselfahrzeug zum Mars deportiert. Die gesamte Fahrt dauerte eine Stunde. Dies platziert es im Ballpark dessen, wonach wir suchen.

Nun variiert die Entfernung des Planeten Mars entsprechend seiner Position auf seiner Umlaufbahn und der Position der Erde auf ihrer eigenen Umlaufbahn. Am nächsten ist Mars etwa dreieinhalb Lichtminuten entfernt und am weitesten, wenn Mars auf der gegenüberliegenden Seite der Sonne steht, ist er zwanzig Lichtminuten entfernt.

Wenn also die Dr. Futurity-Reise dem Mars am nächsten war, dann beträgt seine Durchschnittsgeschwindigkeit 0,05833 c oder 17.500 km/s. Wenn er in seiner weitesten Entfernung zum Mars unterwegs wäre, würde die Durchschnittsgeschwindigkeit ein Drittel der Lichtgeschwindigkeit oder 100.000 km/s betragen. In jedem Fall benötigt die Raumkapsel fünfzehn Minuten Beschleunigungszeit, um ihre Durchschnittsgeschwindigkeit zu erreichen. (Bitte beachten Sie, dass in beiden Fällen davon ausgegangen wird, dass die Raumkapsel auf dem gesamten Weg ihrer Reise zum Mars beschleunigt und verzögert, also ständig beschleunigt.) Die konstanten Beschleunigungen betragen für die kürzeste Reise 1984,13 g und für die längste Reise 11.337,87 g .

Ultrahohe Beschleunigungsraten wie diese werden ungeschützte Menschen töten. Daher muss die Antriebsform entweder so sein, dass Menschen von der ultrahohen Beschleunigung unbeeinflusst bleiben, oder es muss ein Schutzmechanismus vorhanden sein, der alle nachteiligen Auswirkungen aufhebt. Für den letztgenannten Schutzmechanismus besteht eine der einfachsten Möglichkeiten darin, per Hand ein Gegenbeschleunigungssystem ins Leben zu rufen. Unter der Annahme, dass es tut, was es verspricht, werden Menschen, die in Ultrahochbeschleunigungsfahrzeugen reisen, nicht betroffen sein.

Es gibt andere hypothetische Lösungen, die in der Science-Fiction verwendet werden. Schwerkraftregelantriebe und Feldantriebe. Die handwinkende Erklärung für einen schwerkraftgesteuerten Antrieb lautet, dass das Gewebe des Raums gebogen wird, analog wie ein Gravitationsfeld die Krümmung des Raums verursacht, und das gesamte Fahrzeug, sein Inhalt, seine Passagiere und seine Besatzung können es sein mit jeder Beschleunigungsrate beschleunigt werden, einschließlich ultrahoher Beschleunigungen. Tatsächlich befindet sich das Schiff im freien Fall in einem künstlich erzeugten Gravitationsfeld. Genau wie Menschen in einem Aufzug (sorry, Amerikaner, ein Aufzug), die einen Aufzugsschacht oder ein Raumschiff im Orbit um einen Planeten hinunterfallen.

Feldantriebe gehen davon aus, dass jedes Teilchen eines Raumfahrzeugs relativ zueinander mit der gleichen einheitlichen Beschleunigungsrate beschleunigt wird. Dies hat im Inneren des Raumschiffs den Nettoeffekt einer scheinbaren Beschleunigung von Null. Dies trotz der Tatsache, dass das Raumschiff mit beispielsweise hunderttausend g (100.000 g) durch das Sonnensystem beschleunigt, aber im Inneren des Gefäßes alles schwerelos ist (weil sie sich ebenfalls im freien Fall befinden). Obwohl ein nachdenklicher Science-Fiction-Autor einen leichten Schlupf in der Beschleunigung des Feldantriebs zulassen wird, um eine innere Schwerkraft von 1 g für den Komfort von Passagieren und Besatzung zu ermöglichen.

Übrigens, diese Raumkapsel, die eine Stunde zum Mars braucht und zwanzig Lichtminuten zurücklegen muss, hätte eine Beschleunigung von 100.000 g, sie hätte nur eine Beschleunigungsphase von etwas mehr als 100 Sekunden, um eine Geschwindigkeit von 100.000 km/s zu erreichen . Am Ende der Fahrt muss er weitere 100 Sekunden abbremsen.

Um zum äußeren Sonnensystem zu reisen, müsste man entweder mit Ultrahochbeschleunigungs-Antriebssystemen nahezu auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigen. Zum Beispiel ist der Planet Neptun ungefähr vier Lichtstunden entfernt, also bedeutet es, in Stunden dorthin zu gelangen, entweder für die gesamte Reise zu beschleunigen und zu verlangsamen oder eine hohe Endgeschwindigkeit zu wählen, die nahe an Lichtgeschwindigkeit liegt. Beispielsweise bringt Sie eine Fahrt mit durchschnittlich halber Lichtgeschwindigkeit in acht Stunden dorthin.

Möglicherweise muss auf langsame, überlichtschnelle Antriebe zurückgegriffen werden, wenn sich ein Raumschiff mit Überlichtgeschwindigkeiten zwischen 1,5 c und 4 c fortbewegt. Die untere Grenzgeschwindigkeit erreicht Neptun in zwei Stunden und vierzig Minuten und die höhere Geschwindigkeit in einer Stunde. Dies ist ein FTL-Antrieb vom Typ Druckknopf, bei dem Sie einen Knopf drücken und der FTL-Antrieb sich mit einer konstanten superluminalen Geschwindigkeit bewegt. Zum Anhalten genügt es, den Aus-Knopf zu drücken.

Alternativ könnte ein überlichtschneller Sprungantrieb für schnelle Fahrten durch das Sonnensystem eingesetzt werden. Dies könnte das Design haben, bei dem der Sprungantrieb seine Sprungmotoren für eine Zeitdauer "aufladen" muss, die proportional zu der Entfernung ist, die er zurücklegen muss.

Nehmen wir an, die Ladezeit beträgt ein Drittel der Entfernung in Lichtzeiteinheiten. Zum Beispiel ist der Planet Saturn eine Stunde entfernt. Ein Raumschiff lädt seine Sprungmotoren ganze zwanzig Minuten lang auf. Dann kann es seinen Sprungantrieb aktivieren und augenblicklich die Entfernung von der Erde zum Saturn zurücklegen (ohne irgendwelche Punkte der Raumzeit zwischen den beiden Planeten zu passieren; sind solche Sprungantriebe nicht wunderbar).

Diese Art der Raumfahrt erfordert extrem hohe Beschleunigungen oder bescheidene Geschwindigkeiten von FTL-Reisen. Science-Fiction ist voll von geeigneten Beispielen.