Energiequelle für ein Generationenschiff

Ein Generationsschiff wurde vor langer Zeit ausgesandt, um einen weit entfernten Planeten zu kolonisieren. Das Schiff erreichte sein Ziel jedoch aufgrund von Navigationsproblemen nicht (was auch bedeutet, dass sie keine Ahnung hatten, wo in der Galaxie sie sich tatsächlich befanden und wie sie zur Erde zurückkehren sollten). Sie setzten die Reise in der Hoffnung fort, entweder einen kolonisierbaren Planeten zu finden oder zur Erde zurückzukehren.

Es ist jetzt viel länger unterwegs als ursprünglich geplant, sogar ein Vielfaches davon. Dies bedeutet, dass offensichtlich jede feste Energieversorgung, mit der das Schiff ursprünglich ausgestattet war, lange verbraucht ist. Also muss das Schiff irgendwie Energie aus dem Universum gewinnen. Ich möchte nicht, dass es einfach in die Umlaufbahn um einen Stern geht und dort bleibt, aber es soll sich immer noch auf seiner interstellaren Reise befinden.

Dabei stellt sich natürlich das Problem, woher das Schiff seine Energie bezieht. Folgende Möglichkeiten sehe ich:

  • Es erntet Wasserstoff aus dem Weltraum und verwendet ihn für die Kernfusion.
  • Von Zeit zu Zeit nähert er sich einem Stern und frischt seine Energievorräte aus Sonnen- (oder vielmehr Sternen-) Energie auf, die er dann bis zum nächsten Besuch eines Sternsystems nutzt.

Angesichts der geringen Wasserstoffdichte im Weltraum und der langen Reisezeit zwischen Sternensystemen (denken Sie daran, dies ist ein Generationenschiff, daher würden Sie keine außergewöhnlich hohen Geschwindigkeiten erwarten) scheinen mir beide Optionen nicht allzu überzeugend.

Hat jemand eine bessere Lösung (oder kann mich alternativ davon überzeugen, dass die beiden Lösungen nicht so schlecht sind, wie sie scheinen)?

Beachten Sie, dass ich keine Energie im Überfluss brauche (eigentlich nicht will), aber sie sollte ausreichen, um das Raumschiff in Betrieb zu halten und die Menschen darauf am Leben zu erhalten.

Ein Bussard-Staustrahltriebwerk soll eine unbegrenzte Energieversorgung gewährleisten. Die geringe Dichte ist kein Problem, solange die Rammschaufel groß genug ist und das Schiff mit 0.xc fährt
Ich finde die Prämisse wirklich schwer zu glauben. Ein Generationsschiff impliziert mSTL-Reisen (viel langsamer als Licht), Project Orion nahm einen niedrigen Prozentsatz von c als Geschwindigkeit an. Es scheint also höchst unwahrscheinlich, "keine Ahnung zu haben, wo sie sind", da Sie immer in der Nähe der Erde sein werden.
Ein weiteres kaum zu glaubendes Detail ist, dass einem Generationenschiff die Energie ausgegangen ist. Kernbrennstoffe haben sehr hohe Energiedichten, es wäre nicht wirklich ein Problem, viel mehr als den geplanten Bedarf zu haben. Und ein Generationenschiff hätte auch viel Ersatzwasser und wahrscheinlich andere Verbindungen mit Wasserstoff. Ich denke, das, was ihnen zuerst ausgegangen war, war Treibmittel. Obwohl mit nuklearem Impulsantrieb Kernbrennstoff und Treibmittel etwas austauschbar wären. Wie auch immer, um die Vorräte aufzufüllen, müsste man in einem Sonnensystem vorbeischauen. Der Abbau eines Kuipergürtel-Objekts könnte die beste Lösung sein.
Wenn Sie am Magnetfeld der Sonne vorbei sind (es hat sich über die Heliopause hinaus gewagt), könnten Protonen (Wasserstoff), die mit nahezu Lichtgeschwindigkeit fliegen, ebenfalls eine potenzielle Energiequelle sein.
Ein weiterer "Ich finde die Prämisse wirklich schwer zu glauben"-Kommentar, allerdings mit vier Jahren Verspätung, weil wir viele Bilder von den Sternen gemacht haben. Wenn wir das jetzt tun können ( youtu.be/37inzFez9vA ), stellen Sie sich vor, was wir tun können, wenn wir das Generationsschiff starten.
Das einzige Szenario, in dem Schiffe, die langsamer als die Lichtgeneration sind, "verloren gehen" könnten, ist, wenn sie anfangen, eine starke relativistische Zeitverzerrung zu erfahren, so dass Jahre auf dem Schiff Jahrtausende oder schlimmer sind. Ich empfehle Ihnen dringend, Poul Andersons „Tau Zero“ zu lesen, es gibt eine sehr informative Perspektive auf diese ganze Angelegenheit.

Antworten (6)

Die Bussard-Staustrahl- Idee könnte sehr gut funktionieren – wenn Sie Ihre Route richtig planen.

Sie machen sich Sorgen wegen der geringen Anzahldichte von Wasserstoffatomen/-ionen im Weltraum. Diese Tabelle zeigt, dass dies in der Tat ein ziemlich großes Problem ist. Es gibt jedoch eine Lösung, die darin besteht, fast ausschließlich - wenn möglich - durch Molekülwolken zu reisen . Dies sind mit Wasserstoff und Helium gefüllte Weltraumschwaden, in denen Sterne geboren werden. Sie haben auch eine sehr atomare / ionische Anzahldichte - ungefähr 10 2 − 10 6 Atome pro Kubikzentimeter (was übersetzt heißt 10 8 − 10 12 Atome pro Kubikmeter). Wikipedia sagt, dass ~ 91% des interstellaren Mediums ist Wasserstoff; Molekülwolken könnten einen noch höheren Prozentsatz haben. Ich gehe davon aus und gehe von einer Dichte von aus 10 10 Atome pro Kubikmeter.

Sie befinden sich auf einem Generationenschiff, also ist es höchstwahrscheinlich groß - schließlich muss es genug Vorräte (nicht nur Nahrung) haben, um viele Jahrzehnte zu halten. Das Anbringen einer großen Schaufel an der Vorderseite sollte also kein wesentliches strukturelles Problem verursachen. Nehmen wir an, die Schaufel ist kreisförmig mit einem Radius von einem Kilometer. Das bedeutet eine Fläche von 1 , 000 , 000 π Quadratmeter. Angenommen, Sie reisen mit einem schönen Clip - sagen Sie, 20 Kilometer pro Sekunde. Das bedeutet, dass Ihre Schaufel jede Sekunde durchläuft 20 , 000 , 000 , 000 π = 2 π × 10 10 Kubikmeter Platz. Mit 10 10 Atome pro Kubikmeter hast du aufgeschöpft 2 π × 10 20 Atome in dieser Sekunde. Wenn ~ 91% davon sind Wasserstoffatome, die Sie aufgegriffen haben 5.718 × 10 20 Wasserstoffatome. Mit einem Wasserstoffatom mit einer Masse von einer atomaren Masseneinheit ( 1.661 × 10 − 27 Kilogramm); Du nimmst auf 8.601 × 10 − 7 Kilogramm Wasserstoff. Es wird dich also herumführen 115 Tage, um ein Kilogramm Wasserstoff zu sammeln.

Glücklicherweise haben die meisten Bussard-Ramjet-Ideen viel größere Schaufeln. Um ein Kilogramm atomaren Wasserstoff pro Tag zu sammeln, bräuchte man nur eine Schaufel mit einem Radius von 10.7 Kilometer. In einer Antwort hier sagte user23660 das ungefähr 0,0037681 % der Masse wird in Energie umgewandelt. Also hast du 0,0037681 Kilogramm Wasserstoff. Über E = m c 2 , das heißt übersetzt 3.387 × 10 14 Joule (mit c = 299 , 792 , 458 ) pro Tag produziert, oder eine Leistung von 3.920 × 10 10 Joule pro Sekunde.

In dieser einen Sekunde, 3.920 × 10 10 Joule Energie wurden verbraucht. Die Geschwindigkeit, die ich zuvor angegeben habe, war 20 Kilometer pro Sekunde, also ist das Schiff weg 20 , 000 Meter. Arbeit wird definiert als Macht × Distanz ; setze ich die eingesetzte Energie als Arbeit, erhalte ich eine Kraft von ca 195 , 984 Newton. Da die Masse des Schiffes ist etwas sehr Großes , Sie werden keine große Beschleunigung haben. Sie können die Schaufel jederzeit vergrößern: indem Sie den Radius mit multiplizieren x wird die Fläche mit multiplizieren x 2 , und somit die gesammelte Wasserstoffmenge mit multiplizieren x 2 , so lange wie x ist in Metern.

Natürlich gibt es Möglichkeiten, dies zu umgehen. Vielleicht wird Ihr Schiff zum Beispiel von einem Sonnensegel angetrieben . Ein Sonnensegel braucht eine Weile, um eine anständige Reisegeschwindigkeit zu erreichen, aber es braucht keinen Treibstoff. Außerdem wird es ungefähr die gleiche Größe wie die Schaufel haben, sodass die Schaufel keinen zusätzlichen Luftwiderstand verursachen sollte. Das bedeutet, dass die gesamte Energie darauf verwendet werden kann, die Schiffsbewohner am Leben zu erhalten.

Molekülwolken sind jedoch nicht leicht zu bekommen. Wikipedia ( der Artikel über Molekülwolken ) sagt, dass sie nur ein Prozent des gesamten interstellaren Mediums ausmachen. Autsch. Allerdings sagt es folgendes:

Der Großteil des molekularen Gases befindet sich in einem Ring zwischen 3,5 und 7,5 Kiloparsec (11.000 und 24.000 Lichtjahre) vom Zentrum der Milchstraße entfernt (die Sonne ist etwa 8,5 Kiloparsec vom Zentrum entfernt). Großformatige CO-Karten der Galaxie zeigen, dass die Position dieses Gases mit den Spiralarmen der Galaxie korreliert.

Man kann sich diesen Ring also als Schnellstraße für Bussard-Ramjets vorstellen. Ich konnte kein Bild finden, das den Standort zeigt, aber dieses (Paywall-)Papier scheint ein guter Anfang zu sein. Zusammenfassend: Wählen Sie die richtigen Orte (und nehmen Sie ein Sonnensegel für die Fahrt mit), da es so aussieht, als würden Sie mit einem Bussard Ramjet einverstanden sein.

Mir ist gerade aufgefallen, dass es da ein Schlupfloch gibt (und ich komme mir dumm vor, dass ich es nicht vorher bemerkt habe!).

Das Schweizer Flugzeug Solar Impulse will die Erde umrunden. Eines der Probleme ist jedoch, dass es nachts fliegen muss, wo keine Sonnenenergie gesammelt werden kann. Solar Impulse löst dieses Problem, indem es tagsüber zusätzliche Energie sammelt, sie in Batterien speichert und nachts langsam verbraucht, während es ein wenig nach unten driftet. Der Staustrahl könnte das auch, indem er überschüssigen Wasserstoff sammelt und in Tanks speichert. Der Treibstoff würde zusätzliche Masse hinzufügen, aber es würde dem Fahrzeug ermöglichen, auf neuen Routen zu neuen Orten zu gelangen.

Ich habe irgendwo eine Zeitung gesehen, in der stand, dass BR nicht funktionieren würde, ich glaube, sie vertreiben das H? Aber Papier war hinter einer Paywall, also bekam ich nur die Zusammenfassung von jemand anderem.
Ich mag den Punkt, dass Sie mit dieser Methode nicht überall hingehen können, wo Sie wollen. Dies bietet eine schöne Alternative zu dem Grund, warum eine Rückkehr zur Erde nicht möglich ist: Die Navigationsprobleme haben sie aus den Molekülwolken herausbewegt, und daher haben sie keinen wesentlichen Schub; Wenn der gesammelte Wasserstoff auch die Hauptenergiequelle des Schiffes war, erklärt dies auch gut, warum jetzt Energie knapp ist.
@celtschk Mir wurde klar, dass sie wahrscheinlich an mehr Orte gehen könnten, wenn sie Kraftstoff lagern würden, bevor sie zu diesen Orten gehen. Es gibt einige solarbetriebene Flugzeuge, die etwas Ähnliches tun, indem sie tagsüber zusätzliche Sonnenenergie gewinnen und nachts nutzen.
@ user3082 , ich bin nicht ganz mit dieser Arbeit beschäftigt, lese aber dasselbe. Im Wesentlichen sieht es so aus, als ob ein BR außer unter besonderen Umständen mehr Widerstand als Schub erzeugt, was zumindest an der extrem langsamen Reaktionsgeschwindigkeit von liegt 4 H → H e 4 Verschmelzung. Wenn Sie sehr optimistische Annahmen und ein günstiges interstellares Medium verwenden, denke ich, dass die Papiere zu dem Schluss kommen, dass das Konzept dennoch funktionieren könnte.

Meine Lieblingsidee für einen rückwirkungsfreien Antrieb basiert auf ZPE. Das ist Nullpunktenergie. Wie funktioniert es? Die einfache Antwort ist, dass „leerer Raum“ alles andere als leer ist, sondern ein kochender Energiekessel mit Quantenunsicherheit, der ständig Sätze von Teilchen-Antiteilchen-Kombinationen (mit einer Nettoenergie von Null) erzeugt. Um eine lockere Metapher zu verwenden, können Sie sich "echte" Partikel als einen dünnen Eisfilm auf einem sehr, sehr tiefen Ozean vorstellen.

Wie nutzen Sie das? Ein aktueller Weg dazu ist die Erzeugung einer Druckdifferenz über den Casimir-Effekt. Zwei Platten werden so nah beieinander platziert, dass sich virtuelle Teilchen mit einer bestimmten Wellenlänge nicht im Inneren bilden können, sich aber frei außerhalb bilden können. Dadurch entsteht ein Druck, der die beiden Platten zusammendrückt. Wenn eine fortgeschrittenere Version davon vektorisiert werden kann, müssen Sie sich nicht einmal darum kümmern, Reaktionsmasse an Bord zu bringen.

Vakuumstörungen

Definitiv die zuverlässigste und langlebigste Lösung.
Dies beantwortet die Frage nicht, da dies keine Energiequelle ist, sondern ein handgewelltes Konzept für einen reaktionsmasselosen Antrieb.

Sie könnten das Schiff jederzeit von Planet zu Planet fliegen lassen und dem Planeten alle Ressourcen entziehen, die er hat, um den Betrieb fortzusetzen. Zum Auftanken wären relativ lange Zwischenstopps nötig, aber dann könnte das Schiff noch lange weiterfahren. Außerdem haben viele Sternensysteme mehrere Planeten, was bedeutet, dass es innerhalb einer relativ kleinen Region mehrere Möglichkeiten gibt, Ressourcen zu sammeln. Wahrscheinlich ohne die effizientere Technologie der Welt, von der es gestartet wurde, würde diese Aufgabe schwierig sein, und das Schiff würde nicht über einen Überfluss an Energie verfügen.

Das Abbremsen und Beschleunigen eines riesigen Generationenschiffs kostet allein schon viel Energie. Was Sie vorschlagen, ist im Grunde, Sternensysteme zu kolonisieren, um dort Energie zu bekommen. Das ist an sich keine Kleinigkeit. Die ursprüngliche Frage hat genau dies im Kern.

Heinlein, iirc, ließ eines seiner Generationsschiffe direkte Materie-zu-Energie-Umwandlung verwenden ... natürlich, da sie vom Kurs abkamen und ihre geschätzte Reisezeit längst überschritten hatten, entkleideten die degenerierten Nachkommen langsam das Schiff (und ihre Abfälle und ihr Leben -Unterstützung) um die Energiewandler zu speisen...

Das Schiff könnte von Dunkler Energie angetrieben werden (was laut Wikipedia 68,3 % des Universums ausmacht). Gibt es theoretisch überall in großer Menge, aber es gibt keinen Grund, dass die Kollektoren/Generatoren Ihres Schiffes effizienter sein müssen, als es die Handlung erfordert. Und natürlich ist nicht abzusehen, wann sich das Schiff aus irgendeinem Grund in einer Region mit besonders niedriger Energie wiederfinden wird.

Das ist leider falsch - aber eine kreative Idee. Es gibt keine Möglichkeit, dunkle Energie zu nutzen.
@HDE226868 Um dunkle Energie nutzbar zu machen, braucht man nur zwei große Massen und ein sehr langes Kabel. Die Ausdehnung des Weltraums wird die Anziehungskraft der Masse in einiger Entfernung übersteigen, und jetzt haben Sie einen bodenlosen Brunnen, mit dem Sie potenzielle Energie anzapfen können.
@jdlugosz Das Kabel müsste Tausende von Lichtjahren lang sein, da dunkle Energie nur in diesen Größenordnungen funktioniert. Das wäre für ein Generationenschiff völlig unmachbar.
@ HDE226868 Sie wissen, wie Theoretiker Experimentatoren necken: Das ist nur ein technisches Problem. Ich weiß, dass es unpraktisch und nicht einmal für eine Typ-3-Zivilisation nützlich ist. Als Gandanken-Experiment verdeutlicht es eine Diatinktion zwischen unmöglich und nicht durchführbar. In diesem Fall ein grundlegender Punkt in Bezug auf die unendliche potenzielle Energie der Schwerkraft. Schauen Sie sich Ein Universum aus dem Nichts von Lawrence Krauss an.
@jdlugosz Meine Lieblingsversion ist eine Hohlkugel, die so groß ist, dass ihre innere Oberfläche die normale Schwerkraft der Erde hat. Eine in Quadratparsec gezählte bewohnbare Fläche spricht mich einfach an.
@VilleNiemi Eine Hohlkugel mit einheitlicher Konstruktion hat keine Nettogravitation in der Nähe der Innenfläche. Der Fleck unter Ihren Füßen ist klein und nah, aber die gesamte Hemisphäre über Ihrem Kopf zieht in die andere Richtung. Die Fläche nimmt in jeder Richtung auf die gleiche Weise wie die Distanz zu, also kürzen Sie sie ab.
@jdlugosz Ich weiß. Deshalb müsste es so groß sein ... (vergleichen Sie mit dem, was Sie und HDE226868 besprochen haben) Und ja, ich weiß, dass die Gleichungen so nicht funktionieren, da das Feld im Inneren flach wäre, aber wir tun es nicht wirklich Ich weiß, wie "dunkle Energie in einem solchen Fall funktionieren würde, denke ich. Außerdem gefällt mir das Konzept, unabhängig davon, ob es tatsächlich funktionieren würde, nicht so, als könnte es jemand tatsächlich bauen ...

Ein hochenergetischer Kernreaktor.

EXTREM effizientes Solar?

Gezähmte kosmische Strahlung?

äußere Struktur aus supraleitenden Spulen, einem magnetischen Zentrum, das gedreht wird, um Strom zu induzieren. in der Mitte frei ausbalanciert und im Vakuum geschleudert, um Reibung zu vermeiden. Es würde auch künstliche Schwerkraft durch Drehen erzeugen. Jeder, der sagt, dass das Magnetfeld dazu führen würde, dass es von alleine aufhört, sich zu drehen ... Schauen Sie sich die Dynaflux-Lichtmaschine an: https://www.youtube.com/watch?v=HK3JOlY0V8Y&list=LLPZOJw60jGMI9oKNJQVQ6pg&index=6

Kalte Fusion?

Ein Nullpunktmodul aus einem Gerät der Antike. (Stargate irgendjemand?)

Ein tragbares Schwarzes Loch? Wenn man es füttert, zerreißt es Materie und erzeugt starke Röntgenstrahlen. Magnetische Eindämmung kann jedoch ein Problem sein! Es funktionierte für die Romulaner.

Energiequelle für ein Generationenschiff
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