Interstellarer Antrieb für harten Sci-Fi-Roman

Wichtige Bearbeitung

el duderino hat mich dankenswerterweise auf einen Fehler hingewiesen, den ich in meinen Formeln hatte:$p = \frac{E}{c}$nicht das, was ich vorher benutzt habe:$p = \frac {E}{c^2}$

Dies ändert fast jeden Aspekt meines zweiten Teils (Grundlegende Prämisse für ein selbstfahrendes Raumschiff) und ist wichtig für jeden, der sich entschieden hat, einige Aspekte für seine eigene Welt zu verwenden.

Wichtige Änderung 2

el duderino konnte diese Antwort auch dieses Mal mit einer Gleichung verbessern, die genaue Geschwindigkeitsberechnungen in Abhängigkeit von unserer physikalisch besten Energiespeichermethode erlaubt. Dies schließt die spezielle Relativitätstheorie ein und ist daher genauer als die anderen Gleichungen, die ich verwendet habe, insbesondere wenn hohe relativistische Geschwindigkeiten erreicht werden.

$v = c \cdot$$\frac {(\frac {mi}{mf})^2 -1}{(\frac {mi}{mf})^2 +1}$während$mi$= Anfangsmasse und$mf$= Endmasse

Und auch einen weiteren Rechenfehler behoben.

Machbarkeit von Sonnensegeln

Sonnensegel der vorgeschlagenen Größe und Größenordnung würden in Zukunft funktionieren. Die Größe des Sonnensegels spielt nur in Bezug auf die Effizienz eine Rolle.

Photonen nehmen keinen Platz ein, sodass Sie das gesamte Licht, das Ihre Laser aussenden, auf ein Quadrat verdichten könnten$1m$falls Sie es wollen. Problem hierbei ist nur, dass die uns bekannten Spiegel das einfallende Licht nicht zu 100% reflektieren, so dass man hier bei Verwendung von Spiegeln aus unserer Zeit an Effizienz verlieren würde. Aber wenn man bedenkt, wie ineffizient Lichtantrieb ist, spielt das keine Rolle.

Das eigentliche Problem Ihrer Sonnensegel ist, dass sie eine einfache Fahrkarte zu einem anderen Ort im Universum sind. Denn um zurückzukommen, bräuchte man wieder ein riesiges Laserarray, das einen wieder in die andere Richtung treibt. Und unter Umständen kann auch die Verlangsamung ein Problem sein. (Wenn du nicht zu einem anderen Stern gehst)

Ein weiteres Problem ist, dass mit zunehmender Entfernung immer weniger Licht auf Ihr Sonnensegel trifft und Ihr Segel dadurch daran gehindert wird, seine Geschwindigkeit weiter zu erhöhen.

Aus diesem Grund wäre ein Raumschiff, das in der Lage ist, sich vollständig selbst zu manövrieren, die beste Wahl.

Grundvoraussetzung für ein selbstfahrendes Raumschiff

Wenn Sie ein Raumschiff wollen, das jeder Ihrer wahnsinnig reichen Charaktere für sich selbst benutzen würde, würden Sie ein Raumschiff wollen, das auch eines Tages zurückkommen kann. Ich werde hier darstellen, wie der Antrieb mit Photonen funktioniert, aber dasselbe gilt für alle anderen Elementarteilchen . Wie hier gepostet , haben Photonen einen Impuls, obwohl sie keine Masse haben. Anstatt das Momentum wie folgt zu berechnen:

• $p = m \cdot v$(p = Impuls, m = Masse des Objekts, v = Geschwindigkeit des Objekts)

Sie tun dies für ein Photon / jedes andere Elementarteilchen :

• $p = \frac {E} {c} = \frac{h \cdot f} {c}$(E = Energie, h = Plankonstante, f = Frequenz, c = Lichtgeschwindigkeit)

Beispiel

Das Problem ist, dass die Menge an Schwung, die Sie davon bekommen, SEHR gering ist.

Normalerweise

Schokolade hat 2200$kj$chemische Energie für unseren Körper pro 100$g$Wenn die chemische Energie verwendet würde, um sich selbst vorwärts zu treiben, würden Sie Folgendes erhalten:$E = 0.5 \cdot m \cdot v^2$Wenn wir diese Formel ändern, um Geschwindigkeit zu bekommen, sieht es so aus:$v^2 = \frac {E}{0.5 \cdot m}$jetzt mit Zahlen:$v^2 = \frac {2200000j}{0.5 \cdot 0.1kg} = 44000000$jetzt ziehen wir die Quadratwurzel und kommen bei 6633,25 an$\frac {m}{s^2}$oder 23 879,7 km/h

Beschleunigung mit Licht

Wenn wir dasselbe tun, aber die Energie verwenden, um eine Taschenlampe mit 100% Effizienz und dem gleichen Gewicht von 100 zu betreiben$g$wir kommen an:$p = \frac {2200000j}{299792485 m/s} = 0.0073$und weil$p = m \cdot v$Wir können sagen$v = \frac {p}{m}$und mit Zahlen$v = \frac {0.0073}{0.1kg} = 0.073 m/s$das ist weniger als eine Million statt 2,7 Milliarden Mal schlechter als die "normale Antriebs"-Technik, die weit von dem entfernt ist, was wir auf der Erde erreichen, aber nicht annähernd so weit wie das, was wir mit Lichtantrieb erreichen. (Im besten Fall würde es in der Praxis noch schlimmer aussehen, aber bei weitem nicht so schlimm wie in meiner alten Antwort)

Wie Sie wahrscheinlich erraten können, wird das größte Problem Ihres selbstfahrenden Raumfahrzeugs darin bestehen, den gesamten für den Antrieb erforderlichen Kraftstoff / die gesamte Energie zu speichern, ohne das Gewicht des Raumfahrzeugs mehr zu erhöhen, als der hinzugefügte Kraftstoff schieben kann.

Energiespeicher

Haftungsausschluss

Dies kann nicht mehr als harte Wissenschaft betrachtet werden, da die unten vorgeschlagenen Dinge höchstwahrscheinlich nicht im wirklichen Leben tatsächlich umsetzbar sind.

"Lösung"

Ich habe bereits die Zahlen für die plausibelsten Kraftstoff-/Energiespeicheroptionen durchlaufen. Und sie alle sind weit davon entfernt, irgendetwas zu erreichen. Das ist also die letzte Möglichkeit, die mir eingefallen ist:

Pure Mass Energy (dies ist meines Wissens das gewichtseffizienteste Speichersystem, das die Physik zulässt):

Das Problem mit der Lösung

Um die in reiner Masse gespeicherte Energie freizusetzen, braucht man Anti-Materie, und Anti-Materie reagiert gerne mit allem, was als "Materie" bezeichnet wird, was in den meisten Fällen alles bedeutet. Und macht es dadurch mit aktueller Technologie und wahrscheinlich sogar mit zukünftiger Technologie nicht speicherbar. Und wenn Sie Ihren Treibstoff nicht lagern können, können Sie ihn nicht mitnehmen, was auch die Mitnahme auf einem Raumschiff für eine interstellare Reise einschließt.

Tatsächliche Lösung

Masse ist in der Physik meines Wissens reine Energie und wird nach dieser Formel berechnet:$E = m \cdot c^2$was für eine Din A6 Karte bedeutet$E = 0.001kg \cdot 299792458^2m/s = 8.99 \cdot 10^{13}j$. Damit liegt die Geschwindigkeit für eine Tonne Raumschiff bei 299,87 m/s, was immer noch ziemlich langsam ist, aber bei einem Raumschiff, das 2 Tonnen wiegt und mehr als 8 Tonnen Treibstoff besitzt, würde man nach der von mir erwähnten Formel 0,923 c erreichen die Bearbeitung 2. Ohne diese Formel würden Sie immer Lichtgeschwindigkeit erreichen:

$E=mc^2$. So,$p = E/c \implies p = mc^2/c = mc$. Endlich,$v = p/m \implies v = mc /m = c$

Abschluss

Mit dem besten Energiespeicher also tatsächlich als Rückfahrkarte machbar und nutzbar.

Womit wir wieder bei den Sonnensegeln wären, die jetzt nicht schlecht aussehen, weil sie für den Weg weg von der Erde verwendet werden können, während der Treibstoff an Bord für den Weg zurück nach Hause verwendet werden kann.