In dem Buch The Three Body Problem 2: The Dark Forest beschreibt der Schriftsteller Liu Qixin eine Art sauerstoffreiche Flüssigkeit, die in die Lunge einer Person eindringt und so die Auswirkungen der Beschleunigung minimiert. Wenn wir davon ausgehen, dass diese Flüssigkeit das Schiff geflutet hat und dass die Besatzung darauf trainiert ist, Situationen mit hohem G standzuhalten, können wir schätzen, dass die Besatzung einem konstanten Druck von fast 50 g standhalten könnte, während es sich wie 1,5 g in der Flüssigkeit anfühlen würde. Ein schneller Rückblick auf die Umschlagsmathematik legt nahe, dass die Beschleunigung und das Abklingen beide etwa 17 Stunden dauern würden. Wenn sowohl für das Starten als auch für das Empfangen der Kapseln zusätzliche 2 Stunden erforderlich sind, kann die gesamte Operation etwa 72 Stunden oder 3 Tage dauern, ohne dass der Besatzung körperlicher Schaden zugefügt wird.

Wenn Sie auf Newton zurückgreifen, dann$t_0-t_1=t_2-t_f$((Ent-)Beschleunigung) = 30 Tage,$t_2-t_1$(umgekehrt) = 55-60 Tage (60 Stunden +0,8 g würden nicht viel Zeit sparen, können aber verwendet werden, um das Abfangen natürlich zu korrigieren). Insgesamt etwa 4 Monate (wir brauchen Zeit zum Manövrieren und Ausruhen). Da ist nur max Gammafaktor$\sqrt{1-0.01} = 1-0.005$, relativistische Effekte würden Ihnen weniger als einen halben Tag Dilatation geben, und wir können uns an diese klassischen Zahlen halten - der Fehler wäre geringer als die von uns angenommenen Annäherungen.

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1g ist eine enorme Beschleunigung!

PS bei niedrigen relativistischen Geschwindigkeiten ist es manchmal einfacher, klassisch zu berechnen und dann relativistische Korrekturen einzubringen. Das lässt sich leicht mit Näherungsformeln berechnen$\sqrt{1-x} = 1-x/2$

ksbes hat den Kernteil der Frage beantwortet, aber ich möchte es etwas umformulieren, um zu zeigen, wie schrecklich die Idee ist.

Ihre Schlepper, Masse$m_t$müssen einen Lastkahn schieben, Masse$m_b$bis zu 0,1c, und bremsen Sie einen zweiten Lastkahn von 0,1c ab. Sie müssen auch ihren Geschwindigkeitsvektor zwischendurch umkehren, ihre eigene Masse auf eine Geschwindigkeit von 0 relativ zu ihrem Startpunkt verlangsamen und dann wieder auf 0,1 c zurückfahren. Wenn der Schlepper die Fahrt alleine machen würde, bräuchte er eine$\Delta_v$von 0,4 c. Im Allgemeinen möchten Sie nicht a$\Delta_v$weit über der Abgasgeschwindigkeit Ihrer Rakete, und das einzige, was eine so hohe Abgasgeschwindigkeit hat, ist eine Strahlkern-Antimaterie-Rakete (wir ignorieren die Unplausibilität einer solchen Rakete fürs Erste) mit a$v_e$von etwa 0,33 c.

Rückwärts arbeiten, das Bremsen$\Delta_v$wird 0,1 c sein, mit einer Masse von$m_t + m_b$.

Nun, ein Gentleman namens Robert Frisbee hat ein interessantes Papier über strahlkerngetriebene Raumschiffe geschrieben ( How to build an antimater rocket for interstellar missions ), in dem er feststellt, dass die normalen Delta-V-Gleichungen nicht für Antimaterie-Raketen gelten, weil eine Menge Die Masse steigt einfach an und verschwindet (oder verwandelt sich in tödliche Gammastrahlen, aber ein Problem nach dem anderen). Stattdessen müssen Sie eine andere Gleichung verwenden, um das Massenverhältnis Ihres Schiffes zu berechnen:

Wo$a$ist der Anteil der Masse, die aus der Rückseite Ihrer Rakete herausfliegt, verglichen mit der Masse, die in die Reaktionskammer gelangt ... Frisbees Antimaterie-Rakete hatte$a=0.22$. Jedenfalls ergibt dies ein Massenverhältnis der Schub- und Bremsphasen von 2,55 (z. B. die Kraftstoffmasse ist das 2,55-fache der Trockenmasse von Schlepper und Lastkahn). Die Gleichung für das Nicht-Balken-Kern-Massenverhältnis würde eher 1,35 ergeben, sodass Sie bereits sehen können, dass die Dinge anfangen, unangenehm zu werden.

Die Bremsphase benötigt eine Treibmasse von$m_{p3} = 1.55(m_t + m_b)$. Die Turnaround-Phase braucht a$\Delta_v$von 0,2 c und somit ein Massenverhältnis von 4,44. Es muss auch das für die Bremsphase verwendete Treibmittel schieben, was eine Treibmittelmasse von ergibt$m_{p2} = 3.44(m_t + m_{p3})$. Die Boost-Phase braucht a$\Delta_v$von 0,1 c, und es muss den Lastkahn und den Rest seines Treibstoffs schieben, was eine Treibmittelmasse von ergibt$m_{p1} = 1.55(m_t + m_b + m_{p2})$. Dies ergibt ein erforderliches anfängliches Massenverhältnis von$16.1466m_t + 10.8146m_b$. Nehmen wir an, der Schlepper ist 100-mal kleiner als der Lastkahn. Das bedeutet, dass Sie für jede Tonne, die der Lastkahn wiegt, fast fünfeinhalb Tonnen reine Antimaterie benötigen . Und das nicht einmal pro Tonne Fracht, denn es gibt den Rumpf des Lastkahns, die Abschirmung, die Navigation, die Manövrier- und Andocksysteme und alles andere! Oh, und ein Schiff mit einem so hohen Massenverhältnis zu bauen, ist eine zusätzliche knifflige Ingenieursaufgabe, besonders wenn es um den Einschluss von Antimaterie geht!

Das ist schlimmer , als einfach eine geeignete Antimaterie-Rakete an den Lastkahn zu schnallen und sie selbst beschleunigen und bremsen zu lassen, weil Sie Treibstoff für Ihren Schlepper verschwenden. Der$\Delta_v$für den Lastkahn allein wären nur 0,2 c, und bei einem Massenverhältnis von 4,44 bräuchten Sie nur etwa 1,72 Tonnen Antimaterie pro Tonne Lastkahn!

Wenn Sie eine einzelne Antimaterie-Rakete zum Boosten und eine Kombination aus magnetischem Fallschirm , Sonnensegel, Segelbalken oder einem anderen nicht auf Raketen basierenden Bremssystem verwendet haben, reduzieren Sie Ihre Treibstoffkosten pro Start sofort auf etwas mehr als drei eine Vierteltonne Antimaterie pro Tonne Lastkahn, plus wie hoch auch immer der Energiebedarf des Bremssystems ist (was je nach Bedarf mit Solarenergie oder Kernfusion erfolgen kann, was billiger, einfacher und sicherer ist). Verdammt, vielleicht können Sie Ihren Strahl jetzt auch für die Boost-Phase verwenden und das ganze gefährliche Geschäft mit Antimaterie vermeiden.

Jetzt gibt es keinen Schlepper, es besteht keine Notwendigkeit für menschliche Besatzungen, Monate und Monate in einer winzigen Blechkiste bei gefährlichen Geschwindigkeiten zu verbringen, die an viele, viele Tonnen eines schrecklich instabilen Treibmittels geschnallt sind, wo jedes von tausend kleinen Problemen sie sofort verdampfen lässt. Keine Wartung von Schleppern. Es sind keine Rettungsaktionen erforderlich, um die Besatzung zurückzuholen, wenn etwas schief geht (das wollten Sie tun, oder?).

Über sieben Mal billiger pro Start (oder mehr, wenn Sie einen Strahlstart haben), erheblich sicherer, keine miserable Besatzung. Was ist nicht zu mögen? Und selbst wenn Sie es nicht mögen, riskieren Sie, dass jemand anderes diese billige sichere Alternative an Ihrer Stelle einrichtet, und wo werden Sie dann sein?