Könnten Protonen im Sonnenwind der Sonne verwendet werden, um ein photonisches Lasertriebwerk für ein Raumschiff zu schaffen?

Ich habe eine konzeptionelle Idee für einen photonischen Laserantrieb für ein Raumfahrzeug und frage mich, ob diese spezielle Idee bereits in Betracht gezogen wurde und ob sie in der Lage ist, genug Schub zu erzeugen, um ein Raumfahrzeug anzutreiben.

Bitte beziehen Sie sich auf die Zeichnung unten. Dieses photonische Lasertriebwerk würde am Heck des Raumfahrzeugs angebracht, obwohl es auch an der Seite des Raumfahrzeugs angebracht werden könnte.

Kurz gesagt, Protonen (oder andere positiv geladene Teilchen), die im Sonnenwind der Sonne fließen, würden in eine runde Öffnung im Rumpf des Triebwerks eintreten, diese Protonen würden dann durch ein elektrisches Feld innerhalb des Triebwerks abgebremst, was zu einem niedrigeren Energieniveau führt, was bedeutet, dass sie kinetische Energie verlieren und anfangen, Photonen zu emittieren, wodurch das Energieerhaltungsgesetz erfüllt wird. Diese Photonen treffen dann auf einen Spiegel und werden zurück und aus der Öffnung im Rumpf des Triebwerks reflektiert. Theoretisch übertragen diese Photonen ihren Impuls durch Reflexion auf das Triebwerk/Raumfahrzeug und treiben das Raumfahrzeug vorwärts.

Theoretisch könnten die Protonen auch durch dieses elektrische Feld zum Stillstand gebracht werden und dann wird ihre Richtung durch das gleiche elektrische Feld umgekehrt und auf eine hohe Geschwindigkeit beschleunigt, bis sie die Öffnung im Rumpf des Triebwerks verlassen.

Könnten Protonen im Sonnenwind der Sonne verwendet werden, um ein photonisches Lasertriebwerk für ein Raumschiff zu schaffen?

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ich denke, Sie haben gerade den Wettbewerb für ein Motorkonzept mit dem schlechtesten Schub gewonnen ;-) Scheint, als würde es funktionieren, aber mit knappen Piconewton Schub.
Ist das nicht so, als würde man einen Laser aus dem Rücken eines Raumschiffs strahlen – oder eine Taschenlampe, oder vereinfache ich das zu sehr?
@Magic Octopus Urn, ich glaube nicht, dass es genau dasselbe ist, obwohl Laserlicht aus dem Triebwerk kommen würde. Nach dem, was ich über photonische Lasertriebwerke studiert habe, wird ein Teil ihres Impulses / ihrer kinetischen Energie auf den Spiegel und damit auf das Raumfahrzeug übertragen, wenn die Photonen reflektiert werden. Soweit ich weiß, gibt es keine Übertragung von Impuls / kinetischer Energie auf eine Taschenlampe, wenn das von ihr erzeugte Licht aus ihr austritt.
@HRIATEXP ahh ... Ich verstehe jetzt mehr, ich weiß sehr wenig über Photonenphysik.
@HRIATEXP In der Tat gibt es einen Impulsaustausch durch die Photonenemission einer Taschenlampe. Der Impuls des Photons ist gegeben durch p = h/Lambda, wobei p der Impuls, h die Plancksche Konstante und Lambda die Wellenlänge des Photons ist. Das Atom, das das Photon aussendet, prallt mit dem gleichen Impuls zurück, aber in die entgegengesetzte Richtung, und dieser Impuls wird schließlich auf die Taschenlampe als Ganzes übertragen. Die meisten Taschenlampen haben Kollimationsspiegel, die Impulse austauschen, wenn die Photonen von ihnen reflektiert werden. Der Nettoreaktionsimpuls hat die gleiche Größe wie der des austretenden Strahls.
@MagicOctopusUrn Siehe meine Antwort auf HRIATEXP oben.
@Tom Spilker, das wusste ich nicht, danke für den Hinweis.
@TomSpilker, das ist eine Menge Denkanstöße :). Ich muss die Plancksche Konstante und ein paar andere Terme nachschlagen. Geschätzt wie immer Herr Spilker!

Antworten (1)

Tatsächlich ist ein solches Triebwerk möglich , aber es ist absolut unpraktisch.

Das Problem liegt in der Energiedichte des Sonnenwinds im Vergleich zur Energiedichte der von der Sonne emittierten Photonen. Das Lasertriebwerk nutzt die in den entgegenkommenden Sonnenwindpartikeln enthaltene Energie, wandelt diese kinetische Energie in elektromagnetische Energie (Photonen) um und nutzt dann den Impuls der Photonen.

Bei 1 AE Entfernung von der Sonne beträgt die Intensität des Sonnenlichts ~ 1360 W M 2 (aber Sie müssen in dieser Referenz ziemlich weit nach unten scrollen, um diese Abbildung zu finden). Der Wikipedia-Artikel über den Sonnenwind dient als gute allgemeine Referenz für die folgende Analyse. Bei 1 AE beträgt die Dichte des von Protonen dominierten Sonnenwinds ~ 10 7 Protonen pro Kubikmeter und bewegt sich mit durchschnittlich ~400 radial von der Sonne weg k M S . 10 7 Protonen pro Kubikmeter ist eine Massendichte von ~ 1,67 × 10 − 20 k G M 3 . Diese Dichte bei dieser Geschwindigkeit ergibt eine Energieintensität von ~ 5.4 × 10 − 4 W M 2 ; die des Sonnenlichts ist zweieinhalb Millionen Mal größer!

Wenn Sie die von der Sonne abgestrahlte Energie nutzen wollen , ist die Nutzung der Energie der Photonen, wie es der solarelektrische Antrieb tut, weitaus besser als der Versuch, die Energie des Sonnenwinds zu nutzen.

Betrachtet man den Impulsfluss anstelle des Energieflusses (der eine andere Art von Antriebssystem als das Lasertriebwerk erfordern würde), beträgt der Druck des Sonnenlichts bei 1 AE ~ 4.5 × 10 − 6 N M 2 während das auf den Sonnenwind zurückzuführen ist 1 – 6 × 10 − 9 N M 2 . Dieses Verhältnis ist etwa 1000-5000-mal besser als das Energieflussverhältnis, aber das Sonnenlicht ist immer noch etwa tausendmal höher.

Ich habe mit einer Gruppe in Finnland gesprochen (mit einigem Interesse einiger meiner ESA-Freunde), die versucht, ein System zu entwerfen, das den Impuls des Sonnenwinds direkt nutzt. Die Idee ist, ein riesiges Netz (Hunderte von Quadratkilometern) aus äußerst dünnen, elektrisch leitenden Drähten einzusetzen , die auf ein hohes Potential aufgeladen sind. Theoretisch reflektiert das durch das Netz aufgebaute elektrische Feld die ankommenden Ionen (wiederum meistens Protonen) zurück zur Sonne, was den Impulsaustausch ergibt, um eine radial nach außen gerichtete Kraft zu erzeugen. Leider sagten mir meine Freunde, die Magnetosphärenphysiker sind, "Diese Typen verstehen das Verhalten von Magnetoplasmen nicht", und sie behaupten, das Netz würde nicht wie vorgeschlagen funktionieren.

Ich würde Ihre Antwort positiv bewerten, aber ich habe noch keinen ausreichend hohen Reputationswert. Ich stimme Ihnen zu, dass die Nutzung der von der Sonne abgestrahlten Energie besser wäre als die Nutzung der Energie des Sonnenwinds. Ein Vorteil, den diese Art von photonischen Lasertriebwerken hätte, wäre jedoch, wenn das Raumschiff in den interstellaren Raum hinausfliegen würde, an welchem ​​​​Punkt es die im interstellaren Raum herumfliegenden geladenen Teilchen verwenden könnte, um das Raumschiff weiter zu beschleunigen. Ich denke auch, dass eine Protonenkanone den Schub verstärken könnte, indem sie Protonen direkt in das Triebwerk schießt.
Möglicherweise können Sie eine Antwort nicht positiv bewerten, aber als Autor der Frage können Sie eine Antwort akzeptieren, die die Frage zu Ihrer Zufriedenheit beantwortet.
Sie haben erwähnt, dass die Geschwindigkeit des Sonnenwindes 400 m/s beträgt. Sind das nicht zufällig 400 km/s? Wenn ja, sind die anderen Berechnungen noch korrekt?
@grizzly Wie man in der Ärzteschaft sagt: OOPS!! Ja, in der Tat, das sollte km/s sein – danke, dass du das verstanden hast! Ich werde in den richtigen Einheiten bearbeiten. Und ja, die anderen Zahlen sind alle richtig. Das war nur ein Tippfehler in den Einheiten.
Könnten Protonen im Sonnenwind der Sonne verwendet werden, um ein photonisches Lasertriebwerk für ein Raumschiff zu schaffen?
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