Könnten wir mit einem geladenen Teilchenstrahl Materie zu anderen Planeten transportieren?

Verschiedene Formen davon wurden als Antriebssysteme für Schiffe im interplanetaren oder interstellaren Raum vorgeschlagen, die Ihnen eine Vorstellung von der Energie geben sollten, die in dem Strahl enthalten ist.

Zur Übertragung von Materie oder Energie über große Entfernungen wird ein neutraler Teilchenstrahl benötigt, da sich sonst der Strahl geladener Teilchen zerstreuen würde. Der Fänger könnte ein großer supraleitender Ring sein, aber wenn der "heiße Strahl" das Magnetfeld passiert, kann er sich wieder in Ionen auflösen und eine riesige radioaktive Wolke erzeugen. Wenn der Strahl direkt auf ein Ziel wie die Mondoberfläche trifft, kann es zu einer extremen Erwärmung und Induktion von Strahlung im Ziel kommen. Sie werden radioaktives Glas für Ihre Materialien abbauen.

Ein "Strahl" aus makroskopischen Partikeln (Smart Dust) könnte eine bessere Lösung sein. Einige Vorschläge machen jedes Stück "intelligenten Staub" zu einem winzigen Sonnensegel, sodass Sonnenlicht oder vielleicht ein Laser im Orbit verwendet werden könnte, um den "intelligenten Staub" auf das Ziel zu beschleunigen. Da die makroskopischen Teilchen weder geladen sind noch sich mit relativistischer Geschwindigkeit bewegen, ist auch das Problem, den "Strahl" des intelligenten Staubs einzufangen, viel einfacher. Vielleicht würde eine "Kuchenpfanne" aus Metall oder aus Regolith gesintert als Massenfänger dienen. Das Problem der Hitze wird immer noch da sein, nur nicht so schwerwiegend (vielleicht müssen Sie einen Haufen gesinterten Materials von der "Tortenform" -Struktur abhebeln).

Einige Vorschläge, die „intelligenten Staub“ zum Antrieb eines Raumfahrzeugs verwenden, deuten darauf hin, dass Sie den Strahl verwenden können, um unglaubliche Beschleunigungen zu erzielen (normalerweise, indem Sie den Strahl in ein Plasma zerlegen, damit er effektiv an eine supraleitende magnetische „Antriebsplatte“ gekoppelt werden kann). Auch mit einem makroskopischen Staub-„Smart Beam“ lässt sich viel Energie erzeugen und transportieren.

TL;DR: Nein.

Das Problem bei geladenen Teilchenstrahlen ist die Streuung. Da alle Teilchen das gleiche Ladungszeichen haben und sich gleich geladene Teilchen abstoßen, würde sich der Strahl zerstreuen, bevor er ein Ziel erreichen könnte, und ein Großteil des Materials würde verloren gehen.

Alternativ könnte ein Neutralteilchenstrahl gut dazu dienen, Teilchen über interplanetare Entfernungen hinweg zu einem relativ kleinen Ziel zu bringen, aber das Einfangen dieser Teilchen am anderen Ende wäre ein Problem, und sie würden mit einer Energie ankommen, die der Energie nahe kommt, mit der sie beschleunigt wurden in erster Linie, weshalb dieses System für den Einsatz als Waffe in Betracht gezogen wird.

Aus physikalischer Sicht ist es im Wesentlichen irrelevant, welcher Mechanismus verwendet wird, um eine Materie zu befördern – ob mit einer Rakete oder einem Partikelstrom, Sie müssen immer noch all diese Materie auf die notwendige Fluchtgeschwindigkeit beschleunigen und diese ganze Masse aus der Schwerkraft der Erde heben Nun, es erfordert immer noch die gleiche Menge an körperlicher Arbeit.

Raketen haben einen großen Nachteil – sie unterliegen der Raketengleichung. Sie müssen nicht nur die Nutzlast anheben, sondern auch den Raketenmotor und den gesamten Treibstoff und den gesamten Treibstoff, um diesen Treibstoff anzuheben, was äußerst ineffizient ist ^[1] . Natürlich gibt es Möglichkeiten, dies zu verbessern.

• Starten Sie die Nutzlast mit einem Motor, aber ohne Energiequelle. Die für den Antrieb benötigte Energie wird extern bereitgestellt, zB über Solarpanels oder einen bodengestützten Laser. Es muss noch Reaktionsmasse mitgenommen werden, die der Raketengleichung unterliegt.

• Verwenden Sie einen Laserantrieb, bei dem das Licht selbst Impulse auf die Nutzlast überträgt.

• Führen Sie alle Beschleunigungen vorne mit einem stationären Gerät (z. B. einer Railgun) durch, damit die Nutzlast weder Motoren noch Kraftstoff benötigt. Aufgrund der hohen Beschleunigungen ist dies eher ungeeignet, um Lebewesen lebend zu befördern, für Rohstoffe ist dies jedoch kein Problem. Dies wäre die realistischste Option, um große Mengen von Fracht mit niedriger Priorität im interplanetaren Maßstab kostengünstig zu liefern. Wenn Sie von der Erde direkt zum Zielplaneten starten möchten, ist die durch die Atmosphäre verursachte Reibung ein großes Problem (Sie möchten nicht, dass Ihre Fracht verbrennt).

  Abhängig von vielen Variablen (hauptsächlich dem Maßstab) wäre die wirtschaftlichste Lösung, entweder billige Raketen zu verwenden, um Fracht zu einer Orbital-Railgun zu heben, eine kleine Rakete über einen Massentreiber mit anfänglichem Delta-V zu versorgen oder ein riesiges Vakuum aufzubauen Rohr in die höhere Atmosphäre, durch die die Fracht beschleunigt wird. Siehe zum Beispiel das Star Tram -Konzept als interessantes Beispiel und die Surface to Orbit -Seite von Project Rho für Vergleiche verschiedener Bodenstartkonzepte.

Die Beschleunigung großer Einheiten (einige Tonnen) von einem stationären Gerät aus ist logistisch einfacher als die Beschleunigung kleiner Einheiten (mikroskopisch kleiner Staub oder einzelne Moleküle, dh ein Gas oder ein Plasma). Letzteres erfordert zusätzliche Energie, um die Materialien überhaupt aufzubrechen, und viel Aufwand, um die übertragene Materie zu verlangsamen, einzufangen und neu zu kombinieren.

_{[1]: Der Fachbegriff ist „exponentiell“}

Wie bereits erwähnt, stoßen sich gleiche Ladungen ab und daher breitet sich ein nicht neutraler Strahl aus.

Dem, was Sie verlangen, am nächsten kommt es, eine Schienenkanone oder ein Katapult zu verwenden, um fertige (oder halbfertige) Produkte zur Abholung in die Umlaufbahn um den Zielplaneten zu schießen. Sie würden immer noch etwas Verpackung (mit angebrachten Triebwerken) benötigen, falls etwas schief gehen sollte, oder um nach dem Start Mikroanpassungen vorzunehmen.

Du bekommst nichts umsonst. Die Energie, die benötigt wird, um das Zeug irgendwo hinzubekommen, wird uns durch e=mc^2 gegeben. Ich warte selbst auf Antigravitationsmotoren, dann können wir fliegende Untertassen für den Transport verwenden. Die Physik wird schließlich dort ankommen.