Machbarkeit einer Antimaterie-katalysierten Ram Augmented Interstellar Rocket (AC-RAIR)

Ein fiktives Raumschiff, das ich entwerfe, funktioniert über eine Art Bussard-Staustrahl, der Wasserstoff aus dem interstellaren Medium als Reaktionsmasse und nicht als Treibstoff verwendet.

Um den Treibstoff zu beschleunigen, nutzt das Raumschiff einen fiktiven Mechanismus, mit dem es in der Lage ist, einen Bruchteil der in den Antrieb eintretenden Baryonen in Antimaterie umzuwandeln. Die resultierende Vernichtung liefert einen Schub von mehr als 1 G, und der Antrieb ist in der Lage, diesen Schub lange genug aufrechtzuerhalten, um Geschwindigkeiten eines großen Teils von c zu erreichen.

Was ich wissen muss, ist, ob die Physik stimmt. Ich weiß, dass das ursprüngliche Konzept eines Bussard-Ramjets nicht durchführbar war, da der von der Schaufel erzeugte Luftwiderstand größer als der Schub war, aber ich bin neugierig: Wenn Sie eine rammverstärkte interstellare Rakete hätten, die etwa 1% der ankommenden Baryonen in umwandeln könnte Antimaterie, wäre dieser Antrieb eine effiziente Methode für interstellare Reisen?

ANMERKUNG: Es kann davon ausgegangen werden, dass der Mechanismus, durch den Baryonen in Antimaterie umgewandelt werden, nicht mehr Energie verbraucht als ein Kernreaktor angemessener Größe.

Sie wissen, dass es wahrscheinlich keine Forschungsarbeiten zum RAIR-Konzept gibt, bei denen 1 % der einfallenden Baryonen durch einen „magischen“ Mechanismus in Antimaterie umgewandelt werden. Ich schlage vor, es ist ungerechtfertigt, nach [hartwissenschaftlichen] Antworten zu fragen. Das Analyseniveau, das Lösen der entsprechenden Gleichungen, könnte sich dem einer Forschungsarbeit annähern. Etwas mehr als Antworten sind normalerweise hier. Vielleicht wäre [wissenschaftsbasiert] die vernünftige Tag-Wahl. Es erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass es beantwortet wird.
Falls Sie sich gefragt haben, dies ist ein Konzept, das mich als mögliches interstellares Antriebssystem interessiert. Die Antworten würden mich sehr interessieren. Ich habe die Idee nicht bis zur analytischen Tiefe Ihrer Frage verfolgt. Es klingt im Prinzip machbar, aber praktische Probleme können das schönste Konzept entgleisen lassen.
Eigentlich ist dies die erste wissenschaftliche Frage, die ich seit einiger Zeit gesehen habe, bei der ich tatsächlich dachte, jemand könnte die Rechnung bezahlen. Ich freue mich auf die Antworten zu diesem Thema, denn das grundlegende Konzept eines Staustrahltriebwerks ist solide: Bringen Sie 1 kg Wasserstoff ein, verwenden Sie 1 g davon, um eine gewaltige Energieexplosion zu erzeugen, die den Rest erhitzt und zum Spritzen zwingt aus dem hinteren Ende mit hoher Geschwindigkeit. Auch wenn niemand die Realisierbarkeit des wissenschaftlichen Mandats demonstrieren kann, ich liebe die Idee!
Auch ohne die magische Konvertierung ist dies ein ziemlich nettes Konzept. Es reduziert Ihren Kraftstoff auf nur die Antimaterie, aber Sie sollten in der Lage sein, dumm hohe Abgasgeschwindigkeiten zu erreichen. Ich bemitleide das arme Sonnensystem, von dem Sie weggehen ...
@JoeBlogs Ich glaube nicht, dass ein paar Gramm Materie-Antimaterie-Vernichtung pro Sekunde viel Gammastrahlung erzeugen werden, um ein Problem für jemanden zu sein, der weiter als ein paar Kilometer entfernt ist. Das Hauptproblem ist die Abschirmung des Raumschiffs selbst. :)
Warum einen magischen Materie-Antimaterie-Konverter verwenden? Es ist nicht möglich, einen Antimaterievorrat oder ein Mikro-Schwarzes Loch zu verwenden? Wenn ein Mikro-Schwarzes Loch zu schwer ist, können Sie das magische Niveau immer etwas niedriger halten, indem Sie sagen, dass es einen Materie-Energie-Wandler gibt (keine Antimaterie-Stufe) oder dass es kurze, leichte Mikro-Schwarze Löcher erzeugen kann, die verdampfen nahezu sofort als gepulster Konverter.
@Eth Das "Leptogene Feld" ist ein Handlungspunkt in der Geschichte, ansonsten würde ein Vorrat an eingefangenem Anti-Wasserstoff ausreichen. :)
Ich habe jetzt nicht wirklich Zeit, eine vollständige Antwort zu geben, aber da Sie das Hard-Science-Tag haben, ist es erwähnenswert, dass ein Gerät, das Baryonen in Anti-Baryonen umwandeln kann, so ziemlich die gesamte QFT ungültig machen würde, weil es zerstören würde Ladungserhaltung aller Formen, was ziemlich grundlegend ist. Natürlich ist es möglich, dass Ihre Welt eine andere Physik hat, aber da es so aussieht, als würden Sie sich mit Realismus in unserem eigenen Universum befassen, wollte ich nur darauf hinweisen.
@elduderino Ich neige zu einem Feld, das Baryonen über die Adler-Bell-Jackiw-Anomalie in Antileptonen umwandelt, was Ladung sparen sollte. Ich habe jedoch keine Ahnung, welche Auswirkungen dies über das grundlegendste Verständnis hinaus hätte.

Antworten (1)

HAFTUNGSAUSSCHLUSS: Meine Quellen sind nicht alle wissenschaftlich, aber ich gehe davon aus, dass die bereitgestellten Informationen für meine Antwort korrekt sind. Ich bin auch kein Physiker. Nehmen Sie diese Antworten mit einem ziemlich großen Salzkorn.

Lassen Sie mich mein Bestes geben, um dies zu beantworten ...

Werfen wir zunächst einen Blick auf das interstellare Medium. Wenn es (MAX) 0,1 Partikel pro Kubikzentimeter gibt und 75 % des Mediums Wasserstoff sind, ergibt das 0,075 Partikel pro Kubikzentimeter. Und das ist wahrscheinlich eine hohe Schätzung. Sie wandeln dann also 1% in Antimaterie um. Das gibt uns... satte 0,00075 Partikel pro Kubikzentimeter. Das klingt nicht nach viel, summiert sich aber schnell. Das sind 750 nützliche Teilchen pro Kubikmeter, was ziemlich viel ist! Ich ignoriere völlig alle Probleme, die damit verbunden sind, Antimaterie lange genug festzuhalten, um sie zu verwenden (schauen Sie sich die unten verlinkte Atomraketen-Seite an, wenn Sie neugierig sind)! Außerdem weiß ich nicht wirklich, was ich mit diesen Informationen anfangen soll, aber sie können nützlich sein, wenn sie mit weiteren technischen Informationen über Ihren Raketenmotor kombiniert werden.

OK, es gibt also viele verschiedene Möglichkeiten, diese Antimaterie zu nutzen, aber keine davon ist ein Staustrahl, anscheinend weil "Antimaterie-Staustrahl" nicht wirklich existiert , da Staustrahl und Antimaterie sich nicht gut mischen. Nun ja. Anscheinend behandelt Michio Kaku dies in seinem Buch Physics of the Future ( hier auf Amazon zu finden ), wenn Sie neugierig sind und wirklich tief in die Materie eintauchen möchten. Das ist sozusagen das Ende meiner formellen Antwort auf Ihre Frage, aber lesen Sie weiter, wenn Sie etwas Theorie und mehr Vermutungen wollen.

Dementsprechend brauchen Sie eine verdammt dicke Abschirmung, da die Antimaterie-Pionen von Wasserstoff bemerkenswert nervig sind, wenn es darum geht, Sie zu ermorden. Darüber hinaus ist es möglicherweise besser, ein anderes Material auszuprobieren, da beispielsweise Stickstoff eine Effizienz von geladenem Pion zu Treibmittel von 95 % aufweist.

Die Atomic Rockets-Seite hat eine "Antimatter Rocket Equation", und deshalb werde ich das nur zum Spaß verwenden, um zu sehen, ob Sie wirklich bei 1 g beschleunigen könnten. Nun, hier ist die Sache - die Gleichung verwendet die Antimaterie nicht als Reaktionsmasse. Nun ja. Zurück zum Zeichenbrett des Internets. (Es gibt eine Gruppe wunderbarer Diagramme für Antimaterie-Reaktanten für verschiedene Antriebsgeschwindigkeiten, aber ehrlich gesagt bin ich mir nicht sicher, ob Ihnen das hilft, da Sie nach Beschleunigung suchen, nicht nach Delta-V. Vorwärts und aufwärts ...)

Meine Suche endet hier. Ich würde Ihnen wärmstens empfehlen, sich Atomic Rockets anzusehen, es ist eine wunderbare Quelle für alles, was mit Sci-Fi zu tun hat. Ich konnte leider nichts finden, was für Antimaterie-Ramjets berechnet wurde, also würde ich mich definitiv genauer damit befassen. Ich habe jedoch einen Artikel gefunden, in dem 1 g Beschleunigung mit RAIR behauptet wird (das ist der Link "nextbigfuture", wenn Sie neugierig sind), und das im Artikel zitierte Papier kann einige Antworten liefern. Ich habe nicht alles gelesen, aber bei meinem Überfliegen sind mir keine offensichtlich nützlichen Informationen aufgefallen. Es beschreibt auch eine Art des Mischens von Antimaterie mit anderen Reaktanten, das unterscheidet sich also ein wenig von Ihrem Motor.

Dies wurde zu einem absoluten Durcheinander einer Antwort, aber ich hoffe, das bietet Ihnen zumindest ein bisschen mehr Informationen, und ich wünsche Ihnen viel Glück bei Ihrem Raumschiff-Designprozess!

QUELLEN:
http://www-ssg.sr.unh.edu/ism/what1.html
http://www-ssg.sr.unh.edu/ism/LISM.html
http://www.projectrho.com/ public_html/rocket/antimatterfuel.php
https://www.nextbigfuture.com/2014/02/a-lot-of-antimatter-and-scooping-up.html

Danke für dieses Papier! Es geht richtig ins Geld. :)
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