Kometen sind Raketentreibstoff! (Aber Raketen sind nicht gut)

Das Problem mit Raketen ist die Tyrannei der Raketengleichung. Es bedeutet, dass die Renditen von Raketen sinken, und das bedeutet, dass Sie nur so schnell fahren können . Eines der Dinge, die uns daran hindern, zum Mars zu gelangen, ist, dass die Tyrannei uns daran hindert, genügend Treibstoff für die Rückreise mitzunehmen. Also, lange Rede kurzer Sinn, Sie werden nicht genug Treibstoff mitnehmen können, wenn Sie starten.

Es ist nur dann eine gute Idee, sich an einem Kometen zu befestigen, wenn Sie beabsichtigen, den Kometen als Brennstoff zu verwenden. Nun, das ist meistens eine ziemlich gute Idee, denn Kometen enthalten im Allgemeinen Eis, das in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten werden kann, was – Sie haben es erraten – Raketentreibstoff ist! Kometen enthalten jedoch auch viel Abfallmaterial, und das wird Sie nur verlangsamen, sodass ein vernünftiger Missionsansatz in etwa so aussehen könnte:

1. Senden Sie einen Schwarm unbemannter Drohnen, um den Kometen vorzeitig zu verarbeiten, ihn in seine Bestandteile zu zerlegen, die unnötigen Elemente zu verwerfen und den Wassergehalt zu Treibstoff zu verarbeiten. Das kann Jahre dauern, aber Kometenumläufe liegen oft im Bereich von Jahrzehnten oder Jahrhunderten, also ist das in Ordnung.
2. Auf der nächsten Umlaufbahn des Kometen (na ja, an diesem Punkt ist es wirklich nur ein großer Treibstofftank) schicken Sie Ihre Crew hoch und lassen Sie sie sich treffen und für den langen Schlaf bunkern.
3. Warten Sie bis zum Perihel (Ihre nächste Annäherung an die Sonne) und starten Sie die Triebwerke. Aufgrund des Oberth-Effekts ist dies der effizienteste Ort, um Ihre Motoren zu zünden. Dies wird Sie aus dem Sonnensystem werfen und Sie auf Ihren fröhlichen Weg schicken.

Wie schnell können wir mit chemischen Raketen fahren?

Lassen Sie uns ein paar Zahlen zusammenstellen. Im Durchschnitt wiegen Kometen etwa 10 ¹³ kg und es wird angenommen, dass sie im Allgemeinen zu etwa 80 % aus Wasser bestehen. Dies gibt uns ungefähr die Masse des Kometen (80% ist so ziemlich alles, die Berechnungen, die wir durchführen werden, werden nicht ganz genau sein. Sie können je nach Belieben einen größeren oder kleineren Kometen verwenden) als Reaktionsmasse.

Der derzeit effizienteste Raketenmotor im Vakuum, der Wasserstoff als Brennstoff und Sauerstoff als Oxidationsmittel verwendet, hat einen spezifischen Impuls (ein Maß für die Effizienz von Raketenmotoren) von 438 Sekunden. Beachten Sie, dass dies nahe der theoretischen Effizienzgrenze für chemische Raketenmotoren liegt. Jetzt brauchen wir nur noch eine Trockenmasse (ohne Treibstoff) für unser Raumschiff. Dies ist eine Zahl, die Sie auch wild ändern können, also werde ich einfach mit netten runden 100.000 oder 10 ⁵ kg gehen. Jetzt können wir unsere Zahlen in die Raketengleichung einsetzen ! Unter Verwendung der ungefähren Zahlen, die ich mir hier ausgedacht habe, erhalte ich ein Delta-V von 79 km/s . Da Sie am anderen Ende langsamer werden müssen, sind dies eher 40 km / sder Beschleunigung. Denken Sie für den nächsten Absatz daran, dass dieses hypothetische kometenbetriebene Raumschiff jedes Raumschiff, das wir jemals gebaut haben, in Bezug auf Delta-V übertrifft.

Sonnenstrahlende Kometen aus der Oortschen Wolke bewegen sich sehr nahe an der Fluchtgeschwindigkeit am Perihel, die etwa 615 km/s beträgt . Ja, unsere schwachen chemischen Motoren werden diese Geschwindigkeit kaum ändern. Wir können jedoch der Schwerkraft der Sonne entkommen und werden am Ende mit 655 km/s am schnellsten reisen. Das entspricht etwa 0,2 % der Lichtgeschwindigkeit. Eine Reise von 25 Lichtjahren bei dieser Geschwindigkeit dauert 12.500 Jahre.

Dies ist jedoch noch nicht einmal das Ende der Geschichte! Aufgrund dieser sehr geringfügigen Geschwindigkeitszunahme am Perihel wird sich das Kometenschiff relativ zur Sonne sehr langsam bewegen. Es wird das Zentrum der Milchstraße zusammen mit allem anderen mit ungefähr der Geschwindigkeit der Sonne umkreisen, etwa 200 km/s. Daraus ergibt sich eine Reisezeit von etwa 40.000 Jahren.

Wie Sie sehen können, sind chemische Raketen für interstellare Reisen einfach nicht geeignet . Vielleicht möchten Sie sich nukleare Impulsantriebssysteme oder Dinge wie Sonnensegel ansehen , die in eine ähnliche Kategorie wie Laserantriebe fallen . Obwohl derzeit keine davon existiert, gibt es in unserem derzeitigen Verständnis der Physik (außer der Entwicklung einiger interessanter Materialien) nichts, was darauf hindeutet, dass sie nicht funktionieren würden.

Wenn Sie schnell genug fahren könnten, um einen Sungrazer einzuholen, würden Sie ihn überhaupt nicht brauchen :)

Wenn Ihre Raumschiffgeschwindigkeit jedoch nicht so hoch ist, können Sie (nach viel Beobachtung und Berechnung) an der Stelle warten, an der ein Sonnenfresser vorbeikommen wird, und sich dann daran anhängen . Auf diese Weise erhalten Sie eine kostenlose Fahrt bei 0,0018c . Beachten Sie, dass Sie sich vom Kometen lösen müssen, da die meisten Sonnenstrahlen verdampfen, weil sie der Sonne zu nahe kommen. Sie können die Flugbahn des Kometen leicht genug anpassen, damit Sie am Ende nicht wieder an denselben Ort zurückkehren. (Indem Sie Ihre eigenen Raumschiff-Triebwerke verwenden)

Um also 25 Lichtjahre zu reisen, dauert es ungefähr 13888,89 Jahre, wenn Sie nur mit 0,0018 c ( 0,18 Prozent der Lichtgeschwindigkeit ) reisen :(

Erläuterung: Anstatt alleine zu einem Ort zu gehen, können Sie stattdessen auf einen Bus warten. Dies ist eine etwas eingeschränkte Analogie, aber sie hat ihre Vorteile. Sie müssen nicht so fortgeschritten sein . Selbst wenn die Geschwindigkeit Ihrer Rakete niedrig ist, können Sie sich einfach an einen Kometen heften, der viel schneller ist als Sie. So können Sie selbst beschleunigen und dabei kaum Sprit verbrauchen . Auf diese Weise können Sie die Kosten erheblich senken (Hinzufügen zusätzlicher Kraftstofftanks und die Kosten für den Kraftstoff selbst).

Hinweis: Sie müssen berechnen, wo Sie sich befinden müssen, um sich an den Kometen zu heften, aber das ist in naher Zukunft, also sollte es einfach genug sein.

Der andere Vorteil wäre, dass Sie sich irgendwie hineingraben könnten (möglich, wenn man bedenkt, dass das OP angab, dass das Schiff Replikatoren hat und dass dies in naher Zukunft ist (und um zu einem anderen Sternensystem zu gelangen, müssten Sie weit sein fortgeschrittener)) könnten Sie sich vor anderem Weltraumschrott schützen. Anstatt Energie zu verschwenden, indem Sie ein Kraftfeld erzeugen, um Objekte davon abzuhalten, Ihr Schiff zu durchbohren, verwenden Sie einfach den Kometen selbst als Schild.

Wenn wir ein anderes Sternensystem erreichen wollten, können wir derzeit 0,8 ° C erreichen, aber das würde eine Menge Geld kosten und ist mit Materie-Antimaterie-Vernichtungsraketen nicht wirklich praktisch. Ein bisschen weniger teuer und praktischer wäre die ~.1c von Kernfusionsbomben ... mit dem Design des Orion-Projekts. Das bedeutet, dass wir mit Ersterem in ungefähr 31 Jahren 25 Lichtjahre und mit Letzterem 250 Jahre zurücklegen können.

Es gibt Technologien, von denen ich glaube, gehört zu haben, aber ich kann mich nicht erinnern, die schneller als die .1c-Reihe und praktischer sind und entwickelt werden, sodass Sie wirklich nicht die ganze Reform am anderen Ende durchführen müssen, wenn Sie bedenken, dass dies möglich ist in einem Leben getan werden.