Was ist das energieeffizienteste und kostengünstigste Antriebssystem außer dem chemischen Brennstoffoxidationsmittel, das in Raketen verwendet werden könnte?

Für billig, insbesondere pro Tonne Nutzlast, die mit hoher Geschwindigkeit gestartet wird, könnten Sie die nukleare Schrotflinte oder das Projekt Orion in Betracht ziehen . Es gibt ein paar Umwelt- und Regulierungsprobleme, und die Schrotflinte ist wahrscheinlich nicht für empfindliche Nutzlasten wie Menschen geeignet.

Nein.

Gäbe es eine Alternative, die sowohl kostengünstig als auch effizienter als chemische Kraftstoffe wäre, würde sie bereits genutzt werden.

Es gibt einen vielversprechenden Kandidaten: Mehrere Unternehmen arbeiten an Raketentriebwerken, die Methan mit LOX verbrennen, mit potenziell besserer Leistung als das übliche RP-1/LOX.

Die große Herausforderung bei Ionentriebwerken besteht darin, sie zu vergrößern und das Verhältnis von Schub zu Gewicht zu verbessern.

Der nuklearthermische Antrieb bietet einen besseren spezifischen Impuls als chemische Brennstoffe, kombiniert mit einem hohen Schub. Das große Problem bei diesen Triebwerken sind ihre radioaktiven Abgasprodukte, die sie für Starts von der Erde ungeeignet machen. Sie sind auch teuer in der Entwicklung und im Bau, daher gibt es hier einen Haken: Sie können keine Finanzierung erhalten, bis eine hohe Nachfrage nach schnellen interplanetaren Missionen besteht, und es wird keine schnellen interplanetaren Missionen geben, bis ein High-thust+high ist -Isp-Engine ist verfügbar.

Kaltgasstrahlruder sind ungefähr das energieeffizienteste Antriebssystem, das tatsächlich verwendet wird. Sie können ziemlich viel Schub geben (wie Mythbusters in einigen Episoden mit Dingen wie Tauchflaschen demonstriert hat), und das Treibmittel kann buchstäblich nur Druckluft sein (Stickstoff oder Helium sind wahrscheinlicher), aber sie sind hoffnungslos schwach für eine Primärbatterie Antriebssystem für Trägerraketen. Sie werden jedoch zum Manövrieren verwendet, wobei die erste Stufe der Falcon 9 ein bedeutendes Beispiel ist.

Ich vermute, das ist nicht die Antwort, die Sie erwartet haben, weil Sie in Bezug auf Energieeffizienz und Raketenleistung etwas durcheinander zu sein scheinen. Raketen, die treibstoffeffizienter sind (höherer spezifischer Impuls), sind weniger energieeffizient. Wenn alles andere gleich ist, erhalten Sie durch Verdoppeln Ihrer Abgasgeschwindigkeit den doppelten Schub und den doppelten Gesamtimpuls aus einer bestimmten Menge Treibmittel, benötigen jedoch viermal so viel Kraft.

Chemische Motoren sind durch den Energiegehalt des Treibmittels selbst begrenzt. Ionentriebwerke und dergleichen verwenden so hohe Abgasgeschwindigkeiten, dass der Massendurchfluss auf das geringste Rinnsal reduziert werden muss, um mit einer angemessenen Leistung zu laufen, was auch den Schub auf etwas reduziert, das ein Mensch nur schwer bemerken würde.

Die einzige Möglichkeit, ihre Energieeffizienz zu verbessern, wäre, ihre Treibmitteleffizienz zu verringern, aber selbst wenn Sie die Abgasgeschwindigkeit eines Ionentriebwerks auf das Niveau eines chemischen Motors reduzieren, ist die Bereitstellung der Energie zum Beschleunigen des Treibmittels von außen viel weniger effizient als dies zu tun durch Verbrennen oder Zersetzen von chemischen Treibmitteln. Die Gesamtleistung eines Merlin 1D beträgt rund 1,4 Gigawatt, und durch die regenerative Kühlung geht fast die gesamte Energie in den Auspuff.

Für mich erfordert die Antwort auf die Verwendung von Kernenergie, um in die Umlaufbahn zu gelangen, unbedingt das Anzapfen des Stromnetzes und nicht das Mitführen des Antriebs.

Zum Beispiel ein Weltraumaufzug oder ein Hochgeschwindigkeitsprojektil, um Rohstoffe in der Weltraumfertigung nach oben zu bringen.

Alternativ können Sie, wenn Sie die Vorteile eines Hochgeschwindigkeitsprojektils nutzen möchten, ohne den sicheren Tod, der mit dem Fahren einhergeht, das Projektil verwenden, um Energie mit erweiterter Zielgenauigkeit auf die Nutzlast zu übertragen. Ich untersuche das Konzept hier ein wenig: https://medium.com/@brysgo/high-altitude-mass-volley-9ee9e94f6007

Es hängt ein wenig davon ab, wie Sie Kosten definieren und wie viele Starts Sie in Betracht ziehen. Bei sehr großen Startlimits, bei denen die Kapitalkosten weit gestreut werden können, halten einige Leute einen angebundenen Weltraumaufzug für die richtige Lösung.

Hypothetischer sind dynamische Aufzüge wie der Weltraumbrunnen :

Die Startschleife :

Oder Laserwerfer :

Bei Wikipedia gibt es einen systematischen Katalog .