Flüssige und feste chemische Brennstoffe in Raketen sind sehr teuer und ineffizient. Ich habe von Sonnensegeln gehört, aber was sind die realistischsten Treibstoffe für die Raumfahrt, die in Zukunft verwendet werden, um der Lichtgeschwindigkeit nahe zu kommen?
In vielerlei Hinsicht ist dies eher eine Frage der Technologie als der Physik, aber schauen wir uns einige Grenzen an, die die Physik auferlegt.
Das ist der Killer für schnell brennende Raketen. Wir verwenden sie immer noch für den Start von der Oberfläche, weil sie den notwendigen Schub entwickeln können (unsere hocheffizienten Triebwerke (Ionenantriebe und dergleichen) haben derzeit alle einen geringen Schub).
Das legt eine von zwei Strategien nahe:
Die Segeltechnologie ist - zumindest im Prinzip - in Reichweite unserer derzeitigen Kompetenz, aber der Bau und Betrieb eines solchen, das zu effizienten interstellaren Reisen fähig ist, übersteigt das derzeitige Bruttoplanetarprodukt. Sternhärchen sind eine Untergruppe von Segeln, erfordern jedoch beträchtliches Fachwissen in Nanotechnologie, bevor sie überhaupt für die Erforschung nützlich sind.
Ein zweiter Nachteil von Segeln für persönliche Reisen zu anderen Starts ist, dass Sie sich darauf verlassen, dass Politiker und politische Entscheidungsträger, die Sie zurückgelassen haben, Ihre Reise weiterhin finanzieren ...
Widderschaufeln sind eine große Unbekannte, da wir noch nicht wissen, wie man sie baut. Eine BOTE-Berechnung für einen minimalen, naiven Wasserstofffusions-Ram-Scoop begrenzt ihre Höchstgeschwindigkeit auf etwa 14% von c (unter der Annahme des maximalen Luftwiderstands, dass der Kraftstoff relativ zum Fahrzeug zur Ruhe gebracht werden muss).
Ich habe vor ein paar Jahren ein halbwegs populäres Buch zu diesem Thema geschrieben:
Vieles davon wurde ausgearbeitet. Ich veranschauliche die relativistische Rakete und das Photonensegel. Das Photonensegel ist eindeutig das vernünftigste von diesen beiden. Ich schlage auch vor, elektromagnetisch beschleunigte Nanosonden zu verwenden, bei denen Millionen winziger Sonden zu einem anderen Stern geschickt werden, mit der Aussicht, dass sich einige dort niederlassen und eine Art Roboterkolonie aufbauen könnten. Das Sonnensegel ist in der Lage, a zu erreichen , oder . , obwohl eine realistischere Zahl ist oder ungefähr . Diese Analyse beinhaltet die Rotverschiebung des Lichts auf dem Rahmen des Segelfahrzeugs und so weiter. Um dies zu erreichen, müssen große Fresnel-Linsen im Raum platziert werden, die das Licht zum Segel kollimieren.
Es macht nicht viel Sinn, Sonden schneller als in Richtung extrasolarer Systeme zu schicken , oder . Die Zeitersparnis wird geringer und die Energiekosten enorm. A Sonde hat so viel kinetische Energie wie ihre Ruhemasse, was eine beachtliche Leistung wäre. Bei , Und Sonden könnten innerhalb der interstellaren Nachbarschaft gesendet und Signale in angemessener Zeit zurückgesendet werden.
Das Staustrahlkonzept ist meiner Meinung nach aus einem Hauptgrund nützlich. Angenommen, verschiedene Instrumente würden mit einer Beschleunigung von einer Gravitation oder mehr auf ein Raumschiff gepackt. Diese Instrumente betrachten das CMB und vielleicht Teilchendetektoren. Die Maschine erreicht einen Höhepunkt um das Universum so zu untersuchen, wie es früher erschien. Der CMB wäre ins IR blauverschoben, und vielleicht andere Detektoren, die schwach wechselwirkende Teilchen nachweisen können, die die frühe strahlungsdominierte Periode des Universums durchlaufen. Das ist ziemlich spekulativ, aber im Prinzip vielleicht nicht unmöglich.
Der realistischste Weg ist, Menschen loszuwerden und Roboter reisen zu lassen. Sie essen nichts und können 1'000'000 Jahre im Flug verbringen, ohne sich zu langweilen. Dieser Weg ist auch mit aktueller Technologie machbar. ;-)
Um die Raumfahrt wirklich erschwinglich zu machen, ist der einzig realistische Weg der Einsatz von thermonuklearen Explosionen. Die Technologie ist relativ billig und verfügbar, aber sie ist gefährlich und muss von großen stabilen Regierungen streng kontrolliert werden. Dies bringt es außerhalb der Reichweite der kommerziellen Entwicklung, und es gibt bekannte Probleme mit staatlich kontrollierten Projekten in Bezug auf die Effizienz. Das macht es unwahrscheinlich, dass wir so etwas bald realisiert oder gut realisiert sehen werden. Da dies ein Problem der menschlichen politischen Organisation ist, nicht der Technologie, werde ich es nicht weiter diskutieren.
Politik und Wirtschaft ignorierend, schlug das Orion-Projekt ein Schiff vor, das von thermonuklearen Explosionsprodukten angetrieben wird und Ablationsdrücke von Produkten bei Temperaturen erzeugt, die mit keinem chemischen Brennstoff einfach erreichbar sind. Diese Technologie ist in keiner Weise spekulativ und ermöglicht sicherlich eine machbare wirtschaftliche Reise zu jedem Punkt im Sonnensystem innerhalb weniger Wochen. Ein großer Orion kann die Größe eines Bürogebäudes haben, er kann vor kosmischer Strahlung geschützt sein und er könnte in wenigen Jahren zu einem Preis von ein paar Milliarden Dollar gebaut werden, ohne dass technologische Innovationen erforderlich wären.
Die Vorstellung, dass weitere wissenschaftliche Entdeckungen besser abschneiden werden als Orion, ist nicht sehr realistisch. Es ist tatsächlich bemerkenswert, dass wir wissen, wie man Teller-Ulam-Geräte herstellt. Wenn die Leute heute an orionartige Dinge denken, träumen sie von einer Trägheitsfusion, aber selbst wenn dies funktioniert, wird es einen enormen Laser im Schiff erfordern, der schwer sein wird und erfordert, dass das Schiff eine lächerlich schwere Kraft trägt - Quelle. Trägheitseinschluss ist auch ein Traum. Aber durch Plutonium ausgelöste Explosionen sind eine Realität, und es scheint eine Verschwendung zu sein, die friedliche Anwendung dieser Technologie abzulehnen, wegen der Albträume des Kalten Krieges, die jeder früher hatte.
Ich nehme an, dass man eine Art Schleuder-ähnlichen Ansatz neben einem anderen Ansatz entwickeln könnte, der die Anziehungskraft der Sterne nutzt. Am besten schaue ich mir Technologien an, die noch entdeckt oder entwickelt werden müssen. Die aktuelle Diskussion scheint auf die bestehende Theorie beschränkt zu sein. Überlegen Sie, ob vor 100 Jahren eine ähnliche Diskussion darüber stattfand, alle meine Schallplatten in einem einzigen Gerät unterzubringen, das ich mit mir tragen und nach Lust und Laune die unterschiedliche Auswahl darin anhören konnte. Wir könnten sehr leicht über Mini-Schallplatten sprechen, die in einer Röhre mit mehreren Nadeln an jeder Platte gestapelt sind. Die Technologie dessen, was ein MP3-Player werden sollte, würde niemandem in der Diskussion in den Sinn kommen. Aus diesem Grund genieße ich – gut – Science-Fiction, die versucht, eine Theorie vorzuschlagen, die weit über das aktuelle und konventionelle Verständnis hinausgeht. ICH'
Eine lustige Frage für Science-Fiction-Fans. Seit Saiten wie Theory Of Everything aussahen, war ich fasziniert von den zusätzlichen Dimensionen. Es ist die Analogie einer Ameise in einem zweidimensionalen Labyrinth. Wenn es die dritte Dimension sieht, kann es hinüberklettern und Millionen von Ameisenmeilen von seinem zweidimensionalen Weg zu diesem Punkt entfernt sein.
Der EVG wird also viel Spaß machen, wenn er einmal gefunden und etabliert ist. Selbst wenn alle zusätzlichen Dimensionen gekräuselt sind, existiert jedes Teilchen in unseren vier Dimensionen auch in diesen gekräuselten Dimensionen. Wer weiß, was die Zukunft an Technologie bringen wird. Dann ist es am besten, Vollgas zu geben und den TOE zu finden, bevor Sie sich auf diese Fahrten begeben, um sich Gedanken über den Kraftstoff zu machen.
Daniel Chisholm