Wenn ein Raumschiff mit 10 % c fliegt, wird es dann durch interstellaren Staub und Partikel zerstört?

Wenn ein Raumschiff mit 10 % Lichtgeschwindigkeit fliegt, wird es dann durch Kollisionen mit interstellarem Staub und Partikeln zerstört?

Das Raumschiff wird zu nahegelegenen Sternen reisen und nicht durch einen Nebel fliegen.

Warum speziell 0,1xc? Oder ist es einfach: Gibt es eine praktische Grenze für die Geschwindigkeit einer Weltraumreise, die durch mögliche, aber unvermeidliche Kollisionen mit interstellarem Staub und Partikeln auferlegt wird?
Aus einem Kommentar von Zubrin geht hervor, dass Fusionsraketen 0,1c erreichen könnten
Danke! Ich wusste das nicht. Deine Frage macht Sinn.
Ich denke, die Antwort hängt davon ab, wie viel Rüstung auf der Vorderseite ist. Denken Sie daran, dass die Beschleunigung eines Raumfahrzeugs auf nur 1 % c sehr spekulativ ist.
SEHR schwer zu sagen, da die Dichte des interstellaren Mediums über ZEHN Größenordnungen variiert ... Aber jeder tatsächliche Staub, selbst mikroskopisch kleiner, wird einen wirklich großen Schlag verursachen. Ein Sandkorn mit einer Masse von 1 Milligramm verleiht die Energie von 450 Dynamitstangen.
Angesichts der enormen Dichtevariationen von zehn Größenordnungen wäre es hilfreich, wenn Sie Ihre Frage klären würden. Sind Sie daran interessiert, ein Raumschiff zu einem nahe gelegenen Stern zu schicken? Bei 10 % c würde eine einfache Fahrt zum nächsten über 40 Jahre dauern. Sind Sie daran interessiert, ein Raumschiff bei 10 % c durch das Herz des Orionnebels zu schicken? Das wäre eine einfache Reise von 13400 Jahren. Wohlgemerkt: In 13400 Jahren wird die Menschheit (wenn sie so lange überlebt) wahrscheinlich eine leicht verbesserte Technologie haben.
Sie haben Zubrin in einem Kommentar erwähnt. Er hat mehrfach gesagt, wenn wir etwas im Weltraum planen, dessen Verwirklichung über 50 Jahre dauern würde, wäre es am besten, dieses Unterfangen nicht zu unternehmen, da die Technologie in 50 Jahren überholen wird. Das heißt, sobald wir ein Fahrzeug bauen können, das mit 10 % c fahren kann, sollten wir nur daran denken, es zu den nächsten Sternen zu schicken – und das bedeutet, dass wir durch ein interstellares Medium mit einer ziemlich geringen Dichte von 0,3 Atomen/cc as pflügen müssen im Gegensatz zu einer Million Atome / cm³ wie in der aktuellen Antwort.
@David Hammen Ja, ich dachte an Reisen zu nahe gelegenen Sternen, nicht durch einen Nebel.

Antworten (1)

Basierend auf dieser Antwort :

E ≈ 1 2 M v 2 = 1 2 M C 2 ( v C ) 2

Die Masse eines Protons M P C 2 beträgt etwa 938 MeV. Wenn also ein unschuldiges Wasserstoffatom oder ein reines Proton im Weltraum von einem Raumfahrzeug bei 0,1 c getroffen würde, würde es im Rahmen des Raumfahrzeugs wie ein schnelles Proton aussehen. Von welcher Energie?

E = 938 2 0,1 2 = 4.7  MeV

Von hier aus klickte ich auf Protonen projizierte Reichweite und fand heraus, dass es ungefähr sein wird 1 × 10 − 2 g/cm 3 oder etwa 5–10 Mikrometer in einem Material mit geringer Dichte.

Kaltes interstellares Medium ist ungefähr 1 × 10 12 Protonen/m 3 oder 1 × 10 6 Protonen/cm 3 , aber Kommentare unten zeigen, dass typische Werte viel niedriger sind, nur 0,05 bis 0,3 Protonen/cm 3 . Also werde ich 0,1 /cm verwenden 3 ( 1 × 10 5 /M 3 ) vorwärts gehen.

Bei 0,1 °C fängt jeder Quadratmeter des Raumfahrzeugs ab 3 × 10 7 M 3 /s oder 1 × 10 12 Protonen/Sek.

Das ist nicht viel Hitze

Die in der 10 Mikrometer dicken Schicht abgeschiedene Leistung ergibt sich aus der Multiplikation von 4,7 Millionen Volt 1.5 × 10 − 7 Ampere (Coulomb/Sekunde) pro Quadratmeter oder 0,7 Watt. Um zu berechnen, welche Temperatur diese Leistung zurückstrahlen kann, verwenden Sie das Stefan-Boltzmann-Gesetz mit σ = 5.67 × 10 − 8 :

P = σ T 4

was uns eine Hauttemperatur von etwa 60 Kelvin gibt, nicht einmal genug, um Standardelektronik am Laufen zu halten.

Sputtern ist kein Problem

Unser 10 Mikron dicker Quadratmeter hat in der Größenordnung von 0,1 Mol oder etwa 10 23 von Atomen.

Aus den zufälligen Links 1 , 2 und Abbildung 1 in 3 werde ich die Sputter-Rate abschätzen 10 − 4 Atom/Atom, das konservativ ist.

Also bei 10 12 Protonen pro Sekunde werden wir sputtern 10 8 pro Sekunde, was bedeutet, dass wir alle 30 Millionen Jahre 10 Mikrometer verlieren.

Beachten Sie, dass die Sputterrate einige Größenordnungen höher sein kann, da meine Schätzung konservativ war und die Atome bei 3300 K bereits ziemlich energiegeladen und zum Verlassen bereit sind.

Aber was ist mit Dingen, die größer als Protonen sind, wie kosmischer Staub ?

Schäden durch Dinge, die größer als ein Proton sind, werden ein großes Problem sein, aber ich weiß nicht, wie groß. Ich überlasse diesen Aspekt einer anderen Antwort

projizierte Reichweite eines 4,7-MeV-Protons

"Schild hoch, Scotty!" Problem gelöst :-). Sicherlich hilft es auch ein wenig, das Raumschiff so zu formen, dass die Einschläge in einem flachen Winkel erfolgen.
Abgewertet, weil Sie 10^6 Atome pro cm^3 verwendet haben, die obere Dichte einer molekularen Gaswolke. Das ist ein Protostern. Ein besserer Wert ist 0,3 Atome pro cm^3, die Dichte der Lokalen Interstellaren Wolke.
@DavidHammen Der von mir zitierte Link lautet: "In kühlen, dichten Regionen des ISM liegt Materie hauptsächlich in molekularer Form vor und erreicht eine Anzahldichte von 10 ^ 6 Molekülen pro cm3" (1 Million Moleküle pro cm3)." Wenn Ihr Argument mit ist den Wikipedia-Artikel, geben Sie bitte eine bessere Quelle an.
@uhoh Sie haben diese Antwort so geschrieben, als ob diese sehr hohe Dichte die Dichte des interstellaren Mediums ist. Diese sehr hohe Dichte ist die Dichte eines sehr winzigen Bruchteils von einem Prozent des interstellaren Mediums. Die Lösung ist einfach: Gehen Sie nicht dorthin. Außerdem ist die nächste Molekülwolke/der nächste Protostern mit dieser Dichte 1000 Lichtjahre entfernt – eine Reise von 10000 Jahren bei 0,1 c. Die Lokale Interstellare Wolke hat eine Dichte von ~0,3 Atomen pro Kubikzentimeter.
Die lokale interstellare Wolke und die nahe gelegene G-Wolke (mit ähnlicher Dichte) erstrecken sich auf mehrere nahe gelegene Sterne. Die Lokale Blase , in die die Lokale Interstellare Wolke eingebettet ist, hat eine noch geringere Dichte von 0,05 Atomen pro Kubikzentimeter und erstreckt sich über mehr als hundert Lichtjahre. Eine bessere Antwort würde sich mit diesen lokalen Dichten befassen, die über sechs Größenordnungen kleiner sind als der von Ihnen verwendete Wert.
@DavidHammen Okay, jetzt sind diese hilfreich! Sobald mein Morgenkaffee einsetzt, werde ich aktualisieren. Ich wähle vielleicht 1/cc, um ein wenig konservativ zu sein, und die Temperatur wird erheblich sinken; vielleicht im Auftrag von 10 6 / 4 und das Sputtern ist wahrscheinlich nicht mehr so ​​ein Problem.
@PM2Ring Ja, ich sagte, ich würde es tun, und dann scheine ich meine Aufgaben aus den Augen verloren zu haben. Ich dachte daran, nachdem ich eine ähnliche neue Frage gesehen hatte, konnte mich aber nicht erinnern, wo das ist, also ist Ihr Ping sowohl aktuell als auch hilfreich! Sobald ich zu einem echten Computer komme, werde ich das erledigen und Sie zurückpingen. Danke!
@DavidHammen sollte mit dieser Version viel zufriedener sein. :)
@PM2Ring Viel glücklicher.
Wenn ein Raumschiff mit 10 % c fliegt, wird es dann durch interstellaren Staub und Partikel zerstört?
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