Entschuldigung für die lange Frage.
Mit all den Spekulationen über die neu entdeckten erdgroßen Planeten, die "nur" 40 Meilen entfernt sind, greife ich frühere Überlegungen über Möglichkeiten auf, interstellare Sonden in einem sinnvollen Zeitrahmen (z. B. weniger als tausend Jahre) zu senden.
Wenn wir eine Art Linearbeschleuniger oder Schienenkanone (ich verstehe die Unterschiede nicht gut genug, um zu wissen, welche am besten angewendet wird) verwenden würden, um eine Sonde im Sub-Kilogramm-Maßstab auf ein anderes Sonnensystem zu "schießen", wie würden Sie vorgehen? über die Berechnung der erreichten "Mündungsgeschwindigkeit" mit Faktoren für Energieeintrag und Länge? Ich nehme an, der Teil "Sub-Kilogramm" ist nicht so relevant, außer um den Umfang der beschleunigten Massenvariablen festzulegen, aber ich wollte die Grenzen dessen festlegen, was ich zu entdecken versuche.
Zugehörige Fragen sind:
Beginnen Sie mit grundlegender Physik. Kraft = Masse mal Beschleunigung (F=ma). Ich finde es am einfachsten, mit 1 kg zu beginnen und dann je nach Bedarf nach oben oder unten zu skalieren. Welche Geschwindigkeit willst du erreichen? Endgeschwindigkeit ist Anfangsgeschwindigkeit plus Beschleunigung mal Zeit (v1 = v0 + at). Rechnen Sie vierzig Lichtjahre in Meter um (einfach mit Online-Rechnern). 40 Lj = 3,784292e+17 m. Ich runde gerne auf eine einfache Einheit ab, zwischen 3 x 10^17 bis 4 x 10^17. Nehmen wir 4 x 10^17, weil es sich gut durch den nächsten Wert teilen lässt.
Zeit ist Weg dividiert durch Geschwindigkeit. Sie wollen das System in weniger als 1000 Jahren erreichen. Wandeln Sie Jahre in Sekunden um. Auch das ist mit einem Web-Suchwerkzeug einfach zu bewerkstelligen. 1000 Jahre = 3,1556926 x 10^10 Sekunden. Sagen Sie 4 x 10^10 Sekunden für eine geringere Geschwindigkeit (wegen mehr Zeit). Die Geschwindigkeit beträgt also 4 x 10 ^ 17 / 4 x 10 ^ 10, dh Sie müssen eine Geschwindigkeit von 1 x 10 ^ 7 Metern / Sekunde oder 10 x 10 ^ 6 m / s in technischer Form erreichen.
Nehmen wir an, Sie bauen einen Beschleuniger mit einer Länge von 10.000 km oder 10 x 10^6 Metern. Die durchschnittliche Beschleunigung ist die Geschwindigkeitsänderung über die zweifache Entfernung (v1^2 - v0^2)/2s . Also (10 x 10^6 m/s) / 2 x 10 x 10^6 m = 5 x 10^6 m/s^2 . Das sind etwa 49 Millionen g.
An diesem Punkt können Sie sehen, dass Ihr Beschleuniger – ob Railgun, Spulenkanone oder Blaspfeil – viel länger als 10 Millionen Meter sein muss, wenn Sie wollen, dass normale Materialien überleben. Wenn die Beschleunigung mindestens 1000-mal länger wäre, könnten einige makroskopische Objekte überleben. Wir brauchen einen (länger als) 10 Millionen Kilometer langen Beschleuniger. Deshalb spricht Stephen Hawking von der Verwendung von Laserstrahlen, die in den Weltraum geschossen werden; Er will keine mehrere Millionen Kilometer lange Röhre ins All bauen müssen. Theoretische Physiker verdienen nicht so viel Geld.
Beschleunigung ist die Änderung der Geschwindigkeit über der Zeitänderung. Beim Umordnen finden wir, dass die Zeit 10 x 10^6 m/s / 5 x 10^6 m/s^2 = 2 Sekunden ist
Kinetische Energie ist 0,5 Masse x Geschwindigkeit^2, also 5 x 10^12 Joule. Leistung ist die Energie dividiert durch die Zeit, also 2,5 x 10^12 Joule/sec . Sagen wir 2x10^12 J/s oder 2 TW. Das sind viele Sonnenkollektoren. Wenn das Sonnenlicht 1500 Watt/m^2 liefert und unsere Solarmodule einen Wirkungsgrad von 30 % haben, bräuchten wir mehr als 4 x 10^9 m^2 Solarmodule, um so viel Strom in so viel Zeit bereitzustellen. Natürlich könnten wir einen Kondensator und ein kleineres Array verwenden.
UIDAlexD
Uwe