Könnte abgestrahlte Wärme Raumfahrzeuge im Weltraum antreiben?

Dies ist ein Antrieb über Infrarotphotonen, der anderen Photonenantriebsmethoden ähnlich ist. Es ist üblicher, von Gamma- (Antimaterie-Antrieben) und Röntgenantrieb zu hören, weil wir Mechanismen haben, um höhere Leistung durch sie zu treiben, während thermische Photonen durch das Stefan-Boltzmann-Gesetz begrenzt sind.

Zur Frage:

Wie viel Wärme wäre notwendig, um einen 1-kg-Körper durch 0,01 G im Weltraum zu beschleunigen?

Der spezifische Impuls ist für alle Photonen gleich. Schließlich reisen sie alle mit der gleichen Geschwindigkeit (aber ich denke, das Limit-basierte Argument ist etwas nuancierter). Aber Sie müssen immer noch den Emissionswinkel korrigieren . Sie sind nicht perfekt kollimiert, daher ist unsere beste Annahme, eine isotrope Emission über eine Halbkugel anzunehmen. Details kommen hier gleich heraus wie Analoga:

http://en.wikipedia.org/wiki/Relativistic_rocket

Bei der Elektron-Positron-Vernichtung werden die Gammastrahlen kugelsymmetrisch emittiert und können mit der derzeitigen Technologie fast nicht reflektiert werden. Daher können sie nicht nach hinten gerichtet werden. Eine einfache Lösung wäre, einen Gammastrahlenabsorber zu haben, der alle Gammastrahlen absorbiert, die sich in Vorwärtsrichtung bewegen, und einen Teil des Schubs liefert; und den Rest ohne Ablenkung emittieren zu lassen (daher mit einem Divergenzwinkel von 180 °), wodurch der (durchschnittliche) nützliche Impuls der Gammastrahlen halbiert wird, was dazu führt, dass der spezifische Impuls geringer ist als in der idealisierter Fall.

Ich denke, das ist ein Faktor von 1/2, wenn ich mich an den Transportunterricht erinnere.

Bei einem so hohen spezifischen Impuls können wir die Raketengleichung zugunsten einer Annäherung an den Impuls verwerfen. Sie scheinen (1 kg) x (0,01) x (9,8 m/s ^ 2) = 0,1 Newton zu wollen.

Die Pioneer-Anomalie gibt eine Antwort erster Ordnung.
Die Pioneer-Anomalie war eine Beschleunigung von$(8.74±1.33)×10^{−10} m/s^2$. Laut dem Papier, in dem die Lösung für die Anomalie veröffentlicht wurde, wurde diese Beschleunigung durch etwa 50 W Heizleistung verursacht.
Also bekommst du$10^{-11} m/s^2W$, oder 100 GW für 1$m/s^2$, für ein Raumschiff, das ~250 kg wiegt. Also 40 MW für 1 kg bei 0,01 G. Es gibt bessere Möglichkeiten, diese Macht zu nutzen.

Wärme wird in Form von Infrarotstrahlung in den Weltraum abgestrahlt. Infrarotstrahlung ist nichts anderes als langwelliges Licht. Und es gibt ein theoretisches Konzept für ein Raumfahrzeug, das durch einen Lichtstrahl beschleunigt wird, genannt Photonenantrieb.

Das Tolle am Photonenantrieb ist, dass er kein Treibmittel benötigt, das heißt, wenn Sie Zugang zu einer externen Energiequelle (wie Sonnenkollektoren) haben, geht Ihnen nie der Treibstoff aus.

Leider hat es eine sehr, sehr geringe Energieeffizienz. In diesem Artikel wird von nur 20 µN Schub pro Watt gesprochen, und das war für einen gerichteten Laserstrahl unter Laborbedingungen, nicht für Infrarotstrahlung, die von der allgemeinen Richtung weg gerichtet ist, in die Sie gehen möchten.

Also ja, theoretisch kann man ein Raumschiff antreiben, indem man seine Abwärme leitet, aber praktisch ist der Effekt vernachlässigbar.

Es gibt auch ein größeres Konzept für eine photonische Rakete, das Ihrer Idee der Nutzung von Wärme näher kommt, die Nuclear Photonic Rocket . Die Idee ist, die von einem Kernreaktor erzeugte Wärme zur Schuberzeugung zu nutzen. Aber es ist immer noch nicht sehr effizient. Eine viel bessere Nutzung dieser Energie wäre es, den Reaktorabfall zu beschleunigen, um Schub zu erzeugen.