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Direkte Fusionsantriebe könnten uns im Handumdrehen durch den Weltraum fliegen lassen

Technologie kann uns in naher Zukunft über weite Strecken des Weltraums bringen.

Die Lichtgeschwindigkeit ist eine große Einschränkung bei der Erforschung des Weltraums. Es ist die Geschwindigkeit, mit der sich Licht im Vakuum bewegt, genau 186.282 Meilen pro Sekunde 29.9792.458 Meter oder 300.000 Kilometer pro Sekunde.Es ist unveränderlich, und soweit wir derzeit wissen, kann nichts diese Geschwindigkeit überschreiten.Das mag ziemlich schnell erscheinen, aber im Vergleich zu der Größe des Weltraums ist es, als würde man durch Melasse stapfen.

Für die Skalierung ist der Mond ungefähr 384.400 km von der Erde entfernt. Es dauert ungefähr 2,51 Sekunden, bis das Licht eine Rundreise von der Erde und zurück macht. Der Mars beträgt 3 Minuten und 2 Sekunden für eine einfache Fahrt.oder sechs Minuten und vier Sekunden in beide Richtungen. Es würde 4,6 Stunden dauern, bis das Licht Pluto erreicht, und weitere 4,6 Stunden, bis es zurückprallt. Schließlich würden wir 4,24 Jahre brauchen, um mit Lichtgeschwindigkeit zu gelangen. Alpha Centauri Bb - der nächste Exoplanet von der Erde. Er bewegt sich mit Höchstgeschwindigkeit.

nicht so schnell

Leider hat sich die Technologie nicht so weit entwickelt, dass wir Menschen in Raumschiffe setzen und sie mit Lichtgeschwindigkeit durch den Weltraum treiben können. Wenn wir dazu in der Lage wären, würden die Astronauten die Zeit auf seltsame Weise erleben, für die AstronautenDie Zeit scheint sich mit einer anderen Geschwindigkeit als auf der Erde zu bewegen. Fünf Jahre auf einem Schiff, das mit etwa 99 Prozent fährt, entspricht die Lichtgeschwindigkeit ungefähr 50 Jahren auf der Erde. Einsteins spezielle Relativitätstheorie besagt jedoch, dass wir einige Hindernisse überwinden müssenbevor wir überhaupt Lichtgeschwindigkeitsreisen für Menschen lebensfähig machen können.

Sobald ein Objekt die Lichtgeschwindigkeit erreicht hat, wird seine Masse unendlich. Natürlich benötigt es eine unendliche Menge an Energie, um sich vorwärts zu bewegen, wodurch effektiv eine Geschwindigkeitsbegrenzung für die Geschwindigkeit festgelegt wird, mit der sich ein Objekt bewegen kann. Wir müssten das Objekt buchstäblich biegenGesetze der Physik, um ein Objekt zu schaffen, das sich mit Lichtgeschwindigkeit oder schneller fortbewegen kann.

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Vorreiter

Einige der besten Astrophysiker der Welt haben an einer Lösung für unsere Zwangslage gearbeitet und viele verschiedene theoretische Motoren und Treibmittel vorgeschlagen, die sich möglicherweise mit Lichtgeschwindigkeit bewegen könnten. Eines der vielversprechendsten Geräte könnte die Fusionsleistung nutzen, um drastisch zu reduzierenReisezeiten. Physiker, die an dem Projekt arbeiten, schätzen, dass wir nach Titan reisen könnten - einer der interessantesten Orte in unserem Sonnensystem und ungefähr eine Milliarde Meilen von der Erde entfernt - in nur zwei Jahren!

DFD Direct Fusion Drive genannt, würde diese konzeptionelle Technologie auf einem ähnlichen Prozess beruhen, durch den unsere Sonne angetrieben wird. Wir haben bereits begonnen, Wege zu finden, um die Wärme- und Energie-Nebenprodukte der Kernreaktion für Strom zu nutzenIn der Tat sind Wissenschaftler Berichten zufolge kurz vor dem Loslassen der erste kommerzielle Fusionsreaktor.

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Fusionskraft ist seit langem eine Forschungsquelle für Astrophysiker und Ingenieure, die an der Entwicklung von Raumfahrttechnologien arbeiten. Ein Fusionsreaktor nutzt im Wesentlichen die Energie, die von zwei leichteren Atomen freigesetzt wird, die sich zu einem schwereren Kern verbinden - ein Prozess, der ständig in der Welt abläuftStellen Sie sich vor, Sie füllen die immense Kraft einer Kernfusionsbombe in Flaschen - die ihren Impuls erhält, indem sie Isotope von Wasserstoff bei extrem hohen Temperaturen zu Helium zusammendrückt, wodurch eine gewaltsame Energiefreisetzung verursacht wird und Sie damit angetrieben werdendurch den Raum. Klingt wild, oder?

Nun, Es gibt einen Grund, warum die Welt nicht von Fusionsreaktoren gespeist wird. . Sie sind eine ideale Stromquelle, da die Reaktionen theoretisch stabiler sind als die von Spaltreaktoren, daher besteht ein geringeres Risiko für eine Kernschmelze wie die Tschernobyl und Fukushima nukleare Katastrophen. Es gibt auch keine nuklearen Abfälle oder giftigen Nebenprodukte. Das Problem? Um die Reaktion zu starten, müssten wir Wasserstoff auf Temperaturen erwärmen, die das Sechsfache des Sonnenkerns überschreiten - oder 180 Millionen Grad Fahrenheit. 100 Millionen Grad Celsius . Das ist extrem heiß und a ny Reaktor müsste aus Material hergestellt werden, das der intensiven Hitze des Plasmas standhält ein ionisiertes Gas, das aus positiven Ionen und freien Elektronen bei sehr hohen Temperaturen besteht, das bei extrem hohen Temperaturen unter massivem Druck gehalten werden müsstefür Monate auf einmal.

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Direct Fusion Device :

Alle Hoffnung ist nicht verloren. Die Physiker arbeiten jetzt an dem, was früher für nahezu unmöglich gehalten wurde: direkte Fusionsantriebe. DFDs . Tatsächlich haben Wissenschaftler des Princeton Plasma Physics Laboratory an einem DFD gearbeitet, das uns möglicherweise in nur zwei Jahren Reisezeit zum wohl interessantesten Mond von Titan-Saturn führen könnte. Dieses Gerät ist als Princeton Field Reversed bekanntConfiguration-2-Reaktor PFRC-2. Die Forscher hoffen, dass er eines Tages das Hauptgerät für den Start von Satelliten und Sonden in den Weltraum sein wird. könnte eines Tages Menschen durch den Weltraum bringen .

„DFD verwendet ein einzigartiges Plasmaheizsystem zur Herstellung von Kernfusionsmotoren im Bereich von 1 bis 10 MW, ideal für die Erforschung menschlicher Sonnensysteme, Roboter-Sonnensystem-Missionen und interstellare Missionen.“ Entwicklungsforscher des Princeton Plasma Physics Laboratory sagte im Jahr 2019 .

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„Der Motor selbst nutzt viele der Vorteile der aneutronischen Fusion, insbesondere ein extrem hohes Leistungsgewicht“ Oktober 2020 Pressemitteilung liest. „Der Kraftstoff für einen DFD-Antrieb kann geringfügig in der Masse variieren und enthält Deuterium und ein Helium-3-Isotop. Im Wesentlichen nimmt der DFD den hervorragenden spezifischen Impuls elektrischer Antriebssysteme und kombiniert ihn mit dem hervorragenden Schub chemischer Raketen, zKombination, die das Beste aus beiden Flugsystemen vereint. “

Ein FRC-Reaktor verwendet ein lineares magnetisches Magnetspulenarray, um das Plasma einzuschränken, und arbeitet bei höheren Plasmadrücken als andere Konstruktionen, wodurch eine höhere Schmelzleistungsdichte für eine gegebene Magnetfeldstärke als bei anderen Plasmageräten mit magnetischem Einschluss bereitgestellt wird.

Im Allgemeinen werden Fusionssysteme als ideal für interstellare Missionen angesehen, weil sie Wasserstoff als Kraftstoff verwenden und es ist zufällig das reichlichste Element im Universum - daher benötigen die Schiffe keine wesentlichen Gasspeicher zum Auftanken. Dies könnte auch für Sonden hervorragend funktionieren. Leider dauert es mit der aktuellen Technologie ungefähr 7Jahre, um die 2 Milliarden Meilen zwischen Erde und Saturn zu durchqueren. Die berühmte Cassini-Huygens-Sonde wurde 1997 gestartet und kam 2004 an ihrem Ziel an. 42.500 Meilen pro Stunde oder 68.397 km / h und Temperaturen zwischen 266 Grad F 130 ° C und -346 Grad F -210 ° C . Neue Horizonte Die erste Mission nach Pluto dauerte fast 10 Jahre.

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Interessanterweise ist es beim Starten von Sonden für Astronomen wichtig, die Ausrichtung von Planeten zu berücksichtigen. Cassini-Huygens-Sonde wurde zum Beispiel während eines Fensters gestartet, in dem sich die Venus relativ nahe an der Erde befand. Sie wanderte von der Erde zur Venus, zurück zur Erde, zum Jupiter und dann zum Saturn. Jedes Mal erhielt die Sonde von jedem Planeten eine kleine Gravitationsunterstützung, was Cassinis Geschwindigkeit erhöhte.

"Um die beste Route zum größten Saturnmond abzubilden, arbeitete das italienische Team mit den DFD-Entwicklern bei PPPL zusammen und erhielt Zugriff auf Leistungsdaten von der Testmaschine. Anschließend zogen sie einige zusätzliche Daten zu Planetenausrichtungen ab und begannen mit der ArbeitOrbitalmechanik. Dies führte zu zwei verschiedenen möglichen Pfaden, einem, bei dem nur zu Beginn und am Ende der Reise ein konstanter Schub angewendet wurde als Schub-Küsten-Schub-TCT-Profil bezeichnet, und einem, bei dem der Schub für die Konstante konstant warDauer der Reise. "

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"Bei beiden Fahrten wurde die Schubrichtung geändert, um das Raumschiff zu verlangsamen und in das Saturn-System einzutreten. Bei konstantem Schub würde die Fahrt etwas weniger als zwei Jahre dauern, während das TCT-Profil eine Gesamtfahrzeit von2,6 Jahre für ein Raumschiff, das viel größer als Cassini ist. Beide Pfade würden keine Schwerkraftunterstützung erfordern, von der Raumfahrzeuge, die zu den äußeren Planeten reisen, regelmäßig profitiert haben. "

Wenn dieses Gerät nicht funktioniert, sind mehrere andere Geräte in Arbeit, aber dies bleibt eine der vielversprechendsten Ideen. Da jedoch das nächste gute Fenster für die Reise nach Titan im Jahr 2046 besteht, haben Forscher ungefähr30 Jahre, um den DFD zum Laufen zu bringen.

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