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Ramjet-Antrieb und die nahezu Unmöglichkeit interstellarer Reisen

Könnten wir ein solches Raumschiff bauen, das Wasserstoff aus den Sternen, die es vorbeizieht, „schöpfen“ könnte?

Künstlerische Darstellung des Ramjet-Antriebssystems. Credit: NASA NASA/Wikimedia

Die Erforschung des menschlichen Weltraums hat ihren Anteil an Erfolgen gehabt, wobei unsere Sonden weit in den interstellaren Raum vorgedrungen sind. Aber die Menschen selbst haben es noch nicht am Mond geschafft. Wenn wir jemals andere erdähnliche Planeten oder außerirdische Zivilisationen finden wollen, danndie immense Spannweite des Weltraums viel schneller durchqueren können.Eine mögliche Erfindung, die dies möglich machen könnte, ist ein theoretischer Weltraumantrieb, der als „Bussard-Kollektor“ bekannt ist. oder „Ramjet-Antrieb“. A neueste Physikarbeit veröffentlicht im TagebuchActa Astronauticaerwägt die Machbarkeit dieser Technologie.

Was ist Staustrahlantrieb?

Im Großen und Ganzen würde ein Bussard-Staustrahl für ein Raumschiff funktionieren nach mit enormen Magnetfeldern um Wasserstoffprotonen im interstellaren Raum einzufangen, Komprimieren der reaktiven Masse in ein fortschreitend eingeschnürtes Magnetfeld bis thermonukleare Fusion tritt auf. Das Magnetfeld lenkt dann die Energie in Rakete Auspuff, für Schub sorgen.

Der Schub des Jets würde dem Schiff theoretisch erlauben, zu erreichen relativistische Geschwindigkeiten, ohne Kraftstoff an Bord. Das Konzept basiert auf der Anwesenheit von hochenergetischen Teilchen im Weltraum, wobei Wasserstoff insbesondere in einem ionisierten Zustand vorliegt, der durch Magnetfelder beeinflusst werden kann. Wenn man diesen Wasserstoff „schöpfen“ könnte, wie Bussard sich vorstellte, könnte erin einen Reaktor geleitet werden, wo die Abgase des Reaktors den für Hochgeschwindigkeitsreisen notwendigen Schub liefern würden.Ella Anderson Anmerkungen, eine solche Weltraumfahrt würde es den Menschen ermöglichen, ihr nächstgelegenes Sternensystem in weniger als 4 Jahren und die nächste Galaxie in weniger als 30 Jahren zu erreichen.

Bemerkenswert ist auch, dass ein solches Raumschiff keinen Treibstoff transportieren müsste, sondern sich von den Abfällen des Kosmos ernähren würde, um sich selbst anzutreiben. Es ist jedoch wahrscheinlich, dass es eine beträchtliche Menge anfänglichen Treibstoffs benötigt, um es zu erreichendie Geschwindigkeiten, die für das Sammeln von genug Wasserstoff zum Antrieb des Motors erforderlich sind.

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Die Geschichte des Konzepts

Die Idee hinter den Staustrahl-Weltraumantrieben stammt von einem 1960 Papier mit dem Titel “Galaktische Materie und interstellarer Flug“, geschrieben von Robert Bussard, einem amerikanischen Physiker, der für seine Arbeit im Bereich der Kernfusionsenergie bekannt ist. Wie die neue Analyse dieses Konzepts erklärt, bestand Bussards Vorschlag darin, ionisierte Wasserstoffprotonen aus dem interstellaren Raum für die Kernfusion zu verwenden. “Die Protonen würden über einen großen Einlassbereich gesammelt und durch ein elektrisches oder magnetisches Feld in den Fusionsreaktor geleitet“, schreiben Sie die AutorenProfessorPeter Schattschneider, Physiker an der Technischen Hochschule Wien sowie Science-Fiction-Autor, und sein Kollege Albert Jackson. "Je schneller das Schiff, desto höher der Protonenfluss und desto höher der Schub", erklären sie.

In a2007 Interview über die Staustrahl-Konzeption erklärte Robert Bussard seine anfängliche Inspiration für diese revolutionäre Art, durch den Weltraum zu reisen. Er war eines Abends bei einem Abendessen und dachte, dass das Hauptproblem bei interstellaren Reisen über Raketen darin besteht “Sie müssen Ihr gesamtes reaktives Treibmittel an Bord mitführen. Das bedeutet Siemuss riesige Raumschiffe bauen das könnte den ganzen Treibstoff transportieren. Sie würden auch zusätzliche Energie benötigen, um solche riesigen Schiffe zu beschleunigen.

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Also fiel Bussard ein: "Warum sich die Mühe machen, Treibstoff zu tragen, wenn der Treibstoff dort draußen in den Räumen zwischen den Sternen sitzt? Es ist Wasserstoff. Wovon laufen die Sterne? Die Fusion von Wasserstoff."

Er dachte sich, dass man im Prinzip „den Wasserstoff sammeln könnte, der sich beim Fliegen zwischen den Sternen befindet, ihn irgendwie auf magische Weise in einen Fusionsmotor stecken und dann den Fusionsmotor verwenden, um das Schiff anzutreiben, damit man seinen Treibstoff nicht tragen muss"Sie würden mitfliegen, Wasserstoff schöpfen und ihn verwenden, um Ihren Staujet anzutreiben.

Das Problem mit interstellaren Staustrahltriebwerken

Eine Reihe von Wissenschaftlern seit Bussard haben versucht, sich die Funktionsweise der magnetischen „Schaufel“-Felder vorzustellen, die für das Funktionieren der Idee erforderlich sind, darunter Carl Sagan. Dennoch waren die Details zu kurz, wie die tatsächliche Struktur aussehen müsste.Bis ein Vorschlag von 1969 von John F. Fishback vom MIT, mit dem Titel "Relativistic interstellar spaceflight". In dem Papier betrachtete Fishback vollständig, wie ein magnetisches Schaufelfeld funktionieren und konfiguriert werden würde. Dieses Papier, als Schattschneider und Jackson schreiben, war ziemlich elegant, machte aber viele Vermutungens über die Struktur und den Umfang des Projekts.

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Die neue Analyse verwendete Fishbacks Papier als Sprungbrett und beinhaltete Computersimulationen, die tatsächlich bewiesen, dass die Idee des Staustrahlantriebs „physikalisch machbar“ war. Es ist jedoch ein großes „Wenn“ beteiligt, da die Simulationen auch zeigten, dass die Größe von der magnetische Trichter notwendig, um die Protonen anzutreiben, wäre „absurd lang“ und mit der aktuellen Technologie praktisch unmöglich.

Für einen Schub von 10 Millionen Newton, was etwa dem Doppelten des Hauptantriebs des Space Shuttles entspricht, müsste der Trichter einen Durchmesser von fast 4.000 Kilometern haben, mit einem Magnetfeld, das sich bis zu 93 Millionen Meilen erstreckt150 Millionen Kilometer lang. So weit ist die Erde von der Sonne entfernt.

Wie fortgeschritten müssen wir sein?

Interessanterweise prognostizierte Bussard ziemlich optimistisch, dass der Mensch noch etwa 100 Jahre brauchen würde, um das erforderliche technische Niveau für seinen Staujet zu erreichen.

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In der neuen Analyse stellen die Wissenschaftler fest, dass sogar eine Hochkultur vom Typ II auf der Kardaschew-Skala wäre „unwahrscheinlich“, die Leistung des Baus von „magnetischen Staustrahltriebwerken mit axialen Solenoiden“ zu vollbringen.Sowjetischer Astronom Nikolai Kardashev im Jahr 1964 wären in der Lage, die Kraft ihrer lokalen Sonnen zu nutzen. Sie hätten das Know-how zum BauenEnergie-einfangende Dyson-Kugelndas könnte Sterne sowie ähnliche Megastrukturen umschließen – Fähigkeiten, die unsere derzeitigen Fähigkeiten weit übersteigen. Trotz all unserer Fortschritte sind wir bei Typ 0 und arbeiten immer noch daran, wie wir die gesamte Energie unseres Heimatplaneten nutzen können.

Obwohl es technische Herausforderungen gibt, glauben die Wissenschaftler, dass es sich lohnt, das Konzept des Staustrahlantriebs weiter zu studieren. Professor Schattschneider argumentiert, dass diese Technologie nicht nur im Bereich der Science-Fiction liegt, sondern auch in der technisch-wissenschaftlichen Raumfahrtgemeinschaft ernsthaftes Interesse gefunden hat.

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"Die Idee ist definitiv eine Untersuchung wert," geteilt Schattschneider. "In interstellarer Raum, es gibt stark verdünntes Gas, hauptsächlich Wasserstoff — ungefähr ein Atom pro Kubikzentimeter. Wenn man den Wasserstoff vor dem Raumschiff wie in einem magnetischen Trichter mit Hilfe riesiger Magnetfelder sammeln würde, könnte man damiteinen Fusionsreaktor betreiben und das Raumschiff beschleunigen“, fügte er hinzu.

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