Mit Laserantrieb ins Universum

Cssrx schrieb:Würde die größe eines smartphones nicht schon ausreichen um innerhalb 2 jahrzenten nach Alpha centaurie zu fliegen und wieder zurück?

Wie willst abbremsen? Geschweige denn zurück kommen?

Mal abgesehen davon das du auch damit nicht 4 LJ in 2 Jahren zurücklegen kannst nicht aus der Perspektive der Sondenerbauer.

Mit dieser Technik könnte man nur mit sehr kleinen Sonden das Alpha-Centauri-System innerhalb von zwei Jahrzehnten erreichen; mit einem großen bemannten Schiff dürfte das kaum möglich sein. Eine Raumsonde müsste auch einen starken Sender mitführen, um die ermittelten Daten aus dem Alpha-Centauri-System zur Erde zu übertragen, was sie natürlich schwerer machen würde. Wenn man dann noch einen Antrieb einbaut, mit dem sie abbremst, um nicht einfach wie eine Kanonenkugel am Ziel vorbeizusausen, dann wäre sie schon fast zu schwer, um überhaupt innerhalb eines Menschenlebens ihre Mission erfüllen zu können, mal abgesehen davon, das sich die Flugzeit durch die Abbremsung noch einmal erheblich verlängert...

Wenn man also nicht nur einfach kleine Sonden ohne eigenen Antrieb und mit einem Sender durch ein System schießen wollen, mit einer geringen Aussicht auf einen brauchbaren Schnappschuss, dann muß man sich schon etwas einfallen lassen, was diesen Mangel kompensiert. Mein Vorschlag wäre, ein größere Sonde zu bauen, die über einen starken Sender verfügt, aber nicht über einen eigenen Antrieb; stattdessen führt sie 100 kleinere Sonden mit, die mit einem sehr schwachen und leichten Sender ausgerüstet sind. Dieses "Gefährt" wird dann mit maximal möglicher Laserenergie lange genug beschleunigt, um einen brauchbaren Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit zu erreichen...

Kurz vor dem Ziel werden dann alle 100 Minisonden so ausgeklingt, das sie in einem breiten Fächer in das Alpha-Centauri-System eindringen; diese übertragen dann ihre gewonnenen Daten an die große Hauptsonde, die dann mit ihrem starken Sender die Daten zur Erde überträgt. So braucht man nur einen schweren Sender und nutzt die "Kraft der hundert Sonden" zur Erforschung des Systems. Auf einen eigenen Antrieb verzichtet man hier, weil er zu schwer ist und weil der Abbremsvorgang die Flugzeit verlängert. Die Sonden durchqueren das System und verschwinden danach in den Tiefen des Weltraums, um vielleicht irgendwann ein anderes interessantes Ziel anzusteuern und solange Daten zu senden wie möglich...

wolf359 schrieb:Mit dieser Technik könnte man nur mit sehr kleinen Sonden das Alpha-Centauri-System innerhalb von zwei Jahrzehnten erreichen; mit einem großen bemannten Schiff dürfte das kaum möglich sein.

Ist nur eine Frage der Enegieaufwandes.

wolf359 schrieb:Daten aus dem Alpha-Centauri-System zur Erde zu übertragen, was sie natürlich schwerer machen würde. Wenn man dann noch einen Antrieb einbaut, mit dem sie abbremst, um nicht einfach wie eine Kanonenkugel am Ziel vorbeizusausen, dann wäre sie schon fast zu schwer, um überhaupt innerhalb eines Menschenlebens ihre Mission erfüllen zu können, mal abgesehen davon, das sich die Flugzeit durch die Abbremsung noch einmal erheblich verlängert...

Wieviel Zeit Beschleunigen und Abremsen benötigen ist abhängig davon wie stark er Erfolgt. Bei einer Beschleunigung von nur 1 G erreicht man mahtmatisch recht schnell die LG.

Damit einer Mission in einem Menschnleben gelingt reichen 5 bis 10% der LG aus.


btw in deinem Beispiel ergeben sich durch die Minisonden keine Vorteile, weil man

sie eh mit der langsameren Schweren loschickt. Noch hinzu bräuchten sie ihre Eigenen ANtriebssysteme um nennenwerte Delta V Unterschiede zum Träger zu erreichen.

Mit Laser schwerere Objekte auf z.B. 0.1c bescheunigen denke ich wird niemals klappen.

Könnte man nicht besser einen Reflektor bauen und dann die Sonde mit einer Atombombe beschleunigen.

@mayday

Wieso nicht. Nur eine Frage des Verfahrens und der Energie.

@taren

Das ist Project Orion, und Medusa.

@Fedaykin
Das "Segel" müsste riesig sein, somit steigt die Masse zusätzlich, der Schub ist gering. Das lässt sich sicherlich rechnen, bin aber skeptisch.

Einziger Grund warum diese Idee existiert, ist wegen endlichem mitgeführtem Treibstoffproblem, diese innefizienz Raketenmotoren.

Würde aber auf dem Mond Raffinerien aufgebaut, die Helium-3 gewinnen, liesse sich damit höchstenergetische Kernfusion betreiben. HE-3 wäre dann der "Raktentreibstoff" schlechthin, minimaler Verbrauch bei max Energieausbeute. Eine HE-3 Fusion ist fast so Energiereich wie eine DT-Fusion, gehört aber zur Kategorie anuetronische Fusion d.h. keine Neutronenstrahlung und auch direkte Umwandlung in Elektrizität möglich, ohne dne weg über Dampf/Turbine.

Der Mond ist aus dem Fokus, aber ist womöglich der Schlüssel für künftige DeepSpace Missionen; keine Plattetektonik (Erdbeben), keine Stürme, ruhiger Planet mit Massig Fusionstreibstoff der Superlative und Erde zugewandte seite ist relativ sicher vor Einschlägen.

Weit weg isser auch nicht. Das einzig Doofe ist, es gibt kein Wasser. Es wäre realtiv einfach möglich dort eine Abbau/Raffinerieindustrie aufzubauen. Ich denke dies könnte zu weiten Teilen automatisiert mit Robotern geschehen.

Dem voraus ginge aber ein Weltraumaufzug von der Erde, das würde alles enorm erleichtern.

@Fedaykin

Fedaykin schrieb:Ist nur eine Frage der Enegieaufwandes.

Ja..., aber ob du nun eine Minisonde, (oder überhaupt eine Raumsonde...) beschleunigst, oder aber ein Raumschiff das viele Jahrzehnte lang das Überleben der Crew garantieren soll, ist schon ein gewaltiger Unterschied; außerdem gilt es zu bedenken das auch im (unwahrscheinlichen...) Fall, das man so sein Ziel "zeitnahe" erreicht, es im Alpha-Centauri-System kein Lasersystem gibt, das einen wieder zurück zur Erde bringt...

Fedaykin schrieb:Wieviel Zeit Beschleunigen und Abremsen benötigen ist abhängig davon wie stark er Erfolgt. Bei einer Beschleunigung von nur 1 G erreicht man mahtmatisch recht schnell die LG.

Bei einer bemannten Mission braucht man auch einen Antrieb, mit dem man mit einer Beschleunigung von 1 G bis zum Zielort wieder abbremst, und das wäre schon ein gewaltiges Gewicht, das man ebenfalls beschleunigen müsste...

Fedaykin schrieb:in deinem Beispiel ergeben sich durch die Minisonden keine Vorteile, weil man

sie eh mit der langsameren Schweren loschickt

Das ist ja interessant...

Du glaubst also, das man ein bemanntes Raumschiff zeitnahe mit Lasern zu Alpha-Centauri bringen kann, aber mit einer Raumsonde geht das nicht ? Dazu sei angemerkt, das auch die Hauptsonde extrem leichtgebaut ist und alle Möglichkeiten einer Miniaturisierung nutzt, die sich nur irgendwie technisch realisieren lassen. Das eigentliche Hauptgewicht liegt hier beim starken Sender (und vielleicht auch in der Energieversorgung...); die kleinen Minisonden fallen dabei eher weniger ins Gewicht. Sie sind nur mit einem schwachen Minisender ausgestattet, der mit der Hauptsonde kommuniziert. Würde man sie alle einzeln losschicken, so hätte man 100 wesentlich schwerere Sonden, weil sie alle einen eigenen starken Sender bräuchten, der bis zur Erde reicht...

Fedaykin schrieb:Noch hinzu bräuchten sie ihre Eigenen ANtriebssysteme um nennenwerte Delta V Unterschiede zum Träger zu erreichen.

Es ist richtig, das die Minisonden einen eigenen kleinen Antrieb bräuchten, aber der wäre nicht viel mehr als ein "Pistolenschuß" die die Sonden schnell von der Hauptsonde wegtreibt; und das Ausklinken sollte schon relativ früh erfolgen, denn der "Fächer" müsste eine gewisse Mindestgröße aufweisen. Das wäre aber auch schon alles, denn es geht hier um einen ungebremsten Flug durch das Alpha-Centauri-System...

Dazu gäbe es dann noch eine ergänzende Mission...

Wenn schon mal ein starker Sender unterwegs ist, dann kann man auch viele Minisonden unabhängig von der Hauptmission einzeln in Richtung Alpha Centauri beschleunigen, die alle nur einen Minisender an Bord haben; diese könnten dann vor Ort ergänzende Daten an die Hauptsonde liefern, so viele diese eben verarbeiten kann. Die Flubahnen dieser Minisonden wären lange nicht so präzise, wie die der Hauptmission, aber sie könnten auch in Gebiete vorstossen, die von der Hauptmission nicht erfasst werden...

Ok die Helium-3 Vorkommen auf dem Mond müssen sich erst bestätigen, sehr viel ist es villeicht nicht bzw. grossflächig verteilt, man muss es erst einsammeln. Das ginge aber rel. einfach auch mit vielen kleinen (billigeren) ferngesteuerten Solar Rovern (Harvester) welche Oberfläche durchpflügen und sammeln.

Das Problem ist natürlich auch noch die Fortschritte in der Kernfusion..positiv hier zumindest; Anforderungen an eine HE-3 Fusion ist in etwa "nur" gleich hoch wie bei einer DT-Fusion.

Das sind natürlich dann keine Tokamaks auf dem Raumschiff, es ginge hier in erster Linie um den Rückstoss der Teilchen (Ionen) mit extrem hoher Geschwindigkeiten aufgrund HE-3 Fusion aber nicht um eine Netto Energie-Gewinnung aus Fusion, welche angestrebt werden muss.

mayday schrieb:Das "Segel" müsste riesig sein, somit steigt die Masse zusätzlich, der Schub ist gering. Das lässt sich sicherlich rechnen, bin aber skeptisch.

Shub ist nicht so entscheident. Die Dauer der Beschleunigung macht es.

Ein Solarsegel ist generell nicht das Masse Problem, zumal ja sämtliche Stützmasse entfiele an der Konstruktion.

Sofern man denn Lasersegeln als Option nutzen möchte. Möglich auch das man den Laser lediglcih als Energiequelle für ein anderes Arbeitsmedium nutzt.

Die Herausforderung liegt eher beim Laser und der Energieversorung.

mayday schrieb:Einziger Grund warum diese Idee existiert, ist wegen endlichem mitgeführtem Treibstoffproblem, diese innefizienz Raketenmotoren.

Das Treibstoffproblem hat weniger mit Effiziens zu tun als mit Newtons 3 Gesetz.

Die Idee hat aber andere Hintergründe.

mayday schrieb:Würde aber auf dem Mond Raffinerien aufgebaut, die Helium-3 gewinnen, liesse sich damit höchstenergetische Kernfusion betreiben. HE-3 wäre dann der "Raktentreibstoff" schlechthin, minimaler Verbrauch bei max Energieausbeute. Eine HE-3 Fusion ist fast so Energiereich wie eine DT-Fusion, gehört aber zur Kategorie anuetronische Fusion d.h. keine Neutronenstrahlung und auch direkte Umwandlung in Elektrizität möglich, ohne dne weg über Dampf/Turbine.

Vielleicht warten wir erstmal bis die Fusion klappt. Fusionstriebwerke sind auch interessant. Das Problem mit der Mass Ration bleibt.

Es wäre wohl efiizienter Helium 3 auf der Erde herzustellen als vom Mond zu Kratzen.

wolf359 schrieb:Ja..., aber ob du nun eine Minisonde, (oder überhaupt eine Raumsonde...) beschleunigst, oder aber ein Raumschiff das viele Jahrzehnte lang das Überleben der Crew garantieren soll, ist schon ein gewaltiger Unterschied;

Nur in der Benötigten Energiemenge. Wobei sich die Frage sowieso erstmal erledigt hat nach Bemannten Missionen.

wolf359 schrieb: außerdem gilt es zu bedenken das auch im (unwahrscheinlichen...) Fall, das man so sein Ziel "zeitnahe" erreicht, es im Alpha-Centauri-System kein Lasersystem gibt, das einen wieder zurück zur Erde bringt...

Nein, aber wir redeten auch nicht von bemannten Missionen. Aber auch bei den Alternativen ist es recht utopisch die Reaktionsmasse für den Rückweg ebenfalls mitzuführen.

wolf359 schrieb:Bei einer bemannten Mission braucht man auch einen Antrieb, mit dem man mit einer Beschleunigung von 1 G bis zum Zielort wieder abbremst, und das wäre schon ein gewaltiges Gewicht, das man ebenfalls beschleunigen müsste...

Nein man muss nicht mit einem G verzögern, man kann auch länger und mit weniger Verzögern. Entscheident ist doch die Gesamtdauer einer Mission. Aber es geht ja lediglich um Sondenmissionen die auch Informationen zurücksenden können, dafür braucht nicht zwingend eine völlig Abremsung. Die Könnte durch die dorig Sonne erfolgen und swing by mannövern.

wolf359 schrieb:Du glaubst also, das man ein bemanntes Raumschiff zeitnahe mit Lasern zu Alpha-Centauri bringen kann, aber mit einer Raumsonde geht das nicht ?

Wo schrieb ich überhaupt was von Bemannten Raumschiffen. Es geht darum das es auch mit größeren Objekten geht.

Da deine Minisonden aber Parasitensonden sind ergibt sich kein Vorteil gegen über der Großen Sonen, weil man sie im Zweifel auch wieder mit einem Antriebsystem austatten muss.

wolf359 schrieb:Dazu sei angemerkt, das auch die Hauptsonde extrem leichtgebaut ist und alle Möglichkeiten einer Miniaturisierung nutzt, die sich nur irgendwie technisch realisieren lassen. Das eigentliche Hauptgewicht liegt hier beim starken Sender (und vielleicht auch in der Energieversorgung...); die kleinen Minisonden fallen dabei eher weniger ins Gewicht.

Wenn wir schon bei jedes Gramm zählt sind. Aber wo soll der Vorteil deine Minisonden liegen wenn sie A) eh mit der Großen Sonde reisen.

Sie sind nur mit einem schwachen Minisender ausgestattet, der mit der Hauptsonde kommuniziert. Würde man sie alle einzeln losschicken, so hätte man 100 wesentlich schwerere Sonden, weil sie alle einen eigenen starken Sender bräuchten, der bis zur Erde reicht...
t

Und wie groß sollen die Minisonden sein bzw die Distanz zum Sender? Da Reden wir über Entfernungen die den Vorteil wohl negieren, dann doch lieber 2 Monate länger warten und die richtige Sonde schicken.

Bezogen auf einer Mission in 4 LJ Entfernung macht eine Distanz zwischen Minsonde und Hauptsender von wenige AE den Braten nicht fett.

wolf359 schrieb:Es ist richtig, das die Minisonden einen eigenen kleinen Antrieb bräuchten, aber der wäre nicht viel mehr als ein "Pistolenschuß" die die Sonden schnell von der Hauptsonde wegtreibt; und das Ausklinken sollte schon relativ früh erfolgen, denn der "Fächer" müsste eine gewisse Mindestgröße aufweisen. Das wäre aber auch schon alles, denn es geht hier um einen ungebremsten Flug durch das Alpha-Centauri-System...

Ich glaube du unterschätz mal die Distanzen. Die Frage wäre immer noch was könnten diese Sonden (Um das System in der Breite abzusuchen bräuchten sie schon mehr Detlat V) und vor allem Mehr Sonden.

mayday schrieb:Ok die Helium-3 Vorkommen auf dem Mond müssen sich erst bestätigen, sehr viel ist es villeicht nicht bzw. grossflächig verteilt, man muss es erst einsammeln. Das ginge aber rel. einfach auch mit vielen kleinen (billigeren) ferngesteuerten Solar Rovern (Harvester) welche Oberfläche durchpflügen und sammeln.

Man sagt so 0,01 Gramm pro Tonne Regolit

Auf GreWi gibt's mal wieder einen Bericht zu dem Thema mit einem kurzem Video dazu

Breakthrough Starshot Animation (Clip)

Externer Inhalt
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Derzeit, so gesteht das „Starshot“-Team ein, gäbe es noch einige Herausforderungen, die es noch zu lösen gelte. Aus diesem Grund wolle man das Projekt jetzt schon veröffentlichen, um so die Öffentlichkeit in der Hoffnung auf Lösungsvorschläge für diese Probleme, daran zu beteiligen.

Tatsächlich stelle sich nicht nur die Frage, ob wir (derzeit) schon fremde Sterne erreichen können, sondern auch die, ob uns dies auch innerhalb einer Generation gelingen kann.

http://www.grenzwissenschaft-aktuell.de/starshot-mini-sonden-nach-alpha-centauri20160413/

Jaja. 10 Jahre bis zum Pluto und 20 Jahre bis zum nächsten Stern. Wieso schicken wir nicht den Pumukel?

@schelm1

Ein Problem könnte die Ausstattung der Mini-Sonde sein; wenn sie tatsächlich eine vergleichbare Leistung wie eine herkömmliche Raumsonde erbringen soll, dann muß sie eine Menge Instrumente auf einem einzigen kleinen Chip vereinen, einschließlich des Senders, der die Daten zur Erde übermittelt. Für den Anfang wäre es vielleicht eine brauchbare Idee, nur spezielle Sonden zu entwickeln, die zuerst einmal nur eine Aufgabe gut erledigen, wie zum Beispiel brauchbare Aufnahmen von einem Planeten oder Stern zu machen, nach Magnetfeldern zu suchen oder den Raum nach Himmelskörpern zu scannen. Wenn das gelingt, dann kann man immer noch ähnlich leistungsfähige Varianten erzeugen, die sich auf einem Chip vereinigen lassen...

Eine andere Möglichkeit wäre, eine Sonde in Einzelteilen nach Alpha Centauri zu senden; die Sonde an sich bestünde dann aus einzelnen Instrumenten, die alle autonom auf den Weg gebracht werden, aber als Schwarm miteinander kommunizieren; zwar würde die Kommunikationseinheit dieser Einzelteil-Sonden für jeden Teil extra ins Gewicht fallen, aber jede Einzelteil-Sonde an sich könnte leicht genug sein, um mit dem geplanten Anlagen auf 20 % der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt zu werden. Die Sonde an sich bestünde aus einem Schwarm aus individuellen Einzelteilen, die in der Summe eine ähnliche Leistung erbringen könnten, wie eine herkömmliche Sonde...

Ein anderes Problem ist die Kommunikation. Wie kann es gelingen, die Distanz zwischen unserem Sonnensstem und Alpha Centauri zu überbrücken ? Auch das könnte mit der bisher angepeilten Leistung der Anlage gelingen, indem man nicht eine Sonde mit einem starken Sender schickt, sondern eine Kette von Sonden, alle zueinander nur einen kleinen Teil der der ungeheuren Entfernung überbrücken müssen. Man schickt einfach in gewissen Zeitabständen eine Sonde mit einem starken Sender hinterher, so das sich eine Kommunikationskette ergiebt, die bis nach Alpha Centauri reicht. Man müsste so zwar recht lange Sonden ausschicken, bis man mit einer Nachricht rechnen kann, aber wenn inzwischen in der Stärke und dem Gewicht der Sender Fortschritte erzielt werden können, so könnte die Zahl der Sonden, die zur Aufrechterhaltung der Kette nötig sind, im Laufe der Zeit abnehmen. Hier wäre es auch gut, mehr Sonden als nötig zu schicken, um den eventuellen Ausfall einer einzelnen Sonde zu kompensieren...

Das sind natürlich "nur" vorübergehende Lösungen, die bis zur Entwicklung der "ultimativen" interstellaren Ultraleichtsonde im Einsatz sein könnten, aber warum sollte man auch solange warten bis man sich zu den Sternen aufmacht ? Es ist ohnehin wahrscheinlich, das erste Prototypen durch unser Sonnensystem fliegen werden, und Aufnahmen von Monden und Planeten machen, Jahre bevor die Mission zu unseren nächsten Nachbarsternen geplant wird. Diese ersten Minisonden könnten viele unbekannte oder "verdächtige" Himmelskörper untersuchen, wie neue Kometen oder auch Asteroiden auf einer gefährlichen Bahn. Sie ersetzen dann vielleicht noch keine herkömmliche Sonde, aber sie wären schneller vor Ort und man könnte eher einschätzen, mit was man es zu tun hat, als wenn man nur am Teleskop sitzt...

wolf359 schrieb:Man schickt einfach in gewissen Zeitabständen eine Sonde mit einem starken Sender hinterher, so das sich eine Kommunikationskette ergiebt, die bis nach Alpha Centauri reicht.

Wiewiele Sonden bräuchte man dafür? Nehmen wir mal an wir verschicken sie mit dem kleinsten Pluto-Erde Abstand (28.7 AE).

Mal abgesehen davon, dass die Sendeleistung solcher Mikrosonden für die Entfernung von 28.7 AE, nicht ausreichen würde, bräuchte man für eine solche Kette bis Alpha Centauri 9.5 Billionen Sonden.

:D

@Celladoor

Bei der angenommenen Kommunikationsreichweite komme ich etwa auf 9000 Sonden, was immer noch ziemlich viele sind; allerdings wäre eine Massenfertigung über einen Zeitraum von 25 Jahren, in dem die Sonden ständig verbessert werden, durchaus möglich. Ich meine es ist ja nicht so, das eine kleine Sonde viele Rohstoffe kostet, es ist nur das Design und die Fertigung, und die Anlagen, die für die Laserstrahlen gebaut wurden, sind sowieso für eine längere Betriebszeit ausgelegt. Außerdem muß man sich ja nicht stur an die 20% Lichtgeschwindigkeit klammern; eine größere Sonde mit mehr Leistung könnte durchaus auch sehr viel langsamer unterwegs sein; wichtig wäre nur, das sie zu dem Zeitpunkt, an dem sie die Sendung empfangen soll, genau am richtigen Platz in der Kommunikationskette steht...

Wenn dir das merkwürdig vorkommt, dann solltest du bedenken, das die Entfernung vom Alpha Centauri-System zur Erde ohne Kommunikationskette nach derzeitigen Maßstäben von einer Minisonde alleine (oder von einem Verbund von Einzelteilsonden, die eine Art "Sondennetzwerk" bilden...) noch sehr viel schwerer überbrückt werden kann. Die Zahl der Sonden könnte durch die ständig verbesserte Leistung der einzelnen Minisonden, grundsätzlich leistungsfähigeren Kommunikations-Sonden, die langsamer unterwegs sind, und vielleicht noch durch spezielle Funktechniken langfristig verringert werden...

Die Alternative wäre eine Minisonde, der es gelingt, ein starkes künstliches Signal zu generieren, das sich von allen natürlichen Signalen deutlich genug unterscheidet, um mit der besten zukünftig verfügbaren irdischen Empfangstechnik aus dem kosmischen Wirrwarr herausgefiltert zu werden. Das wäre auch mit einem Sondennetzwerk nur schwer zu erreichen, allerdings könnten die Gruppenressourcen eines solchen Netzwerkes vielleicht ein stärkeres Signal generieren, als eine einzelne Sonde es je könnte; das Sondennetzwerk könnte in seiner Gesamtheit die Antenne bilden, und die Energie bereitstellen, die für ein derartiges Signal nötig wäre...