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Stellare Antriebstechnologie Theorie

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Stellare Antriebstechnologie Theorie

Beitrag von Freakydreamer » 19. Okt 2015, 21:39

Hallo Leute,

ich hab mir mal ein paar gedanken gemacht (als S.T. Fan nicht über folgendes wundern)

In Star Treck haben alle Erdschiffe (fast alle) immer zwei fast über die hälfte des Schiffes reichende "Antriebsröhren".
Ausserdem Funktionieren sie Ausschliesslich mit Energie dafür haben sie ihren "Warpkern" der ne menge Energie ausgibt...

So abgesehen davon woher die Energie kommen soll, hab ich eine Theorie für den Antrieb. Ich sag nur Sollarsegel.

Diese "Röhren" sind etwa zwischen 100m und 300m lang bei einem Durchmesser von etwa 20m.

Wenn man diese "Röhre" auf der vorderseite mit einem halb Kugelförmigen Sollarsegel auskleidet und auf der hinterseite einen MEGA starken Laser anbaut. Das Rohr innen mit einer Spiegelähnlichen Fläche ausgekleidet um keinen Strahlungsverlust zu erleiden.

Damit wäre die Beschleunigung und der Antrieb abhänig von der zugeführten Energie in den Laser Strahl.

Was denkt ihr darüber? Und hat jemand ahnung und die Muse zu berechen was für eine Leistung der Laser bräuchte um brauchbar zu sein? (gew. ca 3´300´000 MT)

Grüßle
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Re: Stellare Antriebstechnologie Theorie

Beitrag von TheTheorist » 20. Okt 2015, 07:05

Ich fand ja bei Star Trek DS9 die Bajoraner cool mit ihren Solarsegelschiffen. Da ging es um Tachyonen *mrgreen* :D
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Re: Stellare Antriebstechnologie Theorie

Beitrag von belgariath » 20. Okt 2015, 10:50

@ Freakydreamer
Sorry, aber das würde wegen der Erhaltung des Impulses nicht funktionieren. Wenn die Megalaser nach vorne Strahlung emittieren, dann übt das auf das Schiff einen rückwärtsgerichteten Impuls (Schub) aus. Wenn die Strahlung der Laser dann von den Segeln absorbiert wird, gibt das dem Schiff wieder einen Impuls nach vorne. Der Betrag vom Rückwärtsimpuls und der Betrag vom Vorwärtsimpuls sind aber gleich (weil beides Mal die Laserstrahlung die Impulsänderung vermittelt), d. h. insgesamt wurde kein Impuls auf das Schiff übertragen, d. h. es bewegt sich nicht.
Es ist so ähnlich wie wenn zwei Leute auf einem Ruderboot stehen, einer vorne und einer hinten. Wenn der Hintere dem Vordermann Äpfel zu wirft, wird sich das Boot (auf einem stillen See) nicht bewegen. (Wenn man die Äpfel aber in eine Richtung aus dem Boot raus wirft, dann bewegt sich das Boot in die andere Richtung.)
Das ist so ähnlich, wie wenn Baron Münchhausen versucht, sich am eigenen Schopf aus nem See rauszuziehen. :wink:
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Re: Stellare Antriebstechnologie Theorie

Beitrag von seeker » 20. Okt 2015, 11:54

belgariath hat geschrieben:Sorry, aber das würde wegen der Erhaltung des Impulses nicht funktionieren.
Ja, genau, weil es so ist, wie wenn man auf einem Segelschiff steht und versucht das Schiff vorwärts zu bewegen, indem man in das Segel hineinbläst.
Es würde aber dann funktionieren, wenn der nach vorne gerichtete Laserstrahl auf einen Spiegel gerichtet würde, der den Strahl nach hinten zurückreflektiert.
Nur: Dann könnte man den Laser auch gleich nach hinten hin ausrichten und es müsste auch nicht unbedingt eine Laser-Lichtquelle sein.

Überlegungen zu einem Lichtantrieb existieren. So etwas z.B.:
https://de.wikipedia.org/wiki/Antriebsm ... onenrakete

Was in dem Zusammenhang noch interessant sein könnte ist evtl. das hier:

Graphen könnte als Lichtantrieb für Raumschiffe fungieren
http://www.forschung-und-wissen.de/nach ... n-13372189


Und erste Gehversuche mit Lichtsegeln gibt es auch schon:

Lightsail: Segeln vor dem Sonnenwind
http://www.golem.de/news/lightsail-sege ... 15013.html


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Re: Stellare Antriebstechnologie Theorie

Beitrag von Frank » 20. Okt 2015, 15:33

Was wollt ihr denn mit einem Sonnensegel im interstellaren Raum ?
Diese Art der Fortbewegung mag romantisch sein, oder cool.
Effektiv oder nützlich ist sie meiner Meinung nach nicht.

Wie sollte der Rückweg den z.b mit einem Sonnensegel funktionieren ?
Gegen den "Sonnenwind" kreuzen?
Mit freundlichen Grüßen

Frank

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Re: Stellare Antriebstechnologie Theorie

Beitrag von seeker » 20. Okt 2015, 15:59

Die Überschrift heißt stellare Antriebstechnologie , nicht interstellare... ;j

Lightsail war auch nicht die erste Sonde in der Art:

https://de.wikipedia.org/wiki/Sonnenseg ... umfahrt%29
https://de.wikipedia.org/wiki/IKAROS

Für bestimmte Zwecke, insbesondere wenn man Zeit hat und Kosten sparen will, kann dieses Antriebskonzept durchaus sinnvoll sein.
Frank hat geschrieben:Wie sollte der Rückweg den z.b mit einem Sonnensegel funktionieren ?
Gegen den "Sonnenwind" kreuzen?
I.d.R. wird die Sonde m. E. gar nicht zurückkommen müssen, aber ja, in der Tat, kann man sozusagen gegen den Sonnenwind segeln:
Man lässt das Licht nicht direkt auf die Segel fallen, sondern von der Seite, je nach Anstellwinkel ergibt sich dadurch relativ zur Bewegungsrichtung eine Kraftkomponente nach vorne oder nach hinten, also eine Erhöhung oder eine Erniedrigung der Bahngeschwindigkeit der Sonde (um die Sonne).
Eine Erhöhung der Bahngeschwindigkeit bedeutet eine Vergrößerung der Umlaufbahn um die Sonne, eine Erniedrigung eine Verringerung...

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Re: Stellare Antriebstechnologie Theorie

Beitrag von positronium » 20. Okt 2015, 16:27

seeker hat geschrieben:
Frank hat geschrieben:Wie sollte der Rückweg den z.b mit einem Sonnensegel funktionieren ?
Gegen den "Sonnenwind" kreuzen?
I.d.R. wird die Sonde m. E. gar nicht zurückkommen müssen, aber ja, in der Tat, kann man sozusagen gegen den Sonnenwind segeln:
Man lässt das Licht nicht direkt auf die Segel fallen, sondern von der Seite, je nach Anstellwinkel ergibt sich dadurch relativ zur Bewegungsrichtung eine Kraftkomponente nach vorne oder nach hinten, also eine Erhöhung oder eine Erniedrigung der Bahngeschwindigkeit der Sonde (um die Sonne).
Eine Erhöhung der Bahngeschwindigkeit bedeutet eine Vergrößerung der Umlaufbahn um die Sonne, eine Erniedrigung eine Verringerung...
Ich denke, dass beides nicht funktioniert. Für's Kreuzen dürfte der Wasserwiderstand bestimmend sein, und der fällt im Weltraum natürlich weg. Und eine Verlangsamung der Umlaufgeschwindigkeit per Segel würde zu einer Vergrösserung des Abstands zur Sonne führen.

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Re: Stellare Antriebstechnologie Theorie

Beitrag von Frank » 20. Okt 2015, 17:50

seeker hat geschrieben:Die Überschrift heißt stellare Antriebstechnologie , nicht interstellare... ;j
Nachdem er bei der Wiedereröffnung einer Bibliothek auf Bajor zugegen gewesen ist, kehrt Sisko mit alten Konstruktionsplänen nach Deep Space Nine zurück. Sie betreffen primitive bajoranische Raumschiffe, die Sonnensegel verwendeten. Einige Gelehrte glauben, damit sei es den Bajoranern gelungen, die anderen Planeten im bajoranischen Sonnensystem und vielleicht sogar Cardassia zu erreichen. Sisko sieht eine Herausforderung darin und möchte feststellen, ob man mit einem solchen Schiff den Denorios-Gürtel durchqueren kann, das einzige echte Hindernis zwischen Bajor und Cardassia. Wenn das möglich ist, müßte sich auch der Rest der Reise bewerkstelligen lassen. Jake beschließt, ebenfalls an dem Abenteuer teilzunehmen, und Sisko findet bald den Grund dafür heraus. Die Pennington-School von Neuseeland bietet Jake ein Stipendium an. Nachdem er mit Sisko darüber gesprochen hat, beschließt Jake, das Angebot nicht sofort anzunehmen und noch ein Jahr zu warten. Er möchte zusätzliche Erfahrungen sammeln, um sein Schreiben zu verbessern, und außerdem möchte er, daß sein Vater eine stabile Beziehung eingeht, bevor er zur Erde aufbricht.

http://www.dippold.org/startrek/serien/ds9/3_22.PHP

Der Flug erweist sich als bemerkenswert. Nach einigen mechanischen Problemen beschleunigt der Sonnensegler plötzlich auf Warpgeschwindigkeit - Tachyonenwirbel sind dafür verantwortlich. Er saust am Denorios-Gürtel vorbei und erreicht cardassianisches Raumgebiet. Dort nähern sich drei cardassianische Raumschiffe, und Gul Dukat gratuliert den Siskos zu ihrem erfolgreichen Flug.


Ansonsten schliesse ich mich den Ausführungen von Positronium an.
Mit freundlichen Grüßen

Frank

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Re: Stellare Antriebstechnologie Theorie

Beitrag von seeker » 20. Okt 2015, 18:57

Die Steuerung
...
Ein Segeln ist auch gegen den Strahlungsdruck möglich, ähnlich wie ein Segelboot gegen den Wind segeln kann. Mit einem Sonnensegel kann daher ins innere wie äußere Sonnensystem gereist werden.
http://www.bernd-leitenberger.de/sonnensegel.shtml
Typisch ist die schräge Segelstellung, bei der eine tangentiale Kraftkomponente auftritt, mit der die Bahnenergie erhöht oder verringert werden kann.
https://de.wikipedia.org/wiki/Sonnenseg ... umfahrt%29

Das mag wohl sein, dass die Sonde bei Schrägstellung der Segel abgebremst wird und gleichzeitig etwas von der Sonne weggetragen wird, welcher Kraftvektor dabei wie groß ist hängt vom Anstellwinkel ab.
Ok. Nehmen wir an das passiert. An diesem Punkt stelle ich die Segel auf 90° zur Sonne (oder ziehe sie ein, also Segelkraft weg). Was passiert dann (ich bin ja nun langsamer und etwas weiter draussen)?
Ich würd sagen an diesem Punkt stürze ich in Richtung Sonne, wohl etwas elliptischer als zuvor, aber ich nähere mich der Sonne und zwar komme ich ihr näher als ich es vor dem Manöver war.
Und nach außen gehts eh einfach, ich muss dazu nur schneller werden, dann werde ich automatisch von der Sonne weggetragen (die Kraftkomponente radial von der Sonne weg unterstützt dies ja noch), d.h. meine Umlaufbahn wird größer (ohne weitere Manöver aber wohl auch dort elliptischer).

Aber wie im ersten Link gesagt wird: Man nimmt am besten eh ein kleines Ionentriebwerk zur Lagestabilisierung mit.

@Frank:
Als alter Star Trek Fan kenne ich diese schöne Folge natürlich auch. :beer:

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Re: Stellare Antriebstechnologie Theorie

Beitrag von positronium » 20. Okt 2015, 21:44

seeker hat geschrieben:
Die Steuerung
...
Ein Segeln ist auch gegen den Strahlungsdruck möglich, ähnlich wie ein Segelboot gegen den Wind segeln kann. Mit einem Sonnensegel kann daher ins innere wie äußere Sonnensystem gereist werden.
http://www.bernd-leitenberger.de/sonnensegel.shtml
Das kann ich leider nicht nachvollziehen. Ohne Medium und ohne Druck, wie er sich in Gasen ausbreitet, sehe ich dafür keine Möglichkeit. Vielleicht übersehe ich ja etwas.

Bei dem anderen Problem könntest Du recht haben, wobei ich mir bei der Flugkurve nicht sicher bin. Müsste man nachrechnen.

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Re: Stellare Antriebstechnologie Theorie

Beitrag von Freakydreamer » 20. Okt 2015, 23:19

Erstmal danke für die vielen Antworten.

Allgemein seit ihr/wir etwas vom Thema abgekommen da es mir ja nicht um herkömmliche Solarsegler ging sondern um einen Geschlossenen mit Laser betriebenen Solarantrieb.
Was das auf die Sonne zufliegen mit Solarsegel angeht, in mehreren Dokus wird gesagt das das Kreuzen im Weltall kein Problem. Natürlich spielt der Wasserwiederstand auf beim Segeln eine Rolle aber es scheint Expertenmeinung nach auch ohne zu gehen^^

So nun zu den einzelnen Antworten

@belgariath
Der Clue am Solarsegel ist ja das beim Aufprall das Segel, aus noch nicht ganz geklärten gründen, mit doppelter Kraft abgestoßen wird. Das würde heissen das der Laserstrahl Kraft x nach hintengedrückt wird, bei Aufprall auf das Segel das Schiff aber mit 2x nach vorne gedrückt wir. Ich muss mal schauen ob ich die Doku noch finde dann ergänze ich das hier. Dieser Effekt wurde aufgeführt als begründung warum das Sonnen segel nie mehr wie Lichtgeschwindigkeit erreichen kann (es würde dem Licht weg fahren da zuschnell und dadurch wieder bremsen)
P.S: entsteht bei einem Laser auch ein Rückstoß??

@seeker
Danke für deine Links. Allerdings ging es mir wie oben schon gesagt nicht um ein Sonnensegel.

@Frank
Der Hinweis wurde ja schon gegeben das es um Stellare Raumfahrt ging nicht um Intersellare und in dem Falle meiner Idee der Antrieb nicht von der Sonne abhängt und somit ein gegen die sonne fliegen kein Problem darstellt.

@Positronium
Das Kreuzen hat nur bedingt etwas mit dem Wasserwiederstand zu tun. Eher etwas mit dem Überdruck vor dem Segel (innenseite) und dem Unterdruck hinter dem Segel (aussenseite) zu tun. Durch dieses Unterdruckverhältnis wird das Boot in die gewünschte richtung gezogen auch gegen z.b. die vorherschend Strömung. Wie genau das im Weltall mit der Sonne gehen soll weis ich nicht das haben sie nicht weier erklärt in der Doku es wurde nur gesagt das es geht, der Link von Seeker erklärt es ja auch nicht so 100%tig. Aber das hat ja auch nichts mit meiner idee zu tun da ich wie gesagt nicht auf die Sonne angewiesen wäre.

Viel Dank für eure Beiträge
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Re: Stellare Antriebstechnologie Theorie

Beitrag von Frank » 21. Okt 2015, 08:43

Freakydreamer hat geschrieben:Hallo Leute,


Ausserdem Funktionieren sie Ausschliesslich mit Energie dafür haben sie ihren "Warpkern" der ne menge Energie ausgibt...

Mit was sollen sie denn deiner Meinung nach funktionieren?


Freakydreamer hat geschrieben:So abgesehen davon woher die Energie kommen soll, hab ich eine Theorie für den Antrieb. Ich sag nur Sollarsegel..
Du schreibst in deinem letzten Post, du bist nach deiner "Theorie" unabhängig von der Sonne. Warum willst du dann ein Sonnensegel einsetzen ?


Freakydreamer hat geschrieben:Wenn man diese "Röhre" auf der vorderseite mit einem halb Kugelförmigen Sollarsegel auskleidet und auf der hinterseite einen MEGA starken Laser anbaut. Das Rohr innen mit einer Spiegelähnlichen Fläche ausgekleidet um keinen Strahlungsverlust zu erleiden.
haben dir schon andere erklärt, warum das im Grunde Quatsch ist
Freakydreamer hat geschrieben:Damit wäre die Beschleunigung und der Antrieb abhänig von der zugeführten Energie in den Laser Strahl.
Tja das ist sie leider immer



Bevor das hier noch zum Quatsch Comedy Club verkommt.
Mit freundlichen Grüßen

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Re: Stellare Antriebstechnologie Theorie

Beitrag von seeker » 21. Okt 2015, 09:55

Freakydreamer hat geschrieben:Der Clue am Solarsegel ist ja das beim Aufprall das Segel, aus noch nicht ganz geklärten gründen, mit doppelter Kraft abgestoßen wird.
Stimmt, da hast du ja Recht, dass das so ist!
Nur sind die Gründe dafür völlig klar. Deshalb würde das dann im Prinzip doch schon so funktionieren, wie du sagst. Die doppelte Kraft ergibt sich aber nur bei 100% Reflektion (das ist unrealistisch, ein Teil des Lichts wird immer absorbiert oder ungerichtet reflektiert/gestreut werden, dadurch wird der Impuls immer kleiner x2 sein, im schlimmsten Fall wird alles absorbiert und dann ist der Impuls am Segel genau x1)

Nur:
Freakydreamer hat geschrieben:P.S: entsteht bei einem Laser auch ein Rückstoß??
Ja! Das ist ja der Punkt!
Dieser Rückstoß (Impuls) ist vom Gegenimpuls am Segel (2x Impuls) abzuziehen. Deshalb ist es wohl sinnvoller den Laser gleich nach hinten auszurichten, statt auf ein Segel.

Beispielrechnung, salopp:

Impuls (Laser) = I(L), I(L) sei 100 Ns
Impuls am Segel = I(S)
resultierender Impuls auf die Sonde = I(res)


Laser direkt nach hinten ausrichten (ohne Segel/Reflektor):

I(res) = I(L) = 100 Ns , also 100% Wirkungsgrad


Laser auf das Segel ausrichten und den Strahl dort nach hinten umlenken:

I(res) = I(S) - I(L)

Das Segel habe einen Wirkungsgrad von 95% (es wird also 95% Licht exakt zurückreflektiert, 5% werden absorbiert oder ungerichtet gestreut)

Dann ist

I(S) = 2x I(reflektiert) + 1x I(absorbiert)
I(S) = 2x I(L) x 0,95 + 1x I(L) x 0,05 = 195 Ns


und damit ergibt sich ein Impuls auf die Sonde von

I(res) = 195 Ns - 100 Ns = 95 Ns, also nur 95% Wirkungsgrad.

Außerdem stelle ich es mir schwierig vor ein Segel zu bauen, dass von den 5% absorbierter Strahlung nicht verdampft wird, also ein Loch bekommt, bei DER Licht-Leistung, die wir ja benötigen, damit überhaupt etwas merklich passiert...
Einziger Vorteil eines Segels (oder allgemein Reflektors): Man kann damit evtl. den Laserstrahl besser in die Richtung lenken, wo man in hinhaben will.

Ergo:
Segel weglassen und direkt mit dem Laser bzw. der Lichtquelle per Rückstoß arbeiten ist wahrscheinlich besser.

P.S.: @Frank: Geduld!

Grüße
seeker
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Re: Stellare Antriebstechnologie Theorie

Beitrag von Frank » 21. Okt 2015, 10:12

Mal ein paar Infos zum "gegen den Wind kreuzen" (Quelle Wikipedia)

Das Segel steht in einem kleineren Winkel zum Wind als die Längslinie des Boots. Nur der rechtwinklig zum Segel stehende Anteil WQ der Windkraft W wirkt auf den Mast und somit auf das Boot. Der zum Segel parallele Anteil WL streicht wirkungslos längs am Segel vorbei. Da Segel und Bootskiel schräg zueinander stehen, wirkt WQ zwar quer zum Segel, aber eben schräg zum Kiel auf das Boot. Von dieser schrägen Kraft führt wiederum nur der parallel zum Kiel wirkende Anteil der Kraft zu einer Bewegung, der andere Teil bewirkt nur unerwünschte Krängung und Abdrift.

Hier aber nun der entscheidende Faktor, nämlich das Wasser (!)

Es ist einiges an theoretischem Wissen notwendig, um zu verstehen, weshalb Boote gegen den Wind „aufkreuzen“ können. Es ist auch nur möglich, weil Segelschiffe so konstruiert werden, dass sie viel einfacher in Vorausrichtung durchs Wasser gleiten als quer dazu.
Im stellaren Medium(oder interstellar) ist die Seitenführungskraft, die das Wasser auf der Erde nunmal hat, nicht vorhanden. Darum ist es auch meiner Meinung nach nicht möglich, gegen den (Sonnen)Wind zu kreuzen.
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Frank

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Re: Stellare Antriebstechnologie Theorie

Beitrag von seeker » 21. Okt 2015, 11:37

Ja, im Weltraum haben wir andere Verhältnisse.
Es fehlt insbesondere das Wasser, an dem sich ein Segelboot "abstützen" kann.
Es gibt aber einen weiteren wichtigen Unterschied: Wir haben im Weltraum eine Gravitationskraft die parallel zum Strahlung ist, beim Segelboot wirkt sie im Prinzip etwa im 90°-Winkel zum Wind und zur Bewegungsrichtung des Bootes.

Betrachten wir nochmal den Fall im Weltraum:


Wir haben eine Sonde, die in einem gewissen Abstand um die Sonne kreisen soll, ohne Segel.
Diese Sonde ist exakt im Kräftegleichgewicht, d.h. die Zentrifugalkraft (erzeugt durch die Bahngeschwindifigkeit der Sonde) ist exakt gleich der Zentripetalkraft (erzeugt durch die Gravitation der Sonne):

F(weg) = F(Zf) [Kraft weg von der Sonne = Zentrifugalkraft]
F(hin) = F(g) [Kraft hin zu der Sonne = Gravitation)

F(weg) = F(hin)
also
F(Zf) = F(g)

Jetzt falten wir das Segel auf und stellen es in 90°-Winkel zur Sonne ein. Damit erhalten wir durch den Strahlungsdruck eine weitere Kraft [F(St)], die radial nach außen wirkt.

F(weg) = F(Zf) + F (St)

F(Zf) bleibt davon zunächst unberührt, weil die Bahngeschwindigkeit ja konstant bleibt.

Es gilt daher zunächst:

F(weg) > F(g)

Daher erlebt die Sonde eine Beschleunigung nach außen hin, von der Sonne weg, sodass F(weg) = F(g) + F(Trägheit)
D.h. der Bahradius der Sonde vergrößert sich. Dadurch verringert sich aber ihre Winkelgeschwindigkeit (entspricht salopp der Zeit die die Sonde für einen Umlauf braucht), weil ja die Bahngeschwindigkeit konstant bleibt, die Bahnlänge aber wächst.
Daher verkleinert sich F(Zf) und zwar soweit, bis wieder gilt:

F'(weg) = F'(hin)
(Das geht deshalb, weil F(Zf) bei Vergößerung des Radius nur mit r kleiner wird, F(St) und F(g) aber mit r^2.)

F'(weg) ist dabei nun : F'(weg) = F'(Zf) + F'(St)
F(hin) ist: F'(g)

also eingesetzt:

F'(Zf) + F(St) = F(g)

Worauf will ich hinaus will:
Ich will darauf hinaus, dass die Sonde bei 90°-Stellung einfach ihren Bahnradius etwas vergrößert ohne dass sonst groß was passiert, eben weil die Bahngeschwindigkeit ja in diesem Fall konstant bleibt.
Faltet sie ihre Segel wieder ein, so fällt F(St) weg und sie wird dann wieder in ihre alte Bahn einschwenken (zumindest näherungswese).


Was passiert, wenn die Bahngeschwindigkeit nicht konstant bleibt?
Bei einer Sonde mit Raketenantrieb ist das klar:
Wenn sie in Bahnrichtung kurz beschleunigt also ihre Bahngeschwindigkeit erhöht, dann vergrößert sich ihr Bahnradius zur Sonne, wenn sie abbremst dann verringert sich derselbe.

Und bei einer Sonnensegel-Sonde passiert natürlich im Prinzip dasselbe: Wenn ich die Segel schräg stelle, dann ändert sich die Bahngeschwindigkeit - und zwar (das ist wichtig!) umso stärker, je länger ich das tue, während der andere Effekt, die Kraftwirkung nach außen [F(St)] näherungsweise konstant bleibt und sich in der Richtung nur ein neues Gleichgewicht einstellt.

D.h. beim Abbremsen per abbremsenden-schrägen Sonnensegeln habe ich salopp folgendes Szenario:

F(weg) = F(Zf) + F(St)

Wobei F(Zf) = m*V^2/r

F(St) ist dabei nur eine Funktion des Radiuses, V^2 ist aber nun eine Funktion der Zeit (!) und wird immer kleiner, d.h.:

F(Zf) = m*F(t)[V^2]/r

Abgekürzt:

F(weg) = f(t) + f(r)

Daraus folgt, dass dieser zeitabhängige Effekt irgendwann überwiegt, irgendwann größer als F(St) wird, F(weg) also irgendwann kleiner wird als am Anfang und sich meine Sonde dann der Sonne nähert. Aufhalten ließe sich das dann nur noch, wenn der Strahlungsdruck irgendwann so groß würde, dass er gleich groß der Gravitation würde (womit sie sich dann auch bei V=0 nicht mehr weiter nähern würde). Davon ist aber wohl bei unserem Szenario nicht auszugehen.


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Re: Stellare Antriebstechnologie Theorie

Beitrag von positronium » 21. Okt 2015, 15:00

Jetzt habe ich das 'mal berechnet.

Grav.Konst.: G = 6.67408*10^-11;
Sonnenmasse: Ms = 1.9884*10^30;

Ich nehme an, dass der Sonnensegler in der Erdumlaufbahn startet,
- Radius Erdumlaufbahn: Er = 149.6*10^9;
er eine Tonne wiegt,
- Masse: m = 1000;
und in verschiedenen Szenarien eine Sonnensegelfläche von
- a = 10^5; bzw. a = 10^6;
hat. (Die beiden Werte führen zu einem guten Plot.)

Die Gravitationskraft beträgt:
Fg[x,y]:=-G Ms m/|{x,y}|² *{x,y}/|{x,y}|

Bei der Kraft des Sonnenwindes mache ich es mir etwas einfach - ich nehme sie als konstant an, und nehme den Wert von Wikipedia.
Fw[x,y]:=+-alpha.{x,y}/|{x,y}|*Cos[alpha]*.0000091 a
(+-alpha und alpha stehen hier für die Drehung des Segels relativ zum Vektor von der Sonne zum Segler bei {x,y} und die Berechnung der wirksamen Fläche. - Ich will Euch hier Mathematica ersparen.)

Die Bewegungsgleichungen lauten:



Mit der Sonne bei {0,0} starte ich mit dem Segler bei {Erdradius,0} und dem Impuls {0,Orbitalgeschwindigkeit*m}.
qx[0] == Er && qy[0] == 0 && px[0] == 0 && py[0] == Sqrt[G Ms/Er] m

Das führt zu diesem Plot:
sonnensegel.png
sonnensegel.png (24.92 KiB) 11500 mal betrachtet
grün mitteldick: Ohne Sonnensegel führt die Orbitalgeschwindigkeit zu einer Kreisbahn.
Dick sind die Kurven mit grossem Segel (10^6 m²); dünn, die mit kleinem Segel (10^5 m²).
Blau die Kurven mit um 45° geneigtem Segel, so dass der Kraftvektor nach vorne aussen zeigt; rot nach hinten aussen.

Es gibt also tatsächlich die Möglichkeit, nach innen zu "segeln". "Segeln" unter Anführungszeichen, weil das nur durch die Gravitationskraft klappt. Man kann also ein kleines Segel so stellen, dass man die Gravitationskraft nicht überwindet, gleichzeitig aber langsamer wird.

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seeker
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Re: Stellare Antriebstechnologie Theorie

Beitrag von seeker » 21. Okt 2015, 15:32

Klasse! :well:

Wie sieht es aus, wenn du die Segel satt auf 45° auf andere Winkel stellt, sagen wir mal auf 75°?

Grüße
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Wissenschaft ... ist die Methode, kühne Hypothesen aufstellen und sie der schärfsten Kritik auszusetzen, um herauszufinden, wo wir uns geirrt haben.
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Re: Stellare Antriebstechnologie Theorie

Beitrag von positronium » 21. Okt 2015, 16:35

Das ist mit 75° tatsächlich interessant.
sonnensegel2.png
sonnensegel2.png (26.37 KiB) 11495 mal betrachtet
Offenbar wird die radiale Kraftkomponente des Sonnenwinds so schwach, und die in bzw. entgegen der Bewegungsrichtung so stark, dass der Effekt verstärkt wird.
Man muss aber bedenken, dass das alles sehr langsam abläuft. Die Linienlänge in den Plots ist 2*10^7s, also ungefähr 231 Tage.

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Re: Stellare Antriebstechnologie Theorie

Beitrag von Skeltek » 21. Okt 2015, 22:08

Die relativ neuen Ionenantriebe basieren alle auf dem ursprünglichen Design des NARVA-Antriebs, den die Nasa bereits vor 1960 entwickelt hat. Das Teil war damals bereits ausgereift und minimiert Treibstoffkosten.
Ursprünglich hätten wir schon 1981 auf dem Mars bemannt landen können. Das Geld für die Nasa wurde aber auf deutlich weniger 0,1% des globalen Haushaltes gekürzt. Also praktisch 0,5% des amerikanischen Staatshaushaltes.
Obwohl die Ausgaben zu ihrem Maximum massiv die amerikanische Wirtschaft und Technologie gefördert hat und mehr als das hundert- bis tausendfache an Gewinnen eingebracht hat, wurde die Förderung immer weiter gestrichen, bis man unter 0,5% Haushalt kam.
Die Amerikaner dachten bis in das letzte Jahrzehnt, der Staat würde 20-30% des Staatshaushaltes für Raumfahrt usw ausgeben, was schlicht nie stimmte.
Wir hatten bereits lange die Mittel zum Mars zu kommen, es war uns das aber nie wert. Wer weiss wo wir heute wären.
Marty Mc Fly wird entsetzt sein wenn er das Jahr ankommt.
Gödel für Dummies:
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  • Unvollständig - Aussage A: Es existiert nur ein Element A.
  • Widersprüchlich - Dieser Satz ist falsch.

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