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NASA-Forschung: Auf dem Laserstrahl in 15 Jahren nach Alpha Centauri

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Re: NASA-Forschung: Auf dem Laserstrahl in 15 Jahren nach Alpha Centauri

Beitrag von seeker » 26. Apr 2016, 20:14

Es geht mir hier gar nicht um Pessimismus oder dergleichen, ich bin bei der Sache wie gesagt recht optimistisch.
Es geht mir darum, zu verstehen, welche Herausforderungen dabei zu bewältigen sind, weil mich das interessiert.

Gruß
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Re: NASA-Forschung: Auf dem Laserstrahl in 15 Jahren nach Alpha Centauri

Beitrag von Frank » 26. Apr 2016, 20:50

Wie ist es eigentlich mit der Datenübetragung von so kleinen Sonden? Kann auf 10 cm überhaupt ein Sender sein, der stark genug ist auf solch riesige Entfernungen zu senden?
Mit freundlichen Grüßen

Frank

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Re: NASA-Forschung: Auf dem Laserstrahl in 15 Jahren nach Alpha Centauri

Beitrag von seeker » 27. Apr 2016, 09:07

Ich bin recht sicher, dass das nicht geht, so lange man keine Empfangsantenne von Planetengröße besitzt.
Als Lösung fällt mir daher nur ein, dass man mit vielen Sonden eine Perlenkette bildet (von hier bis Alpha Centauri), die dann zur Datenübertragung eine Relaiskette bilden (so wie die Repeater beim WLAN). Da sich alle Sonden dabei schnell von uns fortbewegen muss man ständig neue Sonden in die Kette nachfüttern, so lange man Daten haben möchte.

Evtl. könnte man noch etwas herausholen, indem man einen Schwarm, der dieselbe Entfernung zu Erde hat, interferometrisch zusammenschaltet, sodass sie zusammen eine große virtuelle Sendeantenne bilden können.
Das stelle ich mir aber schwierig vor, auch wegen den hohen Geschwindigkeiten.

Grüße
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Re: NASA-Forschung: Auf dem Laserstrahl in 15 Jahren nach Alpha Centauri

Beitrag von Frank » 27. Apr 2016, 09:46

Dann vergleichen wir das Ganze mal mit Vóyager 1.

1 Lichtjahr sind 63 241,077 AE
Alpha Centauri ist ca. 4,2 Lichtjahre von uns entfernt.

Alpha Centauri ist dann 265612,397 AE von uns entfernt.

Voyager 1 ist ca 800 Kg schwer und hat eine Parabolantenne von 3,6 m Durchmesser.

Stand: 29. Februar 2016

Entfernung von der Erde: 134,31 AE
Geschwindigkeit relativ zur Sonne: 17,014 km/s = 3,587 AE/Jahr = ca. 29,82 Lichtminuten/Jahr
Zurückgelegte Strecke: 26.920.000.000 km = 179,95 AE (Stand: 16. Januar 2015)
Verbleibender Treibstoff: 17,38 kg (Stand: 16. Januar 2015
Leistung der Radionuklidbatterien: 254,6 W (etwa 46 % Leistungsverlust) (Stand: 16. Januar 2015)
Datenrate Echtzeit: 160 bit/s (mit 34-m-Antennen des DSN)
Datenrate maximal (alle 6 Monate): 1,4 kbit/s (mit 70-m-Antennen des DSN)


Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Voyager_1

Vielleicht kann einer der Mathematiker mal den prozentualen Weg, den Voyager 1 hypothetisch bis zu Alpha Centauri zurückgelegt hat hier reinstellen(ich weis einfacher Dreisatz, aber nicht mein Tag heute.... :oops: )

Mit der Technik von 1977,allerdings mit einer 3,6- Antenne klappt es ja zur Zeit noch recht gut.

Allerdings ist das auch wohl nur sehr wenig Entfernung im Vergleich zum ganzen Weg bis AC.
Mit freundlichen Grüßen

Frank

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Re: NASA-Forschung: Auf dem Laserstrahl in 15 Jahren nach Alpha Centauri

Beitrag von positronium » 27. Apr 2016, 11:51

Frank hat geschrieben:Vielleicht kann einer der Mathematiker mal den prozentualen Weg, den Voyager 1 hypothetisch bis zu Alpha Centauri zurückgelegt hat hier reinstellen
Bin zwar kein Mathematiker, aber meinst Du: 134.31/265612.397 * 100 = 0.050566%

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Re: NASA-Forschung: Auf dem Laserstrahl in 15 Jahren nach Alpha Centauri

Beitrag von Frank » 27. Apr 2016, 12:10

positronium hat geschrieben:
Frank hat geschrieben:Vielleicht kann einer der Mathematiker mal den prozentualen Weg, den Voyager 1 hypothetisch bis zu Alpha Centauri zurückgelegt hat hier reinstellen
Bin zwar kein Mathematiker, aber meinst Du: 134.31/265612.397 * 100 = 0.050566%
Ähm, ja....... ist schon sehr frustrierend.......... weil fast nichts.... :? :shock:
Mit freundlichen Grüßen

Frank

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Re: NASA-Forschung: Auf dem Laserstrahl in 15 Jahren nach Alpha Centauri

Beitrag von positronium » 27. Apr 2016, 13:45

Ja, auch weil es physikalisch so aussieht, als gäbe es kaum eine Möglichkeit, dass zu unseren Lebzeiten noch ein wirklicher Schritt über unser Sonnensystem hinaus möglich wäre.

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Re: NASA-Forschung: Auf dem Laserstrahl in 15 Jahren nach Alpha Centauri

Beitrag von Pippen » 27. Apr 2016, 18:05

positronium hat geschrieben:Ja, auch weil es physikalisch so aussieht, als gäbe es kaum eine Möglichkeit, dass zu unseren Lebzeiten noch ein wirklicher Schritt über unser Sonnensystem hinaus möglich wäre.
Würde ich so noch nicht unterschreiben. Wie klein kann man die kleinste Kamera machen? Wenn man dann noch einen moderaten Durchbruch in der Antriebstechnologie hinbekommt, kann es dann nicht sein AC in 30 oder 40 Jahren zu erreichen?

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Re: NASA-Forschung: Auf dem Laserstrahl in 15 Jahren nach Alpha Centauri

Beitrag von positronium » 27. Apr 2016, 18:52

Pippen hat geschrieben:
positronium hat geschrieben:Ja, auch weil es physikalisch so aussieht, als gäbe es kaum eine Möglichkeit, dass zu unseren Lebzeiten noch ein wirklicher Schritt über unser Sonnensystem hinaus möglich wäre.
Würde ich so noch nicht unterschreiben. Wie klein kann man die kleinste Kamera machen?
In der Kamera bzw. dem Sensor sehe ich das kleinere Problem. Digitalkameras haben ja heutzutage schon im Kleinbildformat 50MPixel. Wenn man die Elektronik der Sonden in einem Chip integriert, und alles ausreizt, was heute machbar ist, kriegt man so etwas wohl in die Grösse einer Armbanduhr (+Batterie). Eine echte Herausforderung dürfte aber die Optik und die Blende (Schutz des Sensors über 20 Jahren hinweg, und evtl. für die Photographie der Sonne) sein.
Man muss sich das 'mal vergegenwärtigen: Die Sonden sollen mit 0,2c durch dieses Sonnensystem rasen. Dabei müssen die ihre Kameras auf die Planeten ausrichten, nachführen, und brauchbare Photos machen. Wie kriegt man unter solchen Bedingungen ein scharfes und detailreiches Bild? Dabei spielen die aus der Photographie bekannten Grössen eine Rolle: ISO-Empfindlichkeit, Belichtungszeit, Blende, Brennweite und Lichtstärke. Damit die Planeten nicht kleine, dunkle Schmierer auf schwarzem Grund sind, brauchen die Sonden eine grosse Entfernungen zu den Planeten, um die Kamera für eine möglichst lange Belichtungszeit nachführen zu können, und "Teleobjektive". Letztere verringern aber die Lichtstärke; gleichzeitig kann man die Lichtstärke nicht einfach erhöhen, indem man grössere Objektive verwendet, weil die viel wiegen. Da zwickt es an allen Enden.

Hier im Forum habe ich einmal ein Photo des Mondes hochgeladen. Etwas in der Qualität würde ich von einer solchen Mission eigentlich erwarten - so hat sich auch der Artikel für mich angehört. Im Gegensatz zu den Sonden hatte ich aber eine etwa 2kg schwere Photoausrüstung, konnte während des Photographierens ruhig stehen, und war zu dem Zeitpunkt, als ich das Photo aufgenommen habe, nur etwa 400000km vom Mond entfernt. Die Sonden haben dafür vielleicht 10g, 0,2c und Millionen Kilometer Entfernung.
Pippen hat geschrieben:Wenn man dann noch einen moderaten Durchbruch in der Antriebstechnologie hinbekommt, kann es dann nicht sein AC in 30 oder 40 Jahren zu erreichen?
Ich denke schon, dass dieses Projekt möglich ist, aber 30 Jahre sind das absolute Minimum bis zum Empfang der Daten: 4,34Lj / 0,2c = 21,7a + 4,34a = 26,07a + Entwicklungszeit für die Segel, die Laser und die Energiespeicher. 30 Jahre sind äusserst knapp, 35-40 realistisch. Wenn man heute 20 Jahre alt ist, kann man sagen: OK, das erlebe ich vor Renteneintritt, aber wenn man älter ist...

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Re: NASA-Forschung: Auf dem Laserstrahl in 15 Jahren nach Alpha Centauri

Beitrag von Frank » 27. Apr 2016, 20:09

@positronium

Hast du berechnet das die Daten ja in Lichtgeschwindigleit gesendet werden?
Mit freundlichen Grüßen

Frank

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Re: NASA-Forschung: Auf dem Laserstrahl in 15 Jahren nach Alpha Centauri

Beitrag von positronium » 27. Apr 2016, 20:15

Frank hat geschrieben:Hast du berechnet das die Daten ja in Lichtgeschwindigleit gesendet werden?
Ja.
Flugzeit der Sonden: 4,34Lj / 0,2c = 21,7a
Laufzeit der Funksignale: + 4,34a = 26,07a

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Re: NASA-Forschung: Auf dem Laserstrahl in 15 Jahren nach Alpha Centauri

Beitrag von deltaxp » 29. Apr 2016, 13:59

um strahlungsdruch von dem zielstern brauch man sich keine sorgen machen. wenn das ne rolle spielen würde, brächte man auch keinen fetten laser um die mini-sonden loszuschiessen sondern könnte sie einfach in den Orbit schmeissen und den rest die sonne mach lassen. um über den Strahlungsdruck zu beschleunigen brauchst du ja gerade riesige sonnen segel für wenig Nutzlast um genügend photonen einzusammeln, daher ja der laser, da kriegst du die alle gleich auf engstemm raum gebündelt und brauchst kein Sonnensegel.

das was sicher ne rolle spielt auf der reise ob die teile den kosmischen partiel-beschuss von der elektronischen seite her aushalten, auch ein Staubkorn wäre ein fatales Hindernis bei der geschindigkeit.

aber da zählen eben zwei Gedanken, das all ist Sch... groß, und fast vollständig leer, die Wahrscheinlichkeit auf grund mechanischer Einwirkung Wirkung kaputt zu gehen ist eher niedrig. die Elektronik mss man halt robust bauen, da kann man die russen fragen wie das geht :P. und als zweites: du machst nen schwarm, n paar der microsonden werden schon durchkommen. da würde man auch nicht raten sondern mit den besten informatioenn die man hat rumrechnen und sich dann entscheiden wieviele man losschiesst.

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Re: NASA-Forschung: Auf dem Laserstrahl in 15 Jahren nach Alpha Centauri

Beitrag von Frank » 29. Apr 2016, 15:41

positronium hat geschrieben:Ich denke schon, dass dieses Projekt möglich ist, aber 30 Jahre sind das absolute Minimum bis zum Empfang der Daten: 4,34Lj / 0,2c = 21,7a + 4,34a = 26,07a + Entwicklungszeit für die Segel, die Laser und die Energiespeicher. 30 Jahre sind äusserst knapp, 35-40 realistisch. Wenn man heute 20 Jahre alt ist, kann man sagen: OK, das erlebe ich vor Renteneintritt, aber wenn man älter ist...
Komme bei deiner Rechnung nicht ganz mit.

Es wird ja davon ausgegangen das die Minisonden auf 26 % der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden.

Dann kann man ja ca. 16 Jahre für den Flug rechnen und noch mal 4,2 Jahre für die Antwort/Übertragung.
Das sind dann ca 20 Jahre .
Wie kommst du auf mindestens 30 Jahre?(10 Jahre Entwicklungszeit?)
Mit freundlichen Grüßen

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Re: NASA-Forschung: Auf dem Laserstrahl in 15 Jahren nach Alpha Centauri

Beitrag von positronium » 29. Apr 2016, 15:55

Frank hat geschrieben:
positronium hat geschrieben:Ich denke schon, dass dieses Projekt möglich ist, aber 30 Jahre sind das absolute Minimum bis zum Empfang der Daten: 4,34Lj / 0,2c = 21,7a + 4,34a = 26,07a + Entwicklungszeit für die Segel, die Laser und die Energiespeicher. 30 Jahre sind äusserst knapp, 35-40 realistisch. Wenn man heute 20 Jahre alt ist, kann man sagen: OK, das erlebe ich vor Renteneintritt, aber wenn man älter ist...
Komme bei deiner Rechnung nicht ganz mit.

Es wird ja davon ausgegangen das die Minisonden auf 26 % der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden.
Ich hatte etwas von 20% der Lichtgeschwindigkeit gelesen, oder erinnere ich mich falsch? Deshalb habe ich mit 0,2c gerechnet.
Frank hat geschrieben:Dann kann man ja ca. 16 Jahre für den Flug rechnen und noch mal 4,2 Jahre für die Antwort/Übertragung.
Das sind dann ca 20 Jahre .
Bei 26% der Lichtgeschwindigkeit sind es ca 21 Jahre.
Frank hat geschrieben:Wie kommst du auf mindestens 30 Jahre?(10 Jahre Entwicklungszeit?)
Ich hatte bei den 26 Jahren für die Entwicklungszeit einfach 4 Jahre aufgerundet, aber 4 Jahre sind eh' viel zu optimistisch.

Man müsste halt in den höher relativistischen Bereich kommen können. 0,5c oder 0,75c, dann wäre das ein Projekt für eine Generation.

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Re: NASA-Forschung: Auf dem Laserstrahl in 15 Jahren nach Alpha Centauri

Beitrag von Pippen » 29. Apr 2016, 23:58

Mal ne verrückte Überlegung: Das beste Raumschiff possible wäre ja wohl das Licht selbst. Wir müssten nur Licht direkt auf AC schießen und dafür sorgen, dass es irgendwie zurückkommt. Dann hätten wir in ca. 8 Jahren quasi alle Infos inkl. Bild, oder nicht? Wie könnte man so einen "Boomerang" Lichtstrahl "programmieren"?

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Re: NASA-Forschung: Auf dem Laserstrahl in 15 Jahren nach Alpha Centauri

Beitrag von Pippen » 2. Mai 2016, 17:10

Ich schiebe diesen Thread nochmal nach oben, weil mich die fixe Idee, Licht als Raumschiff zu benutzen (siehe vorletzter Beitrag), doch interessiert. Ist es irgendwie vorstellbar, mit riesigen Lasern oder sowas Licht "boomerangartig" nach AC zu schießen, so dass es nach ca. 8,6 Jahren wieder zurückkommt und uns alles zeigen könnte, wie eine Kamera? Würde man das können, wäre es dann möglich AC zu sehen?

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Re: NASA-Forschung: Auf dem Laserstrahl in 15 Jahren nach Alpha Centauri

Beitrag von gravi » 2. Mai 2016, 19:51

Im Prinzip ja, würde Radio Eriwan antworten.
Aber was willst du damit erreichen? Dein Lichtstrahl würde von AC absorbiert werden, mit gaaanz viel Glück von einem evtl. vorhandenen Planeten reflektiert (was bei einer möglichen Atmosphäre nicht so einfach ist!) und dann in irgendeine Richtung abgestrahlt werden.
Nein, ich denke nicht, dass so etwas funktionieren könnte. Man müsste zumindest so viel Technik nach AC schicken, dass sie Aufnahmen machen kann und diese gezielt zur Erde funken kann. Mit einem "starken" Photonenantrieb könnte das aber in geringer Zeit ermöglicht werden.

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Re: NASA-Forschung: Auf dem Laserstrahl in 15 Jahren nach Alpha Centauri

Beitrag von positronium » 16. Mai 2016, 11:51

Ich habe noch einmal darüber nachgedacht, und bin möglicherweise auf ein Problem gestossen, habe aber nicht versucht, das nachzurechnen; auch würden mir dafür einige Informationen fehlen: Welche Auswirkungen hätte denn beim Start das Magnetfeld der Erde und evtl. andere Felder im Zielsystem?
Ich weiss nicht, vielleicht würden die Sonden in 100km Höhe gebracht, und dort innerhalb kürzester Zeit auf Reisegeschwindigkeit gebracht. Dabei rasen also die Sonden mit extremer Geschwindigkeit aus dem irdischen Magnetfeld, und in die ganze Elektronik werden dabei Ströme induziert. Würden Transistoren etc. dabei überlastet?

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Re: NASA-Forschung: Auf dem Laserstrahl in 15 Jahren nach Alpha Centauri

Beitrag von seeker » 16. Mai 2016, 12:49

Magnetfelder sind schwer abzuschirmen, ja...
Genau weiß ich das auch nicht, aber ich denke nicht, dass das ein Main-Problem sein wird.
Das Magnetfeld der Erde ist ja nicht gerade sehr stark, nimmt mit der Entfernung schnell ab und man kann heute schon sehr robuste Elektronik bauen.

Gruß
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Re: NASA-Forschung: Auf dem Laserstrahl in 15 Jahren nach Alpha Centauri

Beitrag von Frank » 17. Mai 2016, 09:57

Naja, wenn man genau darüber nachdenkt wissen wir natürlich nie, was auf so einer gigantischen Wegstrecke denn nicht alles im Weg sein kann. Die Sonde könnte auch den Weg eines braunen Zwerges kreuzen und schon wäre es um den direkten Hinflug geschehen.
Ich denke man kann nicht alles voraussehen.
Mit freundlichen Grüßen

Frank

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Re: NASA-Forschung: Auf dem Laserstrahl in 15 Jahren nach Alpha Centauri

Beitrag von Frank » 7. Feb 2017, 10:52

Neuigkeiten zu oben genanntem Projekt.
Im Rahmen der Breakthrough-Starshot-Inititiative sollen winzige Sonden entwickelt werden, die unseren Nachbarstern Alpha Centauri in nur zwei Jahrzehnten erreichen können. Zwei deutsche Forscher haben sich nun Gedanken darüber gemacht, wie man diese Sonden dort auch sinnvoll einsetzen könnte. Ihr Lösung hat einen Nachteil: Die Reisezeit würde sich merklich verlängern.
http://www.astronews.com/news/artikel/2 ... -006.shtml

- Ich halte 100 Jahre, weil sie die Schaffenszeit eines Menschen momentan noch um vielfaches Übersteigen, für nicht durchfürbar. Die Wissenschaftler , die das Projekt entwickeln und die Sonden losschicken, haben nichts mehr davon.

- Des Weiteren gilt es zu bedenken, wie der technologische Fortschritt auf der Erde in diesem großen Zeitraum kompensiert werden soll.
Wir haben ja heute schon Schwierigkeiten, Arbeiten aus dem 1970er Jahren , die auf Systemen abgelegt wurden die es inzwischen nicht mehr gibt, irgendwie auslesen zu können.
Mit freundlichen Grüßen

Frank

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Re: NASA-Forschung: Auf dem Laserstrahl in 15 Jahren nach Alpha Centauri

Beitrag von gravi » 7. Feb 2017, 12:05

Die optimale bzw. realistische Lösung scheint mir das noch nicht zu sein. Vor allem: Was will man mit solch kleinen Sonden? Die könnten noch nicht mal (Funk-) Kontakt mit der Erde aufnehmen, weil man ja kaum Geräte mit entsprechender Leistung mitführen könnte. Dennoch finde ich mehr als positiv, dass man sich überhaupt mit dem Thema beschäftigt!

Gruß
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Re: NASA-Forschung: Auf dem Laserstrahl in 15 Jahren nach Alpha Centauri

Beitrag von Frank » 8. Feb 2017, 16:25

Wie kann man es denn ausrechnen, wenn z.B. die Sonden doppelt so groß wären, wieviel mehr an Energie man aufwenden müsste?(´Nehmen wir mal an, dass Startgewicht wäre 400g)
Mit freundlichen Grüßen

Frank

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Re: NASA-Forschung: Auf dem Laserstrahl in 15 Jahren nach Alpha Centauri

Beitrag von positronium » 8. Feb 2017, 16:38

Die Energie wächst linear mit der Masse, also d.h.: Doppeltes Gewicht, doppelte zuzuführende kinetische Energie.
Da muss man sich dann überlegen, wie man diese Energie zur Verfügung stellen könnte:
- Ein stärkerer Läser muss von den Segeln vertragen werden.
- Eine längere Beschleunigungsphase erfordert eine bessere Fokussierung der Laser - die Sonden sollen ja in kürzester Zeit extrem schnell werden, also sind sie auch schnell weit weg und schlecht mit dem Laser zu treffen.

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Re: NASA-Forschung: Auf dem Laserstrahl in 15 Jahren nach Alpha Centauri

Beitrag von gravi » 8. Feb 2017, 18:48

Ich meine, dass eine Lösung mit externen Lasern zumindest für größere Sonden keinen geeigneten Antrieb darstellt. Photonenantrieb ja, aber der müsste schon onboard sein, damit über einen längeren Zeitraum mit gleichbleibender Schubkraft beschleunigt werden kann. Sicherlich wären auch verschiedene Antriebssysteme vorteilhaft, man könnte dem Raumfahrzeug ja beispielsweise mit einer Alternative recht schnell durch große Schubkraft eine hübsche Anfangsgeschwindigkeit verleihen. Alternativen siehe z.B. Raketenantriebe.

Gruß
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