Interstellare Raumfahrt I

Der Mond ist bislang der einzige Himmelskörper, den der Mensch erreicht hat und der Mars wird noch einige Jahre auf den Besuch des Menschen warten müssen - und selbst dann wird die Reise zu unserem Nachbarplaneten einige Monate dauern, hin und zurück wahrscheinlich mehr als ein ganzes Jahr.

Wenn man eines Tages zu anderen Sternen aufbrechen möchte, wird man völlig neue Antriebskonzepte entwickeln müssen, denn selbst unser Nachbarstern Proxima Centauri ist über vier Lichtjahre entfernt.

Einige Ideen mögen zwar unkonventionell erscheinen, basieren aber auf Techniken, über die wir bereits heute verfügen.

Mit den heutzutage verwendeten chemischen Raketen kann man über kurze Zeit einen hohen Schub erreichen, was genügt, um die Umlaufbahn und mit Mühe die benachbarten Planeten zu erreichen. Für größere Entfernungen ist erheblich mehr Schub erforderlich. Atomenergie käme dafür in Frage. Die Energiefreisetzung bei der Kernspaltung oder Kernfusion ist viel größer als bei Feststoffraketen, bei denen eine lediglich eine Verbrennung stattfindet.

Diese Idee wurde zwischen 1973 und 1978 im Projekt Daedalus ausgearbeitet. Daedalus sollte in der Lage sein, Bernards Stern, in einer Entfernung von 5,9 Lichtjahren, in nur 50 Jahren zu erreichen. Da die Kernfusion effektiver ist als die Kernspaltung wurde die Möglichkeit geprüft das Raumschiff mit einer Kette von Explosionen zu beschleunigen, die es letztendlich auf eine Geschwindigkeit von 12% Lichtgeschwindigkeit bringen sollten. Ein starkes Magnetfeld sollte die Explosion kanalisieren, so dass das der Rückstoß des Plasmastrahls wie in einem konventionellen Antrieb gerichtet für den Vortrieb genutzt werden könnte.

Daedalus hätte mit seinem Gewicht von 54 tausend Tonnen im Orbit der Erde gebaut werden müssen, wobei 50 tausend Tonnen Treibstoff einer Nutzlast von 500 Tonnen für die wissenschaftliche Ausrüstung gegenübergestanden hätten. Aber wenn man bedenkt, dass die ersten Daten - wenn alles glatt ginge - erst nach 56 Jahren auf der Erde eintreffen würden (Reisedauer plus die Zeit, die das Licht für den Rückweg braucht) ist verständlich, dass so ein Projekt nicht umgesetzt wurde. Ganz abgesehen davon, dass es Risiko ist, so viel nuklearen Sprengstoff in die Umlaufbahn zu bringen.

Man könnte aber auch versuchen, ohne eigenen Treibstoff auszukommen.

Das geschieht z. B. bei Sonnensegeln, die den Sonnenwind ausnutzen, so wie ein Segelschiff den Wind nutzt. Mit einem einfachen Segel kann man aber niemals schneller werden als der Wind selbst. Im Fall der Sonne sind das etwa 400km/s, Reisen zu fernen Sternen würden damit immer noch sehr lange dauern und die Stärke des Sonnenwinds nimmt auch mit der Entfernung ab, so dass das Raumfahrzeug durch das interstellare Medium wieder gebremst wird. Wenn man allerdings mit einem Laser nachhilft, der von einem im Orbit der Erde positionierten Raumschiff auf das Segel fokussiert wird, ist theoretisch eine Geschwindigkeit von bis zu 10% der Lichtgeschwindigkeit möglich.

Aber selbst mit derartigen Antrieben dauert es immer noch Jahrzehnte um nahe Sterne zu erreichen, allerdings sind auch noch nicht alle Möglichkeiten ausgeschöpft. Wenn man eine Möglichkeit hätte das interstellare Medium selbst für den Antrieb des Raumschiffes zu nutzen könnten sich sehr viel höhere Geschwindigkeiten erreichen (bis nahe an die Lichtgeschwindigkeit, wenn man davon ausgeht, dass das Raumschiff über Jahre konstant beschleunigen kann).

Der Ramscoop soll genau das umsetzen. Diese Idee wurde 1960 von R.W. Bussard entwickelt und basiert auf der Tatsache, dass das interstellare Medium kein perfektes Vakuum ist. Der Ramscoop soll diese Materie, die zum großen Teil aus Wasserstoff und Helium besteht einfangen und dann in der Reaktionskammer zur Fusion bringen. Bussard hat ausgerechnet, dass ein 1000 Tonnen Raumschiff mit 1g beschleunigen könnte und nach etwa einem Jahr Lichtgeschwindigkeit erreichen würde, wenn die Dichte des interstellaren Mediums 1 H-Atom / cmł beträgt.

Die Fläche des Scoops müsste dafür aber 10.000 km˛ groß sein, was mit heutigen Materialien nicht mit dem anvisierten Gewicht möglich ist. Ein Magnetfeld könnte diese Schwierigkeit umgehen, verbraucht aber wieder viel Energie für seine Aufrechterhaltung. Auch die Dichte des Mediums ist nicht überall konstant, in einem Nebel kann sie auch 10x größer sein, aber auch viel geringer an anderen Orten. Des Weiteren verursacht ein derartiges Segel oder Magnetfeld auch wieder Reibung - insbesondere bei relativistischen Geschwindigkeiten - so dass die tatsächlich erreichbare Geschwindigkeit weit unter der Lichtgeschwindigkeit liegen würde. Damit der Ramscoop überhaupt arbeiten kann muss er außerdem schon eine Geschwindigkeit von etwa 6% c haben, er muss also zuerst mit anderen Antrieben angeschoben werden, bevor er effektiv genutzt werden kann.

Anstelle von völlig neuen Antriebskonzepten könnte man aber auch die Rakete weiterentwickeln und neue Treibstoffe nutzen, wie zum Beispiel Antimaterie. So exotisch, wie sich das anhört, ist es doch keine Science-Fiction mehr, sondern wir am Jet Propulsion Laboratory der NASA ernsthaft untersucht. Die Annihilierung von Elektronen und Positronen genügt dabei aber nicht, da die hier entstehenden Gammastrahlen nicht gesteuert werden können. Aber wenn man z. B. Protonen und Anti-Protonen aufeinander treffen lässt, entsteht dabei ein ganzer Haufen von sekundären Partikeln, deren Rückstoß für den Vortrieb genutzt werden kann.

Die Speicherung dieser Antiteilchen müsste in einem Magnetfeld geschehen, das funktioniert bereits in kleinem Maßstab mit den inzwischen produzierten Antiteilchen, allerdings ist die Herstellung nicht billig. Derzeit kostet 1 Gram Antimaterie 62,5 Billionen Dollar, aber der Preis könnte auf 5000 Dollar / Mikrogramm gesenkt werden und im Fermilab soll die Produktion von 1,5 auf 15 Nanogramm im Jahr gesteigert werden. Es ist also noch ein weiter Weg zu den Sternen. Vielleicht stellt die Wissenschaft bald Erkenntnisse zur Verfügung mit denen auch der Warp-Antrieb zu einer ernstzunehmenden Möglichkeit für interstellare Reisen wird.

- Weiter zum 2. Teil


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