10 realistische Designs für interstellare Raumschiffe

Viele der größten Köpfe in Physik und Technik haben viel Zeit mit dem Nachdenken über Reisen verbracht. Sie haben detaillierte Konzepte und Entwürfe für Raumschiffe erarbeitet, die Menschen zu den Sternen schicken können. Jedes Design hat seinen eigenen Weg, um die Hauptherausforderung interstellarer Reisen zu meistern: die Entfernung zu den Sternen.

In 4 Lichtjahren Entfernung ist Proxima Centauri der nächste Stern der Erde (außer unserer eigenen Sonne natürlich). Mit konventionellen Raketen würde es etwa 137.000 Jahre dauern, um dorthin zu gelangen. Ziel dieser Konstruktionen ist es, die Schiffe auf einen Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen, damit die Fahrt in weniger als einer menschlichen Lebenszeit abgeschlossen werden kann. Alle diese Entwürfe wurden als realisierbare Lösungen vorgeschlagen, die möglicherweise in der Zukunft eingesetzt werden können.

Ion Propulsion 10 Ionenantrieb

ist ein Motor, der in den letzten Jahren eine ernsthafte Entwicklung durchlaufen hat. Auf Ionenantrieb basierende Raketen erzeugen weit weniger Schub als herkömmliche Raketen.

Obwohl konventionelle aufhören zu beschleunigen, sobald sie die Erde verlassen, können Ionenantriebsraketen die Rakete noch jahrzehntelang antreiben. Die Idee hinter diesem Motor ist es, die Rakete ständig zu beschleunigen, so dass sie nach einigen Jahren eine signifikante Geschwindigkeit von bis zu 145.000 Stundenkilometern erreicht.

Dies ist jedoch nicht annähernd genug, um die nächsten Sterne zu erreichen. Dieses Raumfahrzeug wäre für die Erkundung des äußeren Sonnensystems besser geeignet.

Beim Ionenantrieb werden die elektrostatischen Eigenschaften von Partikeln ausgenutzt (die Tendenz, dass sich Partikel mit ähnlichen Ladungen abstoßen und entgegengesetzte Ladungen anziehen). Der Prozess beginnt mit dem Injizieren eines Inertgases, üblicherweise Xenon, in eine Ionisationskammer. Dann wird ein Elektronenstrom in die Kammer injiziert, wobei einfacher Strom verwendet wird, der von Sonnenkollektoren oder Kernreaktoren erzeugt wird.

Wenn die Elektronen mit den Xenonatomen kollidieren, werden einige ihrer Elektronen von den Xenonatomen abgeschlagen, wodurch ein positiv geladenes Atom (ein positives Ion) entsteht. Die gleichen Ladungen der Ionen in der Kammer drücken gegeneinander und beschleunigen die Ionen.

Unter Verwendung eines negativ geladenen Gitters werden die Ionen zu Löchern am Ende der Kammer hingezogen. Dort werden sie mit ungeheurer Geschwindigkeit aus dem Raumschiff geschossen und treiben das Raumfahrzeug dabei vorwärts.

Xenon ist als Treibmittel äußerst effizient und kann in großen Mengen gelagert werden, was es zu einer erstaunlichen Kraftstoffquelle macht. Außerdem leuchten Ionenantriebssysteme hellblau, sodass sie genau wie die Raumschiffe in Weltraumopern aussehen.

Nanotechnology 9 Nanotechnologie

Forscher der University of Michigan haben den Ionenantrieb verbessert. Die Technologie wird NanoFET genannt. Anstelle der Xenon – sind die Treibmittel große, vom Menschen geschaffenen Partikel Kohlenstoff – Nanoröhrchen bezeichnet. Sie können genauso leicht aufgeladen und beschleunigt werden wie Xenonatome, wenn nicht besser. Sie sind jedoch weitaus massiver, was bedeutet, dass ihr Ausstoß dem einen viel größeren Schub verleihen wird.

Dieser Prozess ist jedoch unübersichtlich und sehr komplex. Ein Raumfahrzeug würde erfordern, dass Billionen dieser Partikel ständig ausgeworfen werden. NanoFET hat einen langen Weg vor sich.

Nuclear Bombs 8 Atombomben

Ja das ist echt. könnten tatsächlich für interstellare Raumschiffe eingesetzt werden. Es mag barbarisch klingen, ist aber eines der praktischsten Designs auf dieser Liste.

Alle drei Sekunden würde eine kleine Atombombe oder Bomblet am Heck des Raumfahrzeugs gezündet. Die Energie der würde von Stoßdämpfern auf einer „Schieberplatte“ absorbiert, die das Raumfahrzeug auf 3 Prozent der Lichtgeschwindigkeit beschleunigen würde.

Man könnte erwarten, dass die Passagiere dieser Raumschiffe die schlimmsten Turbulenzen ihres Lebens erleben würden. Es wird jedoch erwartet, dass die Energie der Bomben ziemlich gut übertragen wird und die Reise reibungslos verläuft.

Ramjets 7 Ramjets

Kernfusion ist ein Prozess, der in den Kernen aller und die Wärmequelle jedes Sterns ist. Fusion findet statt, wenn Atome extremen Temperaturen und Drücken ausgesetzt sind. Unter diesen Bedingungen verschmelzen leichte Atome zu schwereren. Ein Nebenprodukt dieser Reaktion sind enorme Mengen an Wärmeenergie.

Die Fusion ist ein weitaus mächtigerer und energetischer Prozess als die Spaltung (wenn Atombomben Atome spalten). Die häufigste Form ist die Wasserstofffusion, die erzeugt. Mehrere Designs für interstellare Raumfahrzeuge nutzen die Wasserstofffusion.

Mit Hochleistungslasern oder -magneten wird Wasserstoff komprimiert und erhitzt, bis die Fusion zündet. Die aus der Fusion freigesetzte Wärmeenergie wird auf die umgebenden Atome übertragen und beschleunigt. Diese werden durch eine Düse aus dem Raumfahrzeug ausgestoßen, wodurch das Raumfahrzeug auf lächerliche 90 Millionen Kilometer pro Stunde beschleunigt wird.

Der Wasserstoff kann an Bord gespeichert oder aus dem interstellaren Medium (der Materie und der Strahlung, die zwischen den Sternen herrschen) gesammelt werden, während das Schiff fährt. Raumschiffe, die unterwegs Wasserstoff aufnehmen, werden als Ramjets bezeichnet.

Antimatter 6 Antimaterie

Ein hat die entgegengesetzten Eigenschaften seines regulären Gegenstücks. Ein Proton hat eine positive Ladung und ein Antiproton hat eine negative Ladung.

Wie sieht Antimaterie aus? Sie haben es noch nie gesehen, weil es nur in Laboratorien synthetisiert wird. Der Grund: Wenn ein Antimateriepartikel mit einem Partikel regelmäßiger Materie in Kontakt kommt, werden sie sich in einer erstaunlichen Explosion gegenseitig auslöschen. Einhundert Prozent der Masse der Teilchen wird in einen aus Energie umgewandelt.

Um Ihnen eine Perspektive zu geben, wandeln die größten Atombomben heute 0,1 Prozent ihrer Masse in Energie um. Bevor jedoch die gesamte Masse in reine Energie umgewandelt wird, werden einige kurzlebige Partikel als Reaktionsprodukt erzeugt. Ein Großteil dieser Partikel wird Pionen genannt.

In einer Antimaterie-Rakete würden diese Pionen als Treibmittel verwendet und dann aus dem Schiff ausgestoßen, bevor sie vollständig in Energie umgewandelt wurden. Es wird geschätzt, dass ein Schiff, das von Antimaterie-Vernichtungen angetrieben wird, mit 40 Prozent der Lichtgeschwindigkeit fahren kann. Antimaterie ist leider unglaublich schwer zu synthetisieren. Derzeit verfügen wir nicht über die Technologie, um ausreichende Mengen davon zu schaffen.

Solar Sails 5 Sonnensegel

Sie haben sie vielleicht in , aber Sonnensegel sind eine Realität. Tests dieser Raumsonden wurden bereits von der NASA und der Planetary Society durchgeführt.

Das Raumfahrzeug arbeitet wie ein Segelboot. Anstelle von Wind ist das Treibmittel jedoch Sonnenlicht. Das Schiff besteht aus einer kleinen Nutzlast, die an einem massiven, ultradünnen befestigt ist und manchmal einen Durchmesser von 30 Metern hat.

Auf das Segel wird Druck ausgeübt, da große Mengen an Photonen von der Oberfläche des Spiegels reflektiert werden. Im Laufe der Zeit baut sich der Druck auf und das Raumfahrzeug kann Geschwindigkeiten von bis zu 241.000 Stundenkilometern erreichen.

Während sie schnell sind, erreichen diese Raumfahrzeuge nicht die für interstellare Reisen erforderlichen Geschwindigkeiten. Wie Sie jedoch bald sehen werden, kann das Konzept der Sonnensegel geändert werden, um einige der schnellsten Geschwindigkeiten auf dieser Liste zu erreichen.

Laser Beams 4 Laserstrahlen

Die Idee, Raumfahrzeuge mit leistungsstarken Laserstrahlen auf extreme Geschwindigkeiten zu bringen, wurde von vielen mächtigen Leuten, darunter und dem verstorbenen Stephen Hawking, unterstützt. Der Vorschlag mit dem Namen Breakthrough Starshot würde Tausende von kleinen Sonden in vier Lichtjahren Entfernung zu Proxima Centauri, dem nächsten Stern neben der Erde, der Sonne, schicken.

Neben seiner Entfernung ist Proxima Centauri ein Hauptziel, da es einen Earthlike- namens Proxima Centauri b (alias Proxima b) enthält, der sich in der bewohnbaren Zone befindet. Das Ziel des Projekts ist es, Fotos zu machen und weitere wertvolle Daten über den Exoplaneten zu sammeln und zur Erde zu senden, um zu sehen, ob Proxima Centauri b tatsächlich bewohnbar ist oder noch besser bewohnt ist.

Bei den Sonden handelt es sich um winzige, pelletartige Wafer, die viele wertvolle Instrumente enthalten und jeweils nur wenige Gramm wiegen. Wie Sonnensegel werden sie mit „Lightsails“ verbunden und in den Weltraum geschickt.

Von einer Station auf der Erde aus schießen große Arrays ultrapowerful Laser 100 Gigawatt fokussierter Laserstrahlen auf die Lichtsegel und treiben sie mit 20 Prozent der Lichtgeschwindigkeit an – über 160 Millionen Kilometer pro Stunde. Bei dieser Geschwindigkeit können selbst kleinste Hindernisse im Weltraum wie Staub eine Sonde zerstören.

Tausende von Sonden werden gesendet, um sicherzustellen, dass mindestens einige ihr Ziel erreichen. Die Sonden von Breakthrough Starshot sollten es in 20 Jahren bis Proxima Centauri b schaffen.

Beamed Particle Propulsion 3 Strahlteilchenantrieb

Einer der Mängel im Durchbruch Starshot ist ein Effekt namens „Beam zu verbreiten.“ Das ist die Tendenz für Strahlen ist , um sich auszubreiten , wie sie sich bewegen. Die Ausbreitung von Strahlen droht, die Leistung eines Lasersegels zu reduzieren. Einige Wissenschaftler haben vorgeschlagen, Teilchenstrahlen anstelle von Lasern zu verwenden. Diese leiden jedoch auch unter Strahlstreuung.

Wissenschaftler von Texas A & M haben eine neuartige Lösung gefunden: Verwenden Sie sowohl Laser als auch . Ihr Projekt heißt PROCSIMA. Die Strahlausbreitung kann im Laser durch Manipulation der Eigenschaften von Partikeln eliminiert und in den Partikeln durch Manipulation der Eigenschaften des Lichts eliminiert werden.

Gas Station On Saturn’s Moon 2 Tankstelle auf dem Saturnmond

Traditioneller Raketentreibstoff verwendet flüssigen Wasserstoff und ein Oxidationsmittel, üblicherweise flüssigen Sauerstoff. Abgesehen davon, dass der Kraftstoff , ist er schwer zu lagern, da er nicht sehr dicht ist, was bedeutet, dass Sie nicht viel davon aufstocken können. Außerdem muss es bei -252,9 Grad Celsius (-423,2 ° F) gelagert werden.

Aus diesen Gründen haben sich Raketenpioniere wie Elon Musk und Jeff Bezos auf den neuen Methan-Treibstoff verlagert. Methan (CH 4 ) ist nicht toxisch, kann bei viel höheren Temperaturen gelagert werden und ist dichter als Wasserstoff, sodass viel mehr davon gespeichert werden kann.

Es gibt jedoch eine Einschränkung. Obwohl auf der Erde üblich, wird Methan nicht leicht angesammelt. An einem Ort in der Nähe gibt es jedoch Seen mit flüssigem Brennstoff, die darauf warten, mitgenommen zu werden. ist Saturns größter Mond. Neben der Erde ist Titan der einzige bekannte Ort im Universum mit einer Flüssigkeit auf seiner Oberfläche. Titan hat riesige Seen mit Ethan, Propan und vor allem Methan.

Wenn wir eine Startrampe auf der Oberfläche von Titan bauen könnten, könnten wir die Rakete mit riesigen Mengen an Methankraftstoff füllen. Darüber hinaus ist die Schwerkraft von Titan viel niedriger als die der Erde. Infolgedessen wäre für das Abheben weit weniger Kraftstoff erforderlich, was mehr Kraftstoff verbraucht als jede andere Phase der Fahrt. Der Start eines Raumfahrzeugs von Titan könnte uns zu den Sternen bringen.

Black Hole Starship 1 Schwarzes Loch-Raumschiff

Von allen Raumschiffen auf dieser Liste ist das schwarze Loch-Sternenschiff offensichtlich das unrealistischste. Trotzdem ist es eine faszinierende Idee. Es nutzt die , ein Phänomen, das von Stephen Hawking entdeckt wurde.

Hawkingstrahlung ist das, was einem passiert, wenn es verdampft. Ein schwarzes Loch strahlt im Laufe seiner Lebensdauer Strahlung aus und schrumpft. Bei Raumschiffen liegt der Schlüssel darin, dass der Prozess schneller wird, wenn das Schwarze Loch kleiner wird. Durch künstliches Erzeugen eines mikroskopischen schwarzen Lochs kann daher die Hawking-Strahlung aus dem schwarzen Loch als Treibmittel verwendet werden, indem die Strahlung vom Raumfahrzeug weg reflektiert wird.

Tovi Sonnenberg ist ein Gymnasiast in New York und ein Amateurastronom der American Association of Variable Star Observers (AAVSO). Folge ihm auf und .