Proxima Centauri erreichen mit Teilchenbeschleuniger

Jakob5

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Hallo zusammen,

was mich seit einiger Zeit beschäftigt, ist die Starshot Initiative. Darin wollen sie den nächsten Stern, den Proxima Centauri, innerhalb von 20 Jahren erreichen.

Leider gibt es bisher kein einziges realistisches Konzept, wie das zu machen ist.

Was haltet ihr dagegen von meiner Idee?

1. Man baut so etwas wie einen Teilchenbeschleuniger, nur eben nicht für Teilchen, sonder für einen Kleinstsatelliten, entweder im erdnahen All oder auf dem Mond.
Gemeint ist ein grosse Röhre, die in ihrem Inneren den Satelliten immer mehr beschleunigt. Das muss kein elektrisches Feld sein wie im Teilchenbeschleuniger, es kann z.B. durch Laser, oder auch etappenweise, bspw. mechanisch, von statten gehen.

2. Ausserhalb der Erde, damit der beschleunigte Satellit nicht wieder durch die Atmosphäre abgebremst wird.

3. Der Kleinstsatellit soll möglichst kompakt gebaut werden, bspw. 1 mm3 Grösse. Inhalt soll nur eine Kamera und ein Funksystem sein plus eventuell Bremssystem.

4. Das Problem wird das Abbremsen vor Ort sein. Sonnensegel sind wohl zu schwach, ich würde etwas anderes vorschlagen: Eine Art "Anker" mit gummiartigem Seil, das vor Ort dann in den Planeten geschossen wird und als Bremse benutzt wird. Ich weiss dass da ungeheure Kräfte wirken, aber 1. ist der Satellit klein, und wenn es 2. nicht klappen sollte, kann der Satellit auch stattdessen, ein paar Fotos schiessen, ohne abzubremsen.

Auf eure Meinung bin ich gespannt!

LG Jakob
 

MGZ

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Breakthrough Starshot hat ein Konzept, nämlich Sonnensegel plus Superlaser (salopp gesagt).

Ein Teilchenbeschleuniger wird nicht funktionieren, jedenfalls nicht ohne extrem hohen Materialaufwand. Die übertragene kinetische Energie ist sehr ähnlich wie die, die die Teilchen bekommen.
Die Sache mit dem Gummiseil ist noch viel weniger realistisch. Eigentlich gibt es zum Abbremsen noch keine plausiblen Vorschläge.
 

Jakob5

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Ja, von dem Sonnensegel habe ich gehört, aber sie reden von 100 Jahren statt von 20, ausserdem ist das materialtechnisch noch nicht möglich (50 km2 Segel mit ein paar Gramm Gewicht - stabil bei riesigen Geschwindigkeiten).

Der Teilchenbeschleuniger muss ja nicht auf 99% Lichtgeschwindigkeit beschleunigen wie herkömliche, sondern eben nur auf 20%. Der Energie- und Materialaufwand wird ja vor allem in Richtung 100% c riesig, d.h. bei 20% sollte es noch deutlich machbarer sein.
 

Bynaus

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Zum Abbremsen gibt es schon ein Konzept, ein Magnetsegel sollte mit moderaten Mitteln die Abbremsung von interstellaren zu interplanetaren Geschwindigkeiten ermöglichen. Sofern der Zielstern einen Sternwind hat. Aber bei Proxima ist das kein Problem...
 

Jakob5

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Die Abbremsidee klingt gut. Wurde das mal durchgerechnet? Daran scheitert es oft.

Nochmal, wieso ich mechanische Be-und Entschleunigungen ins Spiel bringe:

Die schnellsten Geschwindigkeiten, die je erzeugt wurden, sind nicht die Raketen von Menschen, sondern die Sporen von bestimmten Pilzsorten.

Das heisst, wenn wir von denen lernen und das in einem technischen Massstab, können wir vielleicht an die % Lichtgeschwindigkeit heran.
 

Jakob5

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Verzeihung, da hat sich Guila Enders in einem Artikel wohl verschrieben: Nicht die Geschwindigkeit, sondern die Beschleunigung von Pilzsporen ist höher als alles, was Menschen erreichen.
 

Bynaus

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Die magnetische Abbremsung wird schon seit Jahren diskutiert. Siehe z.B. hier: https://arxiv.org/abs/1603.03015

Das Problem beim Teilchenbeschleuniger ist, neben dem materiellen Aufwand, die enorme Beschleunigung, die nötig ist - selbst für 20% der Lichtgeschwindigkeit. Sagen wir mal, optimistischerweise, wir machen die Beschleunigungsstrecke 1000 km lang. Welche Beschleunigung muss das Projektil dann aushalten, damit es am Ende mit 0.2 c die Mündung verlässt? Mit v^2 / 2s = a komme ich auf 180 Mio Ge...
 

Jakob5

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Ja, deshalb sind ja Teilchenbeschleuniger oft kreisförmig, was sich in diesem Fall auch empfehlen würde. Die Fliehkräfte aufzufangen ist dann natürlich eine Herausforderung. Ich würde das Ding an einem hochfesten Seil befestigen und um einen Mittelpunkt zirkulieren lassen.
 

Protuberanz

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Es kann eigentlich nur mit riesigen Sonnensegeln funktionieren. Denn wir benötigen noch ein weiteres Bauteil was sehr große Ausmaße haben muß. Das ist die Sendeantenne. Wenn die Antenne zu klein ist, würde man extrem leistungsstarke Sendeverstärker benötigen, um ein verständliches Signal über diese Entfernung transportieren zu können. Leistungsverstärker sind jedoch wieder sehr gewichtig, allein schon wegen der Kühlung, die sie benötigen. Außerdem fressen sie wieder eine Menge Strom, den wir auch nur dann haben, wenn der Generator groß und schwer ist. Und nicht zu vergessen, die goldene Regel der Funkübertragung, der beste Antennenverstärker ist und bleibt nun einmal die Antenne selbst. Das Antriebs-/Bremssegel und die Sendeantenne sollten also ein Kombigerät bilden.
Aber davon einmal abgesehen, sollte die Reisezeit auf jeden Fall deutlich unter 100 Jahren liegen. Denn die MTBF-Zeit unserer derzeitigen Halbleiterelektronik ist nicht dazu angetan, zu erhoffen, das die Geräte noch fehlerfrei funktionieren, wenn sie länger unterwegs sind. Schon gar nicht unter den verschärften Bedingungen der kosmischen Strahlung.
 
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Bynaus

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Ja, deshalb sind ja Teilchenbeschleuniger oft kreisförmig, was sich in diesem Fall auch empfehlen würde. Die Fliehkräfte aufzufangen ist dann natürlich eine Herausforderung. Ich würde das Ding an einem hochfesten Seil befestigen und um einen Mittelpunkt zirkulieren lassen.

Das ist komplett illusorisch. Du unterschätzt vollkommen, wie schnell 20% c wirklich sind. Wenn du mir nicht glaubst, kannst du ja mal ausrechnen, welche Fliehkräfte du bei einem rund um den Mondäquator gelegten Teilchenbeschleuniger bei 0.2 c "auffangen" müsstest... Und, welche Zugkraft an deinem "hochfesten" Seil ziehen würden...
 

JensU

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Hallo zusammen,

3. Der Kleinstsatellit soll möglichst kompakt gebaut werden, bspw. 1 mm3 Grösse. Inhalt soll nur eine Kamera und ein Funksystem sein plus eventuell Bremssystem.

Auf eure Meinung bin ich gespannt!

LG Jakob


Meinst du 1mm3, 1dm3 oder 1m3 für den Satellit?
Mein 1.Vorschlag wäre ein kleiner Eisasteroid, der als Raumsonde genutzt wird.
Ein Kernreaktor wandelt Eis in einen spezifischen Impuls um.
Mein 2.Vorschlag ist eine Raumsonde mit der Umwandlung kosmischerTeilchstrahlung in einen spezifischen Impuls mittels elektrischen Feld.

Gruß,
Jens
 

Bynaus

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@Jens, du nervst langsam. Verschiedene User haben sich die Mühe gemacht, dir zu zeigen, wo die Probleme mit deinem Vorschlag sind. Und trotzdem wiederholst du ihn hier als ob nichts wäre. Das ist nicht der Stil, den wir hier sehen wollen.
 

Jakob5

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Das ist komplett illusorisch. Du unterschätzt vollkommen, wie schnell 20% c wirklich sind. Wenn du mir nicht glaubst, kannst du ja mal ausrechnen, welche Fliehkräfte du bei einem rund um den Mondäquator gelegten Teilchenbeschleuniger bei 0.2 c "auffangen" müsstest... Und, welche Zugkraft an deinem "hochfesten" Seil ziehen würden...

Ich habe es eben nachgerechnet mit Fz = m*v^2/r. Es ist tatsächlich illusorisch, zumindest mit einem Stahlseil und allem, was nicht mindestens Faktor 100 zugfester ist.

Meine Schlussfolgerung an Hand der Rechnung ist aber auch, das man wohl Grössenordnung 0,1% c mit so einem Seil machen kann.

Dannach muss anders weiterbeschleunigt werden (Laser, Magnetfeld ...?)
 

Jakob5

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Meinst du 1mm3, 1dm3 oder 1m3 für den Satellit?
Mein 1.Vorschlag wäre ein kleiner Eisasteroid, der als Raumsonde genutzt wird.
Ein Kernreaktor wandelt Eis in einen spezifischen Impuls um.
Mein 2.Vorschlag ist eine Raumsonde mit der Umwandlung kosmischerTeilchstrahlung in einen spezifischen Impuls mittels elektrischen Feld.

Gruß,
Jens

Hallo Jens,
ich habe diesen Teilchenvorschlag von dir schon mitverfolgt. Allerdings habe auch ich den Eindruck, dass dir elementare Prinzipien wie Energieerhaltung und der Entropiesatz nicht angewandt präsent sind. Ich würde dir ein natur/ ingenieurwissenschaftliches Studium empfehlen, wenn du lösungsorientiert mitreden willst. Wenn es dir mehr ums Träumen geht, wäre wahrscheinlich ein Star-Wars / Star Trek Forum ein Ort für dich.
 

Jakob5

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Wobei es wahrscheinlich noch besser wäre, die Zentrifugalkraft magnetisch aufzufangen. Um die Fläche zu vergrössern, am Besten von beiden Seiten mit - und + Pol.

Der Satellit wäre wie gesagt mit ein paar mm^2 sehr klein. Die geringe Sendeleistung könnte durch folgende Idee gelöst werden: Nach der Sendung des ersten werden in gewissen Abständen Sendungsverstärker hinterhergesendet, mit geringerer Geschwindigkeit. Die Geschwindigkeiten und Abschusszeiten werden so bestimmt, dass, wenn Satellit 1 am Zielpunkt angelangt ist, die anderen in den richtigen Abständen stehen, um das Signal bis zur Erde zu übermitteln. Die Kosten würden sich nicht erhöhen, weil wenn der Beschleuniger einmal da ist, macht es einen geringen Unterschied, ob er einen oder 1000 Satelliten beschleunigt.
 
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Protuberanz

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Deine Ergänzung, macht die gesamte Idee nicht praktikabler. Du müßtest für jedes einzelne Objekt einen Steuerrechner mit ausreichend Speicher, eine Empfangs- und eine Sendeanlage haben. Außerdem müßten alle Relaisstationen über eine Bremsanlage und ein Navigationssystem mit Positionskorrektur verfügen. Das kann nur anhand von Sternpositionen erfolgen. Also brauchst Du für jedes einzelne Relais optische Sensoren, mit passender Auswertungselektronik und entsprechender Software dazu.
Desweiteren benötigt jedes System eine eigene Energieversorgung. Solar ist nicht, weil interstellarer Raum. Geräte im mm²-Bereich sind blanke Illusion. Die Leistungselektronik und deren Stromversorgung blähen den ganzen Spaß deutlich auf.
 

Protuberanz

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Hinzu kommt, das jeder, der sich schon einmal mit elektronischen Projekten beschäftigt hat weiß, das jede zusätzliche Komponente das Gesamtsystem störanfälliger macht. Das wiederum bedeutet, Du müßtest zusätzlich auch noch für Redundanz sorgen. Im Idealfall sogar mehrfach. Hochverfügbarkeitssysteme besitzen eine 3-4fach Redundanz. Auf der Erde wohlgemerkt. Hier sind die Systeme jederzeit erreichbar und ggf. reparabel. Bei einem Projekt dieser Größenordnung und Wichtigkeit würde ich die Redundanz deutlich höher ansetzen. Vor allem, da Du im Störfall nicht mal eben einen Servicetechniker hinschicken kannst, der die Störung beseitigt.
Im Prinzip sehr ich nur 2 realistische Möglichkeiten eine entsprechende Sendeleistung zu generieren. Entweder die Geschichte mit dem Antriebs-/Bremssegel kombiniert mit einer Sendeantenne. Oder und das ist glaube ich die bessere Lösung, viele Kleinstsatelliten gemeinsam auf die Reise geschickt und entsprechend miteinander vernetzt. Damit könnte man sogar gleich 2 Fliegen mit einer Klappe schlagen. Erstens können alle Satelliten zusammen eine bessere optische Auflösung erzielen und zweitens als Antennennetzwerk dienen. Allerdings müßte jeder einzelne auch deutlich größer sein, als nur ein paar mm². Die Cubesats sind ein relativ realistisches Objekt. Aber von denen wiegt einer bereits ca. 1,5kg.
Wie man die Dinger jedoch beschleunigen, bremsen und deren Position zueinander steuern soll, ist mir ein Rätsel. Ach ja und eine Energiequelle brauchen die ja auch noch. Denn bei mehreren Jahrzehnten ohne Strom, brauchst Du Dir keine großen Hoffnungen zu machen, das die dann vor Ort angekommen mit ein paar Solarzellen wieder zum Leben erweckt werden können.
 
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Jakob5

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Protuberanz,
danke für deine Aufklärung.
Diese kombinierte Idee von uns beiden, mehrere Objekte zu schicken, wäre doch gar nicht so unrealistisch. Wie du sagst, die Auflösung und Sendeleistung würde es erhöhen; anstatt einen grossen, viele kleine Satelliten schicken, da sich diese auch eher beschleunigen lassen.
Ausserdem könnte man mit der Methode auch, wenn richtig durchdacht, eventuell auf den Bremsvorgang verzichten. Der Bremsvorgang ist ja dazu da, dass möglichst viele / mehrere Aufnahmen vor Ort gemacht werden können. Stattdessen schickt man einfach beliebig viele Kleinstsatelliten Richtung Proxima Centauri, die dann zwar alle in Sekundenbruchteilen wieder weg sind, aber doch jeder zumindest ein Foto machen konnte.

Das alles setzt natürlich eine extrem genaue Programmierung und Lokalisierung voraus.
 
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