Frage von knutullerich, 15

Wieso kann ich in einem geschlossenen System keine Wirkung nach außen erzeugen?

Meine Söhne und ich wollen natürlich den ultimativen Antrieb für ein Raumschiff erschaffen,weches dann allein und ohne Treibstoff zu verbrauchen Jahrhunderte durch das Weltall gondelt.Physiker der TU Freiberg haben aber unseren Elan gebremst und die These aufgestellt,ein geschlossenes System lässt keine Wirkung nach außen zu(wegen Energieerhaltungssatz)Was wäre denn,wenn ich im Weltall in einem Raumschiff stehe und ,wie Tom Sawyer ,mit einem Katapult ein Gechoss ins Weltall schieße(möglichst Rückstoßfrei)An diesem Geschoss ist ein starkes, nicht dehnbares Seil,welches die Energie des Geschosses auf das Raumschiff überträgt und gleichzeitig verhindert ,dass unser Geschoss im Weltall verschwindet.Dann müsste mit jedem Schuss unser Raumschiff einen Beschleunigungsimpuls erhalten und ohne Treibstoff zu verbrauchen seine Geschwindigkeit erhöhen können?Gibt es irgendwelche anderen Möglichkeiten außer Düse und Verbrennung von Materialien?

Antwort
von ramay1418, 3

Grundsätzlich funktioniert die Standardrakete nach dem Newton'schen Prinzip: Eine nach hinten weggeschleuderte Masse erzeugt einen entgegengesetzten Impuls, also einen Vortrieb (das gilt für so gut wie jede Art der Fortbewegung: actio = reactio). 

Andere Arten der Fortbewegung (zum Teil auch rückstoßfrei) gibt es durch 

- ein Katapult (das muss kein Dampfkatapult wie auf einem Flugzeugträger sein, sondern kann auch, z. B. durch ein elektromagnetisches Feld geschehen). Für hohe Geschwindigkeiten sind sehr lange Beschleunigungsstrecken nötig (mehrere Tausend oder Millionen km). 

- Ionenantriebe. Langsam, aber (jahre)lange Brenndauer. Geringe Beschleunigung, aber hohe Endgeschwindigkeiten. 

- ein Sonnensegel (der Lichtdruck der Sonne würde das Raumschiff in Bewegung setzen) 

- Schwerkraft (Swing-By-Manöver im Schwerefeld eines Planeten. Das Raumschiff bekommt mehr Impuls, der des Planeten nimmt geringfügig ab) 

- einen Antrieb gem. ORION- oder DAEDALUS-Prinzip: Bei ORION erfolgen laufende Explosionen kleiner! Atombomben in einer Brennkammer, bei DAEDALUS erfolgen die Explosionen außerhalb des Raumschiffes und die "Stützmasse" trifft auf eine Prallplatte und schiebt das Raumschiff vorwärts. 

Vorteil: Beide Prinzipien wurden schon mit konventionellen Sprengladungen auf ihre Machbarkeit überprüft. 

- die technisch ultimative Lösung: die Photonenrakete, die den Vortrieb durch einen "Lichtstrahl" (eher Gammastrahl) liefert, der durch Materie-Antimaterie-Zerstrahlung erzeugt wird. 

- den Bussard-Antrieb: Ein riesiges Netz (aus Nanomaterial oder elektromagnetisch) als Sammeltrichter (mehrere (hundert) Kilometer Durchmesser) für atomaren Wasserstoff im freien Raum, der dann als Stützmasse verwendet wird. 

- einen Warp-Antrieb (s. Alcubierre). Der krümmt die Raumzeit, so dass ein Raumschiff trotz Unterlichtgeschwindigkeit in wenigen Sekunden, Minuten, Stunden, Tagen beliebige Entfernungen bis ans Ende des (beobachtbaren) Universums zurücklegen könnte. Nachteil: die Energieversorgung von mindestens der Größe eines Neutronensterns. Das liegt außerhalb jeder für die nächsten Jahrhunderte oder Jahrtausende denkbaren Technik. 

- ein Generationenschiff. Keine Rückkehr der Besatzung zur Erde, alle Zwischengenerationen leben nur in einer geschlossenen Umgebung (wie in einem U-Boot). Aber worin würde der Erkenntnisgewinn liegen? Niemand auf der Erde würde sich nach Tausenden von Jahren noch daran erinnern, allerdings könnte so die Galaxis besiedelt werden. 

Nachteile: Die Enge, Auswahl der Mannschaft, keine Erfahrung mit der Fortpflanzung in Schwerelosigkeit oder stark verminderter Schwerkraft, Biodiversität durch Inzucht gefährdet (wie bei alten Adelsgeschlechtern ;-). 

- Ganz weit weg: Ein Vorschlag des Schweizer Physikers Fritz Zwicky, der den Vorschlag machte, das ganze Sonnensystem als "Raumschiff" zu nutzen, um zu anderen Sternen zu reisen.

Dazu müsste man Partikel in die Sonne schießen und durch Kernfusion dieser Partikel ein asymmetrisches Brennen der Sonne erreichen, wodurch sich ein geringer Schub entwickeln würde (Newton lässt grüßen!), der das gesamte Sonnensystem in ca. 2.500 Jahren zum Alpha Centauri bringen würde - oder bei entsprechend längerer "Reise" noch weiter weg. 

Dargelegt hat Zwicky diese Idee in seinem Werk „Entdecken, Erfinden, Forschen im morphologischen Weltbild". 

Es gibt also einige Überlegungen zu neuen Antrieben, nur sind die stellenweise einfach nur Ideen, die noch ausgearbeitet werden müssen oder technisch nicht realisierbar. 

Eins dürfte aber klar sein: Den einsamen Professor, der in seiner Garage mit Hilfe seiner schönen Tochter und eines smarten Technikers ein überlichtschnelles Raumschiff konstruiert, gibt es nicht und wird es nicht geben. 

Raumfahrt ist Teamarbeit. 

Antwort
von dompfeifer, 3

Zunächst lässt sich ein Geschoss nicht rückstoßfrei beschleunigen. Das Katapult bliebe nur impulsfrei, wenn gleichzeitig zwei Geschosse in entgegen gesetzte Richtungen abgeschossen würden, so dass sich die Wirkungen aufheben (Siehe Wiki „rückstossfreies Geschütz“).

Beim dem beschriebenen Gedankenexperiment würde also das Raumschiff in eine Richtung beschleunigt und bei der Straffung des Seils in die Gegenrichtung. Am Ende würde sich alles genau aufheben.

Raketenantriebe ohne flüssigen Brennstoff taugen nicht für den Start von der Erdoberfläche, aber zur Navigation im All. Die zahlreichen Verfahren sind bei Wiki nachzulesen unter „Raketentriebwerk“.

Antwort
von exxonvaldez, 9

Gibt es.

Aber es läuft immer darauf hinaus, dass "Dinge" nach hinten weg geschleudert werden. Daran kommst du nicht vorbei.

Das Raumschiff mit dem Seil würde sich immer vor und zurück bewegen und nicht einen Meter von der Stelle kommen.

Antwort
von terrial, 4

Gibt es überhaupt eine TU in Freiberg? Kann ich mir nicht vorstellen.

Für dein Raumschiff brauchst du einen Gedankenmotor - damit kannst du in kürzester Zeit überall hinreisen.

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