Schnellster raketen antrieb?
Was ist der schnellste, stärkste, theoretisch in naher Zukunft mögliche raketenantrieb?
Wie lange bräuchte ein Raumschiff damit vom Mond zum Mars?
8 Antworten
Diese Frage ist wieder falsch gestellt:
Erstens: Raketen haben so wenig eine "theoretische Höchstgeschwindigkeit" wie Wurfspeere, Billardkugeln oder Fußbälle. Raketen haben eine Schubkraft und eine Endgeschwindigkeit gegenüber dem Startpunkt nach Abschalten des Triebwerkes. Diese hängt neben dem Schub von der Treibstoffmenge, der Nutzlast und der Antriebsdauer ab. Bei einem sehr schubschwachen Triebwerk wie z.B. beim Ionenantrieb dauert die erzielte (relative) Geschwindigkeit entsprechend länger. Das kann bei großen Strecken ggfs. Jahre dauern bis zur erzielten relativen Geschwindigkeit.
Zweitens: Zur Geschwindigkeitsbestimmung außerhalb unseres alltäglichen irdischen Bereiches, wo wir vereinbarungsgemäß jede Geschwindigkeit auf den nächstliegenden Bodenpunkt beziehen, gehört zunächst einmal der definierte Bezugspunkt, zu dem die Geschwindigkeit bestimmt werden soll. Als Bezugspunkt der augenblicklichen Geschwindigkeit eines Körpers könnten wir z.B. den um die Erdachse kreisenden Pariser Eiffelturm nehmen, den um die Erde kreisende Mond, den um die Sonne kreisenden Mars oder das um das Milchstraßenzentrum kreisende Sonnensystem. Die bezugslose Geschwindigkeitsangabe ergibt im Weltall keinen Sinn. Deshalb rede ich oben auch nur von "relativen Geschwindigkeiten".
Alles klar soweit, oder noch Fragen dazu?
Der schnellste mögliche Raketenantrieb ist momentan der Ionenantrieb. Daran werkelt man seit den 50er Jahren rum. Die momentanen Ionentriebwerke sind halt etwas schwachbrüstig, da man geringe Treibstoffmengen mit akzeptablen Austrittsgeschwindigkeiten beschleunigt. Das hängt eigentlich nur von der verwendeten Stromquelle ab. Um den Ionentriebwerken mehr Bumms zu geben, müsste man starke Kernreaktoren in ein Raumschiff einbauen, dann könnte man auch größere Treibstoffmengen mit hoher Geschwindigkeit ausstoßen. Die Beschleunigungszeiten würden hierdurch stark sinken und man wäre in ein paar Wochen auf dem Mars.
In Zukunft wird man versuchen das Plasma direkt durch Fusionsprozesse, oder Antimateriereaktionen zu erzeugen. Aber das ist noch Zukunftsmusik.
Eine Rakete wird um so schneller, je schneller der Treibstoff nach hinten ausgestoßen wird. Jeder Treibstoff hat eine spezifische Geschwindigkeit. Bei den chemischen Triebwerken, wird H2 und O2 in der Brennkammer verbrannt und die Gasmoleküle so auf eine hohe Geschwindigkeit gebracht. Das nennt man spezifischer Impuls. Der liegt bei dem Gemisch Wasserstoff/Sauerstoff bei 4,3 km/sec. Ausströmgeschwindigkeit. Das wars dann. Schneller wird man damit nicht. Da aber gleichzeitig auch relativ viel Masse ausgestoßen wird, ergibt sich auch eine hohe Schubkraft. Sonst könnte man die Erdanziehung gar nicht überwinden. Ionentriebwerke stoßen ein Plasma nach hinten aus, das über eine Stromquelle erzeugt wird. Zwischen einer Anode und einer Kathode wird ein Magnetfeld erzeugt, das das Antriebsgas, oft Xenon, zu Plasma verwandelt und es über eine Gitterelektrode nach hinten ausstößt, wo es von einem Neutralisator wieder zu Gas verwandelt wird, indem ihm die Elektronen wieder zugeführt werden. Damit lassen sich momentan nur sehr geringe Schubkräfte erzeugen, aber bei sehr hohen Ausströmgeschwindigkeiten. Wenn man eine starke Stromquelle hat, etwa einen starken Kernreaktor, kann man natürlich mehr Plasma erzeugen und damit mehr Schub. Damit könnte man auch schneller beschleunigen. Es ist also ein Problem der Energieversorgung und es gibt auch noch Materialprobleme mit den Ionisationskammern.
Raketenantriebe haben nicht Geschwindigkeit sondern Schubkraft. Die daraus resultierende Endgeschwindigkeit nach dem Abschalten hängt von der Treibstoffmenge, der Nutzlast, dem genauen Weg etc ab. Vom Mond zum Mars verläuft kein Flug geradlinig.
die geschwindigkeit eines körpers im weltraum ist eine frage, wie lange und wie stark er beschleunigen (und ggf. am ziel wieder abbremsen) kann. die sog. "kosmischen geschwindigkeiten" bleiben auch nach ende der beschleunigung erhalten, sofern der körper nicht durch gravitation oder andere "hindernisse" abgebremst wird.
d.h. dass ein raumschiff, das erstmal die 2. geschwindigkeit erreicht hat, um das schwerefeld der erde zu verlassen, fliegt damit sehr, sehr lange weiter. bestes beispiel sind alle raumsonden zu den äußeren planeten, z.b. voyager 1 + 2, die zudem mit dem "swing by" vorbeiflug an den großen gasriesen noch eine zusätzliche beschleunigung erfuhren.
"stärkere" antriebe als die aktuellen triebwerke diverser raketen gibt es (noch) nicht, der sehr schubschwache plasma-antrieb ist zwar schon entwickelt, eignet sich aber nur für ultralange missionen, weil hier die dauerhafte beschleunigung am ende auch eine hohe geschwindigkeit erzielt.
Ich fürchte, du überschätzt den Beitrag der Leistung für die Reisedauer.
Die Leistung wird in erster Linie benötigt, um eine Rakete überhaupt erstmal zu starten und aus dem Einflussbereich des Gravitationsfeldes der Erde bzw. allg. eines Himmelskörpers zu bewegen, um also die erste und zweite kosmische Geschwindigkeit zu erreichen. Bei der Erde sind das 7,91 km/s und 11,2 km/s. Die dritte kosmische Geschwindigkeit wird zum Verlassen des Sonnensystems benötigt und beträgt für die Erde 16,7 bzw. 42,4 km/s je nach Flugrichtung.
Hat man erstmal den Einfluss der Erde hinter sich, muss man nicht länger beschleunigen. Will man das aber doch, braucht man entsprechend große Treibstoffvorräte, was aber wiederum die Rakete schwerer macht und mehr Leistung beim Start verlangt.
Naja aber was wäre denn wenn man das Schiff von einer Basis auf dem Mond startet
Dann bräuchte man weniger Leistung. Das ist auch geplant. Es geht sogar noch besser: Man könnte vom Mond aus einen elektromagnetischen Katapult für den Start benutzen.
Sofern man dann genug Zeit für die Beschleunigung im All hat, wäre auch der Ionenantrieb geeignet, der mit sehr wenig Treibstoff für eine lange Flugdauer auskommt, aber nur SEHR langsam beschleunigt. Das wurde bereits erprobt. Google mal "Deep Space 1".
"Der schnellste mögliche Raketenantrieb ist momentan der Ionenantrieb."
Das ist in zweifacher Hinsicht Unsinn.
Erstens gibt es keinen mehr oder weniger "schnellen Raketenantrieb". Das Antriebssystem der Rakete hat eine Schubkraft und keine "Geschwindigkeit". Die Geschwindigkeit der Rückstoßmassekörper (z.B. Verbrennungsgase oder Ionen) ist etwas ganz anderes.
Zweitens zeichnet sich ausgerechnet der Ionenantrieb durch einen vergleichsweise sehr kleinen Schub aus. Um damit die angestrebte Geschwindigkeit (bzw. Richtungsänderung) zu erzielen, braucht man deshalb eine vergleichsweise sehr lange Laufzeit des Antriebs. Das lässt sich bei sehr großen Entfernungen realisieren, wo man ggfs. Jahre zur Verfügung hat zur langsamen Steigerung der Geschwindigkeit in Bezug auf den Startpunkt.