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Vollständige Version anzeigen : Durchs All segeln



Touchdown
21.06.2005, 10:33
Heute startet eine Sonde ins All, die allein durch Sonnensegel angetrieben wird. Dies könnte eine Methode für die Zukunft sein.

Hier der Artikel:
http://www.heute.de/ZDFheute/inhalt/25/0,3672,2324441,00.html

Mal eine Frage, funktioniert das wirklich mit Photonen, wie in dem Artikel beschrieben, oder mit dem Sonnenwind?
Photonen haben doch keine Masse und damit auch keinen Impuls oder?

sunbeam
21.06.2005, 10:36
Ich glaube gelesen zu haben dass es ausschließlich durch den Sonnenwind angetrieben wird, Photonen haben eben keine Masse, daher muß es der Sonnenwind sein!

LuckyLuke
21.06.2005, 10:56
Der Sonnenwind (http://de.wikipedia.org/wiki/Sonnenwind) besteht aus Masseteilchen, die mit enormer Geschwindigkeit aus der Sonne herausgeschleudert werden.

Hannibal
21.06.2005, 11:04
Photonen haben eben keine Masse, .....
Ich wußte es schon immer: Du bist kein Photon.

sunbeam
21.06.2005, 11:05
Der Sonnenwind (http://de.wikipedia.org/wiki/Sonnenwind) besteht aus Masseteilchen, die mit enormer Geschwindigkeit aus der Sonne herausgeschleudert werden.

Ab welcher Entfernung kann das Sonnensegel keinen Sonnenwind mehr einfangen, oder ist die Kraft der Sonnenwinde noch Lichtjahre entfernt für einen solchen Antrieb nutzbar?

sunbeam
21.06.2005, 11:06
Ich wußte es schon immer: Du bist kein Photon.

Kannst Du mal bitte aufhören diesen Thread zu zerstören?

Sophisticated
21.06.2005, 11:10
Ab welcher Entfernung kann das Sonnensegel keinen Sonnenwind mehr einfangen, oder ist die Kraft der Sonnenwinde noch Lichtjahre entfernt für einen solchen Antrieb nutzbar?

Die Sonne ist maximal 152,1 Millionen Kilometer von der Erde entfern, die Teilchenkonzentration im Sonnenwind beträgt bei der Erde [5*10 hoch 6] Teilchen pro m³... Wenn sich die Teilchen in konstanter Art und Weise weiter im Raum verteilen und nicht exponentiell außeinanderdriften oder durch Gravitationskräfte größerer Körper, wie zum Beispiel dem Jupiter, gestört werden, naja, dann könnte man das sicherlich ausrechnen. :))

sunbeam
21.06.2005, 11:13
Die Sonne ist maximal 152,1 Millionen Kilometer von der Erde entfern, die Teilchenkonzentration im Sonnenwind beträgt bei der Erde [5*10 hoch 6] Teilchen pro m³... Wenn sich die Teilchen in konstanter Art und Weise weiter im Raum verteilen und nicht exponentiell außeinanderdriften oder durch Gravitationskräfte größerer Körper, wie zum Beispiel dem Jupiter, gestört werden, naja, dann könnte man das sicherlich ausrechnen. :))

Das bedeutet man kann diese Antriebsform nur begrenzt bis zu einer gewissen ENtfernung verwenden, ab dann "segelt" es sich dann mit konstanter Geschwindigkeit, oder?

LuckyLuke
21.06.2005, 11:15
Ab welcher Entfernung kann das Sonnensegel keinen Sonnenwind mehr einfangen, oder ist die Kraft der Sonnenwinde noch Lichtjahre entfernt für einen solchen Antrieb nutzbar? Innerhalb unseres Sonnensystems reicht der Strahlungsdruck (welcher ja noch den angenehmen Nebeneffekt hat, die tödliche kosmische Strahlung zu bremsen)

Allerdings nimmt der Strahlungsdruck , je weiter man sich von der Sonne entfernt, rapide ab.



Entscheidend für die Nutzbarkeit ist der Impulsfluss pro m2 also Impuls pro Sekunde und Quadratmeter (= Newton pro Quadratmetr, 1 Newton entspricht etwa der Gewichtskraft einer 100g Schokoladentafel), den der entsprechende Partikelstrom Photonen oder Protonen mitbringt. Die Elektronen des Sonnenwinds sind 1500 mal leichter und müssen hier nicht berücksichtigt werden.

Für die Protonen des Sonnenwinds gilt folgendes:
In Erdentfernung von der Sonne gibt es 1E7 (10 Millonen) Protonen pro Kubikmeter, die mit 470 km/s fliegen. D.h. auf jeden Quadratmeter Sonnensegels treffen 4.7E12 (4.7 Billionen) Protonen pro Sekunde. Die fuer die Kraftwirkung entscheidende physikalische Groesse - ist der durch die Teilchen uebertragene Impuls p (p = Teilchenmasse mal Geschwindikeit) pro Zeitintervall und Quadratmeter. Fuer die Protonen - jedes von ihnen ist 1.7E-27 kg schwer - des Sonnenwinds ergibt sich so 4.7E12*470'000*1.7E-27 = 3.7E-9 kg/m/s^2 = 3.7 Nanonewton pro m2

Nach den Physiklehrbuechern (z.B. Paul A. Tipler, "Physik", Seite 1005) ist der Strahlungsdruck (Druck = Kraft pro Quadratmeter) für das Licht die Intensitaet (in Watt pro Quadratmeter) geteilt durch die Lichtgeschwindigkeit in Metern pro Sekunde (m/s). In der Entfernung der Erde von der Sonne bestrahlt die Sonne jeden Quadratmeter mit einer Leistung von 1350 Watt. Somit ergibt sich bei einer Lichtgeschwindigkeit von ca. 3E8 m/s eine Kraft von = 4.5E-6 N/m2 = 4.5 Mikronewton pro Quadratmeter Sonnensegel.

Fazit: Die Kraft des Lichts auf ein gegebenes Sonnensegel ist 1000x groesser als die Kraft, die der Sonnenwind verursacht, da die Teilchendichte des Sonnenwinds und die Solarkonstante quadratisch zur Entfernung zur Sonne abnehmen, gilt für jede Stelle im Sonnensystem dieser Unterschied. Für reflektierende Flächen, wie das wohl für ein Sonnensegler der Fall wäre, ist die Kraft des Lichts sogar noch doppelt so gross wie für absorbierende Flächen, in Erdentfernung von der Sonne sind das also 9 Newton pro Quadratkilometer (= eine Million Quadratmeter) Segelfläche.

Siehe auch Solar Sail Homepage,die auch die oben stehende Ueberlegung bestaetigt.


http://lexikon.astronomie.info/faq/astronautics/

Sophisticated
21.06.2005, 11:15
Das bedeutet man kann diese Antriebsform nur begrenzt bis zu einer gewissen ENtfernung verwenden, ab dann "segelt" es sich dann mit konstanter Geschwindigkeit, oder?

Sofern nicht irgendetwas deinen Weg kreuzt müsste diese Vermutung zutreffen. Bleibt also die Frage nach dem Rückweg.

mfG

sunbeam
21.06.2005, 11:18
Sofern nicht irgendetwas deinen Weg kreuzt müsste diese Vermutung zutreffen. Bleibt also die Frage nach dem Rückweg.

mfG

Für die bemannte Raumfahrt dürfte diese Antriebsform alleine nicht perfekt sein, aber um lange Distanzen zu überbrücken und auf eine konstante Geschwindigkeit zu kommen, ohne Wasserstoff- und Sauerstoff zur Verbrennung zu nutzen, halte ich das schon für relativ clever!

Sophisticated
21.06.2005, 11:20
Für die bemannte Raumfahrt dürfte diese Antriebsform alleine nicht perfekt sein, aber um lange Distanzen zu überbrücken und auf eine konstante Geschwindigkeit zu kommen, ohne Wasserstoff- und Sauerstoff zur Verbrennung zu nutzen, halte ich das schon für relativ clever!

Gar keine Frage. Abgesehen davon - das fällt mir gerade ein - könnte man durchaus die Segel "abwerfen" und meinenthalben um den Jupiter kreisend die Richtung wechseln und zur Erde zurückkehren. (Ich hoffe es wird klar, was ich meine) Natürlich wäre das dann auf unser Sonnensystem begrenzt.

LuckyLuke
21.06.2005, 11:22
Der Rückweg ist das geringere Problem, da er von den Gravitationskräften unterstützt wird.

Sophisticated
21.06.2005, 11:22
Der Rückweg ist das geringere Problem, da er von den Gravitationskräften unterstützt wird.

s.o.

Touchdown
21.06.2005, 13:03
Gar keine Frage. Abgesehen davon - das fällt mir gerade ein - könnte man durchaus die Segel "abwerfen" und meinenthalben um den Jupiter kreisend die Richtung wechseln und zur Erde zurückkehren. (Ich hoffe es wird klar, was ich meine) Natürlich wäre das dann auf unser Sonnensystem begrenzt.
Wenn wir unser Sonnensystem verlassen wollten, müssten wir sowieso ein Raumschiff bauen, auf dem die Menschen Jahrhunderte autark überleben könnten.
Alle lohnenden Ziele ausserhalb unseres Sonnensystem sind eben unglaublich weit entfernt.
Das wäre auf jeden Fall eine Never-come-back Reise.

sunbeam
21.06.2005, 13:14
Wenn wir unser Sonnensystem verlassen wollten, müssten wir sowieso ein Raumschiff bauen, auf dem die Menschen Jahrhunderte autark überleben könnten.
Alle lohnenden Ziele ausserhalb unseres Sonnensystem sind eben unglaublich weit entfernt.
Das wäre auf jeden Fall eine Never-come-back Reise.

Wobei dies aber mal dringend nötig ist, eine globale Mission, von mir aus knapp 20-50 Jahre vorbereitet, ein Raumschiff das mehrere Hundert Menschen als Art "Arche Noah" beherbergen könnte, autark und selbstversorgend!

Das wäre mal wirklich ein globaler menschlicher Evolutionsmeilenstein!

Touchdown
21.06.2005, 13:17
Wobei dies aber mal dringend nötig ist, eine globale Mission, von mir aus knapp 20-50 Jahre vorbereitet, ein Raumschiff das mehrere Hundert Menschen als Art "Arche Noah" beherbergen könnte, autark und selbstversorgend!

Das wäre mal wirklich ein globaler menschlicher Evolutionsmeilenstein!
Ich denke es müssten eher mehrere Tausend Menschen sein, um Inzucht zu vermeiden.
Aber das wäre wirklich ein Meilenstein, davon sind wir wohl noch ein ganzes Stück entfernt.

sunbeam
21.06.2005, 13:21
Ich denke es müssten eher mehrere Tausend Menschen sein, um Inzucht zu vermeiden.
Aber das wäre wirklich ein Meilenstein, davon sind wir wohl noch ein ganzes Stück entfernt.

Mehrere Tausend wäre natürlich noch besser. Aber bis es die Menschheit wagt so ein Wagnis anzugehen, werden wir uns noch oft die Schädel einschlagen!

Grundsätzlich denke ich schon das die Zukunft der Menschheit nur in der Expansion besteht, also andere Ssysteme besiedeln! Wir sind ja technisch erst gerade "mit einem Schritt in den Garten gegangen", bis man mal in eine "andere Stadt" fährt dürften noch ein paar Jahrhunderte vergehen!

Sophisticated
21.06.2005, 13:40
Grundsätzlich denke ich schon das die Zukunft der Menschheit nur in der Expansion besteht, also andere Ssysteme besiedeln!

Ich bin eher für "Erobern und versklaven" als Motto. Irgendwo da draußen wird's schon noch ein paar Eingeborene geben.

mfG

Azrael
21.06.2005, 13:41
"Wenn wir unser Sonnensystem verlassen wollten, müssten wir sowieso ein Raumschiff bauen, auf dem die Menschen Jahrhunderte autark überleben könnten.
Alle lohnenden Ziele ausserhalb unseres Sonnensystem sind eben unglaublich weit entfernt.
Das wäre auf jeden Fall eine Never-come-back Reise.2



Da gab´s mal nen Roman, weis nicht mehr von wem, da wurde genau so ein Generationenschiff gebaut. Als die dann nach ´n paar hundert Jahren angekommen sind war der Planet bereits seit ´n paar hundert Jahren besiedelt weil in der Zwischenzeit ganz andere Antriebe entwickelt wurden.

Also ich stell mir das superfrustrierend vor, da bist du auf ´ner Lebensmission, wurdest im All geboren, dein ganzes Ziel ist es Neuland zu besiedeln - und dann sind die schon lange da und sagen "Ach, euch gibt´s auch noch?"


....am besten noch "Nee, hier könnt ihr nicht bleiben, wir haben eh schon Überbevölkerung."

har har

LuckyLuke
21.06.2005, 13:44
Ich denke es müssten eher mehrere Tausend Menschen sein, um Inzucht zu vermeiden.
Aber das wäre wirklich ein Meilenstein, davon sind wir wohl noch ein ganzes Stück entfernt. Es müssen nicht zwingend Menschen sein. Ihre Erbanlagen auf Reisen zu schicken, würde genügen.

Stanislaw Lem, in meinen Augen der beste SF-Autor der Welt, schickt in einem seiner Bücher "Brutkästen" auf die Reise, in denen ein paar Jahre vor der Ankunft am Zielort Kinder gezeugt werden, die dann von Robotern auf dem Raumschiff aufgezogen werden.

Aber selbst dann, wäre der technische Aufwand für eine interstellare Besiedelung noch enorm.

LuckyLuke
21.06.2005, 13:48
Ich bin eher für "Erobern und versklaven" als Motto. Irgendwo da draußen wird's schon noch ein paar Eingeborene geben.

mfG
Ich habe mal ein Buch gelesen(Titel entfallen, war zu schlecht), da lief es umgekehrt. Ein paar Außerirdische stießen auf eine der Voyersonden und meinten, diese primitive Zivilisation auf der Erde wäre prima zum Versklaven geeignet...

:))

Touchdown
21.06.2005, 14:14
Ich habe mich mal schlau gemacht.
Das funktioniert tatsächlich mit dem Strahlungsdruck des Lichts, der Sonnenwind spielt eine vernachlässigbare Rolle.

Sophisticated
21.06.2005, 14:29
Ich habe mal ein Buch gelesen(Titel entfallen, war zu schlecht), da lief es umgekehrt. Ein paar Außerirdische stießen auf eine der Voyersonden und meinten, diese primitive Zivilisation auf der Erde wäre prima zum Versklaven geeignet...

:))

Pah, den würden wir in den Arsch kicken. (Schönen Gruß an die Anglizismen-Bagage)

Sophisticated
21.06.2005, 14:29
Ich habe mich mal schlau gemacht.
Das funktioniert tatsächlich mit dem Strahlungsdruck des Lichts, der Sonnenwind spielt eine vernachlässigbare Rolle.

Wie genau wäre das zu erklären?

sunbeam
21.06.2005, 14:38
Also, natürlich kann man alles mies machen was mit dem Thema "Besiedelung des Alls" zu tun hat!

Fakt ist aber das der Mensch ein neugieriger Zeitgenosse ist, und wenn uns die Möglichkeit offen steht, unser System zu verlassen dann gibt es keinen Grund es nicht zu tun!

Manfred_g
21.06.2005, 14:47
Heute startet eine Sonde ins All, die allein durch Sonnensegel angetrieben wird. Dies könnte eine Methode für die Zukunft sein.

Hier der Artikel:
http://www.heute.de/ZDFheute/inhalt/25/0,3672,2324441,00.html

Mal eine Frage, funktioniert das wirklich mit Photonen, wie in dem Artikel beschrieben, oder mit dem Sonnenwind?
Photonen haben doch keine Masse und damit auch keinen Impuls oder?

Meines Wissens nach basieren Sonnensegel schon auf Photonen. Diese haben lediglich keine Ruhemasse. Aber sie ruhen eben nicht, sondern bewegen sich immer mit Lichtgeschwindigkeit.
Originell ist die Idee des Antriebes sicher, aber der Haken an der Sache dürfte einfach der extrem geringe Schub sein, der auch noch zu 1/r² proportional ist, wobei r der Abstand zur Sonne wäre. D.h. 10 facher Abstand --> 100 fach geringerer Schub ;(

Touchdown
21.06.2005, 15:08
Wie genau wäre das zu erklären?
Photonen haben einen Impuls p=hv/c
h=Plancksches Wirkungsquantum
v=Frequenz
c=Lichtgeschwindigkeit

Bei der Absorption eines Photons im Sonnensegel wird dieser Impuls auf das Segel übertragen. (Impulserhaltung)
Bei Reflektion des Photons wird sogar der doppelte Impuls auf das Segel übertragen, da der Impuls des Photons nach der Reflektion -p beträgt.

sunbeam
21.06.2005, 15:12
Leben im All möglich? (http://www.spiegel.de/wissenschaft/weltraum/0,1518,361348,00.html)

sunbeam
21.06.2005, 15:15
Meines Wissens nach basieren Sonnensegel schon auf Photonen. Diese haben lediglich keine Ruhemasse. Aber sie ruhen eben nicht, sondern bewegen sich immer mit Lichtgeschwindigkeit.
Originell ist die Idee des Antriebes sicher, aber der Haken an der Sache dürfte einfach der extrem geringe Schub sein, der auch noch zu 1/r² proportional ist, wobei r der Abstand zur Sonne wäre. D.h. 10 facher Abstand --> 100 fach geringerer Schub ;(

Man bekommt aber durch Sonnensegel langfristig eine höhere Geschwindigkeit als mit einem herkömmlichen Gas-Explosiv-Antrieb! Nur dauert es eben länger bis man "interessante" Geschwindigkeiten erreicht!

Manfred_g
21.06.2005, 15:18
Photonen haben einen Impuls p=hv/c
h=Plancksches Wirkungsquantum
v=Frequenz
c=Lichtgeschwindigkeit

Bei der Absorption eines Photons im Sonnensegel wird dieser Impuls auf das Segel übertragen. (Impulserhaltung)
Bei Reflektion des Photons wird sogar der doppelte Impuls auf das Segel übertragen, da der Impuls des Photons nach der Reflektion -p beträgt.

Dann sollte der Schub sein: 2*1300 Watt / 3*10^8 m/s für jeden Quadratmeter Segelfläche. Da ich im Moment keine besseren Werte für c und die Solarkonstante habe krieg ich im Kopf knapp 9 µNewton raus :D

Das ist nicht wenig, das ist lausig...mickrig...praktisch nichts ist das... :]

LuckyLuke
21.06.2005, 15:19
Leben im All möglich? (http://www.spiegel.de/wissenschaft/weltraum/0,1518,361348,00.html)
Eines der oft vernachläßigten Probleme ist die kosmische Strahlung.
Die macht jedes Raumschiff außerhalb des Schutzbereichs der Sonne innerhalb kurzer Zeit radioaktiv.

Die Erde wird zusätzlich noch durch ihr Magnetfeld geschützt

;(

sunbeam
21.06.2005, 15:21
Eines der oft vernachläßigten Probleme ist die kosmische Strahlung.
Die macht jedes Raumschiff außerhalb des Schutzbereichs der Sonne innerhalb kurzer Zeit radioaktiv.

Die Erde wird zusätzlich noch durch ihr Magnetfeld geschützt

;(

Ich denke der menschliche Erfindergeist wird auch dieses Problem eines Tages in den Griff bekommen!

Manfred_g
21.06.2005, 15:30
Eines der oft vernachläßigten Probleme ist die kosmische Strahlung.
Die macht jedes Raumschiff außerhalb des Schutzbereichs der Sonne innerhalb kurzer Zeit radioaktiv.

Die Erde wird zusätzlich noch durch ihr Magnetfeld geschützt

;(
Wie war das nochmal? ist es nicht irgendwie so, daß uns der Sonnenwind vor der Gammastrahlung schützt, das Erdmagnetfeld uns wiederum vor dem Sonnenwind?
Und wer zum Teufel schützt uns vor dem Magnetfeld? Die Amerikaner? :lach:

LuckyLuke
21.06.2005, 15:43
Wie war das nochmal? ist es nicht irgendwie so, daß uns der Sonnenwind vor der Gammastrahlung schützt,
Ja. Allerdings ist die kosmische eine "harte" Strahlung, die zu 98 Prozent aus Atomkernen besteht, deswegen kann sie ja auch jedes Material radioaktiv machen.Der Strahlungsdruck der Sonne, hält uns den größten Teil dieser Strahlung aus dem Universum vom Hals.



das Erdmagnetfeld uns wiederum vor dem Sonnenwind? Beides. Durch das Magnetfeld wird ein großer Teil der Strahlung um die Erde herum geleitet.


Und wer zum Teufel schützt uns vor dem Magnetfeld? Die Amerikaner? :lach: Die Frage sollte eher lauten: Wer schützt das Magnetfeld, das aller paar tausend Jahre mal ausfällt, um sich umzupolen....

Touchdown
21.06.2005, 15:45
Wie war das nochmal? ist es nicht irgendwie so, daß uns der Sonnenwind vor der Gammastrahlung schützt, das Erdmagnetfeld uns wiederum vor dem Sonnenwind?
Und wer zum Teufel schützt uns vor dem Magnetfeld? Die Amerikaner? :lach:
Also das Erdmagnetfeld schützt uns vor kosmischer Strahlung und Sonnenwind, das sind Hauptsächlich Protonen und Heliumkerne.
Logischerweise kann uns das Magnetfeld nur vor geladenen Teilchen schützen, da nur auf diese die Lorenzkraft wirkt.

Die Ozonschicht schütz uns vor der UV-Strahlung aber nennenswerte Gammastrahlung kommt im Weltall eigentlich nicht vor meine ich. Ich wüsste auch nicht, wie der Sonnenwind uns davor schützen sollte.

Um ein Raumschiff vor der Strahlung zu schützen müsste man es also nur mit einem starken Magnetfeld umgeben. Das kostet natürlich Energie.

Touchdown
21.06.2005, 15:51
JDer Strahlungsdruck der Sonne, hält uns den größten Teil dieser Strahlung aus dem Universum vom Hals.

Bist du da sicher? Ich kann mir eigentlich kaum vorstellen, dass der Strahlungsdruck einen nennenswerten Einfluss auf die kosmische Strahlung hat, die ja sowieso zum größten Teil aus dem Sonnenwind kommt und nicht von ausserhalb des Sonnensystems.

LuckyLuke
21.06.2005, 16:02
Bist du da sicher? Ich kann mir eigentlich kaum vorstellen, dass der Strahlungsdruck einen nennenswerten Einfluss auf die kosmische Strahlung hat, die ja sowieso zum größten Teil aus dem Sonnenwind kommt und nicht von ausserhalb des Sonnensystems.
Ja, das kam mal im Fernsehen :D.

Und je weiter man sich von der Sonne enfernt, desto mehr steigt die kosmische Strahlung an.

Ich werde mal Google befragen, vielleicht finde ich ein Quelle.

Manfred_g
21.06.2005, 16:03
...aber nennenswerte Gammastrahlung kommt im Weltall eigentlich nicht vor meine ich...

Das denke ich aber schon. Nicht nur Gammastrahlung sondern auch schnelle Protonen und schnelle schwere Kerne. Alles was gemein ist :D


... Ich wüsste auch nicht, wie der Sonnenwind uns davor schützen sollte.

Ich auch nicht im Moment, ich glaube es mal so irgendwo gelesen zu haben, kann mich aber irren.

Manfred_g
21.06.2005, 16:06
Bist du da sicher? Ich kann mir eigentlich kaum vorstellen, dass der Strahlungsdruck einen nennenswerten Einfluss auf die kosmische Strahlung hat, die ja sowieso zum größten Teil aus dem Sonnenwind kommt und nicht von ausserhalb des Sonnensystems.

Es kommt jede Menge aus extrasolaren Quellen, Supernovae und Schwarze Löcher, Pulsare und all das Zeugs sondern Strahlung ab.

Touchdown
22.06.2005, 21:35
Tja offensichtlich ist die Sonde verloren gegangen und wir müssen auf den ersten Sonnenwindsegler noch etwas warten...

http://www.spiegel.de/wissenschaft/weltraum/0,1518,361659,00.html

LuckyLuke
22.06.2005, 22:13
Liegt bestimmt nur in einer Flaute rum...