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Antrieb ohne Rückstoß

Thema erstellt von Hans-m 
Beiträge: 2.998, Mitglied seit 15 Jahren
Ich hätte mal gerne gewusst, ob es möglich ist, ein Objekt (Rakete, Raumschiff) ohne Rückstoß anzutreiben.
Bisher funktioniert der Antrieb im Vakuum nur, wenn man „hinten“ etwas rausstößt.

Bekanntestes Verfahren ist der Ausstoß von heißen Verbrennungsgasen in sogenannten „Lavaldüsen."
Dabei ist Kraft = Gegenkraft
Masse mal Beschleunigung des Raumschiffes entspricht Masse mal Beschleunigung der ausgestoßenen Masse.
Das Problem dabei ist, dass jedes Raumschiff nur eine begrenzte Menge „Antriebsmasse“ mitführen kann.
Ist diese Masse verbraucht, d.h. restlos ausgestoßen, lässt sich das Raumschiff nicht mehr beschleunigen. Das Schiff treibt quasi „führerlos" im All und seine weitere Flugbahn wird nur noch durch die Kräfte bestimmt, denen es hier ausgesetzt ist, (z.B. Gravitation)

Selbst wenn es gelingt eine relativ kleine Masse mit einer entsprechend hohen Geschwindigkeit auszustoßen, dann sind die Vorräte irgendwann erschöpft. Insbesondere wenn man interstellare Reisen machen wollte, wäre ein Antrieb ohne Masseausstoß erstrebenswert, da man im leeren Raum keine „Tankstellen“ findet.

Nach dem Energieerhaltungssatz müsste es doch theoretisch möglich sein, jede x-beliebige Energie in kinetische Energie (Bewegung) umzusetzen.
So könnte man z.B. durch Solarzellen Lichtenergie in elektrische Energie umwandeln und diese dann in Bewegung umsetzen.

Gibt es bereits ein Verfahren, dass ein masseloses Beschleunigen ermöglicht?

Auch für Satelliten in Erdnähe wäre dies von Vorteil wenn man anstatt einer begrenzt zu Verfügung stehenden ausstoßbaren Masse die Sonnenenergie nutzen könnte.
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Hans-m schrieb in Beitrag Nr. 2255-1:

Gibt es bereits ein Verfahren, dass ein masseloses Beschleunigen ermöglicht?

Auch für Satelliten in Erdnähe wäre dies von Vorteil wenn man anstatt einer begrenzt zu Verfügung stehenden ausstoßbaren Masse die Sonnenenergie nutzen könnte.

Hans,

es Ist möglich, jede x-beliebige Energie in kinetische Energie umzusetzen, aber es wird nie ein Verfahren zur masselosen Beschleunigung geben - was sollte das auch sein?

Aber kinetische Energie bedeutet, dass ETWAS bewegt werden muss, die Energie ist ja gerade das, was im einem BEWEGTEN Objekt steckt, und nicht das, was auf ein Objekt wirken KANN. Das wäre z. B. potentielle Energie. Die hat z. B. das Wasser in einem Stausee auf einem Berg. Damit Energie wirken kann, brauchst du ein Energiegefälle, einfach nur so tut Energie gar nichts.

Um das Raumschiff zu bewegen, musst du die vorhandene elektrische Energie auf das Raumschiff wirken lassen, und es ist erst mal egal, woher die elektrische Energie kommt. Ein Elektromotor wird dir nichts nützen, du kommst um den „Rückstoß“ nicht herum, du musst also erst thermische Energie erzeugen – also Hitze, mit der du dann wieder am Anfang wärst, denn du musst haben, was du erhitzen kannst und dann etwas ausstoßen - ohne Aktion keine Reaktion, dazu brauchst du aber wieder Treibstoff, der verlorengeht.

Du kannst aber die solare Energie – das Licht – selbst nutzen! Über riesige „Segel“ kannst du das Raumschiff durch den Lichtdruck beschleunigen. Dauert nur etwas.

Grüße Henry
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Hans-m schrieb in Beitrag Nr. 2255-1:
Ich hätte mal gerne gewusst, ob es möglich ist, ein Objekt (Rakete, Raumschiff) ohne Rückstoß anzutreiben.

Wäre das möglich, gälte der Impulssatz nicht mehr: Impuls = Gegenimpuls.
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Hans-m schrieb in Beitrag Nr. 2255-1:
Ich hätte mal gerne gewusst, ob es möglich ist, ein Objekt (Rakete, Raumschiff) ohne Rückstoß anzutreiben

Gibt es bereits ein Verfahren, dass ein masseloses Beschleunigen ermöglicht?

Hallo Hans,

die Möglichkeiten des Impulsantriebs sind wohl beschränkt.
Mir fallen zwei Alternativen ein:
  1. Man kann z.B. Auf dem Mond einen Seilzug aufbauen und daran eine Rakete hochziehen. Das ist natürlich völlig unpragmatisch, aber man hat hier keine Randbedingung wie die Ausstossgeschwindigkeit des Treibstoffs und prinzipiell keine Beschränkung der Geschwindigkeit
  2. Gravitatiosbeschleunigung: Beim Swing-By wird ein Objekt durch das Gravitationsfeld, bzw. die Relativgeschwindigkeit eines Planeten beschleunigt.

Gruß
Thomas
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Beitrag zuletzt bearbeitet von Thomas der Große am 18.08.2016 um 22:09 Uhr.
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Beiträge: 952, Mitglied seit 9 Jahren
Thomas der Große schrieb in Beitrag Nr. 2255-4:
Hans-m schrieb in Beitrag Nr. 2255-1:
Ich hätte mal gerne gewusst, ob es möglich ist, ein Objekt (Rakete, Raumschiff) ohne Rückstoß anzutreiben

Gibt es bereits ein Verfahren, dass ein masseloses Beschleunigen ermöglicht?

Hallo Hans,

die Möglichkeiten des Impulsantriebs sind wohl beschränkt.
Mir fallen zwei Alternativen ein:
  1. Man kann z.B. Auf dem Mond einen Seilzug aufbauen und daran eine Rakete hochziehen. Das ist natürlich völlig unpragmatisch, aber man hat hier keine Randbedingung wie die Ausstossgeschwindigkeit des Treibstoffs und prinzipiell keine Beschränkung der Geschwindigkeit
  2. Gravitatiosbeschleunigung: Beim Swing-By wird ein Objekt durch das Gravitationsfeld, bzw. die Relativgeschwindigkeit eines Planeten beschleunigt.

Gruß
Thomas

Hallo, Thomas!

Aber natürlich ist die Geschwindigkeit begrenzt! Es wird der Rückstoß doch nur „nach außen“ verlagert.

Es wird doch an der Seilwinde gezogen, die Bewegung dazu sollte dem Rückstoß äquivalent sein. Die Geschwindigkeit ist von der Kraft, mit der gezogen wird und der Länge des Seils abhängig (Arbeit = Kraft x Weg). Anders gesagt: Je schneller man zieht, desto schneller wird die Rakete. Das ist genauso eingeschränkt (oder prinzipiell nicht) wie die Mitnahme von Treibstoff.

Man könnte sich vorstellen, eine Rakete an der Seilwinde ziehen zu lassen, dann wird der Vergleich offensichtlich.

Und die Beschleunigung per Swing-By ist natürlich von der Masse des Planeten abhängig. Wenn man so will, wird dabei gezogen anstatt geschoben.

Gruß

Henry
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Henry-Dochwieder schrieb in Beitrag Nr. 2255-5:
Hallo, Thomas!

Das ist genauso eingeschränkt (oder prinzipiell nicht) wie die Mitnahme von Treibstoff.

Gruß

Henry

Hallo Henry,

tatsächlich hatte ich aus dem Physikunterricht mitgenommen, dass die Endgeschwindigkeit einer Rakete durch die Ausstossgeschwindigkeit begrenzt sei, deswegen nachgerechnet:

V = V0 ln (m0 / mr)

V...Endgeschwindigkeit
V0...Ausstossgeschwindigkeit des Treibstoffs
m0...Anfangsmasse mit Treibstoff
mr...Restmasse

Dh Wenn die Restmasse der Rakete zB 1% ausmacht,
dann ist die Endgeschwindigkeit ungefähr das 4.5-fache der Ausstossgeschwindigkeit.
So konnte man schließlich zum Mond fliegen, obwohl gängige Wasserstofftriebwerke
mit 4km/s ausstossen, die Fluchtgeschwindigkeit aus der Erdgraviation aber bei 11km/s liegt.

Lg Thomas
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Thomas der Große schrieb in Beitrag Nr. 2255-6:
Henry-Dochwieder schrieb in Beitrag Nr. 2255-5:
Hallo, Thomas!

Das ist genauso eingeschränkt (oder prinzipiell nicht) wie die Mitnahme von Treibstoff.

Gruß

Henry

Hallo Henry,

tatsächlich hatte ich aus dem Physikunterricht mitgenommen, dass die Endgeschwindigkeit einer Rakete durch die Ausstossgeschwindigkeit begrenzt sei, deswegen nachgerechnet:

V = V0 ln (m0 / mr)

V...Endgeschwindigkeit
V0...Ausstossgeschwindigkeit des Treibstoffs
m0...Anfangsmasse mit Treibstoff
mr...Restmasse

Dh Wenn die Restmasse der Rakete zB 1% ausmacht,
dann ist die Endgeschwindigkeit ungefähr das 4.5-fache der Ausstossgeschwindigkeit.
So konnte man schließlich zum Mond fliegen, obwohl gängige Wasserstofftriebwerke
mit 4km/s ausstossen, die Fluchtgeschwindigkeit aus der Erdgraviation aber bei 11km/s liegt.

Lg Thomas

Hallo, Thomas!

Das ist sicher richtig - gilt aber doch nur ohne Berücksichtigung von Reibung (Luftwiderstand) und vor allem ohne Gravitation, nicht wahr?

LG

Henry
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Beiträge: 2.998, Mitglied seit 15 Jahren
Ich hätte eine mögliche Idee wie man einen "masselosen" Antrieb erzielen könnte: Mit Magnetfeldern.

Bekanntlich stoßen sich gleiche Magnetpole ab und ungleiche ziehen sich an.
Schneidet ein sich bewegendes Magnetfeld ein anderes, statisches, so entsteht zwischen beiden eine Wechselwirkung.
Die Rakete müsste vom Prinzip her außen wie ein Linearmotor aufgebaut sein.
Ein wanderndes Magnetfeld würde dabei von der Raketenspitze zum Raketenheck verlaufen.
Da bekanntlich (fast) jeder Planet ein Magnetfeld besitzt und das Magnetfeld der Sonne bis weit in unser Sonnensystem hineinreicht, würden die Magnetfelder der Rakete mit den Magnetfeldern der Umgebung (Sonne, Planeten) wechselwirken.
Wandern die Felder der Rakete in Richtung Raketenheck, dann ergibt sich ein Impuls in Gegenrichtung.
Der Impuls ist dabei proportional dem Produkt beider Magnetfelder als M(Rakete) x M(Sonne)
Da aber das Magnetfeld der Sonne in größerer Entfernung sehr klein ist, und mit dem Quadrat der Entfernung zur Quelle weiter abnimmt, müsste das Magnetfeld der Rakete eine enorme Stärke erreichen, um einen effektiv nutzbaren Antriebsimpuls zu erhalten.
Es wären Felder mit mehreren tausend, vielleicht sogar millionen Tesla erforderlich, die eine immense Energie benötigen.
In Sonnennähe könnte diese Energie noch mittels Solarzellen erzeugt werden.
In sonnenentfernten Gebieten, gerade dort wo die Magnetfelder der Rakete stärker werden müssten, fehlt es aber an der benötigten Lichtenergie.
Hier müssten andere Quellen, wie etwa Kernenergie zur Anwendung kommen.
Und ob diese starken Magnetfelder den Astronauten und den technischen Apparaten in der Rakete nicht schaden halte ich für fraglich.

zusätzlich stellt sich die Frage, ob es überhaupt möglich ist, entsprechend starke Magnete herzustellen.
Hier dürfte die Theorie wahrscheinlich am technisch machbaren scheitern.
Reisen außerhalb unseres Sonnensystems wären hierbei mit größter Wahrscheinlichkeit trotzdem nicht möglich, weil außerhalb des Sonnensystem das Magnetfeld der Sonne auf annähernd null abfällt.
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Der Erfahrene erkennt, dass er nicht alle Probleme lösen kann
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Beitrag zuletzt bearbeitet von Hans-m am 25.11.2016 um 14:51 Uhr.
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Beiträge: 1.729, Mitglied seit 16 Jahren
Henry-Dochwieder schrieb in Beitrag Nr. 2255-7:
Das ist sicher richtig - gilt aber doch nur ohne Berücksichtigung von Reibung (Luftwiderstand) und vor allem ohne Gravitation, nicht wahr?

Hallo Henry,

ja, das ist ein vereinfachtes Modell,
Luftwiderstand gibt es auf den ersten 10 km, ist für astronomische Strecken vernachlässigbar.
Die Fluchtgeschwindigkeit ist die relevante Größe der Erd-Gravitation, die mit dem Raktenantrieb zu überbieten ist.

LG
Thomas
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Beiträge: 1.729, Mitglied seit 16 Jahren
Hans-m schrieb in Beitrag Nr. 2255-8:
Ich hätte eine mögliche Idee wie man einen "masselosen" Antrieb erzielen könnte: Mit Magnetfeldern.

Hallo Hans,

es gibt tatsächlich das Konzept eines Mikrowellen-Antriebs

Wikipedia: Mikrowellen-Antrieb

LG
Thomas
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