Interstellare Raumfahrt
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Interstellare Raumfahrt bezeichnet die Raumfahrt zwischen Sternen. Das größte Problem der interstellaren Raumfahrt sind die riesigen Distanzen zwischen den Sternen. Es wurden schon zahlreiche Konzepte für interstellare Raumschiffe entwickelt. Aus technischen und finanziellen Gründen konnte bislang keines von ihnen realisiert werden. Die (kontrollierte) Raumfahrt ist bis heute auf den interplanetaren Bereich beschränkt. Im folgenden bezieht sich der Begriff interstellare Raumfahrt nur auf Reisen mit Unterlichtgeschwindigkeit. Raumfahrt mit Überlichtgeschwindigkeit wird im letzten Abschnitt behandelt.
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[Bearbeiten] Unbemannte interstellare Raumfahrt
[Bearbeiten] Aktuelle Sonden
Die Sonden Pioneer 10, Pioneer 11, Voyager 1, Voyager 2 und New Horizons können als interstellare Raumfahrzeuge angesehen werden, da diese das Sonnensystem dauerhaft verlassen haben oder verlassen werden. Wegen ihrer sehr niedrigen Geschwindigkeit (im Vergleich zur Lichtgeschwindigkeit) werden mehrere hunderttausend Jahre vergehen, bis sie auf einen anderen Stern treffen.
[Bearbeiten] Echte interstellare Sonden
Eine echte interstellare Sonde müsste einem nennenswerten Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit fliegen, um ihr Ziel in einer vernünftigen Zeit zu erreichen (Jahrzehnte oder Jahrhunderte). Eine solche Sonde müsste komplett autonom sein und ohne Hilfe von der Erde ihre Ziele ansteuern und untersuchen. Signale von der Erde würden mehrere Jahre bis zur Sonde brauchen, so dass eine spontane Steuerung der Sonde nicht möglich wäre. Die Datensignale würden fortlaufend zur Erde zurückgesandt werden.
Bisher gibt es keine Projekte solcher Sonden, da die dafür notwendigen Technologien noch nicht verfügbar sind und auch in absehbarer Zukunft nicht zur Verfügung stehen werden.
[Bearbeiten] Bemannte interstellare Raumfahrt
Die bemannte interstellare Raumfahrt hat das Ziel, entfernte Sternensysteme zu erforschen oder Kolonien in entfernten Sternensystem zu etablieren. Wegen der sehr langen Reisedauer würden solche Missionen als einfache Fahrt gestaltet werden. Die Raumfahrer würden nach Abschluss der Mission nicht zurück zur Erde fliegen.
[Bearbeiten] Generationenschiffe
Das Prinzip des Generationenschiffs ist, dass die Raumfahrer, die die Erde verlassen, nicht diejenigen sind, die am Ziel ankommen. Es würden die Kinder oder Enkelkinder der Startmannschaft sein. Solche Generationenschiffe müssten komplett autark sein, d.h. Nahrung müsste an Bord des Schiffes angebaut werden.
Der Vorteil des Generationenschiffs ist, dass nur ein paar Prozente der Lichtgeschwindigkeit erreicht werden müssen. Es könnte einfache Antriebskonzepte angewandt werden. Reisedauern von mehreren hundert Jahren wären kein Problem. Der Nachteil sind mögliche psychologische Probleme der Mannschaft. Das größte Problem ist, dass die meisten Mitglieder die Ankunft am Ziel selbst nie erleben werden. Die meisten würden dann das Schiff als ihre Heimat betrachten.
[Bearbeiten] Schläferschiffe
Die Besatzung des Schiffs wird nach Abflug von der Erde in eine Art „künstlichen Winterschlaf“ versetzt. Im besten Falle wird diese bei der Ankunft am Ziel wieder aufgeweckt.
Der Vorteil dieses Konzeptes ist, dass man auf groß angelegte Nahrungsproduktion und Unterhaltungseinrichtungen verzichten kann. Auch würden die meisten Raumfahrer die Ankunft miterleben. Ein weiterer Vorteil wäre, dass man auch mit niedrigen Geschwindigkeiten fliegen könnte. Allerdings sind die Auswirkungen eines solchen Winterschlafs, so er technisch möglich wäre, beim Menschen noch unbekannt.
[Bearbeiten] Embryonentransport
Bei dieser Art von Raumschiff würden tiefgefrorene menschlische Embryos auf die Reise geschickt. Ein paar Jahre vor Ankunft am Ziel würden diese aufgetaut und wachsen gelassen. Die Kinder würden dann von Robotern großgezogen. Neben den technischen Herausforderungen ist diese Methode auch ethisch umstritten.
[Bearbeiten] Relativistischer Flug
Wird ein Raumschiff auf einen großen Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit (>>0.9c) beschleunigt, vergeht die Zeit an Bord des Schiffes deutlich langsamer. Es ist so möglich große Distanzen innerhalb eines Menschenlebens zurückzulegen. Man könnte z.B. 1000 Lichtjahre zurücklegen. Auf der Erde würden mehr als 1000 Jahre vergehen, aber für die Besatzung des Schiffes sind es aber nur ein paar wenige Jahre. Eine Rückkehr des Schiffes zur Erde ist erst nach über 2000 Jahren möglich, auch wenn die Besatzung kaum gealtert ist.
[Bearbeiten] Weitere Probleme
Unabhängig vom Antrieb müssen folgende Probleme für einen bemannten interstellaren Raumflug gelöst werden:
- Künstliche Schwerkraft
- Strahlenschutz
- Versorgung: Nahrung und Trinkwasser
- Zusammenhalt der Gruppe
- Interstellare Materie (z. B. Asteroiden, Planetoiden oder ausgeworfene Planeten)
[Bearbeiten] Antriebskonzepte
[Bearbeiten] Chemische Raketen
Siehe auch: Raketentriebwerk
Wegen der extrem schlechten Energieausbeute fällt diese Art von Antrieb für die interstellare Raumfahrt aus.
[Bearbeiten] Ionenantriebe
Die jetzigen Ionenantriebe sind noch völlig unzureichend für die interstellare Raumfahrt. Es müssten neue und viel stärkere Antriebe sowie die entsprechenden Energiequellen entwickelt werden, die in der Lage wären, ein Schiff, das mehrere tausend Tonnen wiegen würde, auf einen Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen.
[Bearbeiten] Nuklearer Pulsantrieb
Das Konzept wurde in den 1950er und 1960er Jahren vorgeschlagen. So haben das Orion- und Daedalus-Projekt Raumschiffe vorgesehen, die alle paar Sekunden eine nukleare Explosionen am Heck auslösen; es wäre dann durch die Sprengwirkung nach vorne geschoben worden. Es wären etwa 4-5% der Lichtgeschwindigkeit erreichbar. Der Vorteil eines solchen Antriebs ist Einfachheit des Konzeptes, das sich schon mit heutigen Technologien realisieren ließe. In den 1960er Jahren laufende Forschungen wurden aus politischen und rechtlichen Gründen (1963: Vertrages zum Verbot von Nuklearwaffentests in der Atmosphäre, im Weltraum und unter Wasser) abgebrochen und könnten nur in der internationalen Gemeinschaft wieder aufgenommen werden (notwendige Vertragsänderungen).
[Bearbeiten] Kernspaltungsantrieb
Mittels Kernspaltung wird ein Stoff (möglicherweise Wasserstoff) extrem erhitzt und anschließend unter Druck ausgestoßen. Um effizient arbeiten zu können, muss die Kernspaltung auf viel höhere Temperatur gebracht werden, als das heute der Fall ist. Diese müsste in flüssigen oder gar gasförmigen Brennmaterial stattfinden. Heutige Kernkraftwerke arbeiten in der festen Phase.
Sowohl die USA (Projekt NERVA) als auch die Sowjetunion (Triebwerk RD-0410) arbeiteten in der Vergangenheit an Kernspaltungsantrieben für die Raumfahrt, haben ihre Forschungen jedoch eingestellt, bevor eine flugtaugliche Hardware entwickelt werden konnte.
[Bearbeiten] Fusionsantrieb
Dieser Antrieb ist ähnlich dem Kernspaltungsantrieb, außer dass die Energie aus Kernfusion gewonnen wird. Auch wird nicht ein zusätzlicher Stoff erhitzt, sondern gleich das Fusionsprodukt selbst. Diese Art von Antrieb wird auch beim Bussard-Ramjet (s.u.) verwendet, nur dass in diesem Fall der Treibstoff mitgeführt wird.
[Bearbeiten] Metallischer Wasserstoff
Metallischer Wasserstoff entsteht, wenn Wasserstoff extrem komprimiert wird. Dieses Material könnte für interstellare Reisen gebraucht werden, falls dessen Handhabung kontrolliert werden kann.
[Bearbeiten] Laser/Maser-Segeln
Da Sonnensegel jenseits des Jupiters keine Wirkung mehr haben, bestünde diese Antriebsart darin, dass man einen Laser- oder Maserstrahl auf das Fahrzeug richtet. Durch den Photonendruck würde es sich vorwärts bewegen. Der Vorteil dieser Antriebsart ist, dass das Raumschiff kein eigenen Treibstoff mitführen muss. Alle derzeit diskutierten Konzepte gehen von einer Laserstation auf der Mondrückseite oder im freien Raum aus. Momentan ist so ein Laser nicht realisierbar, da dieser ein Vielfaches der auf der Welt verfügbaren Energien bräuchte um ein entsprechend massereiches Interstellarraumschiff zu beschleunigen. Ein weiteres Problem ist die Zielgenauigkeit und die Bündelung des Lasers bzw. Masers.
[Bearbeiten] Materie-Segel
Ähnlich dem Laser-Segel, allerdings mit Materie statt Licht. Ein Materie-Strahler (z.B. ein Teilchen-Linearbeschleuniger) ruht auf einer großen Masse (Mond, Asteroid). Von hier aus zielt ein Teilchen-Strahl auf das Raumschiff und beschleunigt dieses. Da die Geschwindigkeit des Teilchenstrahls an die Geschwindigkeit des Raumschiffs angepasst werden kann, ist die Energieeffizienz wesentlich höher als beim Laser-Segel (maximale Impulsübertragung). Zudem könnte ein Teil des Materiestroms vom Raumschiff aufgefangen werden. Hat das Raumschiff also zusätzlich einen eigenen Antrieb, so könnte es mit leeren Tanks starten und würde bei Erreichen der Reisegeschwindigkeit gefüllte Tanks haben.
[Bearbeiten] Bussard-Ramjet
Das vom Physiker Robert W. Bussard vorgeschlagene Antriebskonzept funktioniert ähnlich wie ein Ramjet. Mittels eines magnetischen Kraftfeldes sammelt man interstellares Gas ein und leitet dies zu einem Kernfusionsreaktor (hauptsächlich interstellarer Wasserstoff). Die Fusionsprodukte werden anschließend ausgestoßen. Der große Vorteil dieses Konzept ist, dass das Raumschiff nur eine geringe Treibstoffmenge mit sich führen muss, genug um die Mindesteinsammelgeschwindigkeit zu erreichen.
Siehe auch Bussardkollektor
[Bearbeiten] Antimaterieantrieb
Die Energie für diesen Antrieb würde durch eine Paarvernichtung von Materie und Antimaterie geliefert werden. Es ist so möglich, die gesamte Ruheenergie, die in den Teilchen lagert, freizusetzen. Das Problem bei diesem Antrieb ist, dass man noch keine Möglichkeit sieht, wie man diese enorme Energie nutzen kann. Bei einer Elektron-Positron-Reaktion entstehen zwei Gammaphotonen, die man nicht weiter verwenden kann. Bei einer Proton-Antiproton-Reaktion entstehen Pionen. Man könnte dies als Ausstoßprodukt verwenden.
Das größte Problem aus der heutigen Sicht stellt die Erzeugung und Lagerung von Antimaterie dar. Da die Produktion soviel Energie verbraucht, wie die Reaktion später liefert, scheidet eine Produktion an Bord des Raumschiff aus. Die Antimaterie müsste mitgeführt werden. Die Lagerung dieser muss zu 100% zuverlässig sein, da sonst das Raumschiff zerstört würde.
Mit dem jetzigen Stand der Technik ist ein Antimaterieantrieb nicht möglich, da man keine Möglichkeit hat, eine größere Menge an Antimaterie zu erzeugen.
[Bearbeiten] Interstellare Raumfahrt mit Überlichtgeschwindigkeit
Die interstellare Raumfahrt mit Überlichtgeschwindigkeit tritt ein, sobald ein Raumschiff schneller reist als das Licht für die selbe Strecke bräuchte. Da noch keine bewiesene Theorie über Überlichtskeitgeschwindigkeit von makroskopischen Objekten existiert, ist alles Weitere spekulativ. Alle Konzepte gehen davon aus, dass höherdimensionale Räume existieren (5 und mehr Dimensionen) und dadurch Faltungen bzw. Stauchungen der Entfernungen möglich sind, da das Raumschiff selbst sich nur mit Lichtgeschwindigkeit bewegen kann. Durch die Stauchung/Faltung des Raumes kommt es dann zu einer scheinbaren Überlichtgeschwindigkeit.
Zur Debatte stehen:
- Wurmlöcher
- Raumverzerrung (Warpantriebe)
- Hyperraumantriebe
