Bussard Ramjet - Wikipedia

Künstlerische Konzeption eines Bussard Ramjet. Ein Hauptbestandteil eines eigentlichen Staustrahls - ein kilometerweites elektromagnetisches Feld - ist unsichtbar.

Der Bussard Ramjet ist eine theoretische Methode für den Antrieb von Raumfahrzeugen, die 1960 vom Physiker Robert W. Bussard vorgeschlagen wurde Poul Andersons Roman Tau Zero Larry Niven in seiner Known Space Buchserie, Vernor Vinge in seiner Zones of Thought -Serie und von Carl Sagan in die Fernsehserie und das Buch Cosmos .

Bussard ^[1] schlug eine Ramjet-Variante einer Fusionsrakete vor, die für vernünftige interstellare Reisen geeignet ist und enorme elektromagnetische Felder (von Kilometern bis zu mehreren Tausend Kilometern Durchmesser) als Ram-Löffel verwendet, um Wasserstoff aus dem interstellaren Medium zu sammeln und zu komprimieren . Hohe Geschwindigkeiten zwingen die reaktive Masse in ein progressiv verengtes Magnetfeld und komprimieren es, bis eine Kernfusion auftritt. Das Magnetfeld lenkt die Energie dann als Raketenabgase entgegen der vorgesehenen Fahrtrichtung und beschleunigt so das Schiff.

Machbarkeit [ edit ]

Seit der Zeit von Bussards ursprünglichem Vorschlag wurde entdeckt, dass die Umgebung des Sonnensystems eine viel geringere Wasserstoffdichte aufweist, als dies angenommen wurde Zeit (siehe Local Interstellar Cloud). John Ford Fishback leistete 1969 einen wichtigen Beitrag zu den Details des Bussard Ramjet, ^[2] T. A. Heppenheimer analysierte Bussards ursprünglichen Vorschlag, Protonen zu verschmelzen, stellte jedoch fest, dass die Bremsstrahlungsverluste durch Komprimieren von Protonen zu Fusionsdichten größer waren als die um einen Faktor 1 erzeugbare Leistung, was darauf hindeutet, dass die vorgeschlagene Version des Bussard-Ramjets vorhanden war Infeasible. ^[3] Die Analyse von Daniel P. Whitmire aus dem Jahr 1975 ^[4] deutet jedoch darauf hin, dass ein Staustrahlwerk über den CNO-Zyklus eine Nettoleistung erzielen kann, wodurch die Fusion mit einer viel höheren Geschwindigkeit (~ 10 ¹⁶ ) als erzeugt wird die Proton-Proton-Kette.

Robert Zubrin und Dana Andrews analysierten 1985 eine hypothetische Version des Bussard Ramscoop- und Ramjet-Designs. Sie stellten fest, dass ihre Version des Ramjet nicht in den Sonnenwind hinein beschleunigen könnte. In ihren Berechnungen nahmen sie jedoch an, dass:

1. Die Abgasgeschwindigkeit ihres interplanetaren Ionenantriebs-Ramjets konnte 100.000 m / s (100 km / s) nicht überschreiten;
2. Die größte verfügbare Energiequelle könnte ein 500-Kilowatt-Kernfusionsreaktor sein.

Im Zubrin / Andrews interplanetarer Ramjet-Entwurf berechnete, dass die Widerstandskraft d / dt ( mv ₁ ) der Masse der pro Sekunde gesammelten geschöpften Ionen, multipliziert mit der Geschwindigkeit der geschöpften Ionen innerhalb des Sonnensystems, entspricht zum Ramscoop. Die Geschwindigkeit der (geschöpften) Ionen aus dem Sonnenwind wurde mit 500.000 m / s angenommen.

Es wurde angenommen, dass die Ausstoßgeschwindigkeit der Ionen beim Ausstoßen durch den Ramjet 100.000 m / s nicht überschreitet. Der Schub des Ramjet d / dt ( mv ₂ ) entsprach der Masse der pro Sekunde ausgestoßenen Ionen multipliziert mit 100.000 Metern pro Sekunde. In dem Entwurf von Zubrin / Andrews von 1985 führte dies zu der Bedingung, dass d / dt ( mv ₁ )> d / dt ( mv ₂ ) war. Diese Bedingung führte dazu, dass die Zugkraft den Schub des hypothetischen Ramjets in der Zubrin / Andrews-Version des Designs überstieg.

Verwandte Erfindungen [ edit ]

Ram Augmented Interstellar Rocket (RAIR) [ edit

Das Problem der Verwendung des interstellaren Mediums als Die einzige Brennstoffquelle führte zur Untersuchung der Ram Augmented Interstellar Rocket (RAIR). Der RAIR führt seine Kernbrennstoffvorräte und verbraucht die Reaktionsprodukte, um einen Teil seines Schubes zu erzeugen. Es verbessert jedoch seine Leistung erheblich, indem es das interstellare Medium schöpft und dieses als zusätzliche Reaktionsmasse verwendet, um die Rakete zu verstärken. Das Antriebssystem des RAIR besteht aus drei Subsystemen: einem Fusionsreaktor, einem Schaufelfeld und einem Plasmabeschleuniger. Das Schaufelfeld tricht interstellares Gas in einen "Beschleuniger" (dies könnte zum Beispiel ein Wärmeaustauschsystem sein, das Wärmeenergie direkt aus dem Reaktor auf das interstellare Gas überträgt), das von einem Reaktor mit Energie versorgt wird. Eine der besten Methoden, um dieses Konzept zu verstehen, ist die Annahme, dass der an Bord mitgeführte Wasserstoffbrennstoff als Brennstoff (Energiequelle) fungiert, während das interstellare Gas, das von der Schaufel gesammelt und dann mit hoher Geschwindigkeit von der Rückseite abgelassen wird, als Treibmittel wirkt ( der Reaktionsmasse) hat das Fahrzeug daher eine begrenzte Kraftstoffzufuhr, aber eine unbegrenzte Treibmittelzufuhr. Ein normaler Bussard-Ramjet hätte eine unendliche Menge an beidem, jedoch schlägt die Theorie vor, dass ein Bussard-Ramjet unter der Tatsache leiden müsste, dass das interstellare Gas vor ihm vor dem Eintritt in den Fusionsreaktor auf seine Geschwindigkeit beschleunigt werden müsste, wohingegen ein RAIR Das System wäre in der Lage, Energie über den "Beschleuniger" -Mechanismus vom Reaktor auf das interstellare Gas zu übertragen, ohne das Gas auf die Schiffsgeschwindigkeit beschleunigen zu müssen, bevor dieses Gas durch den "Beschleuniger" geleitet wird, und würde daher weit weniger Luftwiderstand erfahren. 19659025] Lasergesteuerter interstellarer Ramjet [ edit ]

Gestrahlte Energie gekoppelt mit einem Fahrzeug, das Wasserstoff aus dem interstellaren Medium schöpft, ist eine weitere Variante. Ein Laserarray im Sonnensystem strahlt zu einem Kollektor an einem Fahrzeug, der so etwas wie einen Linearbeschleuniger verwendet, um Schub zu erzeugen. Dies löst das Problem des Fusionsreaktors für den Staustrahl. Es gibt Einschränkungen wegen der Abschwächung der gestrahlten Energie mit der Entfernung. ^[9]

Magnetsegel [ edit ]

Die Berechnungen (von Robert Zubrin und einem Mitarbeiter) inspirierten die Idee eines magnetischen Fallschirms oder segeln. Dies könnte für interstellare Reisen von Bedeutung sein, da das Abbremsen am Ziel statt mit einer Rakete mit einem magnetischen Fallschirm durchgeführt werden kann. ^{[ Zitat erforderlich ]}

Vorgesäte Flugbahn edit ]

Einige der offensichtlichen technischen Schwierigkeiten mit dem Bussard-Ramjet können durch einen Vorab-Start des Treibstoffs entlang der Flugbahn des Raumfahrzeugs ^[10] überwunden werden, beispielsweise mit einem Magnetschienengewehr.

Zu den Vorteilen dieses Systems gehören

• Nur ionisierter Fusionskraftstoff wird auf den Markt gebracht, so dass entweder magnetische oder elektrostatische Löffel den Kraftstoff leichter in den Motor leiten können. Der Nachteil besteht darin, dass der Kraftstoff aufgrund elektrostatischer Abstoßung zerstreut wird.
• Das Starten des Kraftstoffs auf einer Flugbahn, so dass der Kraftstoffgeschwindigkeitsvektor dem erwarteten Geschwindigkeitsvektor des Raumfahrzeugs an diesem Punkt seiner Flugbahn genau entspricht. Dadurch werden die durch die Kraftstoffsammlung erzeugten "Widerstandskräfte" minimiert.
• Start optimierter Isotopenverhältnisse für die Fusionsmotoren des Raumfahrzeugs. Ein herkömmlicher Bussard-Ramjet sammelt meist Wasserstoff mit einem Atomgewicht von 1. Dieses Isotop ist schwerer zu schmelzen als die Deuterium- oder Tritium-Isotope von Wasserstoff. Durch die Einführung des idealen Verhältnisses von Wasserstoffisotopen für den Fusionsmotor im Weltraumfahrzeug kann die Leistung des Fusionsmotors optimiert werden.
• Obwohl der vorgeladene Kraftstoff für den Ramjet einen Vorteil des Bussard-Designs (Treibstoffsammlung während des Durchlaufens) aufhebt Das interstellare Medium) hat den Vorteil, dass es nicht erforderlich ist, gleichzeitig die Masse des Treibstoffs und die Masse der Rakete zu beschleunigen.
• Der vorgeladene Treibstoff würde einen gewissen Einblick in das interstellare Medium gewähren - und somit das nachlaufende Raumfahrzeug alarmieren unsichtbare Gefahren (zB braune Zwerge).

Zu den Hauptnachteilen dieses Systems gehören

• Das Raumfahrzeug konnte nur dann von der vorberechneten Flugbahn abweichen, wenn dies von entscheidender Bedeutung war. Jede solche Abweichung würde das Raumfahrzeug von seiner Treibstoffversorgung trennen und ihm nur eine minimale Fähigkeit geben, zu seiner ursprünglichen Flugbahn zurückzukehren.
• Vorab gestarteter Kraftstoff zum Abbremsen am Zielstern wäre nicht verfügbar, wenn er nicht viele Jahrzehnte vor dem Start des Raumfahrzeugs gestartet würde starten. Es können jedoch auch andere Systeme (wie die magnetischen Segel) zu diesem Zweck verwendet werden.

Literaturhinweise [ edit ]

Externe Links [ edit ]