Die Besiedlung des Weltalls

@Thermodynamik:

Tja, die Physik lässt sich halt nicht betrügen. 

Deshalb benutzen ja Star trek und Co. nicht umsonst "Trägheitsdämpfer" und "Strukturelle Intigritätsfelder" damit Raumschiffe + Besatzung die schnellen Reisen aushalten.

Clarke und Asimov haben übrigens in ihren letzten Büchern komplett auf Raketen ähnliche Antriebe verzichtet und "trägheitslose Antriebe" mittels Gravitationsmanipulations etc. verwendet.

Ergo, pure Science Fiction, für die es (leider) nicht mal ansatzweise brauchbare physikalische Theorien gibt. (Clarke selbst hat in "3001 - Die letzte Odyssee" sich leider auf die Theorie eines Pseudowissenschaftlers bezogen...       )

@Thermodynamik:

Tja, die Physik lässt sich halt nicht betrügen. 

Deshalb benutzen ja Star trek und Co. nicht umsonst "Trägheitsdämpfer" und "Strukturelle Intigritätsfelder" damit Raumschiffe + Besatzung die schnellen Reisen aushalten.

Clarke und Asimov haben übrigens in ihren letzten Büchern komplett auf Raketen ähnliche Antriebe verzichtet und "trägheitslose Antriebe" mittels Gravitationsmanipulations etc. verwendet.

Ergo, pure Science Fiction, für die es (leider) nicht mal ansatzweise brauchbare physikalische Theorien gibt. (Clarke selbst hat in "3001 - Die letzte Odyssee" sich leider auf die Theorie eines Pseudowissenschaftlers bezogen...       )

Euch ist schon bewusst das vieles aus StarTrek der Tatsache geschuldet ist das es eine wöchentliche Fernsehserie war?

Wer gute (Hard) SF lesen will sollte mal zu Robert L. Forward greifen. Asimov und Clarke würde ich jetzt nicht überbewerten, Asimov war recht selbstkritisch und bedauerte später das er nicht mal den Taschenrechner voraus gesehen hat und Clarke wäre ohne Kubrick wohl nicht so bekannt geworden.

Micha

Na ja, bei Asimov waren aber in seiner "Foundation" Saga schon ein paar Sachen, die es in ähnlicher Form heute tatsächlich gibt.

Clarke hat leider in seinen letzten 20 Lebensjahren ziemlich stark nachgelassen. (Und bei seinen Werken mit Co-Autoren", war der Letztere meist der tatsächliche Autor.)

Die Masse und Zusammensetzung der Planeten ist nicht bekannt.
Außerdem können wir Dicke und Zusammensetzung der Atmosphäre und damit die Oberflächentemperatur nicht.
Nur weil Größe und Umlaufbahn stimmt heißt das noch lange nicht, das der Planet wahrscheinlich einen Ozean hat und belebt ist.

Es stimmt zwar, dass momentan wenig über die Atmosphäre bekannt ist, trotzdem beruft sich der Autor wohl erst einmal auch nur auf Quellen.
Aus Wiki zu Kepler-22b:

In the absence of an atmosphere, its equilibrium temperature (assuming an Earth-like albedo) would be approximately 262 K (−11 °C; 12 °F).
If the atmosphere provides a greenhouse effect similar in magnitude to the one on Earth, it would have an average surface temperature of 295 K (22 °C; 71 °F).
If the atmosphere has a greenhouse effect similar in magnitude to the one on Venus, it would have an average surface temperature of 733 K (460 °C; 860 °F).

Zu den ersten beiden Behauptungen zu Kepler-22b gibt es jeweils einen Publikationslink, woher die dritte kommt ist allerdings unklar. Weiter heißt es:

Kepler-22b, dubbed by scientists as a "waterworld," might be an "ocean-like" planet. It might also be comparable to the water-rich planet GJ 1214 b although Kepler-22b, unlike GJ 1214 b, is in the habitable zone. An Earth-like composition is ruled out to at least 1-sigma uncertainty by radial velocity measurements of the system

1. Er ignoriert die Möglichkeit die Antriebssektion oder die Radiatoren thermisch größtenteils vom Rest des Schiffes zu trennen und stärker zu erwärmen als den Rest.

Das löst aber keines der angesprochenen Probleme, sondern verschiebt sie nur an eine andere Stelle.

2. er geht nirgends darauf ein dass die abgestrahlte Energie direkt proportional abhängig von der Abstrahlfläche ist

Doch, indem er gleich mehrfach auf das Stefan-Boltzmann-Gesetz hinweist und das besagt unter anderem genau deinen Satz

Ich hab keinen schimmer wie er dann auf einmal eine maximal Beschleunigung von 0,1mg aus dem Ärmel schüttelt.

Ich ehrlich gesagt auch nicht.. ...weil nicht alle für eine Verifizierung erforderlichen Randbedingungen im dortigen Beispiel stehen

Ob der Carnotsche Wirkungsgrad auch für solche Raumschiffe gilt, hängt IMHO davon ab, wieviel Wärme beim Auftreffen des Antriebsstrahls auf dem Lichtsegel des Raumschiffs frei wird und ob dieses Lichtsegel dann als "Motor" im Carnotschen Sinne zu betrachten ist, oder ob man das nochmal differenziert sehen muss/darf/kann.

Prinzipiell geht es dem Autor mit dem Hinweis auf den Carnotschen Wirkungsgrad doch darum, darauf hinzuweisen, dass alle thermischen Prozesse einen Wirkungsgrad besitzen. Auch ein Lasersegel besitzt so etwas, auch wenn dort der Wirkungsgrad (in dem Fall beschrieben durch die Reflektivität) erst einmal sehr hoch ist. Aber auch hier existieren physikalische Grenzen aufgrund des Wirkungsgrads.
Ich habe dieses Problem der Lasersegel im Thread des Lasersegelkonzepts DE-STAR Anfang des Jahres das Problem bereits einmal angesprochen.
Dort wurden 70GW orbitalgestützte Laserleistung vorgeschlagen, um ein sehr kleines Objekt auf interstellare Reisen zu schicken.....übrigens mit sehr moderater Beschleunigung. Bei "großen" Massen (10t) betrug diese nur noch ca. 2 mg. Dazu habe ich damals geschrieben:

Verlustarme Laserspiegel kommen heutzutage auf etwas über 99,9%.
Selbst wenn man nen entfaltbaren (!) Spiegel mit 99,99% hinbekommen sollte, bleiben von 70GW noch genügend Megawatt (!!) übrig, um dem Spiegel und der Nutzlast thermisch gesehen "ordentlich" einzuheizen. Jedes Staubkorn, jeder Defekt auf einem Spiegel würde zudem innerhalb von Millisekunden verdampfen und weitere Spiegelbereiche schädigen.

Das zweitgenannte Problem (das des verheerenden Ketteneffekts), welches aus meiner Sicht noch schwerer wiegt als das einer limitierten Reflektivität, lässt sich übrigens ebenfalls auf eine Art "Wirkungsgrad" herunterbrechen, nämlich der der Herstellung, oder mit anderen Worten die Produktionsqualität. Es gibt nun einmal keine perfekt (!) hergestellten Dinge.
Ein einziger mikroskopischer Fehler auf einem Spiegel, der plötzlich nicht mehr mit 99,99% reflektiert, sondern augenblicklich zum superheißen Spot wird (und dahindegradiert bzw. verdampft) würde ausreichen, um eine Kettenreaktion zu starten, die jedes Lasersegel langsam, aber mit absoluter Sicherheit dahinrafft.

Danke für die Erklärungen zum Lasersegel und seinem Wirkungsgrad :-) . Tja, es ist eine Krux mit dem Weltraum: Da ist man schon in der denkbar kältesten Umgebung - und kann trotzdem zuwenig Wärme dahin abführen, weil Konvektion & Co. immer irgendwelche Materie erfordern, die es dort aber schlicht nicht gibt. So richtig ist mir das auch erst an dieser Diskussion klar geworden, quasi ein Augenöffner. 

Prinzipiell geht es dem Autor mit dem Hinweis auf den Carnotschen Wirkungsgrad doch darum, darauf hinzuweisen, dass alle thermischen Prozesse einen Wirkungsgrad besitzen. Auch ein Lasersegel besitzt so etwas, auch wenn dort der Wirkungsgrad (in dem Fall beschrieben durch die Reflektivität) erst einmal sehr hoch ist. Aber auch hier existieren physikalische Grenzen aufgrund des Wirkungsgrads.

Okay, aber an Bord des Raumschiffs selbst gibt es ja keinen thermischen Prozess und somit gilt zumindest der Carnotsche Wirkungsgrad nicht für den Lasersegler, ist das so richtig? Wenn überhaupt, sind es andere Wirkungsgrade in Gestalt von technischen Beschränkungen?

Wie ist es eigentlich mit dem Aspekt, dass die eigentliche Energieerzeugung auf der Erde stattfindet und man dort besser Wärme abführen kann? Lässt das das Lasersegel wenigstens physikalisch "in einer anderen Liga spielen" als Raumschiffe mit komplett eigenem Motor, so dass es stärker beschleunigt werden könnte als jene?

Auf der Erde dürfte die meiste Laser Leistung in der Athmosphäre verpuffen. Gleiches Problem wie damals bei SDI.

Micha

Na ja, bei Asimov waren aber in seiner "Foundation" Saga schon ein paar Sachen, die es in ähnlicher Form heute tatsächlich gibt.

Clarke hat leider in seinen letzten 20 Lebensjahren ziemlich stark nachgelassen. (Und bei seinen Werken mit Co-Autoren", war der Letztere meist der tatsächliche Autor.)

Das ist oft keine Kunst macht man genug Voraussagen so werden einige sicher eintreffen aber gerade Assimov hat Robotern Rechenschieber in die Hand gedrückt oder Clarke geostationäre Raumstationen bemannt, keiner von denen hat die Miniaturisierung voraus gesehen. Sachen die eingetroffen sind übrigens das Internet aber es gab ja schon in den 80ern BTX und ich glaube die Briten hatten sowas schon in den 70ern.

Micha

Eine Besiedlung des Alls ist derzeit nur auf dem Mars und vielleicht noch dem Mond denkbar,
alles andere bleibt selbst mit mittelfristig verfügbarer Technologie (BFR+ITS) kaum vor 2050 erreichbar.
Hier setzt und die benötigte Energie und die Reisezeiten noch unüberbrückbare Grenzen.

Will man weiter über die Marsbahn hinaus, gibt es zwar Ziele, z.B. Titan und Europa, aber das geht ohne Kernenergie
und eigentlich der Kernfusion auf Dauer nicht. Selbst bei der Kernspaltung braucht man Reaktoren die nicht nur 3%
des Brennstoffs ausnutzen und danach zum Problemfall werden.

Das wo man in den äußeren Regionen leicht dran kommen wird ist Wasser und damit auch an Wasserstoff.
Ein Sprung in Regionen über den Saturn hinaus um sich dort anzusiedeln wird bei absehbarer Technologie eher nach 2100 kommen.

Mit Forschungssonden und Erkundungsmissionen ist das schon was anderes, da könnte noch vor 2050 auch Jupiter in Schlagdistanz kommen wenn MCT den Funktioniert.
Obwohl das vor allem bei der Ankunft ziemlich sportlich  wenn man die Jupiteratmosphäre als Bremshilfe nutzen will bei dessen unangenehmen Umfeld.
Falls es gelingt ein SEP System mit extrem leichter Bauweise deutlich unter 1kg/kW zu bauen, ists vielleicht besser lieber zum Saturn zu fliegen, der ist sanfter.

Sonden auf mehrere Prozent LS zu beschleunigen halte ich für sehr viel schwerer als selbst bemannt auf dem Pluto zu landen.

Zumal wir auch durch grosse Teleskope das gleiche erreichen wie durch vorbei vorbeiflugsonden.

Wie gross hätte man Hubble eigentlich bauen mussen um sagen wir 512x512 von Pluto zu bekommen.


Micha

@Avatar
Vielleicht hilft dir dieser Artikel von Raumfahrer.net in deinen Einschätzungen weiter.

https://www.raumfahrer.net/news/astronomie/14072015002051.shtml

Dort geht es um ein mögliches Nachfolgemodell von Hubble. Der Spiegel soll einen Durchmesser von 12 Metern haben. In einen Beispiel ist dort der Mond Europa angegeben. Das könnte deinen Anforderungen nahekommen.

Aber bei den möglichen Kosten und auch die Zeit bis zur Fertigstellung, könnte glatt schon eine zweite Sonde den Pluto erreicht haben.

@Avatar
Vielleicht hilft dir dieser Artikel von Raumfahrer.net in deinen Einschätzungen weiter.

https://www.raumfahrer.net/news/astronomie/14072015002051.shtml

Dort geht es um ein mögliches Nachfolgemodell von Hubble. Der Spiegel soll einen Durchmesser von 12 Metern haben. In einen Beispiel ist dort der Mond Europa angegeben. Das könnte deinen Anforderungen nahekommen.

Aber bei den möglichen Kosten und auch die Zeit bis zur Fertigstellung, könnte glatt schon eine zweite Sonde den Pluto erreicht haben.

Das ist noch weit von dem entfernt was ich meine.

Die stellen dort einen Vergleich von VGA zu 4K Auflösung an.

640x480 zu 3840x2160

Hubble hat Pluto etwa 10x10 Pixel abgebildet, das James Web Teleskop käme dann auf sagen wir 60 x 60 Pixel.

Ich hab das mal versucht zu simulieren. Links wäre das was ich meine, in der Mitte das James Web Teleskop und rechts Hubble.



Micha

Also müsste man dazu ein über 100m Teleskop haben.
Na ja, falls BFR+ITS ein Erfolg wird, rückt das vielleicht in den Bereich wo sowas realisierbar wird.
Oder Frage in die Runde, braucht man für die Auflösung wirklich die gesamte Fläche mit Spiegeln bedeckt, oder reichen da auch 0,1% und die halt auf 1000m Durchmesser verteilt?

Also müsste man dazu ein über 100m Teleskop haben.
Na ja, falls BFR+ITS ein Erfolg wird, rückt das vielleicht in den Bereich wo sowas realisierbar wird.
Oder Frage in die Runde, braucht man für die Auflösung wirklich die gesamte Fläche mit Spiegeln bedeckt, oder reichen da auch 0,1% und die halt auf 1000m Durchmesser verteilt?

Könnte man nicht einen Streifen aus einem Spiegel machen und den rotieren lassen?

Micha

Zitat von: Klakow am 07. November 2016, 18:56:07

Also müsste man dazu ein über 100m Teleskop haben.
Na ja, falls BFR+ITS ein Erfolg wird, rückt das vielleicht in den Bereich wo sowas realisierbar wird.
Oder Frage in die Runde, braucht man für die Auflösung wirklich die gesamte Fläche mit Spiegeln bedeckt, oder reichen da auch 0,1% und die halt auf 1000m Durchmesser verteilt?

Könnte man nicht einen Streifen aus einem Spiegel machen und den rotieren lassen?

Micha

Hallo,

das ist ja mal eine geniale Idee.

Mit der richtigen Bildverarbeitungssoftware müsste sich das Ergebnis eigentlich rechnen lassen. Allerdings weiß ich nicht ob man die Konstruktion und Rotation so gut hinbekommt (Fliehkräfte etc.), dass auch ein funktionierender Parabolspiegel dabei rauskommt. Die Spiegel für Teleskope müssen ja schon extrem präzise geschliffen sein.

Viele Grüße

Mario

Ist es nicht Ziel vom Spiegel, MEHR Licht einzufangen? Also je größer der Spiegel ist, desto mehr Licht kommt rein.

Ein kleiner (und rotierender) Spiegel würde wieder WENIGER Licht bringen.

Ist es nicht Ziel vom Spiegel, MEHR Licht einzufangen? Also je größer der Spiegel ist, desto mehr Licht kommt rein.

Ein kleiner (und rotierender) Spiegel würde wieder WENIGER Licht bringen.

Wir wollen Auflösung und Trennschärfe, Licht hat man eigentlich genug.

Micha

Wir brauchen Optische Interferometer 

https://forum.raumfahrer.net/index.php?topic=14308.0

Mit der Auflösung dürfte es bei einem rotierenden Teilsegment leider nicht weit her sein, da das Segment oder der Streifen sicherlich nicht bis in den Nanometerbereich genau rotieren kann und zumindest eine (!) Rotation mit höchster Genauigkeit wird ja zur Erstellung einer Aufnahme mindestens gebraucht.....oder habe ich da einen Denkfehler?
Bei einem 10 Meter-Spiegel dürfte wohl bereits eine Abweichung von nur wenigen Millimetern von der optimalen Spiegelform eine steuerungstechnische Meisterleistung darstellen.

Mit der Auflösung dürfte es bei einem rotierenden Teilsegment leider nicht weit her sein, da das Segment oder der Streifen sicherlich nicht bis in den Nanometerbereich genau rotieren kann und zumindest eine (!) Rotation mit höchster Genauigkeit wird ja zur Erstellung einer Aufnahme mindestens gebraucht.....oder habe ich da einen Denkfehler?
Bei einem 10 Meter-Spiegel dürfte wohl bereits eine Abweichung von nur wenigen Millimetern von der optimalen Spiegelform eine steuerungstechnische Meisterleistung darstellen.

Haste Recht habe das nicht bedacht.

Micha

Wenn ich das richtig verstehe hängt die Auflösung vom Abstand ab, ob dazu ein vollständiger Innenteil benötigt wird bezweifle ich mal gerade, schließlich sind moderne Teleskope in der mitte eh offen, das sitzt dann auch der Sekundärspiegel.
Da wäre der Mond mit seiner zwar vorhanden aber kleinen Schwerkraft   vielleicht doch ein guter Kandidat damit die Konstruktion weniger aufwändig wird.

Mhm ja, nur der Mond hat eine gebundene Rotation. Wenn man ein Objekt beobachten will, was gerade nicht in der Sichtlinie steht, kann das dauern.

Noch problematischer ist wohl der ekelige scharfkantige feine Staub, für den Spiegel bestimmt sehr gesund. Hinzukommt, das der Mond, durch den starken Temperatur ausgleich bestimmt immer leichten Vibrationen ausgesetzt ist. Ob das der Genauigkeit zuträglich ist?

Also ich finde da den freien Raum besser für geeignet.

Man kann Teleskope auch zusammenschalten. Wurde hier im Forum glaube ich auch schon diskutiert.

Dann brauchen die Teleskope auch nicht so groß und teuer zu sein, aber die Auflösung ist dadurch höher. Und es gibt in der Astronomie auch noch reichlich Tricks um selbst das noch zu verbessern.

Aber ist diese Diskussion nicht besser im Astronomie Bereich aufgehoben?

Ich finde die Vorstellung eines riesigen rotierenden Spiegelsegments im All auch ziemlich faszinierend. Wenn man bedenkt, wie weit die Planetologie mit Kamerasensoren im Format "1 Pixel x nnn Pixel" gekommen ist, die dank der extrem gleichmäßigen, praktisch reibungsfreien Rotation der spinstabilisierten Sonde schon recht gute Bilder aufgenommen haben...

Ich habe nur Bedenken, dass sich ein rotierendes Segment ja verformen dürfte und dann die benötigte Präsision nicht mehr gegeben ist. Dem könnte man begegnen, indem man a) entsprechend stabil baut oder b) entsprechend langsam rotiert oder c) sich entsprechend an die Verformung adaptiert, z.B. mit gesteuerten Verformungselementen oder mit Softwaremaßnahmen. Klingt aber alles technisch machbar, das nötige Budget und Transportkapazität vorausgesetzt.

Und selbst wenn man "nur" ein verzerrtes Bild eines Exosonnensystems oder eines Exoplaneten bekommen würde: Was soll's, so lange sich die Verzerrungen halbwegs im Rahmen halten. Hauptsache, wir würden einen ungefähren Eindruck von seiner Oberfläche und Atmosphäre bekommen, da wären wir doch schon dankbar. Dass der Exo in Wirklichkeit rund ist und nicht oval oder bizarr zerflossen, als wär's ein Bild von Salvador Dali, können wir uns auch so denken. 

Wenn man bedenkt, wie weit die Planetologie mit Kamerasensoren im Format "1 Pixel x nnn Pixel" gekommen ist, die dank der extrem gleichmäßigen, praktisch reibungsfreien Rotation der spinstabilisierten Sonde schon recht gute Bilder aufgenommen haben...

Habt ihr dazu beispiele? Das ist das erste mal dass ich davon höre.

Und selbst wenn man "nur" ein verzerrtes Bild eines Exosonnensystems oder eines Exoplaneten bekommen würde: Was soll's, so lange sich die Verzerrungen halbwegs im Rahmen halten. Hauptsache, wir würden einen ungefähren Eindruck von seiner Oberfläche und Atmosphäre bekommen, da wären wir doch schon dankbar. Dass der Exo in Wirklichkeit rund ist und nicht oval oder bizarr zerflossen, als wär's ein Bild von Salvador Dali, können wir uns auch so denken. 

Ne kannste vergessen, man muss sich nur ankucken wie das damals mit den unscharfen Hubble Bildern war weil der Spiegel fehlerhaft geschliffen wurde.



Man muss einfach wieder Raketen am Fließband bauen und nicht die Arbeiter Däumchen drehen lassen.

Micha