Warpdrive

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Vor einigen Monaten bin ich auf diese Artikeln gestossen:

http://techland.time.com/2012/09/19/nasa-actually-working-on-faster-than-light-warp-drive/
http://www.space.com/17628-warp-drive-possible-interstellar-spaceflight.html
http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20110015936_2011016932.pdf

Liest man nur die zwei Artikel, käme man glatt auf die Idee, die NASA arbeite an einem Überlichtgschwindigkeit (FTL) Antrieb. Liest man das PDF mit dem Paper wird klar, das dem nicht so ist.
Es geht um Alcubierre-Feld, also was man in der Science Fiction Warpdrive nennt. Ein Antrieb bei dem der Raum herumgekrümmt wird, so dass das Schiff beliebig schnell reisen kann. Innerhalb der Blase wird die Lichtgeschwindigkeit aber nie überschritten, so werden keine Regeln gebrochen. Das erste Paper aus dem Jahr 1994 sagte voraus, man bräuchte enorme Massen und Energie (Masse von Jupiter), um dies zu erreichen. Das jetzige kommt mit kleineren Massen zu recht, etwa von einer Tonne.
Nun ist es nicht, dass man den Antrieb einschaltet, und dann Überlichtschnell wird. Das Field kreiert quasi eine negative Masse im Schiff. Weil die Energie ½mv² aber konstant bleiben muss, nimmt die Geschwindigkeit zu. Der Effekt wäre wie einen Film vorspulen. Das Antrieb beschleunigt die ursprüngliche Geschwindigkeit in der Richtung es zuerst flog. Bei einem Boost-Faktor von 100 muss das Schiff immer noch 0.1c erreicht, um zenhfache Lichtgeschwindigkeit zu fliegen. Statt 43 Jahre bräuchte das Schiff, nur 5 Monate nach Alpha Centauri.
Allerdings werden erste Anwendungen mehr in der lokale Umgebung betrachtet, z.B. wenn man einen 5t Satelliten mit zwei 2t negativer Masse bestücken würde, wäre dieser mit Ionentriebwerke schon nach 40 Tage am Ziel, statt 70 Tage.
Danach werden Versuche vorgestellt, wie man so eine kleine Raumkrümmung herstellen kann, und diese testen kann. Was demnächst auch geschehen soll.

Der zweite Teil dieses Beitrages widmet sich dieser hypothetischen Raumfahrt, die so Alcubierre-Antriebe benutzen könnte.
Zuerst werden solche Massereduktionssystem betrachtete: D.h Man könnte entweder eine schwere Raumsonde zum Ziel bringen, oder eine leichte viel schneller dorthin.
Nehmen wir z.B. New Horizont, mit so einem System hätte man quasi die Masse wesentlich reduziert, so dass eine viel höhere Geschwindigkeit erreicht worden wäre, und somit viel schneller am Pluto angekommen wäre. Oder man hätte eine grössere Sonde gebaut mit mehr Instrumente und grösserer Antenne. Zusätzlich wäre unterwegs möglich den Kurs viel stärker zu ändern.
Bei hypothetischen Neptunorbiter könnte man schneller dorthin gelangen. Schaltet man das System ab, wird die Masse wieder höher, so die Sonde langsamer wird und so in den Orbit zum den Planeten einschwenken kann.
Grundsätzlich bleiben die Operationen in diesem Fälle gleich wie heute, es geht einfach schneller.
Was nicht im Paper angesprochen wurde ist, ob man eine Trägerrakete mit so einem Massereduktionssystem ausstatten könnte. Somit könnte man fast jede beliebige Masse in den Orbit bringen.

Interessant wird das ganze, wenn man überlichtschnell wird. Dann treten einige interessante Phänomen auf. Die folgenden hypothetischen Beispiele benutzen alle eine Geschwindigkeit von 10c (In Star Trek wäre dies Warp 2). Man nimmt eine Sonde die überlichtschnell zum Jupiter gelangt. Man bringt sie auf Kurs und stellt dann der Antrieb an. Nach 4 min kommt die Sonde an. Für die Zentrale auf der Erde sähe so, als die Sonde verschwindet, und man erhält erst 45 min später wieder ein Signal. Lässt man die Sonde wieder zurück fliegen, erhält man immer noch Daten, aber die Sonden befindet sich dann schon in der Nähe der Erde. Solange sich die Sonde an einem Ort im Sonnensystem befindet, lässt sie sich wie üblich steuern
Auf eine völlig andere Operationen ergeben sich, wenn man so ein Schiff in interstellare Distanzen fliegen lässt. Dann brauchen die Signale viel länger um zur Erde zu gelangen, als um die Mission durchzuführen. Deshalb ist von Vorteil, wenn die Sonde automatisch zur Erde zurück fliegt und dann die Daten übermittelt. Da die Richtung der Sonde stimmen muss bevor man den Antrieb schaltet, wäre folgende Szenario für eine Reise nach Alpha Centauri logisch:
Die Sonde wird auf einem Kurs zum Jupiter gebracht, und geht überlichtschnell. Bei Jupiter wird der Antrieb ausgeschaltet, und man führt ein klassischen Swingby Manöver, das die Bahn nach Alpha Centauri biegt. Danach wird der Antrieb wieder eingeschaltet und für 5 Monate laufen gelassen. Bei der Ankunft im System schaltet sich der Antrieb aus. Die Sonde muss eine Bahn einschlagen, die sie wieder zurückbringt. Je nach Informationslage muss im System zuerst nach Planeten Ausschau gehalten werden, und mögliche Swingby Manöver. Da dies ein Doppelsternsystem ist, fehlen dann vermutlich Gasriesen. Da der Antrieb ja auch masse Reduktion erlaubt, kann die Sonde ihre Bahn anpassen, so dass sie um einen der beiden Sterne herum kreist, so wieder auf eine Bahn zu Sonne gelangt. Während dieser Zeit sammelt die Sonder Informationen über die Umgebungen. Dann wird der Antrieb wieder eingeschaltet, und nach 5 Monaten wieder abgeschaltet. Im Sonnensystem angelangt fliegt die Sonde automatisch zu Erde, und übermittelt dann die Daten. Als Sicherung könnten die Daten direkt ab Alpha Centauri gesendet werden, für den Fall das etwas nicht funktionieren würde, oder es nicht möglich ist zurückzukehren.
Je nach dem wann so ein Antrieb entwickelt würde, wäre zu überlegen, ob so eine 1-2 Jahre Mission nicht besser bemannt durch geführt werden könnte. Mit dem jetzigen technologischen Stand wäre es einfacher ein bemanntes Schiff zu bauen als eine voll automatische Sonde. Die Astronauten könnten besser entscheiden, was interessant ist und was nicht.
Wegen der Eigenschaft des Antrieb, dass man die Masse reduziert, lassen sich hohe Delta-V erzielen.

Aber wie gesagt, dass ganze ist noch vorläufig Sciencefiction, aber es ist immer nett sich darüber Gedanken zu machen.

13 thoughts on “Warpdrive

  1. Mich würden eher gesammtelte, aufbereitete Informationen interessieren (Science, keine Fiction) über die Möglichkeiten der Umsetzung bzw. den Energiebedarf. Man braucht so viel Energie, wie die Masse einer Tonne hat, nach E=mc^2 wäre das enorm viel. Bei 1000kg also noch 10^3kg * (3*10^9 m/s)^2 = 9*10^18 kJ. Das sind astronomische Energiemengen… außerdem, kann man den Raum künstlich krümmen? wurde das schonmal gemacht – wenn ja wie stark? bestimmt nur im Nanometerbereich?

  2. Hier ging es gar nicht um SpaceX. Und die theoretischen Überlegungen verletzen keine bekannten Naturgesetze. Das ist ja der Witz.

  3. Das ist seriöse Wissenschaft, einfach das PDF lesen. Meine Physikkenntnisse reichen nicht mehr, um alles im Detail zu verstehen. Aber das ganze wird von der NASA unterstützt, deshalb sollte es schon mehr als Scifi sein.
    Aber viele Dinger, die vor 50 Jahren Scifi waren, existieren heute.

  4. Klingt irgendwie zu schön um wahr zu sein aber genauso wie beim kalten Fusionsreaktor mit Nickel und einer weiteren geheimen Zutat würde ich mich auch hier liebend gerne eines besseren belehren lassen…

  5. Ein ganz anderes Problem: um den Raum zu krümmen, braucht man ja irgendeine Art Gerät. Der Raum wird „schneller“ zusammengekrümmt als die Lichtgeschwindigkeit – Steuerbefehle an das Gerät können aber nur mit Lichtgeschwindigkeit (maximal) erfolgen, die Reaktion des Geräts noch langsamer. Kann man also nicht umsetzen? 😉

  6. verstehen kann ich die herleitung nicht, aber die negative Masse würde wenn man sie im Schwerefeld der Erde aktiviert dazu führen, das die Erdbeschleunigung abstoßend wirkt, hierbei muss die Gesamtmasse halt kleiner Null sein.

    Ist die Gesamtmasse des Flugkörpers m = 0, könnte man damit auch in das Schwerfeld eines Schwarzen Lochs reisen, ohne die bekannten Nebenwirkungen.

    Das ganze hat irgentwie ähnlichkeit mit einem Perpetoum Mobile.

  7. @Nickelfusion: Du vergleichst ein theoretisches Konzept mit der „Erfindung“ eines italienischen Berufsbetrügers.^^

    Annsonsten geht es bei dem Warpantrieb, wie ihn sich derzeit einige Physiker vorstellen, darum Bereiche zu manipulieren, welche um ein vielfaches kleiner als Atome sind. (Etwas was im Prinzip Teilchenbeschleuniger machen.)

  8. Ich würde das Teil ehrlich gesagt nicht zum Starten auf der Erde verwenden, wenn man den Raum genug krümmt um damit starten zu können, könnte es sein das das nicht so gesund für die Umgebung (den Startplatz) ist. Man könnte das Ganze natürlich irgendwo in der Wüste oder von einem Billigboot (das ist eben nachdem es gekrümmt wurde Schrott) vom Meer aus machen.

  9. Bleibt noch zu lösen wo man so ungeheure Mengen Energie hernehmen und speichern soll – und ob man den Raum überhaupt krümmen kann und wie.

  10. Das ist keine Satire ! ! !

    Theoretische funktioniert das Alcubierre-Feld, ohne Einsteins Relativität Theorie zu widersprechen.
    Einzige Problem ist die Feld Erzeugung und benötigte Energie menge
    anfangs war benötig exotische materie von Masse von planet Jupiters

    der belgische Physiker Van den Broeck, könnte in theoretische Studie
    die benötige masse reduzieren in dem das aussen Volumen des Feld verkleinern
    wahren innen Volumen unverändert bleibt

    Physiker Harold White modifizierte das Konzept zu eine Ringförmigen Feld
    was der benötige Energie-Impuls-Tensor auf 730 kg reduziert
    das entspricht 7,2 x zehn hoch 19 Joule

    Der Alcubierre Artikel als PDF
    http://members.shaw.ca/mike.anderton/WarpDrive.pdf

    Van den Broeck, über Alcubierre-feld
    http://arxiv.org/pdf/gr-qc/9906050.pdf

    Harold White modifizierte Alcubierre-ring feld
    http://www.space.com/17628-warp-drive-possible-interstellar-spaceflight.html

  11. Na ja, der Whitesche Artikel liest sich für mich nach der Art: „Wenn wir etwas hätten, was negative Energiedichte hat, dann könnten wir ganz einfach die Einsteinsche Raumzeit manipulieren“. Dumm halt nur, dass die Physik zwar starke Hinweise hat, dass 95% der durchschnittlichen Energiedichte des Universums von Materialien und Feldern herrührt, von denen wir keinerlei Ahnung haben, was das ist (die so genannte „Dunkle Materie“ und „Dunkle Energie“), es aber aktuell keinerlei Hinweise darauf gibt, dass es auch so etwas wie „negative Energie“ oder „negative Masse“ gibt. Klar ist das nicht ausgeschlossen, dass solche entdeckt werden. Vor hundert Jahren hätten die meisten Physiker jedermann, der ein „positives Elektron“ postuliert, für einen Spinner gehalten. 1928 wurde es dann postuliert, 1932 tatsächlich entdeckt. So ähnlich könnte das auch mit negativen Massen passieren. Stand heute ist die Arbeit aber eine rein theoretische Spielerei mit den Gleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie. Die Alcubierre-Metrik hat Stand heute keine physikalischen Entsprechungen. Das Problem ist übrigens mitnichten auf die Allgemeine Relativitätstheorie ART beschränkt. Auch für die viel, viel einfacheren Maxwell-Gleichungen für elektrische und magnetische Felder kann man physikalisch unmögliche Lösungen finden. Nimmt man dann noch die Quantentheorie und die spezielle Relativitätstheorie hinzu, entsteht die Quantenelektrodynamik (kurz QED), deren Mathematik bis heute zu großen Teilen unverstanden ist: Das fängt mit den Renormierungen an, mit denen unendlich große Werte quasi „weggezaubert“ werden. Hinzu kommt dann, dass die QED und die ART bei hoher Raumkrümmung vollkommen inkompatible Gleichungen produzieren, und keiner weiß, welche von beiden am Ende überhaupt richtig ist. Die meisten Physiker vermuten, dass beide Theorien bei hohen Energien/Krümmungen und kleinen Abständen zu korrigieren sein werden. Sprich: Selbst, wenn man negative Massen hätte, könnten sich diese ganz anders verhalten, als von der ART vorhergesagt.

    Klar soll man in diesem Bereich forschen. Es ist aber definitiv falsch, solche Forschungsergebnisse so hinzustellen, als ob daraus mal ein WARP-Antrieb werden wird.

    Kai

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