{"id":12837,"date":"2017-11-07T09:29:15","date_gmt":"2017-11-07T08:29:15","guid":{"rendered":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/?p=12837"},"modified":"2017-11-07T09:29:15","modified_gmt":"2017-11-07T08:29:15","slug":"es-funktioniert-nicht","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/2017\/11\/07\/es-funktioniert-nicht\/","title":{"rendered":"Es funktioniert nicht"},"content":{"rendered":"<p>Das ist die zusammenfassende Beurteilung zu <a href=\"https:\/\/de.wikipedia.org\/wiki\/Breakthrough_Starshot\">Projekt Breakthrough<\/a>, auf die mich ein Blogleser aufmerksam gemacht hat. Der Plan h&ouml;rt sich nach Wikipedia so an: man beschleunigt kleine Nanosonden mit einem riesigen Laser auf einen Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit zum n&auml;chsten Stern Alpha-Centauri wovon sie dann Daten &uuml;bertragen.<\/p>\n<p>Der Leser bezweifelte die Umsetzbarkeit dessen. Zu Recht.<!--more--><\/p>\n<h3 class=\"western\">Problem Kommunikation<\/h3>\n<p>Nimmt man bestehende Kommunikationssysteme (berechnet mit den Daten von New Horizons), dann br&auml;uchte man eine 10 m gro&szlig;e Kommunikationsantenne und einen Sender mit 17,5 kW Sendeleistung um mit 1 Bit\/s von Alpha Centauri aus zu senden. Das bekommt man mit den Sonden die nicht mal ein Gramm wiegen d&uuml;rfen nicht gestartet. Optishce Daten&uuml;bertragung ist auch nicht viel besser, zumindest nicht solange wir als Empf&auml;nger nicht Teleskope errichten, die wirklich riesig sind. Zudem geht die Optik, die man daf&uuml;r braucht bei den Beschleunigungen (siehe unten) kaputt. Selbst wenn \u2013 die Sonde durchquert das Sternensystem mit einem Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit (0,2 c), also die Entfernung Erde-Sonne z. B. in unter einer Stunde. Da klappen vielleicht noch einige Aufnahmen von Alpha Centauri. Doch sollte es Leben geben, das kann die Sonde nicht ermitteln, dazu huscht ein Planet mit 60.000 km\/s an der Sonde vorbei.<\/p>\n<p>Dann g&auml;be es noch die Problematik wie die Sonde mit Strom versorgt wird. Auf der Reise gibt es ja keine Sonneneinstrahlung. RTG d&uuml;rften bei dem Gewicht genauso ausscheiden wie gro&szlig;e Antennen.<\/p>\n<h3 class=\"western\">Faktenlage<\/h3>\n<p>Soviel zur Frage die mir gestellt wurde, ob man damit Informationen gewinnen kann. Ich habe aber schon grundlegende Zweifel an der Umsetzbarkeit. Einige harte Fakten aus der Wikipedia:<\/p>\n<ul>\n<li>Beschleunigung durch 100 GW Laser<\/li>\n<li>Gewicht im Bereich von Gramm<\/li>\n<li>Zielgeschwindigkeit 60.000 km\/s<\/li>\n<li>Beschleunigung 10.000 g<\/li>\n<li>Beschleunigungsstrecke 2 Millionen km<\/li>\n<\/ul>\n<h3 class=\"western\">Plausibilit&auml;tspr&uuml;fung<\/h3>\n<p>Die Beschleunigung kann man bei Kenntnis der Strecke und Endgeschwindigkeit berechnen. Es gilt:<\/p>\n<p>s = \u00bd * a* t \u00b2<\/p>\n<p>v = a * t<\/p>\n<p>Wenn v = 60.000.000 m\/s und s = 2.000.000.000 m gegeben sind, kann man t zu 66,67 s und a zu 900.000 m\/s berechnen. Das sind rund 90.000 g<\/p>\n<p>Doch machen wir mal die Gegenprobe.<\/p>\n<p>Die Beschleunigung erfolgt durch Licht. Licht hat keine Masse, aber die Kraft, die es aus&uuml;bt, kann man als &Auml;quivalenzmasse ausdr&uuml;cken nach den Gleichungen:<\/p>\n<p>E= \u00bd m*c\u00b2<\/p>\n<p>F= m*c<\/p>\n<p>mit E = 100 GW und c = 299.792.458 m\/s kommt man f&uuml;r 100 GW auf 2,225&#215;10<sup>-6<\/sup> kg &Auml;quivalenzmasse und einen Schub von 667,1 N.<\/p>\n<p>Um mit 667,1 N eine Beschleunigung von 900.000 m\/s zu erreichen so kommt man<\/p>\n<p>a = F \/m<\/p>\n<p>auf eine Masse von 0,741 g<\/p>\n<p>Der Artikel spricht von einigen Gramm, doch mit dem Equipment k&ouml;nnte man maximal 0,74 g beschleunigen. In Wirklichkeit wird es aber weniger sein, weil ich hier relativistische Effekte au&szlig;en vor gelassen habe. Bei Ann&auml;herung an die Lichtgeschwindigkeit braucht man sukzessive immer mehr Energie zur Beschleunigung. Der Fehler ist bei einem F&uuml;nftel der Lichtgeschwindigkeit aber klein.<\/p>\n<h3 class=\"western\">Problem Energie&uuml;bertragung<\/h3>\n<p>Normale Solarsegel die wir heute haben erreichen Fl&auml;chendichten von 5 g\/m\u00b2. 0,741 g w&auml;ren dann nicht mal 0,15 m\u00b2 gro&szlig;. Theoretisch postuliert, aber nicht technisch umgesetzt, w&auml;re es einen Kunststoff mit Aluminium zu beschichten. Der Kunststoff w&uuml;rde dann abgetragen werden und die nur Mikrometer dicke Schicht aus Aluminium bleibt &uuml;brig. Wie man die heil ins Weltall bringt ist heute noch ungel&ouml;st. Theoretisch k&ouml;nnte man einen Kunststoff nehmen der sich durch Licht zersetzt und ihn dann durch die solare UV-Strahlung abtragen lassen. Dann k&auml;me man auf ein Fl&auml;chengewicht von 0,27 g\/m\u00b2. Das Segel w&auml;re dann 2,75 m\u00b2 gro&szlig;.<\/p>\n<p>Auf diese Fl&auml;che treffen dann 100 GW Leistung pro Sekunde, das ist die 1.600-fache Energie welche die Sonnenoberfl&auml;che auf der gleichen Fl&auml;che abgibt. Aluminium hat bis zu 95% Reflexionsgrad. Die Fl&auml;che nimmt pro Sekunde also 5 GW an Leistung auf. Das d&uuml;rfte m&uuml;helos ausreichen sie in Sekundenbruchteilen verdampfen zu lassen. Bei einer Demonstration f&uuml;r SDI konnte ein 2 MW MIRACL-II <a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/MIRACL\">Laser<\/a> eine blankpolierte Titan II H&uuml;lle innerhalb von Sekundenbruchteilen zum Bersten bringen und hier reden wir von der 50.000 fachen Energie. Pro Sekunde werden 5 GW von weniger als 1 g Materie aufgenommen. Bei Kernspaltung von Uran wird 204 MeV pro Kern <a href=\"https:\/\/de.wikipedia.org\/wiki\/Kernspaltung\">frei<\/a>. Umgerechnet auf normale Energie ist das bei Atommasse 235 8,12&#215;10<sup>10<\/sup> W\/g. In 16 s wird dem Bruchst&uuml;ck so viel Energie &uuml;bertragen, wie es freisetzen w&uuml;rde wenn es der Kern einer Atombombe w&auml;re! Und es soll viermal l&auml;nger beschleunigt werden.<\/p>\n<h3 class=\"western\">Problem Fokussierung<\/h3>\n<p>Es ist meiner Ansicht nach schon zweifelhaft, ob man die Energie so fokussieren kann. Der Mond ist 380.000 km entfernt und wird seit Jahrzehnten von Lasern angepeilt die Laserreflektoren von bemannten und unbemannten Missionen nutzen um die Entfernung Erde-Mond zu bestimmen. Beim <a href=\"https:\/\/de.wikipedia.org\/wiki\/Lunar_Laser_Ranging\">LLR<\/a> ist die ausgeleuchtete Fl&auml;che schon 70 km\u00b2. Hier kann zwar der Startpunkt nahe der Erde liegen, doch der Endpunkt soll ja 2 Millionen km entfernt sein, also siebenmal weiter als der Mond entfernt. Man muss dann aber nicht auf 70.000.000 m\u00b2 sondern 0,15 bis 2,75 m\u00b2 fokussieren. Wie das gehen soll w&uuml;rde mich interessieren, zumal es nicht ein Laser sein soll, sondern viele. Denn 100 GW Laser bekommt man nicht realisiert. Es z&auml;hlt ja nicht die Spitzenleistung eines Impulses (da kann man 100 GW durchaus erreichen), sondern die Dauerleistung. Man br&auml;uchte daf&uuml;r also 100 Kraftwerke \u00e0 1 GW. Daher wird man sehr viele Laser einsetzen. Der <a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/MIRACL\">Mircal-II<\/a> Laser, ein chemischer Laser lieferte 1 MW &uuml;ber 70 s. Davon br&auml;uchte man dann 100.000 St&uuml;ck. Die alle m&uuml;ssten auf eine Fl&auml;che unter 1 m\u00b2 in bis zu 2 Millionen km Entfernung zielen \u2013 ich kenne Nichts womit man ein Teleskop, auf das der Laser ja seine Impulse wirft \u2013 so genau ausrichten kann. Das Keck Teleskop kann auf 4 Bogensekunden <a href=\"https:\/\/www2.keck.hawaii.edu\/observing\/kecktelgde\/ktelinstupdate.pdf\">ausgerichtet<\/a> werden. 1 m in 2 Millionen km Entfernung sind aber 0,0001 Bogensekunden \u2013 40.000-mal genauer.<\/p>\n<h3 class=\"western\">Zusammenfassung<\/h3>\n<p>Es klappt aus vielen Gr&uuml;nden nicht. Man bekommt in dem Gewicht weder die Ausr&uuml;stung unter noch w&uuml;rde sie die Beschleunigung &uuml;berleben. Man kann Laserlicht nicht so gut auf eine kleine Fl&auml;che fokussieren und b&uuml;ndeln das man effektiv beschleunigen kann. Ob man so viele Laser jemals finanzieren kann, ist eine andere Frage und zuletzt d&uuml;rfte schon nach einem Bruchteil einer Sekunde nichts mehr zum Beschleunigen da sein, weil die Energie ausreicht alles zu verdampfen. Selbst wenn \u2013 Daten von Alpha Centauri k&ouml;nnte man keine &uuml;bertragen und damit man Forschung dort betreiben kann m&uuml;sste man ja dort wieder abbremsen.<img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"http:\/\/vg01.met.vgwort.de\/na\/b46b1908f9044bafa6d815e18c32ee1a\" alt=\"\" width=\"1\" height=\"1\" \/><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Das ist die zusammenfassende Beurteilung zu Projekt Breakthrough, auf die mich ein Blogleser aufmerksam gemacht hat. Der Plan h&ouml;rt sich nach Wikipedia so an: man beschleunigt kleine Nanosonden mit einem riesigen Laser auf einen Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit zum n&auml;chsten Stern Alpha-Centauri wovon sie dann Daten &uuml;bertragen. Der Leser bezweifelte die Umsetzbarkeit dessen. 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