Impulsantrieb: Unterlichtgeschwindigkeit in Star Trek

Trekkies haben geholfen, das Science-Fiction-Universum zu definieren, zusammen mit der Technologie, die das Star Trek Serien, Bücher und Filme versprechen. Eine der gefragtesten Technologien aus diesen Shows ist die Warpantrieb. Dieses Antriebssystem wird auf den Raumschiffen vieler Arten im Trekiversum eingesetzt, um über das zu gelangen Galaxie in erstaunlich kurzen Zeiten (Monate oder Jahre im Vergleich zu den Jahrhunderten, die es "nur" dauern würde die Lichtgeschwindigkeit). Es gibt jedoch nicht immer einen Grund für die Verwendung Warpantriebund so manchmal die Schiffe in Star Trek Impuls verwenden Leistung bei Unterlichtgeschwindigkeit.

Heutzutage verwenden Erkundungsmissionen chemische Raketen, um durch den Weltraum zu reisen. Diese Raketen haben jedoch mehrere Nachteile. Sie erfordern große Mengen an Treibmittel (Kraftstoff) und sind im Allgemeinen sehr groß und schwer. Impulsmotoren, wie sie auf dem Raumschiff abgebildet sind Unternehmen, Gehen Sie etwas anders vor, um ein Raumschiff zu beschleunigen. Anstatt chemische Reaktionen zu verwenden, um sich durch den Weltraum zu bewegen, verwenden sie einen Kernreaktor (oder ähnliches), um die Motoren mit Strom zu versorgen.

Diese Elektrizität treibt angeblich große Elektromagnete an, die die auf den Feldern gespeicherte Energie nutzen, um das Schiff oder mehr anzutreiben wahrscheinlich Überhitzungsplasma, das dann durch starke Magnetfelder kollimiert wird und die Rückseite des Fahrzeugs ausspuckt, um es zu beschleunigen nach vorne. Das klingt alles sehr komplex und ist es auch. Es ist tatsächlich machbar, aber nicht mit der aktuellen Technologie.

Tatsächlich stellen Impulsmotoren einen Fortschritt gegenüber aktuellen chemisch angetriebenen Raketen dar. Sie gehen nicht schneller als die Lichtgeschwindigkeit, aber sie sind schneller als alles, was wir heute haben. Es ist wahrscheinlich nur eine Frage der Zeit, bis jemand herausfindet, wie er sie erstellen und bereitstellen kann.

Könnten wir eines Tages Impulsmotoren haben?

Die gute Nachricht über "eines Tages" ist, dass die Grundvoraussetzung eines Impulsantriebs ist ist wissenschaftlich fundiert. Es sind jedoch einige Punkte zu beachten. In den Filmen können die Raumschiffe mit ihren Impulsmotoren auf einen signifikanten Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit beschleunigen. Um diese Drehzahlen zu erreichen, muss die von den Impulsmotoren erzeugte Leistung erheblich sein. Das ist eine große Hürde. Selbst mit Atomkraft scheint es derzeit unwahrscheinlich, dass wir ausreichend Strom erzeugen können, um solche Antriebe anzutreiben, insbesondere für solch große Schiffe. Das ist also ein Problem, das es zu überwinden gilt.

Außerdem zeigen die Shows oft die Impulsmotoren, die in Planetenatmosphären und in Nebeln, Gas- und Staubwolken eingesetzt werden. Jede Konstruktion impulsartiger Antriebe beruht jedoch auf ihrem Betrieb im Vakuum. Sobald das Raumschiff in eine Region mit hoher Teilchendichte eintritt (wie eine Atmosphäre oder eine Wolke aus Gas und Staub), werden die Motoren unbrauchbar. Wenn sich also nichts ändert (und Sie die Gesetze der Physik nicht ändern können, Captain!), Bleiben Impulsantriebe im Bereich der Science-Fiction.

Impulsantriebe klingen ziemlich gut, oder? Nun, es gibt ein paar Probleme mit ihrer Verwendung, wie in Science Fiction beschrieben. Eins ist Zeitdilatation: Jedes Mal, wenn ein Fahrzeug mit relativistischer Geschwindigkeit fährt, treten Bedenken hinsichtlich der Zeitdilatation auf. Wie bleibt die Zeitachse nämlich konstant, wenn das Fahrzeug mit nahezu Lichtgeschwindigkeit fährt? Daran führt leider kein Weg vorbei. Aus diesem Grund sind Impulsmotoren in der Science-Fiction häufig auf etwa 25% der Lichtgeschwindigkeit wo relativistische Effekte minimal wären.

Die andere Herausforderung für solche Motoren ist, wo sie arbeiten. Sie sind im Vakuum am effektivsten, aber wir sehen sie oft in Trek, wenn sie in die Atmosphäre eintreten oder durch Gas- und Staubwolken peitschen, die Nebel genannt werden. Die Motoren, wie sie derzeit vorgestellt werden, würden in solchen Umgebungen nicht gut funktionieren. Das ist also ein weiteres Problem, das gelöst werden müsste.

Es ist jedoch nicht alles verloren. Ionenantriebe, die sehr ähnliche Konzepte wie die Impulsantriebstechnologie verwenden, werden seit Jahren an Bord von Raumfahrzeugen eingesetzt. Aufgrund ihres hohen Energieverbrauchs können sie Fahrzeuge jedoch nicht sehr effizient beschleunigen. Tatsächlich werden diese Motoren nur als Primärantriebssysteme auf einem interplanetaren Fahrzeug verwendet. Das bedeutet, dass nur Sonden, die zu anderen Planeten reisen, Ionenmotoren tragen würden. Auf dem Raumschiff Dawn gibt es zum Beispiel einen Ionenantrieb, der auf den Zwergplaneten Ceres gerichtet ist.

Da Ionenantriebe zum Betrieb nur eine geringe Menge Treibmittel benötigen, arbeiten ihre Motoren kontinuierlich. Während eine chemische Rakete ein Fahrzeug schneller auf den neuesten Stand bringen kann, geht ihr schnell der Treibstoff aus. Nicht so sehr mit einem Ionenantrieb (oder zukünftigen Impulsantrieben). Ein Ionenantrieb beschleunigt ein Fahrzeug für Tage, Monate und Jahre. Dadurch kann das Raumschiff eine höhere Höchstgeschwindigkeit erreichen, was für das Trekking durch das Sonnensystem wichtig ist.

Es ist immer noch kein Impulsmotor. Die Ionenantriebstechnologie ist sicherlich eine Anwendung der Impulsantriebstechnologie, entspricht jedoch nicht der leicht verfügbaren Beschleunigungsfähigkeit der in dargestellten Motoren Star Trek und andere Medien.

Zukünftige Raumfahrer könnten etwas noch Vielversprechenderes nutzen: die Plasmaantriebstechnologie. Diese Motoren verwenden Elektrizität, um Plasma zu überhitzen und es dann mit starken Magnetfeldern aus der Rückseite des Motors auszustoßen. Sie weisen eine gewisse Ähnlichkeit mit Ionenantrieben auf, da sie so wenig Treibmittel verwenden, dass sie über einen längeren Zeitraum hinweg arbeiten können, insbesondere im Vergleich zu herkömmlichen chemischen Raketen.

Sie sind jedoch viel mächtiger. Sie könnten das Fahrzeug mit einer so hohen Geschwindigkeit antreiben, dass eine plasmabetriebene Rakete (mit der heute verfügbaren Technologie) ein Fahrzeug in etwas mehr als einem Monat zum Mars bringen könnte. Vergleichen Sie dieses Kunststück mit den fast sechs Monaten, die ein traditionell angetriebenes Fahrzeug benötigen würde.

Ist es Star Trek Ingenieurniveau? Nicht ganz. Aber es ist definitiv ein Schritt in die richtige Richtung.

Wir haben vielleicht noch keine futuristischen Triebe, aber sie könnten passieren. Wer weiß, mit der Weiterentwicklung? Vielleicht werden Impulsantriebe wie die in Filmen dargestellten eines Tages Realität.

Bearbeitet und aktualisiert von Carolyn Collins Petersen.