Ansicht einer O'Neill-Zylinder-Kolonie von außen. Bild: NASA Space Colony Art,Rick Guidice, NASA-Standardlizenz.

Bekanntlich herrscht im All Schwerelosigkeit. Man kennt die Bilder von durch die ISS schwebenden Astronauten. Tatsächlich ist die Schwerkraft der Erde in der Umlaufbahn nicht verschwunden, sondern die ISS und alles, was ansonsten die Erde umkreist oder im, Weltraum schwebt, befindet sich im freien Fall. Die ISS fällt permanent um die Erde herum (bzw. an der Erde vorbei). Auch auf der Erde kann man Schwerelosigkeit erzeugen, in Falltürmen oder mit Flugzeugen, die den parabelförmigen Kurs eines schräg in die Höhe geworfenen Gegenstandes imitieren. Oder bald schon für betuchte Touristen in Kapseln und Flugzeugen, die in 80-100 km Höhe katapultiert werden und von dort wieder herunterfallen, bevor die Atmosphäre sie hart abbremst.

Schwerelosigkeit ist also relativ leicht zu erzeugen. Aber wie erzeugt man Schwerkraft? Und warum sollte man das tun?

 

Schweben ist doch schön! Oder…?

Aus der Raumfahrt ist bekannt, dass Schwerelosigkeit nicht sonderlich gesund ist. Bei ca. 2/3 aller Raumfahrer kommt es zu mehr oder minder starken Symptomen der Raumkrankheit, einer Schwägerin der Seekrankheit, die darauf zurück geht, dass das Hirn widersprüchliche Informationen über die Bewegung vom Gleichgewichtsorgan im Innenohr und den Augen erhält. So kann man die Übelkeit auf einem Schiff vermeiden, wenn man die Augen auf den Horizont richtet und die gefühlte Bewegung zum optischen Bild passt. Dass die Information vom optischen und vom Gleichgewichtssinn nicht zusammen passen, kennt der eine oder die andere vermutlich auch vom Alkoholrausch. Der Körper tut in diesem Fall das bei einer putativen Vergiftung evolutionär einzig Richtige: das mutmaßliche Rausch-Gift schnellstmöglich aus dem Körper befördern. Der erste prominente Fall von Raumkrankheit war der Kommandant von Apollo 8, Frank Borman, der kurz nach dem Start Übelkeit mit Erbrechen und Durchfall entwickelte. Wenn man dann noch weiß, dass Apollo-Kapseln statt einer Weltraumtoilette nur Plastiktüten für größere Geschäfte an Bord hatten, kann sich ungefähr ausmalen, womit die Besatzung danach beschäftigt war.

Aber auch nach der bei allen Raumfahrerinnen und Raumfahrern nach spätestens ein paar Tagen einsetzenden Gewöhnung an das Schweben bleibt die Schwerelosigkeit eine Belastung für den Menschen. Der Körper ist darauf ausgelegt, dass das Blut in die Beine sinkt und vom Herzen in den Oberkörper gepumpt werden muss. In der Schwerelosigkeit führt das zunächst zum Anschwellen des Schädels, so als ob man auf dem Kopf hinge, und nachfolgend zum Abbau von Blut, weil im Hirn nun ein Übermaß zu bestehen scheint. Der Herzmuskel wird schwächer, weil er weniger Arbeit leisten muss. Nicht mehr eingesetzte Muskeln, die auf der Erde zum Gehen, Stehen oder Aufrechthalten der Wirbelsäule dienen, entwickeln sich zurück und schon nach einer Woche haben Raumfahrerinnen und Raumfahrer bis zu 20% ihrer Muskelmasse verloren, so dass die Besatzungsmitglieder der ISS 2 bis 3 Stunden pro Tag Kraft- und Ausdauertraining leisten müssen – und trotzdem nach der Landung auf der Erde zunächst Hilfe beim Stehen und Gehen benötigen. Das Skelett erleidet Osteoporose, d.h. es entwickelt größere Hohlräume in den Knochen, und baut jeden Monat um 1% Masse ab. Die Knochen geben Kalzium an den Blutkreislauf ab, das in anderen Geweben wie z.B. den Nieren Steine bilden kann [3]. Nach einer neuen Studie wird außerdem das Immunsystem geschwächt, was auf die Veränderungen des Blutes zurückzuführen sein könnte (die genaue Ursache ist noch nicht sicher), und es kann sich weniger gegen Viren und Tumorzellen wehren, Allergien entwickeln und die Wundheilung ist beeinträchtigt. Und nach langem Aufenthalt im Weltraum sind die Körperbalance und die visuelle Wahrnehmung beeinträchtigt, es kann wie bei der Raumkrankheit zu Übelkeit kommen – kein guter Start für frisch gelandete Marsbesucher. Es wäre also durchaus wünschenswert, bei langen Weltraumflügen künstliche Schwerkraft zur Verfügung zu haben. Nur wie?

 

Wie man sich festen Boden unter den Füßen beschafft

In Science-Fiction-Filmen herrscht in den Raumschiffen so gut wie immer Schwerkraft, erzeugt von ominösen und nicht näher erläuterten “Schwerkraftgeneratoren” – in Wahrheit aus dem banalen Grund, dass in Studios auf der Erde gedreht wird und die Spezialeffekte zur filmischen Simulation von Schwerelosigkeit vergleichsweise teuer und aufwändig sind. Im Apollo-13-Spielfilm mit Tom Hanks, Bill Paxton und Kevin Bacon drehte man tatsächlich viele Szenen in einem Parabelflieger, insgesamt 612 Parabeln über 13 Tage zu 2x 3h Flugzeit pro Tag (mehr, als Astronauten im Training vollführen) was nicht eben billig war (oder angenehm für die Schauspieler).

Laut Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie ist eine fortwährende Beschleunigung experimentell nicht von Schwerkraft zu unterscheiden (Äquivalenzprinzip). Theoretisch bräuchte man sein Raumschiff also nur permanent zu beschleunigen, es nach der Hälfte der Flugzeit umzudrehen und die zweite Hälfte der Strecke permanent zu verzögern, um ständige Schwerkraft zu simulieren. Leider sind wir technisch nicht in der Lage, ein Raumschiff dauerhaft nennenswert zu beschleunigen – für tage- und wochenlange Beschleunigungen in der Größenordnung der Erdbeschleunigung g=9,81 m/s² reichte der Treibstoff bei weitem nicht aus. Ionentriebwerke können zwar monatelang mit wenig Stützmasse betrieben werden (wie z.B. bei der Asteroidensonde Dawn), liefern aber wiederum keine nennenswerte Beschleunigung (1/100.00 g im Falle von Dawn [1]).

Es gibt aber eine Methode, wie man tatsächlich künstliche Schwerkraft erzeugen kann – und einen Film, der das richtig darstellt:

Ein paar Jahre später sah das dann im Skylab, der ersten amerikanischen Raumstation, die im Wesentlichen aus einer ausgehöhlten Saturn V S-IVB-Oberstufe bestand, so aus:

Hier dreht sich, anders als im 2001-Film, nicht die Station, sondern die Astronauten erzeugen alleine durch ihr Laufen die nötige Fliehkraft, um gegen die Außenwand gedrückt zu werden und aufrecht laufen zu können.

Die Idee einer rotierenden Weltraumstation ist aber viel älter als Arthur C. Clarkes Drehbuch für 2001 – Odyssee im Weltraum. Schon 1903 schrieb Konstantin Ziolkowski, einer der Väter der Raumfahrt und Entdecker der Raketengrundgleichung, darüber dass man durch Rotation künstliche Schwerkraft erzeugen könnte. Der slowenische Raumfahrttheoretiker Herman Potočnik schlug 1928 in dem unter sein Pseudonym Hermann Noordung erschienen Buch Das Problem der Befahrung des Weltraums – der Raketen-Motor eine rotierende Raumstation in der geostationären Umlaufbahn vor (siehe Bild).

Die Raumstation von Herman Potočnik. Ein großer Sonnenspiegel hätte zur Energieerzeugung dienen sollen. An der Drehschleuse im zentralen Achskörper hätten Raumschiffe andocken können. Dort hätte Schwerelosigkeit geherrscht. Über Aufzüge oder Treppen hätte man nach außen gelangen können, wo die Schwerkraft am größten gewesen wäre. Bild: de.wikipedia.org, gemeinfrei.

1952 griff Wernher von Braun, damals technischer Direktor einer Raketenabteilung der US-Army, die Idee auf und entwarf eine radförmige Raumstation, die ca. 75 m durchmessen, aus leichtem, flexiblem Nylon bestehen und im Weltall wie ein Autoreifen aufgeblasen werden sollte. Die Station hätte mit einer dreistufigen Rakete gestartet werden sollen.

Radförmige Raumstation nach einem Entwurf von Wernher von Braun. Bild: Wikimedia Commons, Chesley Bonestell/Marshall Space Flight Center, Ref. Nr. MSFC-75-SA-4105-2C, NASA-Standardlizenz.

Daran angelehnt ist die berühmte Raumstation aus 2001 – Odyssee im Weltraum (hier in einer Computeranimation eines Fans):

Eine Studie von 1969 für eine Mitte der 70er Jahre vorgesehene Raumstation hätte in Drehung versetzt in den außen angedockten Modulen Schwerkraft generieren können, war jedoch hauptsächlich für Forschung in der Schwerelosigkeit ausgelegt. Am Ende wurde es dann das Skylab, das keine künstliche Schwerkraft bot (außer selbserzeugter beim Joggen).

NASA/McDornel-Douglas-Konzept einer 10m-durchmessenden Raumstation für bis zu 12 Menschen aus dem Jahre 1969. In den außen angedockten Modulen hätte man temporär Schwerkraft durch Rotation erzeugen können. Bild: NASA Image and Video Library, MSFC, NASA-Standardlizenz.

1975 entwarf ein Team der Stanford-Universität für die NASA ein Konzept einer zukünftigen permanent bewohnten Weltraumkolonie für 10.000 Menschen. Die 1790 m durchmessende ringförmige Kolonie sollte sich einmal pro Minute drehen und so die Schwerebeschleunigung der Erde imitieren. Die Station hätte 10 Millionen Tonnen Masse aufgebracht [1] und sollte aus Material vom Mond oder von Asteroiden konstruiert werden, weil sie ansonsten nicht finanzierbar gewesen wäre.

Künstlerische Konzeption des Stanford-Torus. Bild: NASA Space Colony Art, Rick Guidice, NASA-Standardlizenz.

Wem das noch zu kleingeistig erscheint, für den ist die 1976 vom Princeton-Physiker Gerard K. O’Neill und seinen Studenten entworfene Kolonie genau das Richtige. Sie sollte aus zwei 32 km langen und 8 km durchmessenden Röhren bestehen (siehe Artikelbild für die Außenansicht). Die beiden rotierenden Röhren sollten künstliche Schwerkraft erzeugen und durch entgegengesetzte Rotation verhindern, dass die Kolonie instabil taumelt und so ihre Orientierung mit der Drehachse zur Sonne verliert. Über Spiegel sollte nämlich Sonnenlicht von außen durch riesige Fenster in die Zylinder hinein geleuchtet werden. Durch  Wegdrehen der Spiegel hätte man die Nacht simulieren können. Eine Rotationsperiode sollte gute 2 Minuten betragen. Die Innenseiten hätten rund 800 km² bewohnbare Fläche für Millionen Menschen geboten – etwa soviel wie New York City (oder knapp 1/3 des Saarlands; das ist, glaube ich, die SI-Einheit für große Flächen 😀 ).

Innenansicht eines O’Neill-Zylinders. Durch die transparenten Seiten kann Licht ins Innere scheinen. Der Zylinder rotiert um die Längsachse. Bild: NASA Space Colony Art, Rick Guidice, NASA-Standardlizenz.

Rotierende Zylinder findet man auch in Arthur C. Clarkes Roman Rendezvous mit 31/439 (im Original Rendezvous with Rama) aus dem Jahr 1973, sowie in den Science-Fiction-Filmen Babylon 5 und Interstellar.

Die Science-Fiction-Konzepte und Studien für große Weltraumkolonien sind natürlich ferne Zukunftsmusik und helfen uns im Moment nicht weiter. Eine Lösung etwa für den Flug zum Mars müsste viel kleiner sein. Und damit fangen die Probleme an…

 

Probleme? Was denn für Probleme?

Der Radius etwa des Stanford-Zylinders war nicht etwa aus purem Größenwahn so riesig gewählt, sondern aus physiologischen Aspekten, die ich im folgenden erläutern möchte. Man kann nämlich nicht einfach die riesigen Ausmaße der Stanford- oder O’Neill-Kolonien auf ein kleines Schwungrad herunter dimensionieren. Sonst bekommt man Probleme mit den Scheinkräften der Kreisbewegung.

 

Rotationsrate

Je kleiner der Radius R des rotierenden Habitats ist, desto höher muss seine Winkelgeschwindigkeit ω (Omega) sein. Dabei gilt, dass ω=2π/T ist, wobei T die Zeit für eine Umdrehung ist und π die Kreiszahl 3,141…. Ein Ring oder Zylinder mit Radius R und Winkelgeschwindigkeit ω generiert eine Zentrifugalbeschleunigung von g =R·ω² = R·4π²/T².  Um also die Erdschwerkraft g=9,81 m/s² zu erreichen, muss die Rotationszeit T=2π √(R/(9,81 m)) s betragen. Bei 10 m Radius also ca. 2π s = 6,28 s, bei 100 m Radius 20 s, bei 1000 m ca. 63,4 s. Hohe Rotationsraten würden das Andocken an so eine Station schwieriger machen und wären wegen der unten angeführten weiteren Effekt generell unvorteilhaft.

Man könnte natürlich auch die Gravitation der Station selbst kleiner auslegen, z.B. auf den Betrag der Marsgravitation (ca. 1/3 g) oder der Mondgravitation (ca. 1/6 g). Untersuchungen haben gezeigt, dass es für Menschen unterhalb von 1/6 g zunehmend schwieriger wird, das Gleichgewicht zu halten. 1/6 g wäre also eine sinnvolle Untergrenze für die Rotationsrate.

 

Gezeitenkraft

Der zweite Aspekt betrifft die Differenz zwischen der Schwerkraft, die man an den Füßen im Gegensatz zum Kopf spürt. Im Extremfall, wenn der Kopf sich auf Höhe der Rotationsachse befände, wäre er in der Schwerelosigkeit, während die Füße bei 1 g stünden – man wäre einer Gezeitenkraft von 1 g ausgesetzt. Um den Effekt erträglich zu halten, könnte man die Station so auslegen, dass die Gezeitenkraft höchstens 10% der Kreisbeschleunigung für einen stehenden Menschen ausmachen sollte. Dann müsste der Rotationsradius mindestens zehnmal die Größe eines Menschen betragen, also 18-20 m.

 

Corioliskraft

Wenn man sich in einem rotierenden System in Richtung zur Drehachse hin oder davon weg bewegt, tritt eine Scheinkraft auf, die einen seitlich ablenkt. Das liegt daran, dass ein Objekt seine geradlinige Geschwindigkeit beibehalten möchte; der Kreisumfang bei einem kleineren Radius ist jedoch kleiner als bei einem größeren, d.h. wenn man sich zu einem kleineren Radius hin bewegt, bringt man die Seitwärtsbewegung eines größeren Radius mit, die einen schneller in Drehrichtung bewegen möchte, als die Umdrehungsgeschwindigkeit auf dem kleineren Radius, und man wird in Rotationsrichtung seitlich abgelenkt. Umgekehrt ist die Seitwärtsbewegung zu klein, wenn man zu einem größeren Radius wechselt, und die Ablenkung erfolgt gegen die Rotationsrichtung. Ach, was erzähle ich, schaut Euch im folgenden Video an, was passiert:

Von außen gesehen fliegt der Ball im Video geradeaus, aber im rotierenden System wird er scheinbar abgelenkt – deswegen spricht man von einer Scheinkraft, die nichtsdestotrotz von einem Insassen durchaus wahrgenommen werden würde.

Genauer gesagt gibt es zwei Effekte: bewegt man sich in radialer Richtung, also nach innen oder außen, z.B. beim Aufstehen aus dem Sitzen, Springen oder Treppe steigen, so spürt man eine Kraft, die einen in Rotationsrichtung umwerfen möchte, die Wahrnehmung entspräche einem Wegkippen des Bodens, was zu Gleichgewichtsproblemen führte (radiale Corioliskraft). Die Raumfahrer müssten sich daran gewöhnen, langsam aufzustehen und sich entsprechend langsam auf geeigneten Rampen oder Treppen zu bewegen.

Bewegt man sich tangential, also entlang der Drehrichtung des Torus, dann nimmt die Fliehkraft zu, wenn man sich mit der Drehrichtung des Torus bewegt, weil man etwas schneller kreist. Das Gewicht scheint zuzunehmen. Bewegt man sich in Gegenrichtung, dann wird man hingegen leichter (vertikale Corioliskraft). Wenn man im Extremfall so schnell in Gegenrichtung zur Drehung laufen würde, wie deren Tangentialgeschwindigkeit beträgt, dann würde man zu schweben beginnen. Bei einem kleinen Rotationsradius ist die Tangentialgeschwindigkeit für die gleiche Kreisbeschleunigung kleiner als bei einem großen Radius, man spürt diesen Effekt also in einem kleinen System stärker: bei 10 m Radius wäre die Tangentialgeschwindigkeit für 1 g nur 35 km/h, für 1/6 g gar nur 6 km/h (flottes Spaziergängertempo), während sie beim Stanford-Torus 337 km/h für 1 g betrüge und 56 km/h für 1/6 g – für normales Gehen kein Problem, lediglich die Benutzung von Verkehrsmitteln könnte dadurch interessant werden.

Versuche mit Probanden in Zentrifugen haben ergeben, dass weniger als 5% Änderung der Schwerkraft nicht wahrgenommen werden, während mehr als 25% als unangenehm empfunden werden [1].

 

Effekte auf das Vestibularsystem

Schnelle Kopfbewegungen, bei denen das Gleichgewichtsorgan im Ohr seine Höhe ändert oder die parallel zur Rotationsrichtung erfolgen, können zu Schwindel und Übelkeit führen. Studien in rotierenden Räumen haben ergeben, das 1 bis 2 Umdrehungen pro Minute als erträglich empfunden werden. An schnellere Rotation kann man sich mit der Zeit gewöhnen, aber an nicht mehr als 6 Umdrehungen pro Minute. Allerdings ist ein rotierender Raum auf der Erde kaum mit einem rotierenden Raumschiff zu vergleichen, weil die Richtung der Kraft auf der Erde hauptsächlich durch deren Schwerkraft verursacht wird, die in einem rotierenden Raum annähernd parallel zur Drehachse verläuft. Man bewegt sich also in einem solchen Raum viel mehr und viel schneller radial als man das im Weltraum tun würde, so dass die Umgebung als extremer empfunden werden könnte als im Raumschiff – dort sollte z.B. eine seitliche Drehung des Kopfes problemlos sein, anders als in einem rotierenden Raum am Erdboden.

 

Stand der Forschung

Ob somit auch schnellere Rotationsraten im Weltraum tolerierbar wären, darüber kann man bisher nur Mutmaßungen anstellen. Aus den genannten Aspekten und Studien ergibt sich derzeit folgendes konservatives Bild für die Verträglichkeit von künstlicher Gravitation auf der Basis von rotierenden Systemen:

Komfortbereich für die Erzeugung künstlicher Schwerkraft durch Rotation. Die Farbe drückt den Grad der Verträglichkeit aus, der von grün für angenehm ohne notwendige Anpassung über hellere grüne und orangefarbene Töne für erträglich nach einer gewissen Anpassungsdauer bis hin zum roten Bereich reicht, an den man sich auch nach längerer Zeit nicht gewöhnen kann. Auf der x-Achse die Winkelgeschwindigkeit in Umdrehungen pro Minute (revolutions per minute, rpm), auf der y-Achse der Rotationsradius in Metern. Unterhalb von 10 m geht gar nichts. Grüntöne beginnen bei knapp 30 m Radius und drei Umdrehungen pro Minute. Der echte Komfortbereich fängt bei einem Radius von 70 m, 2 Umdrehungen pro Minute und ca. 0,5 g an. Bild: [2], Theodore W. Hall, artificial gravity.com, Open Source.

Ob das Diagramm zu pessimistisch ist, müsste man in situ im Weltraum ausprobieren. 2011 war für die ISS ein kleines rotierendes Modul namens Nautilus-X-ISS-Demonstrator geplant gewesen, das für relativ kleines Geld von ca. 100 Millionen Dollar das Konzept eines rotierenden Torus zur Erzeugung von Schwerkraft hätte demonstrieren sollen. Im folgenden Bild sieht man den Torus in der Mitte der Nautilus-X, einer NASA-Studie eines Raumschiffs, mit dem 6 Menschen zum Mars fliegen oder bis zu 24 Monate in einem der Erde-Mond-Lagrange-Punkt verweilen könnten.

Konzept des Nautilus-X-Raumschiffs mit rotierendem Schwungrad. Bild: Wikimedia Commons, Mark L Holderman/NASA Technology Applications Assessment Team, JPL-Standardlizenz.

Leider hat der Nautilus-X-ISS-Demonstrator es nicht über einen Papierentwurf hinaus gebracht, und so bleiben die physiologischen Aspekte eines kleinen rotierenden Raumschiffs bis heute zum Teil ungeklärt. Obwohl es alternative Ideen gibt wie zum Beispiel ein Wohnmodul an einem Schwungarm mit Gegengewicht (siehe unten), das auf dem Flug zum Mars in Drehung versetzt werden könnte, ist derzeit kein Konzept konkret in Planung, mit dem man die Wirkung von Zentrifugalbeschleunigung als Schwerkraftersatz etwa für den Marsflug erproben könnte. Es wäre wünschenswert, wenn man sich dieses Themas annehmen würde, bevor man Menschen zum Roten Planeten schickt.

Studie der NASA aus dem Jahre 2007 für ein Raumschiff mit künstlicher Schwerkraft auf der Basis eines Wohnmoduls an einem rotierenden Schwungarm. Ansichten von oben und von der Seite. Bild: [2], Theodore W. Hall, artificial gravity.com, Open Source (Original: B. Kent Joosten, NASA, gemeinfrei).

Referenzen

[1] David M. Kipping, “Artificial Gravity“, Cool Worlds (Youtube), Columbia University, 09.01.2019.

[2] Theodore W. Hall, “Artificial Gravity in Theory and Practice“, 46th International Conference on Environmental Systems (ICES), Vienna, Austria, 10.-14. Juli 2016; Open Source auf http://www.artificial-gravity.com/.

[3] Lee Hunt, “Human Factors in Prolonged Space Flight AE 426, Lecture 4.“, SlidePlayer, 2015.

[4] Richard Hollingham, “The Rise and Fall of Artificial Gravity“, BBC Future, 18. November 2014.

Kommentare (45)

  1. #1 BBr
    11. Februar 2019

    Was spricht eigentlich gegen die folgende Konstruktion: Man hängt ein relativ kleines Gegengewicht an ein möglichst langes Seil. Das Seil wird durch Einsatz eines kleinen Triebwerks zuerst gespannt, und dann bringt man Raumschiff und Gegengewicht zur Rotation um den gemeinsamen Schwerpunkt. Wäre sowas eventuell nicht stabil? Mit kommt das jedenfalls wesentlich billiger vor als jede andere Konstruktion.

  2. #2 Alderamin
    11. Februar 2019

    @Bbr

    Was spricht eigentlich gegen die folgende Konstruktion

    Nichts!

    Hatte ich zuerst im letzten Absatz so beschrieben, aber dann purzelte mir das schöne Bild vor die Nase, da habe ich den Text leicht angepasst.

  3. #3 Frank
    11. Februar 2019

    Mal angekommen, wir wollten nicht nur stationar irgendwo sein, sondern uns auch mal in Bewegung sein. Zum Beispiel auf dem Weg zu einem unsere nachbar-sterne.
    Wenn ich mich nicht komplett verschätzt hab, musste man ca 1/2 Jahr mit 1g bescheinigen, um 50% der Lichtgeschwindigkeit zu erreichen. Und auch wieder genau so lange bremsen.
    Das Raumschiff musste also damit umgehen koennen dass Beschleunigung in “Fahrtrichtung” auftritt. Gibt es dazu schon ideen?

  4. #4 Frank
    11. Februar 2019

    LOL, ich meinte “beschleunigen” nicht bescheinigen.. da hat die auto-korrektur mal richtig zugeschlagen…

  5. #5 tomtoo
    11. Februar 2019

    @Frank
    Ist wie beim rückwärts Einparken. Das Ding umdrehen und über die Schulter schauen. ; )

  6. #6 Alderamin
    11. Februar 2019

    @Frank

    In der Theorie wurde schon über alles Mögliche nachgedacht. Das Raumschiff nach der Hälfte der Strecke zu wenden, wäre ja kein Problem, und dann könnte man mit demselben Triebwerk verzögern, mit dem man vorher beschleunigt hat. Die Trägheitsbeschleunigung würde dann auf beiden Teilstrecken in die gleiche Richtung in Bezug auf das Raumschiff wirken.

    Das Problem ist “nur”, dass kein Antrieb in Sicht ist, mit dem man annähernd 1g Beschleunigung für mehr als ein paar Minuten aufrecht erhalten könnte. Der vielgepriesene Bussard-Ramjet käme nicht einmal gegen den Sonnenwind an.

    Allenfalls das bei Project Orion angedachte Zünden von kleinen Wasserstoffbomben könnte ein Raumschiff auf hohe Geschwindigkeiten peitschen, aber dann hätte man nicht 1g, sondern im Wechsel 10g und 0g, oder so.

  7. #7 Frank
    11. Februar 2019

    @tomtoo:) ich hatte eher an die ganze Reise gedacht, z.b.
    – 1/2 Jahr beschleunigen, 1g “nach hinten”
    – 6 Jahre Reise ohne weiter zu beschleunigen
    – 1/2 Jahr bremsen, 1g “nach vorne”
    – Urlaub im Orbit von Alpha centauri
    Rotierende Zylinder haetten während der Beschleunigungs- und Bremsphase ein Problem, weil es in dieser zeit nicht möglich ist, die gravitation ueberall “nach aussen” wirken zu lassen.

  8. #8 Alderamin
    11. Februar 2019

    @Frank

    Lineare Beschleunigung ist ja die perfekte Schwerkraftimitation. Schön parallel, keine Corioliskräfte oder solchen Mist. Man hätte dann halt Decks in einem Zylinder, die ihren Boden senkrecht zur Flugrichtung hätten, also im Querschnitt des Zylinders. Nur kann man eben mit heute denkbaren Mitteln die Beschleunigung nicht lange genug in dieser Größe aufrecht erhalten, als dass man sie als Schwerkraftersatz nutzen könnte.

  9. #9 Frank
    12. Februar 2019

    @Alderamin
    Ja stimmt, daran hatte ich noch nicht gedacht. Vielleicht waehre das “Wohnmoduls an einem rotierenden Schwungarm” auch für beide arten der schwerkraft geeignet?

    Aber solange wir nicht mal wissen, wie man mit 1g beschleunigen kann um es wenigstens bis in die galaktische Nachbarschaft zu schaffen, ist es wohl besser im Sonnensystem zu bleiben.
    Ganz abgesehen von den “mechanischen” Fragen, zb
    wie viel Material braucht man für den Stanford-Zylinders? zugspannung in Richtung zylindermitte?

  10. #10 Alderamin
    12. Februar 2019

    @Frank

    wie viel Material braucht man für den Stanford-Zylinders?

    Laut Quelle [1] 10 Millionen Tonnen.

    zugspannung in Richtung zylindermitte?

    Oh, ich bin kein Konstrukteur. Es hängt sicher nicht das ganze Gewicht an der Nabe, der Ring hat ja auch eine innere Stabilität (es wäre ja auch ein Torus ohne Nabe denkbar). Jedenfalls weniger als 10 Millionen Tonnen.

  11. #11 PeterK
    Zürich
    12. Februar 2019

    Betreffend der Raumkrankheit kann ich es nachfühlen. Das Stichwort lautet Tympanoplastik, oder zu Deutsch die Wiederherstellung des Gehörorgans, in meinem Falle aufgrund einer bösartigen Wucherung. Dabei mussten Teile des Gleichgewichts-Organs ebenfalls bearbeitet werden. Die Nachfolgenden 2 Tage waren der Horror. Schwindel, Übelkeit und Erbrechen. Danach brachten starke Medikamente und die Gewöhnung des Gehirns die Linderung.

  12. #12 neu hier
    12. Februar 2019

    RPM= revolutions per minute, es sei denn es ginge um rate of fire, die Schußfrequenz

  13. #13 Marius
    12. Februar 2019

    Gibt es denn dann seitens der NASA ein Statement, wieso kein Konzept konkret umgesetzt wird? Schaut man sich die Pläne der bemannten Raumfahrt der Zukunft an, ist das doch unumgänglich, oder? Gerade für das Lunar Orbital Platform-Gateway hätte das doch Sinn gemacht.
    Sind die Kosten einfach zu hoch?

  14. #14 Alderamin
    12. Februar 2019

    @neu hier

    Stimmt, danke!

  15. #15 Alderamin
    12. Februar 2019

    @Marius

    Nicht dass ich wüsste, aber der Grund dürfte sein, dass man derzeit (ISS) in den Weltraum fliegt, um Experimente in der Schwerelosigkeit zu machen. Flüge zum Mars sind noch 20 Jahre voraus. Die Aufenthaltszeit auf der ISS ist auf 6 Monate begrenzt, was noch verträglich ist, und man kehrt zur Erde zurück, wo man medizinische Unterstützung bekommt. Es ist also schlichtweg nicht unbedingt notwendig, Schwerkraft auf der ISS zu haben.

    Eine Zentrifuge wäre ein weiteres Element, das Geld kostet, kaputt gehen kann, Vibrationen verursachen könnte und dergleichen. Und die Astronauten hätten ja auch nicht viel Zeit, sich darin aufzuhalten, sie sollen ja bei den Experimenten bleiben. Alleine im Schlaf wäre der Effekt fast 0 (man simuliert auf der Erde den Effekt der Schwerelosigkeit auf den Körper, indem man Leute wochenlang im Bett liegen lässt).

    Beim Lunar Gateway wird man sogar nur 3 Monate bleiben, und vorerst sind keine bemannten Mondlandungen geplant. Vielleicht bekommt das Gateway irgendwann mal eine Zentrifuge. Man wird sehen.

    Ich denke, daran dass die Erzeugung künstlicher Schwerkraft keine hohe Priorität hat, erkennt man, dass lange Flüge zum Mars einfach noch nicht aktuell sind. Man hat noch Zeit.

  16. #16 anders
    12. Februar 2019

    Wieder ein sehr schöner Beitrag. Danke dafür.
    Aber auch ein faszinierendes Thema für einen Raumfahrtromantiker wie mich. Die obigen Ringwelten (…) sind dann doch etwas groß. Eine Nummer kleiner wäre das vielleicht machbar:

    Angenommen wir hätten einen Wohn-und Arbeits-Torus mit 8 Metern Durchmesser und 300 Metern Abstand zum Mittelpunkt. (radius innen = 292 Meter)
    Das dürfte eine vernünftige Dimensionierung sein für längere Aufenthalte von mehr als nur ein paar Astronauten.

    Dann müsste sich dieser Torus alle 48sec einmal um sich selbst drehen um 0,6 G zu erzeugen (ungefähre Angaben). Das dürfte nach den obigen
    Angaben noch im Wohlfühlbereich liegen.

    Aber was nützt alle Wellness wenn man von der kosmischen Strahlung gegrillt wird? Das hatten die Autoren bei ihrer Ringweltenberechnung nicht auf dem Schirm wie mir scheint. Also muss um den Torus noch eine Schutzschicht von vielleicht drei Metern Dicke bis jemand ein All-Purpose-Magnetfeld entwickelt was die Strahlung abhält oder umlenkt.
    Nach meiner überschlägigen Berechnung wären das rund 284 Tausend Kubikmeter für die Schutzschicht um den Torus herum. Stimmt nicht ganz, aber seis drum. Wenn das alles Wasser wäre ( ca. 284 tausend Tonnen) was man evtl. vom Mond holen könnte, könnte man das Wasser sukzessive für die Versorgung der Astronauten nehmen/aufbereiten.

    Kommen wir zum Gewicht des Torus. Wenn die nur aus einfachem Alu mit 5cm Dicke bestünde, kommen wir auf rund 18.000 Tonnen Gewicht. Ein Klacks gegen die Schutzschicht 🙂

    Mit aller Einrichtung – nochmal rund 10.000 Tonnen – bleiben wir locker unter 300.000 Tonnen. Bei derzeitigen heranrückenden Preisen von etwa 1.000,- € / kg Nutzlast würde der Transport in einen LEO rund 300 Milliarden kosten, was er für einen GTO/GEO kosten würde? Keine Ahnung. Faktor 4, sechs, zehn? Also finanziell leider nicht attraktiv bis man gelernt hat den Mond auszuschlachten.

    Aber träumen wird man dürfen. Für meine Berechnungen übernehme ich keine Garantie 😉

  17. #17 UMa
    12. Februar 2019

    @Alderamin:
    Auf der Erde sind wir an die Schwerkraft gewöhnt und angepasst. Die Schwerelosigkeit auf der ISS verursacht bei längeren Aufenthalten die genannten gesundheitlichen Probleme.

    Wie ist das aber bei einer verminderten Schwerkraft?
    Wenn Astronauten für Monate oder gar Jahre auf einer Mars- oder Mondstation bei entsprechend verminderter Schwerkraft leben würde? Also bei 38% oder 1/6 der Erdschwere.
    Wäre das gesundheitlich unbedenklich, oder würde es da ähnliche Probleme wie bei Schwerelosigkeit geben?
    Gibt es dazu schon Untersuchungen?
    Wenn die Mondschwerkraft unbedenklich sein sollte, wo liegt dann die untere Grenze? Was wäre bei einer Station auf einem Asteroiden?

  18. #18 UMa
    12. Februar 2019

    @Frank:
    Es dürfte wegen der hohen nötigen Leistung sehr schwierig sein, größere Raumschiffe mit 1g auf hohe Geschwindigkeit zu beschleunigen. Entweder hat man eine hohe Beschleunigung und eine geringe Endgeschwindigkeit, oder eine hohe Endgeschwindigkeit aber eine niedrige Beschleunigung.

    Eine Beschleunigung von 1g ist aber gar nicht nötig. Bei 0,01g kommt man in 10 Jahren auf 0,1c. Im für die künstliche Schwerkraft um die Längsachse rotierenden Raumschiff hat man während der Beschleunigung und Bremsphase dann 1% Gefälle. Das sollte kein Problem sein, oder?

  19. #19 Alderamin
    12. Februar 2019

    @anders

    Aber was nützt alle Wellness wenn man von der kosmischen Strahlung gegrillt wird? Das hatten die Autoren bei ihrer Ringweltenberechnung nicht auf dem Schirm wie mir scheint.

    Doch, 1,7 m dicker Mondboden sollte die Station zumindest an der Unterseite vor Strahlung schützen. Der Strahlenschutz macht sogar 95% der Gesamtmasse von 10 Millionen Tonnen aus. Wie die Fensterseite geschützt werden sollte, weiß ich nicht, vielleicht mit Bleiglas? Dazu steht nichts in der Wikipedia.

    Einen Link habe ich gefunden, wo vorgeschlagen wird, eine nicht mit dem Torus rotierende Hülle aus Mondgestein außen herum um den Torus zu legen. Auf der Fensterseite sollen reflektierende, versetzte V-förmige schräge Platten Sonnenlicht nach innen reflektieren, aber Strahlungsteilchen absorbieren.

    Bei derzeitigen heranrückenden Preisen von etwa 1.000,- € / kg Nutzlast würde der Transport in einen LEO rund 300 Milliarden kosten, was er für einen GTO/GEO kosten würde

    Die Idee beim Stanford-Torus war, das Material größtenteils vom Mond in den Weltraum zu schleudern (Mass-Driver). Die Falcon-9 bietet derzeit Preise von $2720/kg zum LEO und $7470/kg zum GEO. Die Falcon Heavy würde das in etwa halbieren können.

    Musk hat gestern getwittert, dass die SpaceX Super Heavy die Kosten auf 10% davon reduzieren soll, aber das wollen wir erst sehen (und dass sie überhaupt fliegt).

  20. #20 Alderamin
    12. Februar 2019

    @UMa

    Wie ist das aber bei einer verminderten Schwerkraft?
    Wenn Astronauten für Monate oder gar Jahre auf einer Mars- oder Mondstation bei entsprechend verminderter Schwerkraft leben würde? Also bei 38% oder 1/6 der Erdschwere.
    Wäre das gesundheitlich unbedenklich, oder würde es da ähnliche Probleme wie bei Schwerelosigkeit geben?
    Gibt es dazu schon Untersuchungen?

    Das weiß ich nicht, das dürfte aber kaum auf der Erde zu untersuchen sein (bestenfalls mit Menschen auf schrägen Unterlagen). Das meiste über die Wirkung der Schwerelosigkeit auf den Körper weiß man ja durch die Raumstationen (ISS, MIR, Skylab, Salyut etc.). Es war noch nie ein Mensch länger als 3 Tage der Mondschwerkraft ausgesetzt, noch niemand der des Mars.

    Logisch wäre, dass auch hier ein gewisser Muskelverlust stattfindet und womöglich auch Osteoporose. Aber in welchem Maße, das wird wohl nur ein Langzeitaufenthalt auf Mond und Mars zeigen.

    Die ESA plant ja irgendwann ein “Lunar Village”. Nach dem Lunar Gateway wäre ein Wohnmodul auf dem Mond der nächste logische Schritt. Für den Mars würde man so etwas wohl auch erst auf dem Mond testen.

    Wäre ja interessant zu sehen, wie sich die Menschen ohne schwere Raumanzüge in 1/6 g bewegen werden. Da müssen sie aufpassen, nicht bei jedem kräftigen Antritt an die Decke zu sausen.

  21. #21 Alderamin
    13. Februar 2019

    @UMa

    Interessante Frage (und Antworten) zum Thema verringerter Schwerkraft:

    Reicht es, hinreichend Gewichte am Körper zu tragen, um die Gesundheit zu erhalten?

  22. #22 Robert aus Wien
    13. Februar 2019

    Der Klassiker bei den SF-Romanen zu dem Thema ist eigentlich der Ringwelt-Zyklus von Larry Niven. Da wird sogar das Simulieren von Tag und Nacht behandelt. Kann ich sehr empfehlen!

  23. #23 Karl Mistelberger
    13. Februar 2019

    > #8 Alderamin, 11. Februar 2019
    > Lineare Beschleunigung ist ja die perfekte Schwerkraftimitation.

    Ein angenehmer Nebeneffekt: Wenn ich mich recht erinnere kann ein mit 1g beschleunigender Raumfahrer das gesamte Wellall innerhalb seiner Lebensspanne durchqueren.

  24. #24 anders
    13. Februar 2019

    Kann sein (wenn das möglich wäre) Problem: Wenn er zurückkommt ist niemand mehr da mit dem er/sie das feiern könnte…

  25. #25 Funktionalistiker
    13. Februar 2019

    Sciencefiction:
    Die Raumfahrt bedarf neuer Antriebe. Ob man sich dabei den „filmischen Vorbilder“ oder „UFOs“ als Ideenlieferant bedient sei dahingestellt.
    Mit auf der Basis der Quantenphysik von Trägheit und Schwere basierenden Antrieben würden sich innerhalb kurzer Zeit sehr hohe Geschwindigkeiten realisieren lassen. Vorausgesetzt man kann das umsetzen.
    Allerdings würde das bedeuten, dass während des Fluges wiederum Schwerelosigkeit herrscht. Und dafür müsste man sich dann was einfallen lassen. Das wären beispielsweise eben die „Erzeugung von Schwere durch Rotation“ und/oder Einfrieren biologischer Funktionen (bzw. extrem tiefer Winterschlaf).
    Bis es so weit ist, muss die Kreativität auf Hochtouren laufen und nicht ständig gebremst werden.

  26. #26 Captain E.
    14. Februar 2019

    @Funktionalistiker:

    […]

    Bis es so weit ist, muss die Kreativität auf Hochtouren laufen und nicht ständig gebremst werden.

    Das hört sich so an, als sähest du Anzeichen dafür, dass die Kreativität gebremst würde!?

  27. #27 Funktionalistiker
    14. Februar 2019

    @ nr. 26
    Die RT wird als Dogma betrachtet.Das bremst die Krativität, die man braucht, um aus ihr die Ansätze für die Quantenphysik der Gravitation herauszuholen, die man eben nur dort findet, weil sie dort versteckt sind.

  28. #28 Captain E.
    14. Februar 2019

    @Funktionalistiker:

    Die RT wird als Dogma betrachtet.Das bremst die Krativität, die man braucht, um aus ihr die Ansätze für die Quantenphysik der Gravitation herauszuholen, die man eben nur dort findet, weil sie dort versteckt sind.

    Nein, nicht als Dogma, sondern als gut bestätigte naturwissenschaftliche Theorie. Alles andere wäre nur wieder so eine völlig überflüssige Verschwörungstheorie. Und somit ist das reines Wunschdenken. Die Quantentheorie wird dazu auch eher nichts hilfreiches liefern können, denn die beschäftigt sich nun einmal vor allem mit dem allerkleinsten.

    Aber natürlich gibt es Überschneidungen zwischen QT und RT, und zum Teil existieren Widersprüche. Für überlichtschnelles Reisen dürften die aber bei weitem nicht groß genug sein.

  29. #29 Funktionalistiker
    14. Februar 2019

    @ nr. 28
    Man muss den Weg zu der Erkenntnis schon mal gegangen sein, um beurteilen zu können, ob er begehbar ist.
    Selbst in der einfachen Gleichung F = m a findet man Ansätze für die Quantenphysik der Gravitation, die man in dem Zusammenhang als Teil des Puzzles nicht weglassen kann. Captain E. kann ja mal den Versuch unternehmen, den Ansatz herauszufinden.

    Und, wer das nicht will, weil er glaubt, der Weg sei nicht gangbar, soll es eben lassen.

    Das Wort Verschwörungstheorie würde ich weglassen.
    Das Problem liegt eher in der Mentalität der Menschen. Sie sind eben ihren Überzeugungen regelrecht verfallen. Da lässt sich ganz schwer was richten.

  30. #30 Captain E.
    14. Februar 2019

    @Funktionalistiker:

    Du bist also ein Einstein-Leugner. Die beiden Relativitätstheorien sind deiner Meinung nach Mist, und die Physik hält trotzdem daran fest. Also, wenn das keine Verschwörungstheorie ist, weiß ich es auch nicht.

  31. #31 Leser
    14. Februar 2019

    >oder knapp 1/3 des Saarlands; das ist, glaube ich, die SI-
    >Einheit für große Flächen

    Fußballfelder! Wieviel ist das in Fußballfeldern?

  32. #32 Funktionalistiker
    14. Februar 2019

    @ nr 30
    Diese in Nr. 30 formulierten Unterstellungen haben mit Sacharbeit nichts zu tun und bremsen die Kreativität gewaltig.
    Wenn die RT nur Mist wäre, wäre ich wohl nicht drauf gekommen.
    Darf ich davon ausgehen, dass diese Unterstellungen erfolgten, weil Du nicht in der Lage bist (wollen/können/dürfen – wie auch immer), die von mir gestellte einfache Frage mal in einem Satz zu beantworten und davon ablenken willst?
    Du musst die Frage allerdings nicht beantworten!!!

    Fortsetzung fachlicher Diskussion oder Ende?!

  33. #33 Karl-Heinz
    15. Februar 2019

    @Funktionalistiker

    Selbst in der einfachen Gleichung F = m a findet man Ansätze für die Quantenphysik der Gravitation

    Cool, das muss ich mir merken. Man stellt eine unsinnige Behauptung auf, macht selbst keine Angaben dazu und die anderen sollen es widerlegen. Also ich finde bei deiner Behauptung nicht den kleinsten Ansatz.

  34. #34 Captain E.
    15. Februar 2019

    @Funktionalistiker:

    Diese in Nr. 30 formulierten Unterstellungen haben mit Sacharbeit nichts zu tun und bremsen die Kreativität gewaltig.

    Das ist keinewegs eine Unterstellung, sondern eine Beobachtung. Mit diesem Satz hast du diese Beobachtung übrigens noch einmal untermauert.

    Wenn die RT nur Mist wäre, wäre ich wohl nicht drauf gekommen.

    Die Relativitätstheorien sind nicht Mist, sondern ziemlich gut. Du hältst aber offensichtlich nicht davon, denn sonst würdest du nicht auf dieser angeblich so dermaßen unterdrückten Kreativität herumreiten. Überlichtschnelles Reisen ist nicht möglich. Punkt! Es könnte rein rechnerisch Tachyonen geben, die sie niemals langsamer als mit Lichtgeschwindigkeit bewegten, aber du und ich bestehen halt definitiv nicht aus Tachyonen. Die helfen also auch nicht weiter, selbst wenn sie tatsächlich existieren sollten.

    Darf ich davon ausgehen, dass diese Unterstellungen erfolgten, weil Du nicht in der Lage bist (wollen/können/dürfen – wie auch immer), die von mir gestellte einfache Frage mal in einem Satz zu beantworten und davon ablenken willst?
    Du musst die Frage allerdings nicht beantworten!!!

    Fortsetzung fachlicher Diskussion oder Ende?!

    Du hast eine Frage gestellt? Sogar eine einfache? Wie lautet diese Frage denn? Mir ist sie nämlich gar nicht aufgefallen. Irgendjemanden sonst hier vielleicht?

  35. #35 Spritkopf
    15. Februar 2019

    @Karl-Heinz

    Vor allem scheint der gute Funktionalistiker entweder ein Problem mit der deutschen Sprache oder eines mit seinem Gedächtnis zu haben. So schreibt er:

    Darf ich davon ausgehen, dass diese Unterstellungen erfolgten, weil Du nicht in der Lage bist (wollen/können/dürfen – wie auch immer), die von mir gestellte einfache Frage mal in einem Satz zu beantworten und davon ablenken willst?

    Eine Frage beginnt normalerweise mit einem W-Wort und endet mit so einem komischen geringelten Schweineschwänzchen als Satzzeichen. Diesem hier: ‘?’

    Dergleichen kann ich aber nirgendwo in seinen vorangegangenen Beiträgen entdecken. Stattdessen nur dunkles Geraune à la “du musst halt selber mal prüfen, ob du den von mir postulierten Ansatz findest, auf den ich aber nicht näher eingehen will”. Welches an – genau! – das typische Gebabbel von Verschwörungstheoretikern erinnert (“google doch selbst”).

  36. #36 Spritkopf
    15. Februar 2019

    @Captain E.
    Tsst, da haste es auch schon geschrieben.

  37. #37 Funktionalistiker
    15. Februar 2019

    Also doch Ende!
    Aber ich will noch die Antwort darauf geben wo der Ansatz in der Gleichung F = m a für die Quantenphysik der Gravitation steckt.
    Für den Vorgang des Wiegens auf der Erdoberfläche mit einer Waage (Federwaaage als Kraftsensor) darf a als konstant angenommen werden.
    Für a = konstant gilt: F ist proportional zu m.
    Die Proportionalität zum m bedeutet die Proportionalität zur Anzahl der Atome (bzw. zu deren Unterstrukturen)
    F ist damit die Summe der Kräfte, die differenziert von jedem Atom aus gehen.
    Es bedarf also einer physikalischen Aktivität der Erde, die in jedem Atom differenziert und dauerhaft das Entstehen der Kraft initialisieren.
    Damit habe ich dann einen Ansatz. Ganz einfach – oder? Aber eben nicht für Ignoranten materieller Befunde geeignet.
    Ende und Aus!!!

  38. #38 Frank
    15. Februar 2019

    Ehrlich gesagt, wenn ich sehe wie schnell die Diskussion hier off-topic gelaufen ist (hallo #37) tut es mir fast schon leid, dass ich mit meiner ersten Frage die Aufmerksamkeit auf den Aspekt der Antriebe gelenkt habe..

    zu @Funktionalistiker:
    1) Wenn ich #37 richtig verstehe, bist du gerade dabei die Entdeckungen von Sir Isaac Newton nachzuvollziehen; er kannte uebrigends auch schon ” the infinitesimally small”, ohne aber zu wissen was wir heute “Atome” oder “Quarks” nennnen. Wenn Du mit dieser Geschwindigkeit weiter machst, bist du in wenigen Jahren im 21. Jahrhundert angekommen.
    Also nur mutig weiter voranschreiten !
    2) “Man muss den Weg zu der Erkenntnis schon mal gegangen sein, um beurteilen zu können, ob er begehbar ist.”
    Sorry aber das ist eine killer-phase und sowas ist wirklich nicht hilfreich. Auch nicht-konstruktive Beweise und Argumente haben ihren Platz in den Naturwissenschaften, das hat nichts mit Dogmen zu tun. Ich muss nicht in einen Vulkan springen, um zu verstehen ob man darin schwimmen kann. Heute haben wir Messgeraete dafür.

    Nochmal vielen Dank an @Alderamin für die faszinierende Zusammenstellung aktueller Konzepte, und deren Besonderheiten und Einschränkungen.

  39. #39 Karl-Heinz
    15. Februar 2019

    @Funktionalistiker

    Aber ich will noch die Antwort darauf geben wo der Ansatz in der Gleichung F = m a für die Quantenphysik der Gravitation steckt.
    Für den Vorgang des Wiegens auf der Erdoberfläche mit einer Waage (Federwaaage als Kraftsensor) darf a als konstant angenommen werden.
    Für a = konstant gilt: F ist proportional zu m.
    Die Proportionalität zum m bedeutet die Proportionalität zur Anzahl der Atome (bzw. zu deren Unterstrukturen)
    F ist damit die Summe der Kräfte, die differenziert von jedem Atom aus gehen.

    He, voll cool. Auf so was wäre ich nie und nimmer gekommen. Wie sieht’s mit der störungstheoretische Quantisierung und Renormierung der Gravitation aus? Hast die schon hinbekommen? 😉

  40. #40 norbert
    22. Februar 2019

    Grundsätzlich können wir heute ja schon so einiges an Beschleunigungen und Massen aufbringen. Heist, wir können 100.000 Tonnen Gebäude oder Objekte bauen ohne Probleme, wir bauen 800m hohe Türme die auch Stürmen trotzen, wir können weit über 100g Beschleunigen und zwar mehr als nur Millisekunden.

    Aber alles benötigt Energie. Energie die wir dabei haben müssen. Und diese Energie ist der begrenzende Faktor. Wir müssen aktuell nur das Energieproblem lösen, dann sind Beschleunigungen von 1g dauerhaft machbar. Aber aktuell wiegt Energie einfach zu viel. Ja ist sehr unwissenschaftlich, Energie zu wiegen, aber jede Energieform mündet irgendwann in einer Masse die nötig ist und diese hat ein Gewicht das wir erstmal aus der Erdgravitation rausbeschleunigen müssen.

  41. #41 Alderamin
    22. Februar 2019

    @norbert

    wir können weit über 100g Beschleunigen und zwar mehr als nur Millisekunden.

    Zur Erzeugung von künstlicher Schwerkraft will man nicht mehr als 1g; die Beschleunigung ist nicht das Problem, das schaffen die chemischen Triebwerke problemlos, nur das Produkt aus Beschleunigung und Zeit (bei Beschleunigungen in der Größenordnung von 1 g).

    Wir müssen aktuell nur das Energieproblem lösen, dann sind Beschleunigungen von 1g dauerhaft machbar.

    Da gibt es physikalische Grenzen.

    Aber aktuell wiegt Energie einfach zu viel. Ja ist sehr unwissenschaftlich, Energie zu wiegen

    Was Du suchst, ist der spezifische Impuls des Antriebs in Sekunden. Das ist vereinfacht gesagt die Zeit, die diejenige Menge an Treibstoff ausreicht, deren Erdgewicht der Schubkraft entspricht, mit der man beschleunigt. Hier ein paar Zahlen.

    Luftatmende Triebwerke sind da konkurrenzlos, weil die Luft nicht mitgewogen werden braucht, die ist ja da. Im Weltraum leider nicht. Deshalb wurden Konzepte wie der Bussard-Ramjet entworfen, die kosmische Gaspartikel aufsammeln und beschleunigen sollen. Die liefern aber auch zu wenig Schub als Schwerkraftersatz, genau wie die Ionenantriebe, und man braucht eine starke, dauerhafte Energiequelle, um die Stützmasse zu beschleunigen. Der spezifische Impuls sagt etwas über die Effizienz des Antriebs aus, nicht über den erreichbaren Schub.

  42. #42 bote19
    22. Februar 2019

    Wenn man es ernst meint mit der Weltraumfahrt, muss sich der Mensch ändern.
    Als erstes brauchen wir Raumstationen, in denen Kinder geboren werden. Die wachsen dann unter “erdnahen Bedingungen auf”.

    aber erst die zweite und dritte Generation dieser Menschen wird körperliche Veränderungen aufweisen, an die wir noch gar nicht gedacht haben.

    Ob wir dann immer noch so wild auf Raumfahrt sind und Geld dafür ausgeben ?

    Auf jeden Fall war das Thema ernüchternd . Applaus.

  43. #43 norbert
    25. Februar 2019

    ja, den Impuls etc weis ich auch. Aber letztendlich ist es eben ausschliesslich die Energie die fehlt. Alles andere hätten wir. Wobei….die Energie hätten wir auch. 1.000.000.000 Tonnen Wasserstoff gewinnen wir locker aus dem Meer. Und der Sauerstoff wird automatisch mit dazu generiert. Die Masse selbst ist also da. Nur der nutzbare Energiegehalt von dieser Masse ist eben viel zu klein. Spaltung könnte einen Teil der Probleme lösen. Einen Atomreaktor im All aufbauen, der genug Energie liefert. Aber hier stossen wir dann doch an logistische Grenzen.

    Physikalische Grenzen sehe ich allerdings keine. Allenfalls eben Finanzielle und Logistische.

  44. #44 Alderamin
    25. Februar 2019

    @norbert

    Physikalische Grenzen sehe ich allerdings keine.

    Ich zitiere aus meinem früheren Artikel:

    Hinzu kommt, dass die Beschleunigung von 1 G auch irgendwie in Form eines entsprechenden Schubs erreicht werden muss. Ein Scheinwerfer mit 10 kW Leistung erzeugt z.B. nur einen Strahlungsdruck von 3,5 mg. Um eine Schubkraft von 1/100 N (1 g) zu erreichen, bräuchte es 3000 kW, also 3 Megawatt – damit ließe sich gerade mal 1 Gramm Masse mit 1 G beschleunigen. Wenn wir von einem Massenverhältnis von 10 ausgehen, dann muss zu Beginn das Zehnfache der unbetankten Raumschiffmasse beschleunigt werden, wofür eine Leistung von 60 MW/g aufgebracht werden müsste. Heutige Antriebe leisten etwa 300 W/g, das entspricht für die Gesamtmasse der Rakete nur 30 W/g. Um die Forderung 60 MW/g zu erfüllen, dürfte ein Automotor von 100 PS nur 1 mg wiegen und ein Atomkraftwerk von 300 MW nur 5 g. Diese Anforderungen an das Verhältnis Leistung zu Masse lassen sich prinzipiell nicht umgehen und werden wahrscheinlich niemals erfüllt werden können.

  45. #45 Hawk
    8. Mai 2019

    Vielen Dank für den tollen Artikel. Der Funktional-Satiriker war ja zum Glück auch schnell wieder weg.

    Gruß Hawk