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[Hard SF] Redshift - Redux

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Feuersänger:
Mal wieder ein Bump.

In den letzten Tagen habe ich im Zusammenhang mit dem Future History Thread mit einigen von euch über Redshift gesprochen, und nun ist mir bei der Durchsicht dieses Threads aufgefallen, dass ich gerade bei der Tech mich öfter darin verrannt habe zu erklären, was _nicht_ geht, statt darüber zu sprechen, was geht bzw wie die real existierende Technologie im 23.Jh aussieht.

Vorbemerkung für Laien: bei interplanetarer Raumfahrt kommt es vor allem auf den spezifischen Impuls (Isp) des Antriebs an, was quasi den "Verbrauch" bezeichnet -- der Isp ist direkt proportional zur Ausströmgeschwindigkeit (v_e) des Antriebsstrahls. Also zB v_e 3000m/s --> Isp 300s.
Heutige chemische Triebwerke haben einen Isp von grob 300-450s.

Wie schon im Eingangsbeitrag erwähnt, teile ich die Antriebstechnologie in 4 Generationen ein:

Gen 1:
NTR [Nuclear Thermal Rocket] Fission Solid/Closed: das womit man schon ab den 1950ern rumexperimentiert hat. Quasi ein heute üblicher Kernreaktor in Space; man erhitzt Wasserstoff im Reaktor *zisch* --> eine Rakete. Längst komplett veraltet, auch da der spezifische Impuls (Isp) gerade mal doppelt so hoch ist wie bei chemischen Triebwerken (800-1000s).

Gen 2: "Hulks"
NTR Fission Gas/Closed ("Nuclear Lightbulb": basiert auf einem echten nasa-Konzept, ist aber ein "engineering nightmare". Hier lässt man den nuklearen Brennstoff nicht nur schmelzen, sondern sogar verdampfen, und hält ihn in Quarzröhren gefangen, durch die hindurch Wärmestrahlung entweicht um den Wasserstoff aufzuheizen, wieder Zisch. Ziemlich massive Konstruktion, viel Strahlenschutz erforderlich. Isp ca 3000s, maximale Leistung 4,5GW.
Ein Transfer wie Erde-Mars ist hier bereits ab 1 Monat Reisezeit machbar, aber Erde-Saturn benötigt über 1,5 Jahre.
Einige Exemplare sind immer noch im Einsatz, Typus "Seelenverkäufer".

Gen 3: "Hauler" oder "Liner"
NTR D-3He Fusion/Closed: In einem zylindrischen Fusionsreaktor werden Deuterium und Helium-3 fusioniert; die Energie wird größtenteils in Form von geladenen Teilchen freigesetzt und nur zu etwa 5% als gefährliche Neutronenstrahlung. Hiermit ist ein Isp bis 10.000s möglich; die Leistung ist vor allem durch das Abwärmemanagement begrenzt und liegt typischerweise bei 6-7GW. Insgesamt durch die Bank ein großer Sprung nach vorn gegenüber den hässlichen Fissionsantrieben. Dennoch dauert ein Erde-Saturn-Transit damit immer noch ca 180-200 Tage.

Gen 4: "Clipper"
NTR D-3He Fusion/Open: hier findet die Fusionsreaktion in einer magnetischen Flasche statt, die lediglich von einer offenen Gitterstruktur (Open Lattice) umgeben ist. Dadurch kann der Großteil der Strahlung kontaktfrei ins All entlassen werden, was den Strahlenschutz für das Schiff und das Abwärmemanagement vereinfach und so das Triebwerk um Faktor 6 mächtiger macht. Entsprechend sind hiermit bis zu 60.000s Isp und 40GW Schubleistung möglich. Damit kann mehr Nutzlast in kürzerer Zeit transportiert werden -- Erde-Saturn in ca 90-100 Tagen, also doppelt so schnell wie Gen 3.

Die D-3He Technologie ist mit Gen 4 ziemlich ausgereift, mit weiteren Riesensprüngen ist nicht mehr zu rechnen, höchstens mit inkrementellen Verbesserungen. Ein Nachfolger ist bis auf Weiteres nicht in Sicht. (Wie weiter oben schon diskutiert ist D-D Fusion leider keine Alternative.) Das hier ist auf absehbare Zeit as good as it gets. Der nächste Technologiesprung wäre wohl 3He-3He Fusion, die aber nochmal um etwa Faktor 30 schwieriger ist als D-3He.

Anmerkung: die Erschließung des Saturn ist dabei ein bisschen ein Henne-Ei Problem: ohne D-3He Fusion ist das ein echt langwieriger Prozess (siehe Transitzeiten), aber woher das 3He nehmen ehe man es nicht industriell abbaut? Ich vermute, dass man in einer Zwischenphase zur Überbrückung mühsam 3He aus Lithium hergestellt hat. Quasi so wie man sich heute die Erbrütung von Tritium für D-T Fusion vorstellt, nur dass man das Tritium dann nicht wieder in einen Fusionsreaktor füttert, sondern einfach liegenlässt, bis es zu 3He zerfallen ist.

Und BTW, die Leistungslimits (6GW, 40GW) habe ich mir nicht einfach aus dem Arsch gezogen, sondern diese haben sich ganz von selbst aus den Berechnungen des Abwärme/Strahlungsmanagements ergeben. Ich hatte ursprünglich mal willkürlich 120GW gesetzt, musste das aber entsprechend nach unten korrigieren.

Soviel für den Moment. Ich hätte auch noch Lifter-Technologien (also Transport aus einer Schwerkraftsenke in den Orbit) in petto, sowie eine etwas längere Beschreibung eines modernen Clippers. ^^

Aedin Madasohn:
 :d :d :d :d :d :d
deine Rechnungen sollten für den Hobbybereich reichen, ansonsten hätte garantiert MurXs ein Stipendium für dich frei  >;D

die monatelange Reisezeiten sind doch ok, damit kann die "TrueHeldenTM können sich nur auf sich selbst verlassen und nicht simpel zu den Behörden gehen"-Grundkonstruktion funzen.

wenn der Fusionierungsstoff wertvoll(er) in Erd/Marsnähe wird, begünstigt das doch Schmuggler bzw. Bestechung (hey Hafenmeister, statt mich aufzutanken kannste was abzwacken, aber keine weiteren Fragen zu meiner sonstigen Ladung)

nicht buchhalterisch erfasstes "Schwarz-Helium" als Schmiergeldersatz quasi

kannst du ja mal durchrechnen, ob nicht so eine Campingkartusche 18 bar schon "interessante" Geldwerte abgäbe.
Und dann noch diese kleinen Kartuschen wie mit Lachgas. Quasi der unregistrierte Credstick für dein Setting, dass unter dem Tisch durchgereicht werden kann.

Feuersänger:
Das wäre durchaus denkbar. Zumal so manche Währung ohnehin energiegedeckt sein dürfte (auf jeden Fall die des Saturn).
Wie weiter oben erwähnt, könnte der Preis von Saturn-3He auf der Erde so etwa - in heutiger Währung - 1 Mio €/$ pro kg betragen. (Entspricht einem Ölpreis von $10 pro Barrel)
Die Aufbewahrung ist freilich ein bisschen tricky; Flüssigspeicherung ist sehr schwierig da Helium einen Siedepunkt bei ca 4 Kelvin hat, daher gehe ich eher von Gasspeicherung aus. Mit modernen Werkstoffen sollten da Drücke um 700bar möglich sein, aber vielleicht nicht unbedingt für Campinggaskartuschen. Aber zur Visualisierung: ein Behälter mit 1l Volumen bei 10bar (ähnlich Campinggas) würde gerade mal 1,3g 3He enthalten, dieses wäre aber nach obigem Tarif 1300€ wert. Also ja, das wäre schon durchaus als Schwarzmarkt-Naturalienwährung geeignet.
Wohnmobil-Propantank (11kg Propan) würde bei 20bar ca 70g 3He fassen = 70.000€
Aus modernen Materialien und bei 700bar Druck bekommt man dann 2,5kg rein = 2,5Mio.
Und so weiter.

Noch ein Nachtrag zum vorigen Beitrag:
Bevor die Saturn-Industrie in Gang kommt, ist die Beschaffung von 3He ja sehr mühsam.
Hypothetischer Mond-Bergbau: 100.000 bis 1Mio Tonnen (!) Gestein pro 1kg 3He Ausbeute
zum Vergleich, dagegen ist Gold ein Klacks, da muss man "nur" 200-1000t pro kg verarbeiten.

_Da_ wäre vielleicht doch die bislang von mir wenig geschätze D-D Fusion interessant -- nicht zur Energieerzeugung direkt, sondern zum 3He-brüten.
D-D läuft ja 50-50 in zwei Varianten ab, die eine Reaktion spuckt direkt ein 3He aus, die andere ein Tritium, das mit Halbwertszeit 12 Jahren zu 3He zerfällt. Außerdem ein Neutron, das wir mit einem Lithium-6 Blanket einfangen können, was wiederum zu einem Tritium zerfällt. Bis hierhin könnte man so aus 1kg Deuterium (und zusätzlich 6Li) über die Zeit bis zu 1,125kg 3He erzeugen. Das lässt sich sogar noch steigern, indem man (wie auch für reale D-T-Fusionsreaktoren angedacht) noch Beryllium ins Blanket mischt als Neutronenmultiplikator.
Vorteile gegenüber D-T: D-D frisst nicht die eigene Ernte (Tritium) wieder auf. Und einen Teil der Ernte hat man sofort verfügbar und muss nicht erst jahrelang warten, bis das Tritium zerfallen ist. Man müsste Energie zufüttern, aber das ginge ja über regenerative Energien.
Haken ist halt immer noch, dass D-D doppelt so schwierig zu erreichen ist wie D-3He (und etwa 30x so schwierig wie D-T), also da haben wir noch eine gewisse technologische Hürde zu bewältigen.
--> man könnte es als eine Art sehr fortgeschrittenes "Power to Gas" interpretieren.

Aedin Madasohn:
bei sehr kleinen Atomradien ist die Speicherung in Metallhydridtanks interessant.

statt also 700 bar-Bomben rumzuschleppen, hätten die Schiffe halt voluminöse Tanks mit "in Metall eingelagertem" Heliumgas.
Das wäre auch nicht so "entströmungsanfällig" bei einem Leck, da erst bei Wärmezufuhr die "gelösten" Atome wieder entweichen,
sprich man kann den lecken Tank kaltlegen (sonnenabgewandte Seite) und flicken, hat aber nicht eine 700 bar "Düse" zum Stopfen vor sich  ;D

wenn in Raumstationen 24/7 nicht-atmosphäre-gefilterte Sonnenstrahlen "einschlagen"  >;D, sollte da "Regenerative Energie" schon ordentlich fassbar sein.
Wie sähe überhaupt die "Bebrütung" von Wasserstoff & Heliumderivaten in "ungefilterten" Sonnenlicht aus?

gab es dann vielleicht Helium-"Brüter" im inneren System, bis die Heliumabbauer im äußeren Sonnensystem die Preiskurve gekriegt haben?

Feuersänger:

--- Zitat von: Aedin Madasohn am 21.12.2025 | 14:31 ---bei sehr kleinen Atomradien ist die Speicherung in Metallhydridtanks interessant.
--- Ende Zitat ---

Allerdings ist Helium ein Edelgas und damit chemisch inert, dürfte also meines Wissens auch keine Hydride bilden. Somit fällt diese Lösung leider raus, so elegant sie auch wäre. Das Deuterium könnte man aber so speichern.

Die einzige Alternative zu flüssig- oder gasförmiger Speicherung scheint so eine Geschichte mit Nanoporen zu sein, allerdings bieten die nur eine sehr geringe Speicherdichte, somit nicht interessant.

Es scheint also leider bei der Wahl zwischen Gas- und Flüssigtanks zu bleiben. Flüssig erfordert halt eine permanente Kühlung unter 4K, und kann trotzdem noch unter einem gewissem Boil-Off leiden, was die Sache trotz der höchstmöglichen Speicherdichte zumindest für längere Perioden unattraktiv macht. Es scheint also kaum ein Weg an Hochdruck-"Bomben" vorbeizuführen.


--- Zitat ---Wie sähe überhaupt die "Bebrütung" von Wasserstoff & Heliumderivaten in "ungefilterten" Sonnenlicht aus?
--- Ende Zitat ---

Verstehe ich grad nicht wie du das meinst... meinst du natürliche 3He-Erzeugung, quasi so wie in Mondgestein? Das ist sicherlich viel zu langsam, wenn selbst Milliarden Jahre ungefiltertes Sonnen-Bombardement nur 1-10ppm im Mondboden erzeugt.


--- Zitat ---gab es dann vielleicht Helium-"Brüter" im inneren System, bis die Heliumabbauer im äußeren Sonnensystem die Preiskurve gekriegt haben?

--- Ende Zitat ---

Davon kann man ausgehen, ja. Es könnte zB solargepowerte D-D Reaktoren im Venusorbit geben bzw gegeben haben (da dort jedes Solarpanel doppelt soviel Leistung bringt wie im Erdorbit). Ich will mal versuchen, ob ich herausfinden kann, wieviel Energie man dazu braucht und wie hoch die Ausbeute dann wäre. Und hoffe dabei, dass der Prozess nicht _so_ effektiv ist, dass sich der ganze Aufwand mit Saturn dann nicht mehr lohnen würde. Das würde mir freilich das ganze Setting zerschießen. ;D

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