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[Hard SF] Redshift - Redux

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nobody@home:
Na ja, ein Problem mit dem "Erbrüten" von Helium-3 aus der D-D-Fusion dürfte sein, das in der Kammer so entstandene 3He oder Tritium überhaupt herauszuangeln, bevor es mit dem immer noch reichlich vorhandenen Deuterium in der Nachbarschaft weiterreagiert -- beides Prozesse, die relativ "nutzloses" Helium-4 produzieren... :think:

Feuersänger:
Das ist leider ein sehr guter und berechtigter Einwand. Da das L-C von D-D höher ist, würden D-T und D-3He bevorzugt ablaufen. Verdammt!
Man hätte vllt am ehesten eine Chance, wenn man mit sehr geringen Einschlusszeiten und ständigen Plasma-Durchspülen arbeitet, also absichtlich extra ineffizient, das treibt halt die Energiekosten noch höher und ist vom Effekt her immer noch fragwürdig.
Somit bleibt quasi nur das Tritiumbrüten im Blanket; dazu braucht man aber auch keine D-D Fusion, vermutlich wäre dann altmodische Fission als Neutronenquelle das effektivste.

Quaint:
Naja, wenn du Energie reinstecken willst... es gibt auch elektrisch getriebene Neutronenquellen... gibt es heute Anleitungen dazu, wie man sowas in der Garage zusammenstückelt. Ist halt elektrostatische DT Fusion quasi, kann aber nie netto Energie rauskommen. Neutronen kommen da aber reichlich raus. Musst du halt einrichten, dass Lithium mit Beryllium die schön fängt. Macht halt bissle radioaktive Verseuchung, aber das sollte man mit den Mitteln des Settings beherrschen können. Und presto kannst du Helium 3 brüten. Müsste man mal überlegen wieviel dabei so rumkommt. Aber ich bin da vorsichtig guter Dinge, wenn man in der Frühzeit der Atomtechnik bereits genug Plutonium für ne Atombombe ausbrüten (und seperieren) konnte.

Kurna:
Wie sieht es denn mit dem Sonnenwind aus? Es gibt ja Ideen, den mit Sonnensegeln zu nutzen, um Richtung äußeres Sonnensystem zu fliegen.
Aber könnte man die Teilchen (hauptsächlich wohl Protonen, Elektronen und Alphateilchen) vielleicht auch irgendwie einfangen um Rohmaterial für Fusion zu gewinnen?

Feuersänger:
Von hinten nach vorn:

--- Zitat von: Kurna am 21.12.2025 | 23:40 ---Wie sieht es denn mit dem Sonnenwind aus? Es gibt ja Ideen, den mit Sonnensegeln zu nutzen, um Richtung äußeres Sonnensystem zu fliegen.

--- Ende Zitat ---

Das haut leider nicht so ganz hin. So ungefähr das Höchste der Gefühle ist, eine winzige Sonde mit einem riesigen Sonnensegel statisch auf einer Position zu halten oder die Bahn um ein paar Meter zu ändern. Da kann man die benötigte Segelfläche auch ziemlich genau ausrechnen; ich hab die genaue Zahl grad nicht parat aber es war iirc sowas um 6000m² um 1kg Masse gegen die Schwerkraft der Sonne abzustützen (und das Segel zählt gegen diese Masse).
Da geht es übrigens nicht um Sonnenwind, sondern um den reinen Photonendruck. Ein Segel das tatsächlich den Sonnen_wind_, also die von der Sonne ausgekotzten massiven Teilchen ausnützt, wäre mir nicht bekannt.


--- Zitat von: Quaint am 21.12.2025 | 17:30 ---Naja, wenn du Energie reinstecken willst... es gibt auch elektrisch getriebene Neutronenquellen...

--- Ende Zitat ---

Ich habe das alles mal durch den Rechner gejagt, die Ergebnisse sind:

- D-T Fusion mit Beryllium-Lithium6-Blanket: pro GWTh T-Überschuss ca 7kg pro Jahr (56kg verbraucht, 63kg erzeugt)
- Fission (zB Uran) mit Blanket: pro GWTh T-Überschuss ca 7kg pro Jahr
-- bei beiden kann man aus der thermischen Energie noch mittels Wärmekraftmaschine so grob 300MWe erzeugen
- D-D rechne ich gar nicht erst aus, da sinnlos

Im Vergleich dazu
- Spallation (Protonen auf schwere Kerne): pro GWe grob 3-6kg T pro Jahr
- dagegen elektrostatische Fusion: pro GWe Ausbeute 0,016kg T pro Jahr.

Also den letztgenannten Prozess kann man komplett haken, bringt ja gar nichts. Die Spallation schon eher und ließe sich mit grünem Strom betreiben, wäre aber auch Greenwashing weil man damit auch ultraviele unerwünschte Nebeneffekte wie Aktivierung des Targets hat usw.
Fission und D-T geben sich insofern quasi nichts, abgesehen vom Atommüll, spucken beide etwa gleich viel Strom und Tritium aus.

Jetzt wollte ich gerade schon unken, dass ich solche Fissionsreaktoren dann lieber auf dem Mond als auf der Erde hätte, aber dann ist mir wieder eingefallen, dass ich ja vor Fusion und Skyhooks sowieso auch fissionsgetriebene Lifter mit gigawattstarken Reaktoren vorgesehen habe. Also völlig nuklear-befreite Zone kann die Erde sowieso nicht sein, auch wenn du keinen Atomstrom in your Wohnhome mehr hast.

--

Das gibt mir eine elegante Überleitung wieder zu meinem Lieblingsthema ✨Raumschiffe✨, bzw eben Lifter, deren Aufgabe es ist, Nutzlast von der Erde in den Orbit und zurück zu bringen. Für diese hat sich, als die Solare Expansion allmählich in Gang kam, eine typische Größenklasse herauskristallisiert, nämlich 100 Tonnen Nutzlast zum LEO. Als erfolgreichstes Muster der Prä-Fusion-Ära erwies sich der

Atlas Lifter

Technologie: LANTR-S ["LOx-Assisted Nuclear Thermal Rocket / Scramjet"]
Länge über alles: ca 80m
Nutzlast bis LEO: 100t
Nukleare Leistung: ca 6GW_th max
delta-V: ca 11km/s

Aufbau: beim Atlas handelt es sich um ein Spaceplane für den einstufigen Aufstieg in den Orbit (SSTO). Der Rumpf des Atlas ist langgestreckt und zylindrisch mit ca 6m Durchmesser, ähnlich wie bei einem heutigen Passagierflugzeug, mit aerodynamischer Nase und Tragflächen. Der Großteil des Volumens wird jedoch von den Tanks eingenommen. Das eigentliche Nutzlastabteil ist nur ca 10m lang und befindet sich zwischen Crew- und Tanksegment.

Visuell darf man sich das vielleicht ungefähr so vorstellen wie die Dawn Aurora - wird halt eher 2 bis 6 Triebwerke haben:


"Einstufig" ist der Aufstieg allerdings nur in dem Sinne, dass nach dem Start keine Teile abgetrennt werden. Dennoch ist der Aufstieg in den Orbit in insgesamt 4 Phasen unterteilt.
Phase 1: Methan + LOx. In dieser Phase steigt der Lifter mit rein chemischem Antrieb auf etwa 10km Höhe und Mach 2 Geschwindigkeit auf. Dies ist notwendig, um die Strahlenbelastung am Boden möglichst gering zu halten, da diese Liftergeneration noch mit Fissionsreaktoren arbeitet.
Phase 2: Öffnen der SRAM-Einlassschächte und Hochfahren der Kernreaktoren. Der Lifter fliegt jetzt als rein nuklearer Ramjet und erhöht seine Geschwindigkeit und Flughöhe gänzlich ohne Treibstoffverbrauch auf etwa 2,75km/s (Mach 9) und grob 55km. Die Beschleunigung ist hier durch die Reaktorleistung begrenzt und liegt bei ca 0,4G.
Phase 3: Schließen der Ram-Schächte, umschalten auf LANTR-Modus: Wasserstoff wird zunächst vom Reaktor aufgeheizt, dann mit ebenfalls mitgeführtem Sauerstoff in der Triebwerksglocke verbrannt. So wird ein spezifischer Impuls von ca 635s erreicht. Aufstieg bis zur Apoapsis und Beschleunigung auf ca 6,2km/s.
Phase 4: im Vakuum erfolgt das Anheben der Periapsis wiederum rein nuklear im Wasserstoffbetrieb (mit einem Bruchteil der maximalen Reaktorleistung). Bahngeschwindigkeit 7,7 bis 7,9km/s.

Wiedereintritt und Landung als Spaceplane mit hoher Gleitzahl und entsprechend minimalem Treibstoffbedarf.

Durch dieses Layout wird es ermöglicht, bis zu 100t Nutzlast mit einem Masseverhältnis von nur insgesamt ca R=3,65 aus eigener Kraft in einen stabilen Orbit zu bringen, zurückzukehren und mit relativ kurzer Turnaround-Zeit wieder einsatzbereit zu sein.

Als ich jetzt im Zuge dieses Threads alles nochmal überprüft habe, fiel mir auf, dass ich zunächst beim Scramjet noch zu optimistisch war, und hatte hier eine Beschleunigung auf Mach 12 eingeplant. Das ist leider aus werkstofftechnischen Gründen unmöglich, da sich dabei der Lufteinlass auf 6600K aufheizen würde. Darum Reduktion auf Mach 9, was erforderte dass ich die oberen Phasen nochmal neu berechne.

Insgesamt und korrigiert und nun der finale Treibstoff- und Energiebedarf für einen Aufstieg mit voller 100t-Nutzlast:

- 50,5t Methan - ca 5TJ Herstellungskosten
- 84t Wasserstoff - ca 17TJ (Elektrolyse und Verflüssigung)
- 307,5t Sauerstoff (fällt bei der Wasserstoffproduktion ab, quasi umsonst)
- nukleare Energie:
– Scram-Phase 2TJ
– LANTR-Phase 1,3TJ
– Vakuumphase 2,5TJ
in Summe 5,8TJ nuklear, das entspricht so grob 75g Uran (oder Plutonium).

Und das Endergebnis ist demnach: ca 27,8TJ für die komplette Fahrt, davon 22TJ regenerativ.

Dies mal eben verglichen mit "Starship", ebenfalls für 100t Nutzlast in LEO: da liegen wir für Methan und Sauerstoff zusammen bei ca 160-180TJ - zwar alles regenerativ, aber trotzdem das Sechsfache.

Mit der nächsten Liftergeneration - mit Fusionsreaktor - wird das alles nochmal günstiger. Das würde ich dann ein andermal vorstellen.

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