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[Hard SF] Redshift - Redux
Kurna:
Ah, da war ich auf die deutsche Wiki-Seite zum Sonnenwind reingefallen. :-[
Da steht am Ende der schöne Satz
--- Zitat ---Es gibt Bemühungen, den Sonnenwind mit Hilfe von Sonnensegeln zum Antrieb von Raumfahrzeugen zu nutzen.
--- Ende Zitat ---
Und erst in dem verlinkten Artikel zu Sonnensegeln lernt man, dass es gar nicht um den Sonnenwind geht.
Aber mein eigentlich Punkt war ja auch nicht das Segeln, sondern das Einsammeln von Teilchen. Könnte das irgendwie funktionieren?
Feuersänger:
--- Zitat von: Kurna am 22.12.2025 | 01:10 ---Aber mein eigentlich Punkt war ja auch nicht das Segeln, sondern das Einsammeln von Teilchen. Könnte das irgendwie funktionieren?
--- Ende Zitat ---
So rein im Prinzip: ja. Allerdings ist die Teilchendichte im interplanetaren Raum wirklich, _wirklich_ gering, auch wenn sie fluktuiert. Aber so grob reden wir da von der Größenordnung 1-10 Teilchen pro cm³. Also um das zu verdeutlichen: du brauchst da einen Würfel von ~580km Kantenlänge, um 1g Materie darin zu finden.
Unter Berücksichtigung des Sonnenwindes (Geschwindigkeit ca 400km/s) ist der Flux zwar größer. Dennoch: auf Erd-Orbit müsste man mit einem 1km² großen "Netz" sage und schreibe 3,5 Tage fischen, um 1 Gramm Materie einzusammeln. Und das sind dann halt irgendwelche Teilchen -- Protonen, Alphas, sonstwas, in der Regel nichts womit sich irgendwas anfangen ließe.
In Far-Future SF gibt es das Konzept des "interstellaren Ramjets", der mit einem Magitech-Fangtrichter (meist als Magnetfeld beschrieben) mit vielen vielen km² Querschnitt das interstellare Medium aufschlürft um es als Treibstoff zu verwenden. Da ist halt auch ein gerüttelt Maß Handwavium im Spiel. Es mag rechnerisch funktionieren wenn man mit relativistischen Geschwindigkeiten arbeitet -- aber im interplanetaren Betrieb etwa hier in unserem Sonnensystem ist es einfach überhaupt keine Perspektive.
Feuersänger:
So, jetzt wie versprochen die Vorstellung der nächsten (und fortschrittlichsten) Lifter-Generation:
Hyperion ist ebenso wie Atlas ein einstufiges Spaceplane, verfügt aber im Gegensatz zu den Fissionsreaktoren des Vorgängers über moderne D-3He Fusionstriebwerke. Diese benötigen entsprechend weniger Strahlenschutz und sind dadurch etwas leichter, vor allem aber können sie bereits direkt beim Start eingesetzt werden und nicht erst ab 10km Höhe. Dadurch spart man sich die Methan-Stufe, außerdem wurde der spezifische Impuls auf 673s optimiert. Dies wiederum wirkt sich günstig auf das Masseverhältnis aus, Tanks und Struktur werden (in Maßen) leichter und kompakter. Wie schon der Vorgänger ist auch Hyperion mit einer Scramjet-Stufe ausgestattet, die etwa 2,1km/s netto delta-V an Treibstoff ersetzt. Insgesamt beträgt das Masseverhältnis nun R=3,1.
Insgesamt beträgt so der Energiebedarf für den Lift von 100 Tonnen Nutzlast vom Erdboden in den LEO nur noch 5TJ nuklear und 15TJ für die Treibstoffherstellung, also nochmal knapp 30% weniger als Atlas, und erst recht günstiger als rein chemische Raketen.
Technische Daten:
Isp = 673s
R = 3,1
Leermasse: 70t
Nutzlast: 100t
GLOW [Startgewicht] 527t
Leistung: 7,2GW Fusion (+8,8GW chemisch)
Treibstoffproduktion: ca 14,5TJ
Fusionsenergie: ca 3,5TJ + 2TJ Scram
Gesamt: 20TJ
Länge: 75m
LH: 71,4t - 1000m³
LOx: 285,6t - 260m³
-> der Energieaufwand pro 1kg Nutzlast in den Orbit beträgt 200 Megajoule, das entspricht ungefähr 5 Litern Diesel.
Etwa zeitgleich mit Hyperion wurden außerdem Skyhooks im Erdorbit gebaut, die eine gewisse Konkurrenz darstellen. Allerdings ist auch die Skyhook-Logistik nicht trivial, man muss entsprechende Slots reservieren (und bezahlen), interessante Slots sind knapp, und auch die übertragene Energie muss wieder ausgeglichen werden. Es gibt ohnehin keine geostationären Skyhooks, diese sind auch im 23. Jahrhundert noch Science Fiction (aus werkstofftechnischen Gründen), daher müssen immer einige km/s delta-V von der Bodenseite her aufgebracht werden, um sich in den Skyhook einklinken bzw eine Nutzlast übergeben zu können.
Auf der Erde sind letztendlich sowohl autarke Lifter als auch Skyhooks valide Optionen. Deutlich anders verhält es sich auf Saturn, wo man nukleare Lifter und Skyhooks in Kombination einsetzen muss, um die immense Schwerkraftsenke des Gasriesen zu überwinden (Orbitalgeschwindigkeit 25km/s!). Daher konzentriert sich auch dort die Skyhook-Industrie.
Hinweis: in früheren Iterationen meines Settings hatte ich auch bodengestützte Launch-Hilfen vorgesehen, wie etwa Lofstrom Loop oder Bifröst Bridge, bin aber aus verschiedenen Gründen wieder davon weg. Details lassen sich evtl noch in alten Threads nachvollziehen. Diese Dinger würde es in Redshift vielleicht vereinzelt als Prototypen oder gescheiterte Projekte geben, aber nicht als primäres Transportnetzwerk.
Feuersänger:
Doppelpost weil anderes Unterthema -- nochmal bezüglich Kurnas Anregung mit den Sonnensegeln.
Ich habe die Dinger - also wirklich Photonensegel jetzt - wohl unterschätzt. Tatsächlich können die mir wohl wirklich ganz hervorragend weiterhelfen, nämlich gerade beim Transport großer Rohstoffmengen im inneren Sonnensystem.
Ihr wisst ja, ich will noch vor der Fusionsära eine Streulinse am Sonne-Erde-L1 haben, quasi als "Fiebersenker" für die Erde, um die ~3-5° Erderwärmung wenigstens teilweise rückgängig zu machen. Grob gerechnet brauchen wir dafür ca 1-2 Millionen Tonne Masse. Bzw ich würde mal rechnen: 1Mt für die Linsenmodule selbst, nochmal 1Mt für Struktur, Steuerung usw. Und die Linse besteht dann aus Polymer, also zum großen Teil aus Kohlenstoff. Grob gerechnet werden wir mindestens etwa 800.000t Kohlenstoff benötigen.
Da hatte ich zwar schon vor, diesen C von der Venus zu holen, damit wir ihn nicht aus der Erden-Schwerkraftsenke hochhieven müssen. Allerdings wären für den Transport von der Venus Raketen nicht effizient - bei Hohmanntransfer hätte man nur alle 5 Monate ein Startfenster und der Transit würde wiederum 5 Monate einfach dauern. Für gestrecktere / hyperbolische Orbits haben wir zu diesem Zeitpunkt noch nicht das Techlevel.
Lösung: Sonnensegel! Mit ein wenig herumspielen bin ich auf folgendes Modell gekommen: Segelfläche 36km² (6x6km) - aus Kohlefaser, bespannt mit einer 30-100nm dünnen Aluminiumschicht für Reflexivität. Lageregelung mit CO2-Kaltgasdüsen (auch direkt aus der Venusatmosphäre). Kleines solargepowertes Steuerungsmodul. Unterm Strich kommt dieses Segel auf ca 250 Tonnen. Uns genügt eine Beschleunigung von niedlichen 0,6mm/s² - und das bedeutet, wir können an das Segel noch satte 470t Nutzlast dranhängen. Und dazu können wir noch grob gegriffen 130t Kohlenstoff aus der Segelstruktur recyclen --> macht gut 600 Tonnen pro Einheit.
--> nur mal so theoretisch: wenn wir 1 solches Gefährt pro Tag auf den Weg bringen, haben wir nach ca 4 Jahren das benötigte Material beisammen.
Das Aluminium stellen wir auf dem Mond her; für ein solches Segel brauchen wir maximal 10 Tonnen (je nach gewünschter Foliendicke). Das Alu wird mit ganz normalen Frachtern vom Mond zur Venus verschippert, und kann am Ende natürlich auch recyclet werden, zB für Stützstruktur der Linse oder was auch immer. Diesen Alu-Bedarf zu liefern, dürfte selbst mit 20.-Jh-Tech easy sein, und vollends trivial wenn wir hier 2nd-Gen Nuklearantriebe verfügbar haben.
Das restliche Baumaterial für die Linse dürfte größtenteils ebenfalls vom Mond kommen, und kleinere Mengen an exotischen Materialien kann man ja immer noch von der Erde hochschaffen.
Edit:
Ich bin mittlerweile noch auf einen riesen Weltraumpferdefuß gestoßen, der all das hier quasi hinfällig macht. Leider!
Der Showstopper ist witzigerweise nicht der Transport vom Venusorbit zum L1, der wäre wie gesagt recht elegant. Das Problem ist, den Kohlenstoff _in_ den Venusorbit zu bekommen. Man könnte zwar fliegende Plattformen in der Venusatmosphäre bauen (Details spare ich mir hier mal), CO2 gibt es im Überfluss, aber dann gehen die Probleme erst los:
- CO2 elektrisch zu redizieren kostet ca 50GJ/t -> bei unserem Bedarf von ca 500t/Tag entspricht das etwa 100GW elektrischer Leistung
- es gibt praktisch keine Wasserstoffquelle auf der Venus, um damit die Lifter zu betanken. Um die Ausbeute in den Orbit zu bringen, müsste Wasserstoff permanent von außen rangekarrt werden. Das wäre möglich, nur etwas unelegant.
- Mein ursprünglicher Plan, die nuklearen Lifter mit CO2 als Stützmasse zu betreiben, scheitert an der sehr niedrigen möglichen v_e von CO2 - damit bekommt man kein Schiff in den Orbit. Man bräuchte zumindest Unterstützung durch Skyhooks, aber wenn wir schon Skyhooks hätten, könnten wir den Kohlenstoff auch von der Erde hochholen und sparen viele Zwischenschritte.
Im Vergleich dazu würde - selbst mit rein chemischen "Starships" - das Verbringen des Kohlenstoffs von der Erde zum L1, aufgeteilt auf 10 Jahre, nur ca 20GW Leistung für Treibstoffproduktion schlucken; man bräuchte halt eine große Flotte von Frachtern (einige 100), aber unterm Strich erscheint mir das um Größenordnungen günstiger. (mit LANTR-Liftern wie oben beschrieben wären es sogar nur ca 2GW regenerative Leistung, dafür halt noch Fissionsenergie dazu)
--> an dieser Stelle im Worldbuilding bleibt mir nichts anderes übrig, als die Venus erstmal komplett zu canceln bzw hintanzustellen. :'(
Kurna:
Könnte man den Kohlenstoff vielleicht bekommen, indem man einen passenden Asteroiden umlenkt? Es gibt ja welche, die ein paar % Kohlenstoffanteil haben. Das müsste man dann zwar noch irgendwie abbauen, aber wenn man es schafft, den Asteroiden in eine Venusumlaufbahn umzulenken, spart man sich die Gravitationssenke.
Edit: Wobei du dann den Asteroiden natürlich auch gleich zur Erde umlenken kannst, statt zur Venus, wenn es denn funktioniert.
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