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[SF: Redshift] Schiffsdesign und Technologie

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Feuersänger:
Der guten Form halber ein Update zur Technologie, ich hab nämlich nun kurzfristig - und nach viel Leserei - beschlossen, die Energieerzeugung nochmal anders aufzuziehen. Es wird unterm Strich nicht viel an der bisher beschriebenen Performance ändern, aber diese hoffentlich etwas plausibler erklären.

Bisher bin ich ja für die schnellsten Schiffe von H-H-Fusion ausgegangen, weil das die höchste Energieausbeute gibt, und die gewünschten Delta-V und Massenverhältnisse nicht mit schwächeren Fusionsformen wie D-T erreichbar sind. Nun habe ich mich auch noch endlich überzeugen lassen, dass Proton-Proton-Fusion justement unmöglich in substellaren Maßstäben repliziert werden kann. Selbst in der Sonne mit den dort herrschenden Drücken und Temperaturen dauert es im Schnitt 10 Millionen Jahre, bis ein Proton mit einem anderen fusioniert. Das "Leistungsgewicht" der Sonne (W/kg) ist um mehr als den Faktor 1000 schlechter als das jedes beliebigen warmblütigen Lebewesens im Ruhezustand. Also zugegeben kein gutes Vorbild für unsere Sternenschiffe.

Ich möchte stattdessen wieder zum ursprünglichen Grundgedanken der Materiezerstrahlung zurückkommen, allerdings nicht so magisch wie am Anfang des Threads.
Tatsache ist: es gibt verschiedene Theorien und Ideen, wie es ganz ohne Antimaterie zur völligen Zerstrahlung von Elementarteilchen kommen kann. Zwei Stichwörter dazu (voneinander unabhängig) sind magnetische Monopole einerseits und Q-Balls andererseits.

Disclaimer: das Ganze ist jetzt natürlich hochgradig Science Fiction im reinsten Sinne. Niemand kann sagen, ob sich so etwas jemals (als kompakte Energiequelle) realisieren lassen könnte. Aber damit stehen diese Konzepte immerhin besser da als z.B. die H-H-Fusion, von der wir mit absoluter Sicherheit wissen, dass wir sie nie und nimmer in den Griff bekommen werden. ;)

Magnetische Monopole (d.h. Magneten mit nur einem Pol) bieten sich zu Beispiel an, eine lithiumbetriebene Pionenrakete zu betreiben - der Monopol vernichtet einen Großteil der Kernmasse, deren Energieäquivalent (großteils) auf die übriggebliebene Restmasse, nämlich Pionen übertragen wird. Diese werden dadurch auf völlig absurde 0,95c beschleunigt. Aufgrund der Arbeitsweise ist eine nachträgliche Erhöhung des Schubes durch Reaktionsmassenbeimischung _nicht_ möglich. Wenn eine Pionenrakete hohen Schub haben soll, qualifiziert ihre Leistung sie zum reinrassigen Planetenkiller. Also nicht gerade förderlich für unser Setting.

Q-Balls hingegen könnten, vereinfacht gesagt, Materie spontan in Antimaterie verwandeln. Schafft man das mit einem einzelnen Proton innerhalb eines Kerns wie Aluminium oder Silizium, reagiert natürlich das Antiproton mit einem Proton und zerstrahlt. Die Energie wird dabei auf den restlichen Kern übertragen, der dadurch zertrümmert wird. Die Trümmer - jetzt leichtere Kerne wie Lithium oder Beryllium - werden dadurch natürlich entsprechend angeregt und werden als Reaktionsmasse aus dem Triebwerk geschleudert. In diesem Fall kann auch mehr oder weniger beliebig weitere Reaktionsmasse hinzugefügt werden, um den Schub auf Kosten der Ausströmgeschwindigkeit zu erhöhen. Im Regelbetrieb ohne Nachbrenner ist aber schon ein ordentlicher Schub bei geringem Brennstoffverbrauch zu erzielen, die Ausströmgeschwindigkeit kann sich "trocken" auch um ca. 0,3c bewegen.

Welches Element man nun als Brennstoff nimmt, wird vor allem von drei Faktoren abhängen:
1.) gute Verfügbarkeit; da bieten sich natürlich Elemente wie Aluminium oder Silizium an, die im Überfluss vorhanden sind;
2.) verwertbare Kerntrümmer; genauer gesagt wollen wir möglichst keine einzelnen Neutronen haben, sondern nur geladene Kerne, die wir als Plasma "bequem" mit Magnetfeldern dahin lenken können, wo wir sie haben wollen, nämlich am Ausgang;
3.) in geringerem Maße auch die Handhabung des Brennstoffes; Aluminium ist z.B. praktisch wegen seines niedrigen Schmelzpunktes.

Punkt 2 ist dabei unterm Strich der wichtigste. Die ganz leichten Kerne werden zu Pionen zerstrahlt, die uns nicht viel weiterhelfen. Schwere Kerne wiederum werden beim Zertrümmern diverse Neutronen lassen, die auch nur als schädlich zu betrachten sind.

Natürlich gibt es dann noch andere Probleme, wie z.B. Bremsstrahlung, aber das ist jetzt erstmal primär nicht so kriegsentscheidend. Wichtig ist vielmehr, dass mit diesen Ideen eine Energiequelle erfunden wird, deren Effizienz irgendwo zwischen Fusion (<1% Massendefekt) und Annihilation (100%) liegt. Nämlich bei ca. 10%, also dem geometrischen Mittel der beiden. Ich find das shiny. ^^

Funktionalist:
http://www.orionsarm.com/tech/Magmatter.html

Feuersänger:
Achja, weil TW nach Medizin und Lebenserwartung gefragt hat: das gehört eher in den Setting-Thread. Ich werde mal drüben antworten.

Feuersänger:
Jetzt noch mal zum Thema Laser/Energiewaffen, weil im Setting-Thread ein paar Unklarheiten auftraten.

Also. Die Eigenschaften eines Lasers definieren sich primär durch:
* Wellenlänge: je kleiner, desto geringer die Streuuung. Aber: sehr kleine Wellenlängen (ab UV) werden von Atmosphären absorbiert.
* Apertur / Linse / Reflektor - je größer, desto besser/enger wird der Strahl fokussiert
* Puls oder Strahl - ist oft durch das Arbeitsprinzip vorgegeben, z.B. sind Freie Elektronenlaser (FEL) immer gepulst.
* Leistung: logischerweise mit höherer Leistung umso gefährlicher
* Effizienz: herkömmliche Laser haben schauderbare Wirkungsgrade um 20%, d.h. für jedes Megajoule im Ziel müssen 4 Megajoule Abwärme bewältigt werden. Moderne Freie Elektronenlaser haben theoretisch maximal 65% Wirkungsgrad.

Leistung und Größe sind aber auch nicht voneinander entkoppelt; die Kanone muss schließlich ihre eigene Strahlenleistung abkönnen. Derzeit ist das technisch machbare Maximum ca. 5MW/cm², allerdings nur im Infrarotbereich.
Und noch ein kleines bißchen Trivia: im Vakuum sind auch Laserstrahlen des sichtbaren Spektrums unsichtbar.

Jetzt ist schon zweimal der Begriff "Freier Elektronenlaser" gefallen -- das ist eigentlich von der Arbeitsweise her kein Laser, aber der Strahl, der vorne herauskommt, hat die gleichen Eigenschaften, also kann man ihn auch so nennen. Der FEL vereinigt die Vorteile hoher Brillianz, hoher Effizienz und variabler Frequenz; ist zwar heutzutage noch schwierig und teuer zu bauen, aber das lässt sich wohl in den Griff kriegen. Daher gehe ich mal davon aus, dass die meisten Laser in dieser Zukunft FEL darstellen.

Die Streuuung eines Lasers wächst linear zur Entfernung nach der Formel:
RT = 0.61 * D * L / RL
Radius des Strahls im Ziel = 0,61 * Entfernung in m * Wellenlänge in m / Radius der Linse bzw des Reflektors.

Wie man sieht, bleibt ein kurzwelliger Strahl besser gebündelt als ein langwelliger. Andererseits kommen sehr kurzwellige Strahlen wie gesagt nicht durch Atmosphären durch. Der beste Kompromiss ist nach meinem Dafürhalten eine Wellenlänge von ca. 400nm - knapp oberhalb des UV-Bereichs.

Der Effekt im Ziel berechnet sich logischerweise nach Leistung/Fläche, umgelegt auf die Widerstandskraft der Panzerung, z.B. Verdampfungswärme - allerdings gibt es immense Wirkungsunterschiede zwischen Pulsen und Strahlen.

Dann kam die Frage auf, ob man nicht Spiegel als Laserpanzerung benutzen könnte. Ich habe jetzt grad nochmal nachgeschaut: eher langwellige Laser lassen sich in der Tat gut (>96%) von ganz normalen polierten Metallen (wie Aluminium oder Silber) reflektieren. Die Reflexivität nimmt allerdings bei kürzeren Wellenlängen rapide ab, vereinfacht gesagt je nach Metall ab 500 bis 800nm. Gegen einen o.g. ~400nm-Laser wäre Silber noch der beste Schutz (ca. 93%), aber schon bei 380nm sieht es wesentlich schlechter aus. Aber bedenkt, dass ~10% durchkommende Energie immer noch zuviel sein kann.
Quelle: http://panoptesv.com/SciFi/Mirrors.html

Wie gesagt kann man wesentlich effizientere Spiegel (99,99%) für ganz bestimmte Wellenlängen fabrizieren, aber das wird nur der Konstruktion von Lasern nützen, nicht der Abwehr. Gerade Freie Elektronenlaser lassen sich in ihrer Wellenlänge sehr leicht variieren, sodass maßgeschneiderte Panzerspiegel nicht realisierbar sind.

Was man nicht reflektieren kann, fängt man am besten mit Karbonpanzerung auf - diese bietet die höchste spezifische Verdampfungsenergie. Das schließt Diamant mit ein. Etwaige Ausleger/Radiatoren können sogar aus komplett transparentem Diamant bestehen, der die Laserstrahlen einfach durchlässt.

Insgesamt versuche ich die Technik so abzustimmen, dass reine Raumkämpfe mit Lasern noch spannend bleiben, weil die Laser selbst nicht so furchtbar stark sind, kleine Schiffe gut ausweichen und große Schiffe viel aushalten können. So soll verhindert werden, dass der erste Schuss auf 2 Lichtsekungen Entfernung gleich ein Schiff vernichtet.
Die eben entdeckte 90%-Spiegelpanzerung hilft da nochmal, weil man so 10mal stärkere Laser zulassen kann, ohne dass sich am Kräftegleichgewicht etwas ändert. Mehr noch, dadurch könnten auch Mass Driver / Railguns wieder im Rennen sein.
(Hat sich also doch gelohnt, dass ich nochmal den ganzen Lasersums durchgearbeitet habe.)

Planetare Laser hingegen zur Abwehr von Bedrohungen aus dem Weltraum sind ein anderer Schnack; da gibt es kein Pardon. Die können so groß sein und soviel Bums haben, dass jeder Angriff auf einen derart geschützten Planeten reiner Selbstmord wäre. Damit will ich auch Planetslagging verhindern, welches ja auch wieder blöd fürs Setting wäre.

Funktionalist:
Zu Aspekt Wärmeleitung:
fiel in dem anderen Thread nicht irgendwann der BEgriff "Wärmesuperleiter"? dann könnte man WÄrme zumindest extrem schnell abführen und damit (irgendwie) ein BLock Nanoflywheels aufheizen...

(Nanorotoren gelagert in einem Kristallgitter speichern eine RIesen Menge an Bewegungs/Wärmeenergie...)
Diesen kann man dann im Laufe der zeit wieder abkühlen.

sers,
Alex 

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