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[SF: Redshift] Schiffsdesign und Technologie

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Feuersänger:
So, da bin ich wieder.

FTL und Energieerzeugung
Habe in meiner offline-Zeit ein wenig mit Zettel und Stift rumgerechnet, hatte aber zunächst ein paar falsche Zahlen im Kopf, Das muss ich jetzt alles noch auf die richtige Reihe kriegen.

Also nochmal als Gegenüberstellung:
1 Lichtjahr = 9,46 * 1015m
Energieäquivalent 1kg = 9 * 1016J
Massendefekt bei Kernfusion: 0,8% (=Faktor 0,008), d.h. von 1 Tonne Treibstoff werden nur 8kg umgewandelt.

Das war es, was ich oben damit gemeint habe, dass man mit Fusion auf keinen grünen Zweig kommt, und selbst mit Annihilaton der Energieaufwand pro Gramm und Meter sehr gering sein muss.

Beispiel: ein mittelgroßes Schiff (100t) soll mit 20t Treibstoff 10 Lichtjahre überbrücken können.
Fall 1, Kernfusion:
delta-m = 160kg -> E = 1,44 * 1019J;
d = 94,6 * 1015m; mSchiff=105kg --> 946 * 1019
Daraus folgt: uns stünden nur die Winzigkeit von 0,0015J pro kg Schiffmasse und Meter Distanz zur Verfügung. Das ist... wenig.

Fall 2: Annihilation:
Hier steht uns zwar das 125fache an Energie zur Verfügung, aber das sind dann trotzdem nur knapp 0,2J pro kg*m.

Selbst wenn die Schiffe zu 90% aus Tank bestünden (was den Coolnessfaktor extrem behindern dürfte), ändert das nichts an der Größenordnung von <1J/kgm.

Folgerung:
1.) da die zur Verfügung stehende Energie im Verhältnis zur Distanz so oder so winzig ist, kann man auch zwecks Coolness ebensogut bei 15-25% Treibstoffanteil bleiben;
2.) allerdings liefert Fusion einfach zu winzige Werte, um irgendwie glaubwürdig zu sein, ergo Annihilation als Energiequelle der Wahl.
3.) Dadurch empfiehlt sich ein Antriebskonzept, bei dem nur für den Eintritt in den Hyperraum (evtl. auch Austritt) Energie aufgewandt werden muss (in Relation zu Schiffsmasse und Distanz); die eigentliche Strecke sollte quasi nach dem Trägheitsprinzip "für umme" überbrückbar sein.

So, weiter im Text.

STL
Momentaner Ideenstand: Photonenantrieb (danke für den Vorschlag) mit Hg-Ionenantrieb als "Nachbrenner" bei Bedarf.
"Das schafft was weg, was?"
Ich stelle mir vor, dass solche Triebwerke eine recht geringe Baugröße haben dürften. So kann man also die Retro- und Lateralthruster ähnlich stark dimensionieren wie die Hauptthruster.
Was ich dazu allerdings noch bräuchte, wären sinnvolle Größenordnungen für die erreichbaren Beschleunigungen. Die wird natürlich auch von der Schiffsmasse abhängen, ist ja klar. Und mal davon ausgehend, dass man im Schiffsinneren die Trägheit soweit kompensieren kann, dass es die Besatzung nicht gleich wie Fliegen an der Rückwand zerquetscht.

Weiß zum Vergleich zufällig jemand, welche Beschleunigung (in g) ein moderner Düsenjäger so herbringt?

Waffen
Ich bin kein großer Freund von Raketen, aber ansonsten ist so ziemlich alles offen. Ich hatte übrigens beim vorläufigen Entwurf bereits Antimateriekanonen vorgesehen (allerdings nur für die mächtigsten Kriegsschiffe). Die AM sollte in einem elektromagnetischen Plasmakokon aufs Ziel geschossen werden. Das ist natürlich ein zweischneidiges Schwert, man stelle sich mal vor, das Kriegsschiff kassiert ein paar schwere Treffer und einige Systeme fallen aus -- zum Beispiel die AM-Containmentspulen...

"Small Arms" sollen übrigens ganz "altmodische" Projektilwaffen mit chemischem Antrieb sein, sprich: Flinten und Gewehre. Keine Laserpistolen oder ähnlicher Schnickschnack mit fragwürdiger Energieversorgung.
Ein weiteres beliebtes Gerät im Bodenkampf sei die E-Bombe, die mittels elektromagnetischem Puls viele elektronischen Geräte komplett lahmlegt. Raumschiffe hingegen sind "rad-hard" gebaut.

Schutzsysteme
Als Abwechslung zu den ewigen Bubble-Schilden hätte ich folgende Ideen:
* energiegeladene Panzerung - auftreffende Energieattacken werden durch ein eigenes Energiefeld zerstreut, aber eben direkt in  der Panzerplatte, nicht meterweit vorher (Vorbild: Kampfstern Galactica)
* flüssige Panzerung - eine dickflüssige, transparente Flüssigkeit legt sich gleichmäßig um den Rumpf. Bei Treffern absorbiert die Flüssigkeit die Energie, eine entsprechende Menge verdampft dabei, sodass die Flüssigkeitsschicht gleichmäßig dünner wird.

Werde mir zu dem Thema auch nochmal diese Seite reinziehen (die ich eigentlich schon lange kenne):
http://stardestroyer.net/Empire/Tech/Shields/Nature.html

Eulenspiegel:

--- Zitat von: Feuersänger am 29.01.2008 | 00:24 ---Beispiel: ein mittelgroßes Schiff (100t) soll mit 20t Treibstoff 10 Lichtjahre überbrücken können.
Fall 1, Kernfusion:
delta-m = 160kg -> E = 1,44 * 1019J;
d = 94,6 * 1015m; mSchiff=105kg --> 946 * 1019
Daraus folgt: uns stünden nur die Winzigkeit von 0,0015J pro kg Schiffmasse und Meter Distanz zur Verfügung. Das ist... wenig.
--- Ende Zitat ---
Wieso willst du die Energie pro Masse*Strecke berechnen?

Wenn man mit Sublichtriebwerken fährt, bräuchte man nur die kinetische Energie (also Masse*Geschwindigkeit²/2) des Raumschiffes berechnen. Sobald es erstmal diese Geschwindigkeit erreicht hat, verbraucht es keinerlei Energie und kann beliebig weit fliegen.

Und wenn du ein Überlichttriebwerk haben willst: Dann brauchst du bloß die Energie zu berechnen, um ein Raumzeitriss/Wurmloch/Tor in eine Parallelwelt/Sprungtor/sonstwas zu erzeugen.
OK, es ist schon nachvollziehbar, dass ein Sprungtor mehr Energie braucht, wenn es größer wird. (Also je größer das Schiff, desto mehr Energie braucht man, damit das Sprungtor auch groß genug ist.) Aber die Entfernung ist für den Energieverbrauch irrelevant:
Wenn einmal das Tor geöffnet wurde, dann geht man ins Paralleluniversum/Hypperraum/Warpraum/sonstwas und dort gilt das gleiche wie beim Sublichtriebwerk: Während der Reise selber verbraucht man keinerlei Energie.
Wenn wir also 1019 J zur Verfügung haben, reicht das vollkommen aus:
5*1018 J, um das Sprungtor auf der einen Seite zu öffnen und in den Hyperraum zu gelangen und nochmal 5*1018 J, um am Zielpunkt ebenfalls ein Sprungtor zu öffnen und aus dem Hyperraum rauszufallen.

Wie groß die Entfernung zwischen den beiden Sprungtoren ist, ist energietechnisch egal. (Man verbraucht halt bloß mehr Zeit. Aber keine zusätzliche Energie.)


--- Zitat ---Die wird natürlich auch von der Schiffsmasse abhängen, ist ja klar. Und mal davon ausgehend, dass man im Schiffsinneren die Trägheit soweit kompensieren kann, dass es die Besatzung nicht gleich wie Fliegen an der Rückwand zerquetscht.
--- Ende Zitat ---
Ach, Menschen sind da relativ robust. :)
Kampfpiloten tragen sogenannte g-Hosen, in denen sie kurzfristig bis zu 10 g aushalten.


--- Zitat ---Weiß zum Vergleich zufällig jemand, welche Beschleunigung (in g) ein moderner Düsenjäger so herbringt?
--- Ende Zitat ---
Kommt darauf an: Wenn er einfach nur gerade aus fliegt, ist das "relativ wenig".
Wenn ein Pilot aber einen Sturzflug macht und dann die Maschine abfängt, können durchaus kurzfristig 20-30 g durchkommen. (Wenn der Pilot eine zu steile Kurve fliegt oder seine eigenen Kräfte überschätzt.)
Heutige Maschinen können bei optimalen Bedingungen (Sturzflug) also mehr g erzeugen, als der Pilot aushält.


--- Zitat ---Die AM sollte in einem elektromagnetischen Plasmakokon aufs Ziel geschossen werden. Das ist natürlich ein zweischneidiges Schwert, man stelle sich mal vor, das Kriegsschiff kassiert ein paar schwere Treffer und einige Systeme fallen aus -- zum Beispiel die AM-Containmentspulen...
--- Ende Zitat ---
Das Problem gibt es ja auch auf Kriegsschiffen der Marine: Stell dir vor, deren Treibstofftank oder Munitionsdepot bekommt einen schweren Treffer ab.

Und dieses Problem gibt es schon seit Erfindung des Schwarzpulvers.


--- Zitat ---* energiegeladene Panzerung - auftreffende Energieattacken werden durch ein eigenes Energiefeld zerstreut, aber eben direkt in  der Panzerplatte, nicht meterweit vorher (Vorbild: Kampfstern Galactica)
--- Ende Zitat ---
Jede Form von Energie? Also auch kinetische Energie von Projektilwaffen?

bzgl. Waffen:
Bei Perry Rhodan gibt es ein Waffensystem auf Raumschiffen, das Bomben bzw. Antimaterie bis kurz vor die gegnerischen Schutzschilde teleportiert, wo sie dann hochgehen.


--- Zitat ---"Small Arms" sollen übrigens ganz "altmodische" Projektilwaffen mit chemischem Antrieb sein, sprich: Flinten und Gewehre. Keine Laserpistolen oder ähnlicher Schnickschnack mit fragwürdiger Energieversorgung.
--- Ende Zitat ---
Was ist mit Gaussgewehren oder Raketenwerfer? Kommen die auch zum Einsatz, oder sind diese wieder out? (Bzw. Granatenwerfer für biologisch-chemische Kriegsführung.)

MadMalik:
Wenn die kinetischen Waffen Hohladungsmunition verfeuern könnt es sogar funktionieren. Jedenfalls wenn die Sci-Fi Panzerung ähnliche Funktionalität hat wie das moderne britische Gegenstück.

Ein:

--- Zitat ---Bei Perry Rhodan gibt es ein Waffensystem auf Raumschiffen, das Bomben bzw. Antimaterie bis kurz vor die gegnerischen Schutzschilde teleportiert, wo sie dann hochgehen.
--- Ende Zitat ---
Hinter den Schild, sofern es kein gestaffelter Schirm ist.

Feuersänger:

--- Zitat von: Eulenspiegel am 29.01.2008 | 03:11 ---Wieso willst du die Energie pro Masse*Strecke berechnen?
--- Ende Zitat ---

Weil das logisch erscheint. Klar ist dein Ansatz auch logisch, aber ich bin dabei für größtmögliche Geschwindigkeit davon ausgegangen, dass - auf Realraumbedingungen übertragen - die halbe Strecke beschleunigt und die andere halbe Strecke abgebremst wird.
Aus Energiemangel wird es aber grundsätzlich auf den von dir propagierten Ansatz hinauslaufen. Nur:


--- Zitat ---Sobald es erstmal diese Geschwindigkeit erreicht hat, verbraucht es keinerlei Energie und kann beliebig weit fliegen.
--- Ende Zitat ---

Das mit dem "beliebig weit" schmeckt mir nicht, das passt irgendwie nicht. Es sollte erstens generell limitiert sein, und zweitens sich auch nach der Schiffsgröße richten.


--- Zitat ---Kampfpiloten tragen sogenannte g-Hosen, in denen sie kurzfristig bis zu 10 g aushalten.
--- Ende Zitat ---

Naja, 10g ist ja im interplanetaren Maßstab nicht so viel, und "kurzzeitig" erst recht nichts. Ich rede schon vom Dauerbetrieb beim Flug innerhalb eines Systems, z.B. vom Jumppoint bis zum Zielplaneten (und der Jumppoint dürfte aus SIcherheitsgründen eher am Rand des Systems zu finden sein). Um die Reise überschaubar zu halten (Stunden oder wenige Tage statt Wochen und Monate), will man möglichst lange (bis zur halben Distanz) voll beschleunigen, begrenzt nur durch den Treibstoffverbrauch.
Da wäre 10g für einen relativ dicken Pott gerade geeignet, kleinere und schnellere Schiffe könnten das doppelte bis dreifache schaffen -- man braucht halt eine technische Lösung, wie man der Besatzung diese Belastung erspart.


--- Zitat ---Jede Form von Energie? Also auch kinetische Energie von Projektilwaffen?
--- Ende Zitat ---

Die Hi-Tech Lösung gegen Projektilwaffen wäre wohl eher, sie mittels automatischer Laserturrets bereits vor dem Aufschlag abzuschießen. Das wird dann wohl Milspec sein.


--- Zitat ---Was ist mit Gaussgewehren oder Raketenwerfer? Kommen die auch zum Einsatz, oder sind diese wieder out? (Bzw. Granatenwerfer für biologisch-chemische Kriegsführung.)
--- Ende Zitat ---

Raktenwerfer - nach Bedarf. Gaussgewehre grundsätzlich ja - da braucht man wieder eine separate Energiequelle, um die Projektile zu beschleunigen. Erstens ist elektrische Energie ganz schlecht zu speichern. Zweitens muss man dann im Feld über zwei Sorten Munition buchführen: Geschosse und Akkus. Klar kann es die Dinger geben, aber mir erschließt sich nicht so ganz, inwiefern das besser sein soll als ganz normale Gewehre mit Einheitspatronen.

(Etwaige Kriege zwischen Faktionen sollen sich in erster Linie um Ressourcen, also nutzbare Planeten drehen. Da wäre es ziemlich widersinnig, diese Planeten mit ABC-Waffen zu vergiften.)

EDIT/Nachtrag STL:
Das hier scheint ein nützlicher / lehrreicher Artikel zum Thema Photonenantrieb zu sein: http://www.hib-wien.at/leute/wurban/physik/relativity/raumflug_treibstoff.pdf

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