Wenn ein Raumschiff mit 2 Plasmaantrieben ausgestattet ist, die jeweils eine Geschwindigkeit von 288.000 km/h erreichen, addieren sich dann die beiden Geschwindigkeiten?
Schon mal Fahrrad gefahren?
Meinst du wirklich, dass du doppelt so schnell wirst, wenn 2 Leute mit 2 Fahrädern fahren und sich an der Schulter festhalten?
Nein, auch mit einem Tandem wirst du nicht doppelt so schnell.
Nein, auch nicht, wenn du den zweiten bei der Einzelfahrt als tote Masse mitschleppen musst.
Für Formelfreunde:
E = 0,5 m v²
Das heißt, hätte das zweite Triebwerk keine Masse, ergäbe sich aus doppelter reingesteckter Arbeit die neue Geschwindigkeit w:
2 * 0,5 m v² = 0,5 m w² -> 2 v² = w² -> w = 1,4 v
Das setzt voraus, dass die Arbeit in Geschwindigkeit des Raumschiffs umgesetzt wird. So wie ich mir das vorstelle, stößt ein Plasmaantrieb Teilchen aus und nur der Rückstoß treibt das Raumschiff an. Somit wird ein erheblicher Teil der Energie in die Bewegung des ausgestoßenen Materials umgesetzt. Es gilt die
Raketengrundgleichung – Wikipedia
Die Raketengrundgleichung gibt in der Raumfahrtphysik die Geschwindigkeit einer Rakete an, die beschleunigt wird, indem Stützmasse mit konstanter Geschwindigkeit kontinuierlich ausgestoßen wird, und sonst keiner weiteren Kraft unterliegt. Das Grundprinzip des Raketenantriebs besteht darin, Stützmasse nach hinten auszustoßen und durch den Rückstoß die Geschwindigkeit der Rakete samt Nutzlast und restlichem Treibstoff zu erhöhen. Die Annahme konstanter Austrittsgeschwindigkeit ist charakteristisch für Raketentriebwerke , deren Stützmasse aus Treibstoff besteht, dessen Verbrennung die Energie für den Ausstoß liefert. Die Austrittsgeschwindigkeit v g {\displaystyle \,v_{\mathrm {g} }} wird auch als spezifischer Impuls des Triebwerks angegeben. Mit der Anfangsmasse m 0 {\displaystyle \,m_{0}} gilt für den Geschwindigkeitszuwachs Δ v {\displaystyle \,\Delta v} der Rakete, wenn ihre Masse durch Treibstoffverbrauch auf den Wert m {\displaystyle \,m} gefallen ist: Δ v ( m ) = v g ⋅ ln ⁡ m 0 m {\displaystyle \Delta v(m)=v_{\mathrm {g} }\cdot \ln {\frac {m_{0}}{m}}} Dies gilt unabhängig vom zeitlichen Verlauf des Ausstoßes. Bei konstantem Treibstoffverbrauch m ˙ ( t ) = b , {\displaystyle \,{\dot {m}}(t)=b,} also konstanter Schubkraft F = v g ⋅ b , {\displaystyle \,F=v_{\mathrm {g} }\cdot b,} ergibt sich über m ( t ) = m 0 − b t {\displaystyle m(t)=m_{0}-bt} der zeitliche Geschwindigkeitszuwachs zu: Δ v ( t ) = v g ⋅ ln ⁡ m 0 m 0 − b ⋅ t = − v g ⋅ ln ⁡ ( 1 − b ⋅ t m 0 ) {\displaystyle \Delta v(t)=v_{\mathrm {g} }\cdot \ln {\frac {m_{0}}{m_{0}-b\cdot t}}=-v_{\mathrm {g} }\cdot \ln \left(1-{\frac {b\cdot t}{m_{0}}}\right)} . Die Raketengrundgleichung kann auch für die einzelnen Stufen einer Mehrstufenrakete verwendet werden, wobei sie den Geschwindigkeitszuwachs während des Betriebs der jeweiligen Stufe angibt. Die erste belegte Herleitung dieser Gleichung stammt von dem britischen Mathematiker William Moore und wurde zunächst 1810 in einem Journal [1] und dann 1813 in dem Buch A Treatise on the Motion of Rockets [2] (Eine Abhandlung über die Bewegung von Raketen) veröffentlicht. 1862 veröffentlichte William Leitch God's glory in the Heavens [3] (Gottes Herrlichkeit im Himmel), wo er argumentiert, dass Raketen die effektivste Methode für das Reisen im Weltall darstellen. 1903 veröffentlichte Konstantin Ziolkowski unabhängig seine Herleitung und machte sich zusätzlich Gedanken, ob Raketen die erforderlichen Geschwindigkeiten für die Raumfahrt erreichen können, weshalb ihm oftmals die erstmalige Herleitung zugeschrieben wird. Unabhängige Herleitungen gelangen später auch Hermann Oberth und Robert Goddard , welche oft als Pioniere der modernen Raumfahrt bezeichnet werden. In diesem Abschnitt ist die physikalische Herleitung der Raketengrundgleichung aus dem Impulserhaltungssatz mittels Differential- und Integralrechnung angegeben. Man zerlegt den gesamten kontinuierlich ablaufenden Beschleunigungsvorgang in so kleine Schritte, dass in jedem Schritt die momentane
https://de.wikipedia.org/wiki/Raketengrundgleichung
Das heißt, die Geschwindigkeit deines Raumschiffs ist maximal: r = v * ln( 1 + T/m)
r = Raumschiffsgeschwindigkeit (genauer Geschwindigkeitsdifferenz - startet ja z.B. schon mit Erdgeschwindigkeit)
v = Geschwindigkeit mit der der Treibstoff ausgestoßen wird
T = Masse des Tankinhalts = Ausgestoßene Masse
m = Masse des restlichen Raumschiffs
ln ist Funktion des natürlichen Logarithmus, eine langsam wachsende Funktion.
Um das zu verdeutlichen, einige Beispiele:
Damit das Raumschiff ein fünftel der Treibstoffaustrittsgeschwindigkeit erreicht, muss ein fünftel der Raumschiffmasse als Treibstoff mitgenommen werden.
Damit das Raumschiff die halbe Treibstoffaustrittsgeschwindigkeit erreicht, muss das 0,6-fache der Raumschiffmasse als Treibstoff mitgenommen werden.
Um die Treibstoffaustrittsgeschwindigkeit zu erreichen, braucht man das 1,7-fache der Raumschiffmasse.
Für die doppelte Geschwindigkeit, braucht man die 6-fache Raumschiffmasse.
Für die dreifache Treibstoffaustrittsgeschwindigkeit, braucht man die 19-fache Raumschiffmasse als Treibstoff.
Wegen dieser Problematik werden Raumschiffe mit mehreren Stufen genutzt. Dann braucht man nicht mehr die ganze Masse mitrumschleppen.
Wie man zurückkommen und / oder bremsen möchte, ist da noch nicht enthalten.
Deshalb sucht man auch alternative Antriebe, die nicht der Raketengrundgleichung unterliegen. Das Erdmagnetfeld wird bisher nur zur Einstellung der Lage genutzt, nicht zum Antrieb. Auch ein Scramjet, der das interstellare Medium 'einsaugt' und wieder ausstößt, ist nur Science-Fiction. Genutzt werden Sonnensegel und Swing-by-Manöver
Swing-by – Wikipedia
Swing-by mit Ablenkung des Flug­körpers um 180° und 90°. Seine Geschwindig­keit relativ zum Planeten (blauer Pfeil) bleibt im Betrag gleich. Durch vektorielle Addition der Geschwindig­keit des Planeten relativ zur Sonne (gelber Pfeil) erhält man die Geschwindig­keit des Flug­körpers relativ zur Sonne (grauer Pfeil). Der englische Begriff Swing-by – auch Slingshot, Gravity-Assist (GA), Schwerkraftumlenkung oder Vorbeischwungmanöver genannt – bezeichnet eine Methode der Raumfahrt , bei der ein relativ leichter Raumflugkörper (etwa eine Raumsonde ) dicht an einem sehr viel größeren Körper (etwa einem Planeten ) vorbeifliegt. Bei dieser Variante eines Vorbeiflugs wird die Flugrichtung der Sonde verändert, wobei auch deren Geschwindigkeit gesteigert oder gemindert werden kann. Ein Swing-by-Manöver kann auch mit einer Triebwerkszündung kombiniert werden. Bei sehr nahen Vorbeiflügen kann unter Umständen eine deutlich höhere Effizienz des Treibstoffs erreicht werden ( Oberth-Effekt ). Der Swing-by-Effekt tritt auch auf, wenn ein Komet, ein Asteroid oder (wie es vermutlich in der frühen Geschichte des Sonnensystems geschah) ein leichterer Planet einen schwereren Planeten in dessen Gravitationsfeld passiert. Wenn die Masse des leichteren Planeten gegenüber dem schwereren nicht vernachlässigbar klein ist, ändert auch der schwerere Planet seine Sonnenumlaufbahn merklich. [1] [2] Zeitlicher Verlauf der Geschwindigkeit beim Swing-By Swing-by, um Geschwindigkeit aufzunehmen Swing-by, um Geschwindigkeit abzubauen Bewegt sich eine Sonde durch das Gravitationsfeld eines Planeten, wird sie durch dessen Anziehungskraft abgelenkt. Zunächst wird sie dabei beschleunigt, aber wenn sie sich wieder vom Planeten entfernt, wirkt die Gravitation bremsend. Vom Planeten aus gesehen verlässt die Raumsonde ihn mit derselben Geschwindigkeit, mit der sie auf ihn traf, d. h. die Bahnenergie des Raumfahrzeugs bezogen auf den Planeten bleibt konstant. Nur die Richtung der Geschwindigkeit wird durch die Ablenkung verändert. Hinzu kommt aber, dass sich der Planet um die Sonne bewegt. Die Geschwindigkeit der Sonde relativ zur Sonne ist die vektorielle Summe der Geschwindigkeit der Sonde relativ zum Planeten und der Geschwindigkeit des Planeten um die Sonne, und diese Summe ändert sich im Betrag. Bezogen auf die Sonne wird die Sonde somit schneller oder langsamer. Anders ausgedrückt: Die Gravitationskräfte zwischen Sonde und Planeten koppeln die beiden Bewegungen miteinander und ermöglichen einen Austausch von Bahnenergie zwischen beiden. Vereinfachend kann zur Veranschaulichung der elastische Stoß zweier Körper herangezogen werden, [3] beispielsweise der frontale Kontakt eines Tischtennisballs mit einem Tischtennis­schläger. Wenn der Tischtennis­schläger unbeweglich ruht, prallt der Ball idealisiert (also ohne Berücksichtigung von Reibung) mit gleicher Geschwindigkeit wieder ab. Bewegt der Spieler den Schläger dem Ball entgegen, prallt dieser (aus Sicht des Zuschauers) mit höherer Gesch
https://de.wikipedia.org/wiki/Swing-by
die ohne mitgeführte Treibstoffmasse auskommen. Einiges kann man auch hier lesen
Antriebsmethoden für die Raumfahrt – Wikipedia
Start der Atlas V 551 mit New Horizons an Bord mit chemischem Raketenantrieb. Ein RD-180 und fünf Feststoffbooster . Antriebsmethoden für die Raumfahrt sind Techniken zur Geschwindigkeitsänderung von Flugkörpern (wie Raumfahrzeugen ) zum Erreichen des Weltraums und/oder zum Flug im Weltraum. Es existieren sehr viele verschiedene Varianten mit zahlreichen Vor- und Nachteilen sowie mit sehr unterschiedlichen technischen Reifegraden . Darunter technisch nahezu ausgereifte, in der Entwicklung befindliche und nur theoretisch vorgeschlagene bzw. simulierte Methoden. Das Fachgebiet ist Schauplatz aktueller Forschung sowie zahlreicher populärwissenschaftlicher Spekulationen. Das Ziel einer Antriebsmethode ist die Bereitstellung von delta v, das heißt Geschwindigkeitsänderung des Raumfahrzeugs. Da in der Raumfahrt sehr große Distanzen überbrückt werden müssen, sollte auch die Geschwindigkeit des Raumschiffes sehr groß sein und somit auch der spezifische Impuls der Antriebsmethode. Andererseits sollte eine Antriebsmethode auch nennenswerte Beschleunigungskraft erzeugen, um die Reisezeit so kurz wie möglich zu halten. Dies ist besonders bei bemannten Missionen wichtig. Antriebsmethoden sind unter anderem die Antriebssysteme. Bei den heute verwendeten Antriebssystemen handelt es sich ausschließlich um Rückstoßantriebe im Rahmen des dritten Newtonschen Axioms . Von diesen in der Praxis befindlichen Raketenantrieben sind die häufigsten die chemischen Antriebe ( Wärmekraftmaschinen mit Verbrennung), worunter die Feststoff- und Flüssigkeitstriebwerke fallen. Es gibt in der Gruppe der Raketentriebwerke auch elektrische und nukleare Varianten sowie Ausführungen mit Kaltgas. Mitunter können auch spezielle Flugmanöver eingesetzt werden, um ein Raumfahrzeug zu beschleunigen oder seine Flugbahn in eine bestimmte Richtung zu lenken, z. B. ein Swing-By-Manöver . Im folgenden Übersichtsartikel werden im Bereich der Antriebssysteme als Alternativkonzepte zu den Raketenantrieben Start- und Abschussmechanismen, Methoden ohne Treibstoffbedarf sowie theoretische Methoden der Antriebssysteme behandelt. Neben den Hauptantriebssystemen zum Beschleunigen des gesamten Raumfahrzeugs werden kleine Triebwerke auch zum Manövrieren und zur Lageregelung eingesetzt. Um eine stabile Umlaufbahn um die Erde, oder einen anderen Körper, einzunehmen, ist das Erreichen der ersten kosmischen Geschwindigkeit notwendig. Körper im All selbst bewegen sich auf Keplerbahnen . Um den Orbit eines Körpers zu ändern, ist eine Geschwindigkeitsänderung nötig. Dieses Δ v {\displaystyle \Delta v} muss gemäß der Ziolkowski-Gleichung vom Antrieb eines Raumfahrzeugs erreicht werden: Δ v = v e ln ⁡ m 0 m 1 {\displaystyle \Delta v=v_{\text{e}}\ln {\frac {m_{0}}{m_{1}}}} Dabei ist Δ v {\displaystyle \Delta v} die Geschwindigkeitsänderung, v e {\displaystyle v_{\text{e}}} die effektive Ausströmgeschwindigkeit, m 0 {\displaystyle m_{0}} die Startmasse und m 1 {\displaystyle m_{1}} die Brennschlussmasse . Die effektiv
https://de.wikipedia.org/wiki/Antriebsmethoden_f%C3%BCr_die_Raumfahrt#Antriebe_ohne_Treibstoff
Ich gehe aber davon aus, dass auf atmosphärelosen Raumkörpern (Mond, Mars) installierte, mit Solarzellen betriebene Laser künftige Raumschiffe 'anschieben' werden. Ob sich die Laser genügend fokussieren lassen, damit an den Raumschiffen kleine Spiegel reichen, oder die Raumschiffe große Lasersegel aufspannen müssen und in welchem Wellenlängenbereichen die Laser am besten arbeiten sollten, wird sich zeigen.