Unterlichtgeschwindigkeit in Star Trek Kann es getan werden?

Trekkies haben geholfen, das Science - Fiction - Universum zu definieren, zusammen mit der Technologie, die das Star Trek Serien, Bücher und Filme versprechen. Eine der gefragtesten Technologien dieser Shows ist der Warp-Antrieb. Dieses Antriebssystem wird auf den Raumschiffen vieler Arten im Trekiversum eingesetzt, um in erstaunlich kurzer Zeit (Monate oder Jahre im Vergleich zu den Jahrhunderten, die "nur" mit Lichtgeschwindigkeit benötigt würden) die Galaxie zu durchqueren. Es gibt jedoch nicht immer einen Grund, Warp-Antrieb zu verwenden, und so verwenden die Schiffe in Star Trek manchmal Impulsenergie, um mit geringer Lichtgeschwindigkeit zu fahren.

Was ist Impulsantrieb??

Heute verwenden Explorationsmissionen chemische Raketen, um durch den Weltraum zu reisen. Diese Raketen haben jedoch mehrere Nachteile. Sie benötigen große Mengen an Treibstoff und sind im Allgemeinen sehr groß und schwer. Impulsmotoren, wie sie auf dem Raumschiff abgebildet sind Unternehmen, einen etwas anderen Ansatz wählen, um ein Raumschiff zu beschleunigen. Anstatt chemische Reaktionen zu verwenden, um sich durch den Weltraum zu bewegen, verwenden sie einen Kernreaktor (oder etwas Ähnliches), um die Motoren mit Strom zu versorgen.

Diese Elektrizität treibt angeblich große Elektromagnete an, die die auf den Feldern gespeicherte Energie nutzen, um das Schiff voranzutreiben, oder, wahrscheinlicher, das Überhitzungsplasma, das dann von starken Magnetfeldern kollimiert und aus dem Heck des Fahrzeugs gespuckt wird, um es vorwärts zu beschleunigen. Das klingt alles sehr komplex und ist es auch. Es ist tatsächlich machbar, aber nicht mit der aktuellen Technologie.

Tatsächlich sind Impulsmotoren ein Fortschritt gegenüber aktuellen chemisch angetriebenen Raketen. Sie sind nicht schneller als die Lichtgeschwindigkeit, aber schneller als alles, was wir heute haben. Es ist wahrscheinlich nur eine Frage der Zeit, bis jemand herausfindet, wie er sie erstellt und implementiert. 

Könnten wir eines Tages Antriebsmotoren haben??

Die gute Nachricht von "irgendwann" ist, dass die Grundvoraussetzung eines Impulsantriebs ist ist wissenschaftlich fundiert. Es sind jedoch einige Punkte zu beachten. In den Filmen können die Raumschiffe ihre Impulsmotoren nutzen, um auf einen signifikanten Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen. Um diese Geschwindigkeiten zu erreichen, muss die von den Antriebsmotoren erzeugte Leistung erheblich sein. Das ist eine große Hürde. Selbst mit Atomkraft scheint es derzeit unwahrscheinlich, dass wir genug Strom erzeugen können, um solche Antriebe zu betreiben, insbesondere für so große Schiffe. Das ist also ein Problem, das es zu überwinden gilt.

Außerdem zeigen die Shows häufig die Antriebsmotoren, die in Planetenatmosphären und in Nebeln, Gas- und Staubwolken eingesetzt werden. Jede Konstruktion impulsartiger Antriebe ist jedoch auf den Betrieb im Vakuum angewiesen. Sobald das Raumschiff in eine Region mit hoher Teilchendichte eintritt (wie eine Atmosphäre oder eine Wolke aus Gas und Staub), werden die Motoren unbrauchbar. Wenn sich also nichts ändert (und Sie die Gesetze der Physik nicht ändern können, Captain!), Bleiben Impulsantriebe im Bereich der Science-Fiction.

Technische Herausforderungen von Impulsantrieben

Impulsantriebe klingen ziemlich gut, oder? Nun, es gibt ein paar Probleme mit ihrer Verwendung, wie sie in der Science-Fiction umrissen sind. Eins ist Zeitdilatation: Jedes Mal, wenn ein Fahrzeug mit relativistischen Geschwindigkeiten fährt, treten Bedenken hinsichtlich der Zeitdilatation auf. Wie bleibt die Zeitachse nämlich konstant, wenn das Fahrzeug mit nahezu Lichtgeschwindigkeit fährt? Daran führt leider kein Weg vorbei. Aus diesem Grund sind Impulsmotoren in der Science-Fiction häufig auf etwa 25% der Lichtgeschwindigkeit begrenzt, wo relativistische Effekte minimal wären. 

Die andere Herausforderung für solche Motoren ist, wo sie arbeiten. Sie sind am effektivsten in einem Vakuum, aber wir sehen sie oft in Trekkings, wenn sie in die Atmosphäre eintreten oder durch Nebel genannte Gas- und Staubwolken peitschen. Die Motoren, wie sie derzeit vorgestellt werden, würden in solchen Umgebungen nicht gut funktionieren, daher ist dies ein weiteres Problem, das gelöst werden müsste. 

Ionenantriebe

Es ist jedoch nicht alles verloren. An Bord von Raumfahrzeugen sind seit Jahren Ionenantriebe im Einsatz, die sehr ähnliche Konzepte wie die Impulsantriebstechnik verwenden. Aufgrund ihres hohen Energieverbrauchs sind sie jedoch nicht in der Lage, Fahrzeuge sehr effizient zu beschleunigen. Tatsächlich werden diese Motoren nur als Primärantriebssysteme auf interplanetaren Fahrzeugen eingesetzt. Das bedeutet, dass nur Sonden, die zu anderen Planeten fliegen, Ionentriebwerke tragen würden. Auf dem Raumschiff Dawn gibt es zum Beispiel einen Ionenantrieb, der auf den Zwergplaneten Ceres zielte. 

Da Ionenantriebe zum Betrieb nur eine geringe Menge Treibmittel benötigen, arbeiten ihre Motoren kontinuierlich. Während eine chemische Rakete ein Fahrzeug schneller auf Touren bringen kann, geht ihr schnell der Treibstoff aus. Nicht so sehr mit einem Ionenantrieb (oder zukünftigen Impulsantrieben). Ein Ionenantrieb beschleunigt ein Fahrzeug für Tage, Monate und Jahre. Es ermöglicht dem Raumschiff, eine höhere Höchstgeschwindigkeit zu erreichen, und dies ist wichtig für das Wandern durch das Sonnensystem.

Es ist immer noch kein Impulsmotor. Die Ionenantriebstechnologie ist sicherlich eine Anwendung der Impulsantriebstechnologie, entspricht jedoch nicht der leicht verfügbaren Beschleunigungsfähigkeit der in gezeigten Motoren Star Trek und andere Medien.

Plasma-Motoren

Zukünftige Raumfahrer könnten etwas noch vielversprechenderes nutzen: die Plasma-Antriebstechnik. Diese Motoren überhitzen Plasma mit Elektrizität und schleudern es dann mit starken Magnetfeldern aus der Rückseite des Motors. Sie haben insofern eine gewisse Ähnlichkeit mit Ionenantrieben, als sie so wenig Treibmittel verwenden, dass sie besonders im Vergleich zu herkömmlichen chemischen Raketen über lange Zeiträume betrieben werden können.

Sie sind jedoch viel mächtiger. Sie könnten das Fahrzeug mit einer so hohen Geschwindigkeit antreiben, dass eine Plasma-Rakete (mit der heute verfügbaren Technologie) in etwas mehr als einem Monat ein Fahrzeug zum Mars bringen könnte. Vergleichen Sie dieses Kunststück mit den fast sechs Monaten, die ein traditionell angetriebenes Fahrzeug benötigen würde. 

Ist es Star Trek Ebenen der Technik? Nicht ganz. Aber es ist definitiv ein Schritt in die richtige Richtung.

Wir haben vielleicht noch keine futuristischen Triebe, aber sie könnten passieren. Mit der Weiterentwicklung, wer weiß? Vielleicht werden Impulsantriebe, wie sie in Filmen abgebildet sind, eines Tages Realität.

Bearbeitet und aktualisiert von Carolyn Collins Petersen.