Wenn ein NASA Ingenieur kündigt einen neuen und revolutionären Motor an, der uns zu den Sternen bringen könnte. Es ist leicht, aufgeregt zu werden. Aber die Dämonen stecken im Detail, und wenn man sich den eigentlichen Artikel ansieht, sieht es weit weniger vielversprechend aus.
Zunächst ist der Artikel ein Überblick über eine Idee und keine von Experten begutachtete Arbeit. Wie der Autor David Burns auf der letzten Seite ausführt, ist das Grundkonzept nicht bewiesen, wurde nicht von Experten überprüft und es können mathematische Fehler vorliegen. Der von Burns vorgeschlagene "Helix-Motor" wäre ebenfalls ein reaktionsloser Antrieb ähnlich dem EM-Antrieb und würde somit gegen Newtons drittes Bewegungsgesetz verstoßen. Es wäre einfach, die Arbeit einfach zu verwerfen und fortzufahren, aber ich würde gerne die Details betrachten, da dies eine interessante (wenn auch fehlerhafte) Idee ist.
Beginnen wir mit reaktionslosen Laufwerken im Allgemeinen. Sowohl dieser Helix-Motor als auch der EM-Antrieb zuvor sind "reaktionslos", da sie im Gegensatz zu herkömmlichen Raketen und Triebwerken kein Treibmittel ausstoßen. Im Kern basieren alle Raketen auf Newtons drittem Bewegungsgesetz, das besagt, dass für jede Kraft, die Sie auf Ihre Rakete ausüben, eine gleiche Gegenkraft auf etwas anderes ausgeübt werden muss. Für eine Rakete ist das eine Art Treibstoff. Werfen Sie heißes Gas mit hoher Geschwindigkeit aus dem hinteren Ende Ihrer Rakete, und nach Newtons drittem Gesetz bewegt sich die Rakete vorwärts. Kinderleicht.
Das Problem dabei ist, dass Sie eine Menge Treibstoff mit sich führen müssen, um Ihre Rakete wirklich schnell zum Laufen zu bringen. Der Saturn V musste zum Beispiel ungefähr 20 Kilogramm Kraftstoff pro 1 Kilogramm Nutzlast verbrennen, um den Mond zu erreichen.
Je weiter Sie reisen, desto schlimmer wird es. Wenn Sie eine Sonde zu den nächsten Sternen schicken möchten, benötigen Sie ungefähr 2.000 Kilogramm Kraftstoff für jedes Kilogramm Nutzlast, und Ihre Reise würde immer noch 100.000 Jahre dauern. Man kann also mit Sicherheit sagen, dass traditionelle Raketen uns nicht zu den Sternen bringen.
Ein reaktionsloser Antrieb ist anders. Es würde Ihrer Rakete Schub verleihen, ohne Kraftstoff aus dem hinteren Ende zu werfen, sodass Sie nicht das ganze zusätzliche Gewicht benötigen. Alles, was Sie brauchen, ist Strom, den Sie von Sonnenkollektoren oder einem Fusionsreaktor erhalten können. Das Verhältnis von Kraftstoff zu Nutzlast wäre grundsätzlich 1 zu 1. Der einzige Nachteil ist, dass reaktionslose Antriebe gegen Newtons drittes Gesetz verstoßen.
Nun könnte man argumentieren, dass Einstein Newton als falsch erwiesen hat, was wahr ist, aber Einsteins Relativitätstheorie stimmt mit Newtons drittem Gesetz überein. Quantentheorie auch. Wenn reaktionslose Antriebe funktionieren, sind drei Jahrhunderte Physik falsch.
Fans des EM-Drive argumentieren genau das. Der EM-Drive funktioniert, sagen sie, also ist Newtons drittes Gesetz falsch. Zeitraum. Was diese neue Helical Engine interessant macht, ist, dass sie nicht nur gegen Newtons drittes Gesetz verstößt, sondern versucht, Newton mit relativistischer Masse gegen sich selbst zu spielen.
Die Grundidee besteht darin, eine Masse innerhalb einer Rakete hin und her zu bewegen, wie einen Ball hin und her zu hüpfen. Wenn Sie dies mit einer normalen Masse tun würden, würde sich die Rakete etwas vorwärts bewegen, wenn der Ball auf die Vorderseite der Rakete trifft, und wenn der Ball auf die Rückseite trifft, würde sich die Rakete etwas zurückbewegen. Mit anderen Worten, die Rakete würde nur vorwärts und rückwärts wackeln, wenn der Ball hin und her springt.
Burns schlägt vor, dies mit Partikeln in einem helikalen Teilchenbeschleuniger zu tun. Während die Partikel die Helix auf und ab bewegen, bewegt sich die Rakete nach Newtons drittem Gesetz. Burns schlägt aber auch vor, die Partikel auf nahezu Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen, da sie sich vorne auf der Rakete befinden, und sie hinten zu verlangsamen. Die Relativitätstheorie besagt, dass Partikel, die sich in der Nähe der Lichtgeschwindigkeit bewegen, eine größere Masse haben als langsamere Partikel, sodass sie an der Vorderseite der Rakete schwerer sind als an der Rückseite.
Zurück zur Ball-Analogie: Es wäre, als würde Ihr Ball auf magische Weise an Masse zunehmen, bevor er auf die Vorderseite der Rakete trifft, und an Masse verlieren, bevor er auf die Rückseite trifft. Nach Newtons Gesetzen bedeutet dies, dass der Ball der Rakete einen größeren Vorwärts- als Rückwärtsschub geben würde und die Rakete vorwärts beschleunigen würde.
Wenn Sie einen magischen massenverändernden Ball verwenden könnten, würde diese Idee funktionieren. Die Relativitätstheorie gehorcht jedoch immer noch Newtons drittem Gesetz, sodass die Idee in der realen Welt nicht funktioniert. Burns hat Recht, dass sein Artikel einen Fehler enthält, aber es ist ein subtiler.
Sein Design beschleunigt nur die Kreisbewegung der Partikel, daher geht er davon aus, dass ihre Geschwindigkeit vorwärts und rückwärts entlang der Achse der Rakete konstant bleiben sollte. In der Relativitätstheorie würde sich ihre Geschwindigkeit entlang der Achse mit zunehmender Masse der Teilchen verlangsamen. Dies ist auf die relativistischen Effekte von Zeitdilatation und Längenkontraktion zurückzuführen. Infolgedessen geben die Partikel der Rakete an beiden Enden den gleichen Schub. Einsteins Theorien lassen Sie nicht um Newton herumkommen.
Um fair zu sein, wusste Burns, dass seine Idee ein langer Schuß war, weshalb er sie anderen zur Überprüfung zur Verfügung stellte. Darum geht es in der Wissenschaft. Das ist auch der Grund, warum es sich lohnt, ein wenig aufgeregt zu sein, wenn solche Ideen vorgebracht werden. Die meisten von ihnen werden scheitern, aber eines Tages könnte man einfach funktionieren. Wir könnten schließlich zu den Sternen gelangen, aber nur, wenn wir bereit sind, weiterhin neue Ideen zu testen.
Quelle: Helical Engine von David Burns
