Was sind einige ungewöhnliche Formen des Weltraumantriebs?
Typische Formen des Weltraumantriebs sind heute Feststoffraketen, Flüssigraketen und Hybridraketen. Alle befördern ihren Treibstoff an Bord und nutzen chemische Energie, um Schub zu erzeugen. Leider können sie sehr teuer sein: Es können 25-200 kg Rakete erforderlich sein, um eine Nutzlast von 1 kg in die Erdumlaufbahn zu befördern. Das Heben eines Kilogramms in eine erdnahe Umlaufbahn kostet ab 2008 mindestens 4.000 US-Dollar (USD). Typischer sind möglicherweise 10.000 USD.
Der chemische Raketenansatz für den Weltraumstart und die Raumfahrt ist grundsätzlich begrenzt. Da eine Rakete ihren eigenen Treibstoff durch den dichtesten Teil der Atmosphäre nach oben treiben muss, ist sie nicht sehr kostengünstig. Eine neuere Erfindung ist das private Raumschiff SpaceShipOne, das vor dem Start mit einem Trägerfahrzeug (White Knight) auf eine Höhe von 14 km gebracht wurde. In dieser Höhe höher als der Berg. SpaceShipOne ist bereits zu über 90% atmosphärisch und kann mit seinem kleinen Hybridmotor den Rest des Weges bis an den Rand des Weltraums (100 km Höhe) zurücklegen. Frühe, billige, wiederverwendbare touristische Raumschiffe basieren wahrscheinlich auf diesem Modell.
Über das chemische Raketenparadigma hinaus gibt es mehrere andere Formen des Weltraumantriebs, die analysiert wurden. Insbesondere Ionentriebwerke wurden bereits erfolgreich von mehreren Raumfahrzeugen eingesetzt, darunter Deep Space 1, das 2001 den Kometen Borrelly und den Asteroiden Braille besuchte. Ionentriebwerke arbeiten wie ein Teilchenbeschleuniger und werfen Ionen mithilfe eines elektromagnetischen Strahls aus dem Triebwerksrücken Feld. Für längere Reisen, wie zum Beispiel von der Erde zum Mars, bieten Ionentriebwerke eine bessere Leistung als herkömmliche Formen des Weltraumantriebs, jedoch nur mit geringem Abstand.
Weiterentwickelte Formen des Weltraumantriebs umfassen Kernimpulsantriebe und andere kerngetriebene Ansätze. Die Leistungsdichte eines Atomkraftwerks oder einer Atombombe ist um ein Vielfaches höher als die einer chemischen Quelle, und Atomraketen wären entsprechend effektiver. Kernimpulsantrieb, den ein Referenzdesign aus den 1960er-Jahren namens Orion - nicht zu verwechseln mit dem Orion Crew Exploration Vehicle der 2000er-Jahre - lieferte und in nur vier Wochen eine 200-köpfige Besatzung zum Mars und zurück, verglichen mit 12 Monaten für die aktuelle chemisch angetriebene Referenzmission der NASA oder Saturnmonde in sieben Monaten.
Ein anderes Design mit dem Namen Project Daedalus hätte nur etwa 50 Jahre gebraucht, um es zu Bernard's Star zu schaffen, der 6 Lichtjahre entfernt ist, aber einige technologische Fortschritte auf dem Gebiet der Inertial Confinement Fusion (ICF) wären erforderlich. Die meisten Forschungsarbeiten über den Antrieb von Kernimpulsen wurden aufgrund des Vertrags über das Verbot von Teilversuchen im Jahr 1965 abgebrochen, obwohl die Idee in letzter Zeit erneut Beachtung gefunden hat.
Eine andere Form des Weltraumantriebs, die Sonnensegel, wurde in den 1980er und 1990er Jahren eingehend untersucht. Solarsegel würden ein reflektierendes Segel verwenden, um die Nutzlast unter Verwendung des Strahlungsdrucks der Sonne zu beschleunigen. Sonnensegel, die keine Reaktionsmasse tragen, sind ideal für eine schnelle Reise von der Sonne weg. Obwohl es Wochen oder Monate dauern kann, bis Sonnensegel auf eine nennenswerte Geschwindigkeit beschleunigt sind, könnte dieser Prozess durch Verwendung von Lasern auf der Erde oder im All, um Strahlung auf das Segel zu lenken, überholt werden. Leider ist die Technologie zum Falten und Entfalten eines extrem dünnen Sonnensegels noch nicht verfügbar, sodass der Bau möglicherweise im Weltraum erfolgen muss, was die Angelegenheit erheblich verkompliziert.
Eine andere, futuristischere Form des Weltraumantriebs wäre die Verwendung von Antimaterie als Treibstoff für den Antrieb, wie dies bei einigen Raumschiffen in der Science-Fiction der Fall ist. Heute ist Antimaterie die teuerste Substanz auf der Erde und kostet etwa 300 Milliarden US-Dollar pro Milligramm. Bisher wurden nur einige Nanogramm Antimaterie hergestellt, die ausreichen, um eine Glühbirne für einige Minuten zu beleuchten.
Der Hauptunterschied zwischen vielen der genannten Technologien und chemischen Raketen besteht darin, dass diese Technologien Raumfahrzeuge möglicherweise auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigen können, während chemische Raketen dies nicht können. Die langfristige Zukunft der Raumfahrt liegt also in einer dieser Technologien.