Um die riesigen Entfernungen bis zu den Sternen zu überwinden, und seien es auch nur unsere nächsten Nachbarn wie die Sonne, Alpha Centauri oder Barnards Pfeilstern, bedarf es einer treibstoffeffizienten Fortbewegungsmethode, wenn das Raumschiff nicht nur ein riesiger Kraftstofftank mit einer winzigen Mannschaftskabine sein soll. Robert Forward veranschlagt in seinem 1995 erschienenen Buch "Any Sufficiently Advanced Technology is Indistinguishable from Magic" (Jede hinreichend fortschrittliche Technologie ist nicht von mit Magie zu unterscheiden) eine annehmbare Geschwindigkeit für ein interstellares Raumschiff auf 10% der Lichtgeschwindigkeit. Soll die Reise hingegen weitergehen, zu Epsilon Eridani oder Tau Ceti z.B., müssten 30% der Lichtgeschwindigkeit angestrebt werden. Diese Geschwindigkeiten liegen innerhalb der Grenzen der Fluggeschwindigkeiten der "treibstofflosen" Raumflugzeuge, Lichtsegel und Staustrahltriebwerke.

Das interstellare Staustrahltriebwerk sammelt während des Fluges mit Hilfe eines starken Magnetfelds interstellaren Wasserstoff. Je höher die Geschwindigkeit, umso mehr Wasserstoff wird gesammelt.

R.W. Bussard hat sein interstellares Staustrahltriebwerk 1960 vorgestellt. Das Original-Fluggerät sammelt mit einem großen Magnettrichter geladene Teilchen aus dem interstellaren Medium und leitet sie zu einem H-He-Fusionsreaktor, in dem sie zu Treibstoff umgewandelt werden. Nach Bussards Berechnungen würde ein 10001-Raumschiff mit 100% Reaktorwirkungsgrad, das Treibstoff aus einem Medium mit einem geladenen Nukleon/cm3 sammelt, fast endlos bei 1 g beschleunigen. In einem Jahr würde das Raumschiff Lichtgeschwindigkeit und in der subjektiven Lebenszeit der Mannschaft auch das Ende des Universums erreichen. Der Trichter des 1000 t-Fahrzeugs müsste bei einem Weltraummedium mit einer Dichte von 1000 Atomen/cm3 einen Durchmesser von 100 km haben.

Die Spitzengeschwindigkeit des Bussardschen interstellaren Staustrahltriebwerks liegt theoretisch sehr nahe an der Lichtgeschwindigkeit, aber praktisch wird sie möglicherweise durch die Dichte des interstellaren Mediums, den Widerstand des Magnetfeldes und die Bremswirkung der einströmenden Protonen gemindert. Das Staustrahltriebwek Bussards hat den Vorteil, dass es keinen Treibstoff mitzuführen braucht. Ein Nachteil ist, dass es nicht vom Stillstand aus funktioniert, sondern auf 4-6% der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden muss, um den richtigen Strom von geladenen Teilchen zu bekommen.

Poul Anderson ("Tau Zero") und besonders Larry Niven ("Tales of Known Space") setzen in ihren SF-Romanen ausgiebig interstellare Staustrahltriebwerke ein. Hier wurde interstellarer Wasserstoff in elektromagnetisch aufgeladenen Netzen eingefangen, komprimiert und in einen Ring eingeschnürter Kraftfelder geleitet und dort in einem Fusionsfeuer verbrannt. Nivens Staustrahltriebwerke erreichen ihre Höchstgeschwindigkeit, wenn die Geschwindigkeit des einströmenden interstellaren Wasserstoffs der Geschwindigkeit des Abgasstrahls bei einem beträchtlichen Prozentsatz der Lichtgeschwindigkeit gleichkommt. Bei einer Verfolgungsjagd zwischen zwei Staustrahl-Raumfahrzeugen in dem Roman "Ethics of Madness" verlassen beide Raumschiffe die Milchstrasse. In Nivens Schilderungen der Man-Kzinn-Kriege kommt es zu zahlreichen frühen Begegnungen zwischen interstellaren Staustrahl-Raumfahrzeugen und den außerirdischen Raumschiffen. Die ersten Staustrahl-Raumfahrzeuge waren unbemannt, aber spätere Versionen führten eine Mannschaft mit sich und waren weiterentwickelt, um den Schub durch Antimaterie/Materie-Reaktionen zu erhöhen. Die meisten dieser bemannten Bussard-Staustrahl-Raumfahrzeuge in Nivens Geschichten besitzen zwei Antriebsstufen. Der erste Stufe ist ein laser-angetriebenes Lichtsegel - oder ein gewöhnliches Raketensystem, und wenn der richtige Prozentsatz der Lichtgeschwindigkeit (4-6%) erreicht ist, schaltet sich das interstellare Staustrahltriebwerk ein. Eins dieser Raumfahrzeuge aus Nivens Man-Kzinn-Kriegen führt seine eigene Antimaterie mit sich, sammelt aber mit einem Standard-Bussard-Stautrichter interstellaren Wasserstoff für den Materie/Antimaterie-Antrieb. Das dürfte den Schub enorm verstärken, und ein Fusionsreaktor wäre nicht erforderlich, weil die notwendige Hitze durch die Materie/Antimaterie-Reaktion erzeugt wird.

Niven ist sich auch der von starken Magnetfeldern ausgehenden Gefahren für lebende Organismen bewusst und setzt dem Einsatz von Bussard-Staustrahl-Triebwerken einige Grenzen. Zu den Modifikationen am ursprünglichen interstellaren Staustrahl-Triebwerkkonzept gehören das Aufladen der einströmenden neutralen Teilchen mit Hilfe eines Lasers, die Beschleunigung auf die Staustrahlgeschwindigkeit mit einem Lichtsegel, die Erhöhung des Schubs des Raumfluggerätes durch Antimaterie/Materie-Reaktionen, der Einsatz eines Beschleunigers als Alternative zum Reaktionsmasseantrieb - letzteres könnte durch Fusion oder Antimateriekatalyse verbessert werden. Mit einem Laser an Bord oder auf der Erde könnte das in das interstellare Staustrahl-Triebwerk strömende Plasma aufgeheizt werden, um den Schub noch zu erhöhen.

Der "Ram Augmented Interstellar Ramjet" mit Mehrfachbetriebszyklus (RAIR) (interstellares Staustrahltriebwerk mit verbessertem Kollektorsystem und Mehrfachbetriebszyklus) wurde 1974 von Alan Bond konzipiert. Wie das Bussard-Staustrahltriebwerk fängt das RAIR mit einem elektromagnetischen Kollektor interstellare Materie ein. Das RAIR verfügt über einen fusionsbetriebenen elektromagnetischen Beschleuniger, der in der Achse des Raumschiffs liegt. Die Materie vor dem Raumschiff würde mit einem Laser ionisiert und eingefangen. Sie würde aber nicht als Treibstoff verbrannt, sondern lediglich als Rückstoßmasse verwendet. Der Beschleuniger dient also nur zur Erzeugung eines Staustrahls.

Es werden auch Laser-gestützte Staustrahltrichter erwähnt. Hierbei könnte das einströmende Plasma aufgeheizt und im Staustrahlrohr beschleunigt, womit möglicherweise Fusionspulse ausgelöst werden könnten. Dadurch könnte der Schub verstärkt und dem Raumschiff eine höhere Beschleunigung verliehen werden. Allerdings müsste der Laser gespeist werden. Eine andere Version verwendet, ähnlich wie die mit einem Lichtsegel gestarteten Staustrahlfluggeräte, einen Laser auf der Erdumlaufbahn, um das Raumschiff mit Energie zu versorgen. Aber hier dient der Laserstrahl nicht dem Antrieb, sondern er wird im Raumschiff gebündelt, um die einströmenden Ionen aufzuheizen. Dadurch würde der Schub verstärkt und die Beschleunigung erhöht, aber die Wirkung des Lasers würde, so wie bei den Lichtsegeln, mit der Entfernung des Raumschiffs abnehmen.

Zu den Beschränkungen der Staustrahltrichter gehören auch der Treibstoff, denn man weiß nicht, ob genügend Moleküle eingefangen werden könnten. Ein weiteres schwerwiegendes Problem ist der beim Staustrahltrichter auftretende Bremseffekt. Magnetfelder fangen Teilchen ein, die wiederum der Einleitung in den Trichter Widerstand leisten. Dadurch würde das Raumschiff einen umfangreichen Materiekegel vor sich herschieben, der es abbremst. Interstellare Staustrahltriebwerke wären auch sehr groß. Das NASA-Modell sieht eine 45-jährige Mission zu Alpha Centauri mit einem 3000 t-Raumschiff vor, das einen Einlass mit 650 km Durchmesser hätte. Science-fiction-Schriftsteller sprechen oft von Magnetfeldern, die sich über Tausende von Kilometern erstrecken. Doch wären interstellare Raumschiffe, die ihren eigenen Treibstoff mitführen, sehr viel größer.

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