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Kühlung im Weltraum durch Wärmestrahlung, welche Rolle spielt die Geometrie?

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  • Kühlung im Weltraum durch Wärmestrahlung, welche Rolle spielt die Geometrie?

    Wenn man auf der Erde einen runden Kühlkörper hat, dann ist der keine Kugel und auch kein Zylinder, sondern eher etwas sternförmiges mit vielen Lamellen die wie bei einem bildlichen Stern nach außen ragen um die Oberfläche zu vergrößern um damit letzten endes die Kühlwirkung zu vergrößern, da nun so viel mehr Fläche Kontakt mit der Umgebungsluft oder dem Kühlwasser, die die Wärmeenergie abnimmt, hat.

    Aber im Weltraum gibt es bekanntlich keine Umgebungsluft und auch kein Kühlwasser das man als Medium zum ableiten der Wärme nutzen könnte.
    Die einzige Möglichkeit die Wärme im Weltraum abzuführen ist also die Wärmestrahlung.


    Nun ist es aber so, Wärmestrahlung trifft auch irgendwann wieder auf ein Objekt und erwärmt dieses. Wenn man also eine sternförmige Kugel oder Zylinderform hätte, dann müßte ein Teil der Wärmestrahlung ja wieder auf die Kugel- oder Zylinderform zurücktreffen und dem Kühleffekt entgegen wirken.
    Ist das so richtig?


    Wenn ja, dann wäre ja eine Kugelform oder eben eine Kreuzform, also eine Form bei der es kaum Rückspiegelungen geben kann, eine der wenigen sinnvollen Kühlkörperformen. Ist das so richtig?
    Ein paar praktische Links:
    In Deutschland empfangbare FreeTV Programme und die jeweiligen Satellitenpositionen
    Aktuelles Satellitenbild
    Radioaktivitätsmessnetz des BfS

  • #2
    Zitat von Cordess Beitrag anzeigen
    Wenn ja, dann wäre ja eine Kugelform oder eben eine Kreuzform, also eine Form bei der es kaum Rückspiegelungen geben kann, eine der wenigen sinnvollen Kühlkörperformen. Ist das so richtig?
    Es ist komplizierter.

    Und was man auf jeden Fall bedenken muss ist, dass natürlich nicht nur der Körper abstrahlt, sondern die Sonne auch auf den Körper einstrahlt und aufheizend wirkt. Deshalb braucht man einen Kühlkörper, der in Richtung Sonne eine möglichst kleine Fläche hat, in alle anderen Richtungen aber eine möglichst große. Deshalb nimmt man in der Praxis dünne Platten.

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    • #3
      Zitat von Pyromancer Beitrag anzeigen
      Es ist komplizierter.

      Und was man auf jeden Fall bedenken muss ist, dass natürlich nicht nur der Körper abstrahlt, sondern die Sonne auch auf den Körper einstrahlt und aufheizend wirkt. Deshalb braucht man einen Kühlkörper, der in Richtung Sonne eine möglichst kleine Fläche hat, in alle anderen Richtungen aber eine möglichst große. Deshalb nimmt man in der Praxis dünne Platten.
      Aber diese Platten würde man niemals paralell ausrichten, denn dann bestrahlen die sich ja gegenseitig.
      Richtig?
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      • #4
        Zitat von Cordess Beitrag anzeigen
        Aber diese Platten würde man niemals paralell ausrichten, denn dann bestrahlen die sich ja gegenseitig.
        Richtig?
        Richtig, auf den Bild sind die ausgeklappten weißen Radiatoren der ISS gut zu erkennen.
        Angehängte Dateien
        Well, there's always the possibility that a trash can spontaneously formed around the letter, but Occam's Razor would suggest that someone threw it out.
        Dr. Sheldon Lee Cooper

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        • #5
          Nicht nur die Form ist wichtig, sondern auch das Material. Auch eine Sternform ist an sich kein Problem, solange man ein Material benützt, das die Wärmestrahlung gut reflektiert (Alu ist so ein Stoff im gegesatz zu rostigem Eisen, wenn ich mich nicht irre).
          Loriot: Kraweel, kraweel. Taub-trüber Ginst am Musenhain, trüb-tauber Hain am Musenginst. Kraweel, kraweel.

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          • #6
            Ist im All die Form nicht egal,da man im All sowieso ein Kühlmedium wie z.B. Stickstoff benutzen würde?
            "Eines Tages wird alles gut sein, das ist unsere Hoffnung. Heute ist alles in Ordnung, das ist unsere Illusion." Voltaire

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            • #7
              Zitat von kosmoaffe Beitrag anzeigen
              Ist im All die Form nicht egal,da man im All sowieso ein Kühlmedium wie z.B. Stickstoff benutzen würde?
              Äh, Enas Yorl hat das Bild von der IIS mit den Radiatoren doch oben gepostet. Nichts mit "würde", im Weltall wird über Abstrahlung gekühlt.

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              • #8
                Zitat von bozano Beitrag anzeigen
                Nicht nur die Form ist wichtig, sondern auch das Material. Auch eine Sternform ist an sich kein Problem, solange man ein Material benützt, das die Wärmestrahlung gut reflektiert (Alu ist so ein Stoff im gegesatz zu rostigem Eisen, wenn ich mich nicht irre).
                Wichtig ist vor allen ein großes Oberflächen/Volumen-Verhältnis, Rückstrahlungen sind ja eher Kontraproduktiv. Wichtig ist natürlich auch ein geringes Gewicht, und das ganze muss dann auch noch in die Rakete passen. Deshalb verwendet man ja Platten, diese lassen sich mit einen einfachen Mechanismus ausfalten.

                Zitat von kosmoaffe Beitrag anzeigen
                Ist im All die Form nicht egal,da man im All sowieso ein Kühlmedium wie z.B. Stickstoff benutzen würde?
                Nur wenn man aktiv kühlt, was dann aber Kühlmittel (den flüssigen Stickstoff) verbraucht. Interessant ist in diesen Zusammenhang, das man bei kaum einen SF-Raumschiff Radiatoren findet, bei den Energiemengen welche z.B. die USS Enterprise so einsetzt, sollte diese eigentlich vor Hitze glühen.
                Well, there's always the possibility that a trash can spontaneously formed around the letter, but Occam's Razor would suggest that someone threw it out.
                Dr. Sheldon Lee Cooper

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                • #9
                  Zitat von kosmoaffe
                  Ist im All die Form nicht egal,da man im All sowieso ein Kühlmedium wie z.B. Stickstoff benutzen würde?
                  Stickstoff wird auch warm. Aber bei der Frage ging es auch nicht um die ISS, sondern um Wärmestrahlung. Da sind Begriffe wie "schwarze Körper" (oder waren es dukle Körper?) und "weise Körper" von entscheidender Bedeutung, wobei sich die Begriffe nicht auf die tatsächliche Farbe beziehen.


                  .
                  EDIT (autom. Beitragszusammenführung) :

                  bozano schrieb nach 12 Minuten und 37 Sekunden:

                  Zitat von Enas Yorl
                  Wichtig ist vor allen ein großes Oberflächen/Volumen-Verhältnis, Rückstrahlungen sind ja eher Kontraproduktiv. Wichtig ist natürlich auch ein geringes Gewicht, und das ganze muss dann auch noch in die Rakete passen. Deshalb verwendet man ja Platten, diese lassen sich mit einen einfachen Mechanismus ausfalten.
                  Natürlich bringt ein geringeres Gewicht Vorteile mit sich: Man braucht weniger Gewicht zu befördern und auch die innere Energie ist bei gleicher Temperatur auch kleiner. Aber darum ging es bei der Frage oben ja nicht.
                  Interessant ist in diesen Zusammenhang, das man bei kaum einen SF-Raumschiff Radiatoren findet, bei den Energiemengen welche z.B. die USS Enterprise so einsetzt, sollte diese eigentlich vor Hitze glühen.
                  Du gehst davon aus, die Enterprise wäre so ineffektiv, dass sie ihre Energie in Form von Wärme verliert. Wahrscheinlich hat man aber überall Supraleiter verwendet, oder die Probleme anders behoben.
                  Zuletzt geändert von bozano; 02.03.2010, 20:13. Grund: Antwort auf eigenen Beitrag innerhalb von 24 Stunden!
                  Loriot: Kraweel, kraweel. Taub-trüber Ginst am Musenhain, trüb-tauber Hain am Musenginst. Kraweel, kraweel.

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                  • #10
                    Zitat von bozano Beitrag anzeigen
                    Du gehst davon aus, die Enterprise wäre so ineffektiv, dass sie ihre Energie in Form von Wärme verliert. Wahrscheinlich hat man aber überall Supraleiter verwendet,
                    Ein verlustfreier Energietransport, löst das Problem der Abwärme bei den Endverbrauchern nicht.

                    Zitat von bozano Beitrag anzeigen
                    oder die Probleme anders behoben.
                    Also die Wärme mit Phantasietechnik einfach weggebeamt.
                    Well, there's always the possibility that a trash can spontaneously formed around the letter, but Occam's Razor would suggest that someone threw it out.
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                    • #11
                      Zitat von Enas Yorl Beitrag anzeigen
                      Also die Wärme mit Phantasietechnik einfach weggebeamt.
                      In Star Trek kann man elektromagnetische Energie in Warpfelder oder andere Subraumfelder umsetzen... von daher kann man die Abwärme einfach über den Warpantrieb abgeben... was wohl auch ein Grund sein dürfte, warum die Warpgondeln auch bei Impulsgeschwindigkeit aktiv sind.

                      Ansonsten könnte man versuchen die Wärmestrahlung dazu zu nutzen elektrischen Strom und daraus Radiowellen zu erzeugen und das Raumschiff permanent Radiowellen abstrahlen lassen.

                      -> Thermoelektrizität ? Wikipedia
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                      Treknology-Wiki

                      Even logic must give way to physics. / Sogar die Logik muss sich der Physik beugen. -- Captain Spock, 2293

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                      • #12
                        Zitat von McWire Beitrag anzeigen
                        In Star Trek kann man elektromagnetische Energie in Warpfelder oder andere Subraumfelder umsetzen... von daher kann man die Abwärme einfach über den Warpantrieb abgeben... was wohl auch ein Grund sein dürfte, warum die Warpgondeln auch bei Impulsgeschwindigkeit aktiv sind.
                        Dann wären die Warpgondeln der Radiator, so habe ich das aber nicht im technical manual gelesen. Für mich klingt das mehr, wie eine Fanlösung zur Ehrenrettung.

                        Zitat von McWire Beitrag anzeigen
                        Ansonsten könnte man versuchen die Wärmestrahlung dazu zu nutzen elektrischen Strom und daraus Radiowellen zu erzeugen und das Raumschiff permanent Radiowellen abstrahlen lassen.
                        Das funktioniert aber nur mit einen sehr schlechten Wirkungsgrad, ansonsten könnte man nämlich die Entropie umdrehen. Und das beißt sich mit den zweiten Satz der Thermodynamik.
                        Well, there's always the possibility that a trash can spontaneously formed around the letter, but Occam's Razor would suggest that someone threw it out.
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                        • #13
                          Zitat von Enas Yorl Beitrag anzeigen
                          Dann wären die Warpgondeln der Radiator, so habe ich das aber nicht im technical manual gelesen. Für mich klingt das mehr, wie eine Fanlösung zur Ehrenrettung.
                          Die Warpspulen machen aus in Plasma gespeicherter elektromagnetischer Energie Subraumfelder für den Warpantrieb. Steht so im TM.
                          Was spricht dagegen das bisschen Abwärme über ein Kühlsystem zusätzlich in das Plasma zu stecken?

                          Ich habe da nur kreativ weiter gedacht.

                          Ansonsten erzeugt der Impulsantrieb ja noch einen Abgasstrahl, über den man auch Wärme ableiten kann.


                          Zitat von Enas Yorl Beitrag anzeigen
                          Das funktioniert aber nur mit einen sehr schlechten Wirkungsgrad, ansonsten könnte man nämlich die Entropie umdrehen. Und das beißt sich mit den zweiten Satz der Thermodynamik.
                          Es funktioniert aber, auch ohne SF-Pyhsik

                          Man könnte natürlich auch ein aktives Kühlsystem in das Raumschiff einbauen, was so ähnlich wie ein Kühlschrank funktioniert.
                          Dadurch kann man die Abwärme ziemlich stark bündeln, da man eine Ausgleichsflüssigkeit sehr viel stärker erhitzen muss um den Rest des Raumschiffes zu kühlen und je größer die Temperatur des Strahlers, desto stärker der Energiefluss.

                          Das braucht natürlich wiederum zusätzliche Energie, für das Kühlsystem, was wiederum auch Abwärme erzeugt.
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                          • #14
                            Zitat von McWire Beitrag anzeigen
                            Was spricht dagegen das bisschen Abwärme über ein Kühlsystem zusätzlich in das Plasma zu stecken?

                            Ich habe da nur kreativ weiter gedacht.
                            Ich wollte ursprünglich nur bemerken, das sich eigentlich kaum ein SF-Universum um das Abwärmeproblem von Raumschiffen Gedanken macht. Das technical manual von ST ignoriert das Problem ebenfalls. Es war von mir keineswegs beabsichtigt ST-Fans ans Bein zu pissen.

                            Zitat von McWire Beitrag anzeigen
                            Es funktioniert aber, auch ohne SF-Pyhsik

                            Man könnte natürlich auch ein aktives Kühlsystem in das Raumschiff einbauen, was so ähnlich wie ein Kühlschrank funktioniert.
                            Dadurch kann man die Abwärme ziemlich stark bündeln, da man eine Ausgleichsflüssigkeit sehr viel stärker erhitzen muss um den Rest des Raumschiffes zu kühlen und je größer die Temperatur des Strahlers, desto stärker der Energiefluss.

                            Das braucht natürlich wiederum zusätzliche Energie, für das Kühlsystem, was wiederum auch Abwärme erzeugt.
                            Genauso macht man es auch in der ISS, nur braucht man deshalb trotzdem einen ausreichend großen Radiator, und den kann ich bei kaum einen SF-Raumschiff finden.
                            Well, there's always the possibility that a trash can spontaneously formed around the letter, but Occam's Razor would suggest that someone threw it out.
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                            • #15
                              Wieviel Wärmenergie in Joule kann man denn im Weltraum bei etwa 1 m² Radiatorfläche (in beide Richtungen) abgeben?
                              Ein paar praktische Links:
                              In Deutschland empfangbare FreeTV Programme und die jeweiligen Satellitenpositionen
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