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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?

  • Enas Yorl
    antwortet
    Zitat von Cordess Beitrag anzeigen
    Wieviel Wärmenergie in Joule kann man denn im Weltraum bei etwa 1 m² Radiatorfläche (in beide Richtungen) abgeben?
    Zitat von McWire Beitrag anzeigen
    -> Strahlungsaustausch ? Wikipedia

    Die Strahlungsleistung eines Radiators hängt von der Temperatur ab und einiger anderer Konstanten ab.

    Die Fläche alleine reicht nicht, um einen Zahlenwert angeben zu können.
    Hinzu kommen noch die Leistungsfaktoren der Wärmepumpe, es sei den das System arbeitet passiv, was dann aber einen niedrigeren Wirkungsgrad des Gesamtsystems zur Folge hat. Hier ein Link zu den Radiatoren der ISS:
    Heat Rejection Radiators | Lockheed Martin

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  • McWire
    antwortet
    Zitat von Pyromancer Beitrag anzeigen
    Eine erste Näherung liefert Stefan Boltzmann :
    Stefan-Boltzmann-Gesetz ? Wikipedia

    Die Realität ist natürlich etwas komplizierter.
    Ja klar, weil es in der Realität keine "schwarzen Strahler" gibt.
    Also wenn man diese Formel anwendet, kommt man für eine Radiatortemperatur von sagen wir mal 400 K auf eine Strahlungsleistung von 1451 Joule / m² , also 1451 Joule für die Fläche von einem Quadratmeter.

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  • Pyromancer
    antwortet
    Zitat von Cordess Beitrag anzeigen
    Wieviel Wärmenergie in Joule kann man denn im Weltraum bei etwa 1 m² Radiatorfläche (in beide Richtungen) abgeben?
    Eine erste Näherung liefert Stefan Boltzmann :
    Stefan-Boltzmann-Gesetz ? Wikipedia

    Die Realität ist natürlich etwas komplizierter.

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  • McWire
    antwortet
    Zitat von Cordess Beitrag anzeigen
    Wieviel Wärmenergie in Joule kann man denn im Weltraum bei etwa 1 m² Radiatorfläche (in beide Richtungen) abgeben?
    -> Strahlungsaustausch ? Wikipedia

    Die Strahlungsleistung eines Radiators hängt von der Temperatur ab und einiger anderer Konstanten ab.

    Die Fläche alleine reicht nicht, um einen Zahlenwert angeben zu können.

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  • Cordess
    antwortet
    Wieviel Wärmenergie in Joule kann man denn im Weltraum bei etwa 1 m² Radiatorfläche (in beide Richtungen) abgeben?

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  • Enas Yorl
    antwortet
    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.

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  • McWire
    antwortet
    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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  • Enas Yorl
    antwortet
    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.

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  • McWire
    antwortet
    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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  • Enas Yorl
    antwortet
    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.

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  • bozano
    antwortet
    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!

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  • Enas Yorl
    antwortet
    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.

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  • Pyromancer
    antwortet
    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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  • kosmoaffe
    antwortet
    Ist im All die Form nicht egal,da man im All sowieso ein Kühlmedium wie z.B. Stickstoff benutzen würde?

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