Sublichtantriebe und Abwärme

[Prot]

Wasserdampf betriebene Turbinen im Weltall, hört sich nach Stoff für einen Steampunk Film an

[HMS Fearless]

Tor

Die Dampfurbine wandelt sowenig Wärme in Strom um wie eine Wasserturbine Wasser in Strom umwandelt.
Beide beziehen ihre Energie aus dem Energiegefälle.

Du hast hinter der Turbine noch genau gleich viel Wärmeenergie wie vor der Turbine. Nur ist der Dampf (oder was du sonst als Medium verwendest) nun weniger heiss. Die Wärmeenergie ist die selbe, sie ist nur auf einem niedrigeren Energieniveau.
Um das Energiegfälle zu bekommen musst du die Energie hinter der Turbine wegführen. Das geht im Weltraum letzten Endes nur über einen Radiator.
Und je weniger heiss dein Medium ist, desto grösser muss die Fläche des Radiators sein um die Energie abzustrahlen.

[ThorKonnat]

Gut hier waren meine Ausführungen stellenweise wohl etwas unvollständig .
Schau dir bei meiner Quellenangabe bitte mal das Schema zur Funktion an. Nach der Turbine befindet sich ein Kondensator mit einem zweiten Wasserkreislauf der das einkommende heiße Wasser / Dampf wieder runterkühlt und die Wärme aus dem ersten Kreislauf abtransportiert. Dies könnte man dann mehrfach weitermachen bis die Wärme soweit abgetragen ist dass man damit zB ein Aboretum heizen könnte.
Ich hatte - wie auch den Generator hinter der Turbine - den Kondensator als gegeben vorausgesetzt.

[Schlachti]

Gut hier waren meine Ausführungen stellenweise wohl etwas unvollständig .
Schau dir bei meiner Quellenangabe bitte mal das Schema zur Funktion an. Nach der Turbine befindet sich ein Kondensator mit einem zweiten Wasserkreislauf der das einkommende heiße Wasser / Dampf wieder runterkühlt und die Wärme aus dem ersten Kreislauf abtransportiert. Dies könnte man dann mehrfach weitermachen bis die Wärme soweit abgetragen ist dass man damit zB ein Aboretum heizen könnte.
Ich hatte - wie auch den Generator hinter der Turbine - den Kondensator als gegeben vorausgesetzt.

Wenn du dem Dampf die Wärme entziehst hast, du sie aber trotzdem noch an Bord. Und die Hülle als Radiator zu verwenden reicht vielleicht, wenn man sich im Orbit befindet oder nur mit niedrigen Werten beschleunigt, aber garantiert nicht bei hohen Belastungen des Antriebes oder beim Einsatz von Waffen.

Bei zivilen Schiffen ist das wie gesagt, kein Problem. Ein paar größere Radiatoren rangeschraubt, und das Schiff kann ohne Pausen zur Wärmeabgabe, die ganze Strecke über beschleunigen.

Bei Kriegsschiffen funktioniert, das eben nicht, weil die Dinger sehr groß, und dadurch sehr leicht zu treffen und extrem verwundbar sind. Kriegsschiffe haben aber ein noch größeres Problem mit der Hitze. Sie müssen nicht nur mit 1g beschleunigen können sondern im Notfall auch höhere Werte einsetzen und die Waffen werden sowieso extrem große Wärmequellen sein. Diese Wärme muss nun effektiv von Bord geschafft werden. Und in dem man den Charged Particle Radiator verwendet, schafft man die benötigte große Oberfläche ohne die damit einhergehende Verwundbarkeit. Und selbst das wird nicht reichen und das Schiff muss die Wärme die nicht darüber und über die Hülle abgeführt werden kann, speichern um sie später abzugeben.

[McWire]

Warum sollte man Wärme mittels Radiatoren abstrahlen ? Man kann sie innerhalb des Schiffes zur Klimatisierung oder zur Energiegewinnung (Ja es gibt Wärmekraftwerke Wassererhitzung->Turbinen->Energieerzeugung) nutzen. So hätte man einen geschloßenen Kreislauf ohne das man Energie gleich welcher Form in nennenswerten Dimensionen verlieren würde.

Das Problem ist aber, dass du aufgrund der Entropie (-> http://de.wikipedia.org/wiki/Entropie_(Thermodynamik) ) nicht ein niedere Energieform (Wärme) vollständig in eine höhere Energieform (Elektrizität) umwandeln kannst, ohne Arbeit zu verrichten.
Und um Arbeit zu verrichten, musst du wieder Energie einsetzen, was wiederum Abwärme produziert.

Das ist ein Teufelskreis.

Das beste ist die Wärme abzustrahlen, weile jede weitere Nutzung der Wärme zusätzlich Energie bedarf, was noch mehr Abwärme produziert.

[Enas Yorl]

Meine Idee für die Entsorgung der Abwärme wäre die Infrarotstrahlung in Radiowellen umzuwandeln, da sich diese leichter und zielgerichteter abstrahlen lassen.

Dafür muss man das Wärmepotential mit einen hohen Wirkungsgrad in Radiostrahlung umwandeln, und das am besten ohne dabei ein Temperaturgefälle auszunutzen. Darf ich fragen, welches Verfahren dir dafür vorschwebt, das als Gesamtsystem effizienter ist, als die Kombination von Wärmepumpe und Radiator?

Man könnte den Dampf aber solange durch Turbinen jagen oder in Leitungen nahe der Außenhaut entlang führen bis er abgekühlt ist. Das Universum ist schließlich nach allen Maßstäben verdammt kalt und sollte als natürliches Kühlmittel ganz gut herhalten.

Hier hast du etwas gründlich missverstanden, ein Raumschiff im Vakuum ist mit einer Thermosflasche vergleichbar. Es gibt kein leitendes Medium das die Temperatur vom Raumschiff abführt, nur durch die Wärmestrahlung verliert das Raumschiff Wärmeenergie. Und dieser Verlust durch die Wärmestrahlung ist gerade bei kompakten Körpern sehr gering.

[McWire]

Dafür muss man das Wärmepotential mit einen hohen Wirkungsgrad in Radiostrahlung umwandeln, und das am besten ohne dabei ein Temperaturgefälle auszunutzen. Darf ich fragen, welches Verfahren dir dafür vorschwebt, das als Gesamtsystem effizienter ist, als die Kombination von Wärmepumpe und Radiator?

Naja Wärme ist nichts weiter als kinetische Energie von Teilchen. Der Trick dabei wäre, die Teilchenbewegung abzubremsen und dabei kinetische Energie auf geladene Partikel zu übertragen, welche ein elektromagnetisches Wechselfeld erzeugen.

Über eine Wärmepumpe müsste man die Abwärme auf ein elektrisch geladenes Medium übertragen und die entstehenden Spannungsschwankungen durch die Bewegung der geladenen Teilchen irgendwie abgreifen.

Man könnte sich hier als Vorbild das Magnetfeld von Sternen nehmen, was ja einzig und alleine auf plasmadynamischen Prozessen basiert, die wiederum durch Wärmeenergie gespeist werden.

Das Problem ist halt ein entsprechendes Gefälle zu produzieren.

[Enas Yorl]

Naja Wärme ist nichts weiter als kinetische Energie von Teilchen. Der Trick dabei wäre, die Teilchenbewegung abzubremsen und dabei kinetische Energie auf geladene Partikel zu übertragen, welche ein elektromagnetisches Wechselfeld erzeugen.
Über eine Wärmepumpe müsste man die Abwärme auf ein elektrisch geladenes Medium übertragen und die entstehenden Spannungsschwankungen durch die Bewegung der geladenen Teilchen irgendwie abgreifen.
Man könnte sich hier als Vorbild das Magnetfeld von Sternen nehmen, was ja einzig und alleine auf plasmadynamischen Prozessen basiert, die wiederum durch Wärmeenergie gespeist werden.
Das Problem ist halt ein entsprechendes Gefälle zu produzieren.

Und das mit einen hohen Wirkungsgrad und einen vernünftigen technischen Aufwand (von den technischen Fragen so etwas zu realisieren, ganz zu schweigen). Ehrlich gesagt habe ich Zweifel, das so ein System bei der praktischen Anwendung einen Radiator vorzuziehen ist.

[McWire]

Und das mit einen hohen Wirkungsgrad und einen vernünftigen technischen Aufwand (von den technischen Fragen so etwas zu realisieren, ganz zu schweigen). Ehrlich gesagt habe ich Zweifel, das so ein System bei der praktischen Anwendung einen Radiator vorzuziehen ist.

Wenn es um die Frage der thermischen Tarnung von Kriegsschiffen geht, wäre das durchaus eine Alternative, die man bedenken kann.

Was mir vorschwebt wäre ein thermischer Pendant zum photoelektrischen Effekt, also das herausschlagen von Elektronen aus einer Oberfläche durch Erhitzung.

Wir wissen ja, dass die meisten Materialien beim Erwärmen Licht abgeben, da sie ja irgendwann anfangen zu glühen. Wenn man also die Abwärme bündelt, kann man sie sogar als Antriebsenergie verwenden, da ja auch ein Photonenstrom ein Raumschiff antreiben kann.

[Enas Yorl]

Was mir vorschwebt wäre ein thermischer Pendant zum photoelektrischen Effekt, also das herausschlagen von Elektronen aus einer Oberfläche durch Erhitzung.

Bedauerlicherweise haben die Formen der thermischen Erzeugung von Licht, nur einen recht schlechten Wirkungsgrad. Auf diese Weise wird nur ein sehr kleiner Teil der Energie in Photonen umgesetzt. Das Abwärmeproblem von Raumschiffen mit hohen Energieumsatz, wird man so kaum lösen können.

Wir wissen ja, dass die meisten Materialien beim Erwärmen Licht abgeben, da sie ja irgendwann anfangen zu glühen. Wenn man also die Abwärme bündelt, kann man sie sogar als Antriebsenergie verwenden, da ja auch ein Photonenstrom ein Raumschiff antreiben kann.

Einfacher wäre es, mit der Abwärme eine Stützmasse aufzuheizen, und dieses als Antrieb zu nützen.

[Questerer]

Auch hier gibt es aus Mass Effect ein Konzept. In Gefechten wird die Abwärme benutzt um Lithium zu erhitzen. Dieses wird dann als sehr feines Spray ins All geblasen (durch die feine Verteilung hat es eine große Oberfläche und kann so recht schnell seine Wärme abgeben) und am Heck wieder eingesammelt.
Ob das mit dem Einsammeln so gut funktioniert sei mal dahin gestellt. Aber selbst ohne Einsammeln ist es eine gute Idee. In Gefechten einfach, die Abwärme nutzen um eine Flüssigkeit zu erhitzen die bei hohen Temperaturen erst verdampft und diesen Dampf und damit die Hitze ins All zu lassen. Natürlich würde es nur in Situationen wie Gefechten genutzt werden, da man das Zeug immer wieder nachfüllen muss.

Wenn man davon ausgeht, dass das wiedereinsammeln nicht funktioniert, warum dann das superheiße Lithium nicht als Waffe benutzen? Entweder indem man es direkt in Richtung eines feindlichen Schiffes beschleunigt oder indirekt um ein anderes Waffensystem anzutreiben. In letzterem Fall würde das Lithium als Trägerstoff dienen um die Abwärme der Antriebe zu einem Waffensystem zu transportieren und dieses damit anzutreiben. Hätte auch den Vorteil, dass die Wärme "verbraucht" wird und man das Lithium nicht mehr ins All blasen muss.

[Schlachti]

Wenn man davon ausgeht, dass das wiedereinsammeln nicht funktioniert, warum dann das superheiße Lithium nicht als Waffe benutzen? Entweder indem man es direkt in Richtung eines feindlichen Schiffes beschleunigt oder indirekt um ein anderes Waffensystem anzutreiben. In letzterem Fall würde das Lithium als Trägerstoff dienen um die Abwärme der Antriebe zu einem Waffensystem zu transportieren und dieses damit anzutreiben. Hätte auch den Vorteil, dass die Wärme "verbraucht" wird und man das Lithium nicht mehr ins All blasen muss.

Laut einem von Fearless genannten System funktioniert das ja doch. Und Lithiumpulver als Waffe einzusetzen ist wahrscheinlich nicht sehr effektiv. Vor allem weil du beim Abschuss wieder Hitze erzeugst.

Du bringst mich hier aber auf eine Gute Idee. Beim Einsatz von Projektilwaffen, könnte man doch, die Abwärme nutzen um das nächste Projektil aufzuheizen. Auf diese Weise können sie einen Großteil ihrer eigenen Abwärme, einfach mit dem Geschoss raushauen und sind so eine geringere Belastung für das Wärmeableitsystem des Schiffes.
Das ist z.B. eines der Probleme auf der Erde mit hülsenloser Munition. Man kann zwar mehr davon mitführen, die Kadenz einer Waffe ist aber stärker gesenkt, da die komplette beim Abschuss entstehende Hitze im Rohr bleibt und nicht ein großer Teil zusammen mit der Hülse ausgestoßen wird.

[McWire]

Bedauerlicherweise haben die Formen der thermischen Erzeugung von Licht, nur einen recht schlechten Wirkungsgrad. Auf diese Weise wird nur ein sehr kleiner Teil der Energie in Photonen umgesetzt. Das Abwärmeproblem von Raumschiffen mit hohen Energieumsatz, wird man so kaum lösen können.

Man könnte aber so zumindest die Radiatorenflächen verkleinern. Wenn man den Radiatoren andere Maßnahmen vorschaltet, muss man eben nicht 100% sondern vielleicht nur 60% Restwärme abstrahlen.

Ich bleibe in Zusammenhang mit Science-Fiction, um die es in diesem Forumsteil ja geht, bei meiner Idee mit dem künstlichen schwarzen Loch. Viel nachhaltiger kann man die Abwärme gar nicht entsorgen. Dann kann man auf Radiatoren ganz verzichten.

In dem Zusammenhang grübele ich gerade, wie man in der Sternenflotte in Star Trek dieses Problem gelöst haben könnte. Da es die Autoren konsequenterweise ignoriert haben, gibt es dafür ja keine kanonischen Anhaltspunkte. Wir wissen aber aus dem TNG:TM, dass es Materialien gibt, die bei Kontakt mit elektromagnetischer Energie Subraumfeldenergie generieren. Vielleicht wird die Abwärme der Star Trek-Raumschiffe einfach über die Warpgondeln reguliert. Auf jeden Fall müssen sie ein extrem fortschrittliches Kühlsystem haben, da die Raumschiffe laut Aussage einiger Episoden so gut wie keine thermische Energie abstrahlen.

[Enas Yorl]

Man könnte aber so zumindest die Radiatorenflächen verkleinern. Wenn man den Radiatoren andere Maßnahmen vorschaltet, muss man eben nicht 100% sondern vielleicht nur 60% Restwärme abstrahlen.

Das Problem dabei ist nur, dass das dann auch auf einen niedrigen Temperaturniveau funktionieren muss, ansonsten geht der Vorteil beim Betrieb der nötigen Wärmepumpe zur Konzentration der Abwärme wieder drauf.

In dem Zusammenhang grübele ich gerade, wie man in der Sternenflotte in Star Trek dieses Problem gelöst haben könnte. Da es die Autoren konsequenterweise ignoriert haben, gibt es dafür ja keine kanonischen Anhaltspunkte. Wir wissen aber aus dem TNG:TM, dass es Materialien gibt, die bei Kontakt mit elektromagnetischer Energie Subraumfeldenergie generieren. Vielleicht wird die Abwärme der Star Trek-Raumschiffe einfach über die Warpgondeln reguliert. Auf jeden Fall müssen sie ein extrem fortschrittliches Kühlsystem haben, da die Raumschiffe laut Aussage einiger Episoden so gut wie keine thermische Energie abstrahlen.

Das ist jetzt lustig, das Thema haben wir beide ja schon einmal diskutiert und zwar hier.

[McWire]

Das ist jetzt lustig, das Thema haben wir beide ja schon einmal diskutiert und zwar hier.

Hach lustig, ich bin schon damals auf die Idee mit den Radiowellen und den Warpspulen gekommen.

Dewegen kam mir das auch so bekannt vor.