Schlagkraft der Schiffe des ST-Universums...

[Nighthawk_]

Ich würde dann doch gerne wissen wie man sich dieses ganze Zeugs am effizientesten raussucht.
Irgendwie glaub ich nicht das du da Tage und Nächte mit den DVDs vor dem Bildschirm verbracht hast
Auf jeden Fall sehr interessant, die Zusammenfassung ist aber das wichtigse...

[Dax]

Ganz kurz OT: Wo hast du die VOY-Scripts her? Selber rausgeschrieben?
Ich habe nämlich bisher keine kompletten gefunden, immer nur ein paar Folgen.

[McWire]

Ich würde dann doch gerne wissen wie man sich dieses ganze Zeugs am effizientesten raussucht.
Irgendwie glaub ich nicht das du da Tage und Nächte mit den DVDs vor dem Bildschirm verbracht hast
Auf jeden Fall sehr interessant, die Zusammenfassung ist aber das wichtigse...

Ich habe 2 Seiten im "Offline Explorer" gespiegelt und die Scripte liegen als html oder txt-Dateien vor.

Ich habe da ein Programm das "Find" heißt und wo man beliebige Mengen an Dateien nach bestimmten Zeichenketten wie z.B. "Watt" oder "Joule" durchsuchen kann.
Der Rest war nachlesen obs den Sinn trifft und dann Copy & Past
(Es gab z.B. auch Krankenstation-Szenen mit Wiederbelebungsmaßnamen mit MilliJoule-Elektroschocks, die natürlich nix mit dem Thema zu tun hatten und die ich daher übergangen habe.)

Ich werde aus den einzelnen Angaben für die Ent-D und Voyager ein Energieprofil erstellen aus den Angaben, wo auch noch die Angaben der 2 TM einfließen-

Ganz kurz OT: Wo hast du die VOY-Scripts her? Selber rausgeschrieben?
Ich habe nämlich bisher keine kompletten gefunden, immer nur ein paar Folgen.

Meine Quellen sind:

Television Drama Scripts » Star Trek Minutiae

und (für Voyager)

Chakoteya's Trek Transcripts web site

Ich muss noch dazu sagen, das die Scripte von TNG allesamt Rohentwürfe der Drehbücher waren und nicht 1:1 in den Folgen umgesetzt wurde.

z.B. fehlt in der Folge "Der unmögliche Okona" das "berühmte Laser-unwirksam-gegen-Schilde-Zitat", da dieses erst im 2. Drehbuchentwurf aufgenommen wurde.

Aber die Auszüge die ich hier gepostet habe sind authentisch und canon.

[McWire]

Wie ich in http://www.scifi-forum.de/science-fi...ml#post1878820 schonmal angesprochen habe, gibts noch eine Szene in DS9, mit der man die Schlagkraft von Raumschiffen aus Star Trek bestimmten kann.

In der DS9-Folge "Der geheimnissvolle Garak" feuert eine Flotte aus Warbirds und Keldons auf den Heimatplanet der Gründer. Dabei werden innerhalb von ca 2 Minuten 30% der Planetenoberfläche zerstört.
(Auch gibts in einem Roman eine Szene wo mehrere klingonische Raumschiffe binnen eines Tages die Erde unbewohnbar machen, indem sie die Atmosphäre und Oberfläche zerstören.)

Die Anzahl der Raumschiffe der Romulaner und Cardassianer wird in Memory Alpha mit 20 angegeben. Mit dieser Zahl wird im Folgendem gerechnet.

In dem verlinkten Thread wurde deutlich, dass man etwa 2,9*10^28 Joule an Energie benötigt, um die Oberfläche eines Planeten bis in 10 km Tiefe aufzuschmelzen. Da in der Folge erwähnt wurde, dass 30% der Planetenoberfläche zerstört wurde, kann man etwa mit 9*10^27 Joule an Energie rechnen.

Die Zerstörung erfolgte innerhalb von ca 2 Minuten, ich rechnet der Einfachheit halber und da die Echtzeit nur schwer ermittelbar ist mit großzügig 300 Sekunden (5 Minuten).

9*10^27 Joule / 300 Sekunden ergibt 3*10^25 Watt Waffenleistung für die gesamte Flotte.

Geht man mal davon aus, dass ein Warbird etwa doppelt so große Feuerkraft wie eine Keldon hat, so kommt man auf:

(W+K)*20=3*10^25 Watt
W+K = 1,5*10^24 Watt
W=2*K

K = (1,5 * 10^24 Watt) / 3
W = (1,5 * 10^24 Watt) / 1,5

Ein romulanischer Warbird der D'Deridex-Klasse hat also eine Waffenleistung von 10^24 Watt
Ein cardassianischer Kreuzer der Keldon-Klasse hat eine Waffenleistung von 5*10^23 Watt.

Ein romulanischer Warbird hat nach dieser Rechnung etwa ein drittel der Schlagkraft eines ISD aus Star Wars. Eine Keldon hat etwa ein sechstel der Schlagkraft eines ISD aus Star Wars.
(ISD-Waffenleistung wird von den Fans mit 3,33* 10^24 Watt angegeben.)

[Psycho hd]

Du gibst dir ja richtig Mühe damit, finde ich gut.

In dem verlinkten Thread wurde deutlich, dass man etwa 2,9*10^28 Joule an Energie benötigt, um die Oberfläche eines Planeten bis in 10 km Tiefe aufzuschmelzen. Da in der Folge erwähnt wurde, dass 30% der Planetenoberfläche zerstört wurde, kann man etwa mit 9*10^27 Joule an Energie rechnen.

In der Episode wurde gesagt, dass man bereits 1/3 der Planetenkruste zerstört habe. Wir wissen aber nicht wie dick die Kruste der "Gründerwelt" war. 10 km könnten hinkommen, aber es ist wahrscheinlicher, dass sie um einiges dicker war.

Wenn man von einer ähnlich dicken Kruste wie der von der Erde ausgeht:

"Die kontinentale Erdkruste hat eine Dicke von 30 bis 60 km, wobei sie unter Gebirgsländern (insbesondere unter langen Gebirgsketten) viel weiter hinab reicht als im Durchschnitt. Dieser liegt bei knapp 40 km, lokale Extrema aber zwischen 25 km (Flachküsten) und 70 km (Himalaja)."
(aus Wikipedia)

[McWire]

Bei der Gelegenheit fällt mir noch ein schönes Beispiel ein.

In der VOY-Folge "Skorpion" zerstören 9 8472-Raumschiffe einen Borg-Planeten ala Todesstern, wenn auch langsamer.

Man benötigt um einen Planeten komplett aus dem hydrostatischen Gleichgewicht zu bringen sowas um die 10^38 Joule an Energie.
Der ganze Angriff von 8472 hat ca 1 Minute gedauert, also 60 Sekunden.

Damit hätte ein 8472-Raumschiff eine Schlagkraft von 10^38 (Ws) / 60 s / 9 = 1,85 * 10^35 Watt

Die Xindi-Waffe und der Planetenkiller müssten dann jeweils eine ähnlich große Leistung gehabt haben. Da wir beim Planetenkiller ihn aber leider nicht in Aktion gesehen haben, ist die Zeitspanne der totalen Auslöschung eines Planeten unbekannt. Xindi-Waffe benötigte genau wie 9 Bioschiffe etwa 1 Minute.

Also Zusammengefasst:

Bioschiff von 8472: 1,85 * 10^35 Watt
Xindi-Waffe: 1,67 * 10^36 Watt
Planetenkiller: ~ 10^34 Watt (wenn man davon ausgeht, dass er mindestens eine Stunde benötigt)

[McWire]

Mir ist noch ein Beispiel untergekommen:

Am Anfang der TNG-Folge "Hochzeit mit Hinternissen" zerstört die USS Enterprise einen Asteroiden, der sich auf einen Kollisionskurs mit Tessen III befindet. Der Asteroid besteht größtenteils aus Metall wie das fiktive Nitrium.
Zwei Photonentorpedos zerstören die Hülle und der Deflektor den Kern.

Die bekannten chemischen Elemente haben eine Dichte von 5000 bis 20.000 kg/m³. Für diesen Asteroiden, da er einer Torpedoexplosion standhielt, nehme ich mal einen Wert von 15.000 kg/m³.

Die gravitative Bindungsenergie berechnet sich mit 3/5*Gravitationskonstante*Masse²/Radius.

Masse = Volumen*Dichte

E(Grav) = 3/5*Gravitationskonstante*Volumen²*Dichte²/Radius

Kugel hat ein Volumen von 4/3*pi*Radius³

E(Grav, Kugel) = 3/5*16/9*pi²*Radius^6*Dichte²/Radius*Gravitationskonstante
E(Grav, Kugel) = 16/15*pi²*Gravitationskonstante*Dichte²*Radius^5

Die Verdampfungswärme von Eisen beträgt etwa 8 MJ/kg. Als Referenz nehm ich 10 MJ/kg.

Damit ergibt sich für die Gesamtenergie, die erforderlich um den Asteroiden weitgehend restlos zu zerstören zu:

E(Zerstörung) = 16/15*pi² * Gravitationskonstante * Dichte² * Radius^5 + 10 MJ/kg * Dichte * 4/3*pi * Radius³

In der entsprechenden Folge hatte der gesamte Asteroid eine Größe von ca 100 m. Das ist die Mindestgröße, damit er einem kleineren Planeten globalen Schaden anrichten kann.

Setzt man das in die obige Gleichung ein:

E(Zerstörung) = 16/15*pi² * 6,67*10^-11 * 15.000² * 50^5 + 10*10^6 * 15.000 * 4/3*pi * 50³
(Einheiten: m³/s²/kg*kg²/m^6*m^5+J/kg*kg/m³*m³ = J (m²/s²*kg) + J)

E(Zerstörung) = 49,4 MJ + 78,5 PJ ~ 78,5 PetaJoule

Demzufolge haben beide Torpedos zusammen mit dem Hauptdeflektor eine Energie von 78,5 * 10^15 Joule ergeben. Das entspricht 18,8 MT TNT.

Diese Szene war also realistisch.

[irony]

Mir ist noch ein Beispiel untergekommen:

Am Anfang der TNG-Folge "Hochzeit mit Hinternissen" zerstört die USS Enterprise einen Asteroiden, der sich auf einen Kollisionskurs mit Tessen III befindet. Der Asteroid besteht größtenteils aus Metall wie das fiktive Nitrium.
Zwei Photonentorpedos zerstören die Hülle und der Deflektor den Kern. [...]
In der entsprechenden Folge hatte der gesamte Asteroid eine Größe von ca 100 m. Das ist die Mindestgröße, damit er einem kleineren Planeten globalen Schaden anrichten kann. [...] Demzufolge haben beide Torpedos zusammen mit dem Hauptdeflektor eine Energie von 78,5 * 10^15 Joule ergeben. Das entspricht 18,8 MT TNT. Diese Szene war also realistisch.

Hallo McWire! Sehr gelungener Beitrag!

Das mit der gravitativen Bindungsenergie habe ich mal unter Bindungsenergie ? Wikipedia nachgeschaut, wirklich interessant. Du nimmst also Werte für Dichte und Verdampfungswärme im Bereich typischer Metalle und rechnest damit die Energiesumme für Verdampfung des Materials und Zerstörung der gravitativen Bindung aus. Nach Photonentorpedo ? Memory Alpha hat ein Photonentorpedo eine Sprengkraft von etwa 40 Megatonnen TNT, d.h. das Ganze ist konsistent.

Wobei ich mir nicht sicher bin, ob Du auch einrechnest, dass Du das feste Material erst noch von einer sehr niedrigen Temperatur, ca. 2-3 Kelvin, ausgehend aufheizen und verflüssigen musst. Denn die Verdampfungswärme bezieht sich ja auf die Energie, die nötig ist, eine Flüssigkeit zu verdampfen, oder?
++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

Persönlich bin ich bei solchen Rechnungen immer skeptisch, wenn sie sich auf Dialoge aus den Fernsehserien beziehen, denn ich glaube nicht, dass es dort einen Physiker vom Dienst gibt, der alles nachrechnet und dem Drehbuchschreiber konsistente Zahlenwerte übermittelt. Aber es nochmal bottom-up zu rechnen, wie Du es tust, verdient wirklich Respekt, und es ist auch der richtige Weg! Ein gesundes Maß an Realismus gehört einfach zur Science Fiction und zu Star Trek, auch wenn dies nicht immer möglich ist.

[McWire]

Hallo McWire! Sehr gelungener Beitrag!

Das mit der gravitativen Bindungsenergie habe ich mal unter Bindungsenergie ? Wikipedia nachgeschaut, wirklich interessant. Du nimmst also Werte für Dichte und Verdampfungswärme im Bereich typischer Metalle und rechnest damit die Energiesumme für Verdampfung des Materials und Zerstörung der gravitativen Bindung aus. Nach Photonentorpedo ? Memory Alpha hat ein Photonentorpedo eine Sprengkraft von etwa 40 Megatonnen TNT, d.h. das Ganze ist konsistent.

Wobei ich mir nicht sicher bin, ob Du auch einrechnest, dass Du das feste Material erst noch von einer sehr niedrigen Temperatur, ca. 2-3 Kelvin, ausgehend aufheizen und verflüssigen musst. Denn die Verdampfungswärme bezieht sich ja auf die Energie, die nötig ist, eine Flüssigkeit zu verdampfen, oder?
++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

Persönlich bin ich bei solchen Rechnungen immer skeptisch, wenn sie sich auf Dialoge aus den Fernsehserien beziehen, denn ich glaube nicht, dass es dort einen Physiker vom Dienst gibt, der alles nachrechnet und dem Drehbuchschreiber konsistente Zahlenwerte übermittelt. Aber es nochmal bottom-up zu rechnen, wie Du es tust, verdient wirklich Respekt, und es ist auch der richtige Weg! Ein gesundes Maß an Realismus gehört einfach zur Science Fiction und zu Star Trek, auch wenn dies nicht immer möglich ist.

Anmerkung: In den 10 MJ/kg steckt der Erwärmungs- und Schmelzprozess schon drinne. Für eine ehemalige Hausarbeit meines ehemaligen (abgebrochenen) Chemiestudium haben wir mal die Verdampfungsprozesse mehrerer chemischer Elemente durchgerechnet.
Bei Eisen kommt man auf etwa 8 MJ/kg, für Titan kommst man schon auf 40 MJ/kg und für Kohlenstoff und Bor schon auf 80 MJ/kg.

Also die von mir angenommenen 10 MJ/kg sind so ein typischer Wert noch im unteren bis mittleren Bereich.

BTW: Die Schmelzenthalpie von reinen chemischen Elementen liegt oftmals unter 1% der Verdampfungsenthalpie, sodass man sie vernachlässigen kann. Nur die Erwärmung gemäß der spezifischen Wärmekapazität muss man noch einrechnen, da diese durchaus 1/3 der Gesamtenergie ausmacht.


.
EDIT (autom. Beitragszusammenführung) :
McWire schrieb nach 6 Stunden, 58 Minuten und 50 Sekunden:

So um noch zu einem Beispiel zu kommen, was mir schon länger aufgefallen ist.
In drei TNG-Folgen wurden die Schiffsphaser der USS Enterprise-D dazu benutzt, um Löcher in Planeten zu bohren.

In TNG "Die Rettungsoperation" wurde ein Schacht zum Beamen in die Planetenoberfläche gefeuert, in TNG "Der zeitreisende Historiker" wurden mehrere Schächte in die Planetenoberfläche geschossen, damit vulkanische Gase entweichen können und in TNG "Soongs Vermächtnis" wurden mehrere Kilometer tiefe Schächte für ein Plasmainfusionsgerät gebohrt.

Das Standardmaterial eines Planeten sind vorallem Silikate wie Granit.

Trotz langer Suche in diversen Büchern habe ich keine genauen Angaben zur Verdampfungsenthalpie und Wärmekapazität gefunden, daher versuche ich das mal zu schätzen. Die Größenordnung dürfte aber in etwa hinkommen.

Gestein:

Dichte: ca 5000 kg/m³
Schmelztemperatur: ca 1200 °C (Referenzwert Magma)
Siedetemperatur: ca 6000 °C (geschätzt anhand der Schmelztemperatur)
Umgebungstemperatur: ca 20 °C
Wärmekapazität: ca 0,8 J/(g*K) = 800 J/(kg*K) (Referenzwert Baustoffgranit)
Verdampfungswärme + Schmelzwärme: ca 20 kJ/g = 20 MJ/kg (Referenzwert Siliziummetall)

Tunnel:

Länge: ca 50 - 2000 m (Mittelwert: 500 m)
Öffnung: ca 5m²


Mit diesen Werten lässt sich die Phaserenergie berechnen.

Das zu verdampfende Gesteinsvolumen beträgt im Mittel 2500 m³.
Über die Dichte von 5000 kg/m³ kommt man auf eine Masse von 12,5 Millionen kg.

Die Formel für die Energie lautet:

Energie = Masse * (Wärmekapazität * Temperaturdifferenz + Verdampfungsenthalpie)

Wenn man die Werte einsetzt:

Energie = 12,5*10^6 kg * (800 J/(kg*K) * 5980 K + 20*10^6 J/kg)
Energie = 12,5*10^6 kg * 24,784*10^6 J/kg
Energie ~ 3,098*10^14 J ~ 310 TeraJoule

Da der Feuerstoß jeweils mehrere Sekunden gedauert hat, sind es dann so um die 30 TeraWatt.


.
EDIT (autom. Beitragszusammenführung) :
McWire schrieb nach 24 Minuten und 54 Sekunden:

Weil es so schön war, rechne ich gleich noch die Energiemenge aus TNG "Zeitsprung mit Q" aus, wo die Enterprise paar dicke Beulen in den Borg-Kubus geschossen hat.

Als Materialkennwerte nehme ich die von Eisen.
Eisen:

Dichte: ca 7800 kg/m³
Siedetemperatur: ca 3000 K
Umgebungstemperatur: ca 0 K (Weltall)
Wärmekapazität: ca 0,47 J/(g*K) = 470 J/(kg*K)
Verdampfungswärme + Schmelzwärme: 6,26 kJ/g = 6,26 MJ/kg

Beulengröße:



Borg-Kubus hat kanonisch ein Volumen von 28 km³ und somit eine Kantenlänge von etwas über 3000m.
Die "Beulen" hatten eine Länge von 600 m (1/5 der Kantenlänge).
Sie waren nahezu kugelförmig, womit man auf ein Volumen von 1,13*10^8 m³ kommt.
Da aber das Borg-Schiff nicht massiv ist, sondern teilweise hohl, rechnet ich effektiv mit 2% also 2,26*10^6 m³ Materialverdampfung

Mit diesen Werten lässt sich die Phaserenergie berechnen.

Das zu verdampfende Metallvolumen beträgt im Mittel 2,26*10^6 m³.
Über die Dichte von 7800 kg/m³ kommt man auf eine Masse von 17,6 Milliarden kg. (17,6 Millionen Tonnen).

Die Formel für die Energie lautet:

Energie = Masse * (Wärmekapazität * Temperaturdifferenz + Verdampfungsenthalpie)

Wenn man die Werte einsetzt:

Energie = 17,6*10^9 kg * (470 J/(kg*K) * 3000 K + 6,26*10^6 J/kg)
Energie = 17,6*10^9 kg * 7,67*10^6 J/kg
Energie ~ 1,35*10^17 J ~ 135 PetaJoule (32,3 MT TNT)

Da der Feuerstoß jeweils 3 Sekunden gedauert hat, sind es dann so um die 40 PetaWatt.

Damit haben die Hauptphaser der Enterprise eine Leistung von etwa 10 MT TNT pro Sekunde.

[irony]

Hallo McWire! Du bringst ja wirklich mal Licht in die Sache!

"Zeitsprung mit Q" ist meine Lieblings-Borg-Folge, und auch die anderen angeführten Folgen ("Die Rettungsoperation", "Der zeitreisende Historiker" und "Soongs Vermächtnis") mit der wissenschaftlich-technischen Anwendung des Phaser finde ich super! Ist aber auch eine ganze Menge Energie, die da aufgebracht werden, muss. Geht das überhaupt?

Deine Beispiele sind jedenfalls GENAU die Rechnungen, die ich mir in der Schule immer gewünscht habe Wobei es mir jetzt noch schwer fällt, die Star Trek-Zahlen einzuordnen: Wie realistisch / konsistent sind diese Zahlen?

[The Highwayman]

Hallo McWire! Du bringst ja wirklich mal Licht in die Sache!

Ja, unser McWire wird unser neuer Mr. Data. Der hat alle Daten aus Serien und Technical Mannuals in seinem positronischen Hirn gespeichert!

[McWire]

Hab noch ein gutes Beispiel gefunden.

In TOS "Spock unter Verdacht" löschen insgesamt zwei Plasmatorpedos einen beschildeten Aussenposten samt Asteroiden aus.
Es wurde im Dialog gesagt, dass der Asteroid zerstört wurde.

Wenn man für den Asteroid eine Dichte von 5000 kg/m³ und eine Größe von 20 km (20.000m) annimmt und in die bereits gepostete Formel einsetzt:

E(Zerstörung) = 16/15*pi² * Gravitationskonstante * Dichte² * Radius^5 + 10 MJ/kg * Dichte * 4/3*pi * Radius³

kommt man auf eine Sprengkraft pro Plasmawaffenschuss von

5,62*10^19 J + 1,68*10^24 J ~ 1,68*10^24 Joule.

Damit hat ein romulanischer Plasmawaffenschuss aus TOS "Spock unter Verdacht" eine Sprengkraft von ~ 400.000 GT TNT.

[irony]

In TOS "Spock unter Verdacht" löschen insgesamt zwei Plasmatorpedos einen beschildeten Aussenposten samt Asteroiden aus. Es wurde im Dialog gesagt, dass der Asteroid zerstört wurde. [...] Damit hat ein romulanischer Plasmawaffenschuss aus TOS "Spock unter Verdacht" eine Sprengkraft von ~ 400.000 GT TNT.

Wie kann man das dann für das Szenario in Star Wars gegen Star Trek einrechnen? Und wie konnten die Schilde der Enterprise das aushalten, oder wurden die nicht richtig getroffen? Ich erinnere mich, dass die mit voller Kraft rückwärts oder so geflogen sind, um nicht voll getroffen zu werden.

Vielleicht sind diese Plasmawaffen aber auch gefährlich für das eigene Schiff?

[McWire]

Wie kann man das dann für das Szenario in Star Wars gegen Star Trek einrechnen? Und wie konnten die Schilde der Enterprise das aushalten, oder wurden die nicht richtig getroffen? Ich erinnere mich, dass die mit voller Kraft rückwärts oder so geflogen sind, um nicht voll getroffen zu werden.

Vielleicht sind diese Plasmawaffen aber auch gefährlich für das eigene Schiff?

Die Enterprise wurde nicht voll getroffen, da sie mit voller Kraft der Waffe davon geflogen ist und diese sich nach paar Minuten zerstreut hat.

Zum Thema ST vs SW äußere ich mich in diesem Thread nicht.
Dieser Thread ist nur zum Sammeln und Diskutieren der kanonischen ST-Fakten und daraus abgeleiteter Berechnungen gedacht und nicht dazu das anderen Fans unter diese Nase zu reiben.

(Die hardcore-SW-Fans würden die Berechnungen doch sofort in Zweifel ziehen, nur weil das nicht in ihr Weltbild passt )

Aber ich werde niemanden aufhalten die hier errechneten Energiewerte in den VS-Threads zu zitieren.

[irony]

Die Enterprise wurde nicht voll getroffen, da sie mit voller Kraft der Waffe davon geflogen ist und diese sich nach paar Minuten zerstreut hat.

Interessanterweise hatte die Waffe dann wohl auch selbst eine sehr hohe Geschwindigkeit. Mehr als die Enterprise, die ja mit voller Kraft flog?
Eigentlich auch sehr eigenartig. Wie ein Torpedo sah das Plasma auch gar nicht aus.

Aber ich werde niemanden aufhalten die hier errechneten Energiewerte in den VS-Threads zu zitieren.

Nee, da lasse ich mittlerweile auch die Finger davon, ich bleibe hier in der ST-Ecke heimisch. Da gibts auch so noch viel zu tun Aber vielleicht mache ich mal einen Thread Romulaner gegen Goa'Uld auf