Realistische Designs für Raumschiffe

[Spocky]

Ich denke, ich hab dir einen Grund gegeben (und das hat sich seither nicht geändert... ): solche Raumschiffe sind thermodynamisch völlig unplausibel. Sie haben enorm leistungsfähige Antriebe (welche Leistung wohl so ein Warpkern abgibt? Gigawatt? Terawatt?), haben dennoch aber keine Oberfläche, um diese Leistung abzustrahlen. Wenn wir die Enterprise mal als 150 m langen Zylinder mit 50 m Durchmesser annähern und annehmen, der Warpkern würde eine Leistung von 1 GW abgeben, dann ergäbe sich eine Flächenleistungsdichte von 1e9 W / (2 * 25^2 * Pi + 50 * Pi * 150) = 1e9 W / 27'500 m^2 = 36.4 kW/m^2. Das sagt dir jetzt vielleicht noch nichts, aber über das Stefan-Boltzmann-Gesetz kannst du das in einer Oberflächentemperatur umrechnen: P/A = sigma * T^4, mit sigma = 5.67e-8 ergibt sich eine Temperatur von 890 Kelvin oder 620°C.

Wird Wärme nicht nur dann freigesetzt, wenn sie nicht dem Antrieb zugeführt wird? Will sagen: Die freigesetzte Wärme hängt doch von der Effizienz des Antriebes ab. Erfährt man nicht in irgendeiner Folge, dass die Effizient, die Geordi erreicht (um seinen Kollegen auszubooten) bei irgendwas um die 97 % liegt? (ich hab die Zahl jetzt nicht so genau im Kopf, aber Größenordnungsmäßig dürfte das hinkommen.)

Bei solchen Werten entsteht auch deutlich weniger Abwärme als bei einem herkömmlichen Raketenantrieb oder bei einem Automotor.

[Wolf4310]

Wird Wärme nicht nur dann freigesetzt, wenn sie nicht dem Antrieb zugeführt wird?

Kommt darauf an wie und wo die Energie für den Antrieb erzeugt und transportiert wird

Bei solchen Werten entsteht auch deutlich weniger Abwärme als bei einem herkömmlichen Raketenantrieb

Dein Vergleich Enterprice-Rakete scheint mir nicht logisch, bei der Enterprice wird meines Wissens nach die Energie relativ zentral erzeugt und dann in die Gondeln geleitet, d.h. auch die Abwärme müsste dabei transportier werden, würde aber unweigerlich auch ins Schiffsinnere abgegeben.
Beim Raketenantrieb dagegen wird die Energie erst da erzeugt/umgewandelt wo sie gebraucht wird, in der Düse und diese wird vom Treibstoff gekühlt, zudem liegt sie quasi ausselhalb des Raumschiffes.

[Suthriel]

Zu Waffen:

Kann man überhaubt zielen?
wenn ich jetzt mit 1km/s (3600km/h) unterwegs bin kann ich noch getroffen werden?
und kann ich jemand anderen Treffen?


mfg Peter

Klar kann man zielen und auch getroffen werden, du solltest dann nur deine Eigengeschwindigkeit mit berücksichtigen und bei Projektilwaffen, wie lange das Projektil bei Abschuss im Lauf selbst verweilt bzw, wieviel Sekundenbruchteile nach Auslösung es den Lauf erst verlässt. Dann noch die Flugzeit dazu und wo das Ziel nach Ablauf dieser Flugzeit wäre, und evtl andere Faktoren, welche die Flugbahn und den Zielpunkt noch beeinflussen können (Rotationsgeschwindigkeit des Geschützes zb. oder mögliche Schwerkraftquellen und dergleichen).

Falls du dir um die Sensoren Sorgen machst, im Modellbau und die Lego Mindstorms-Sensoren, also die aus dem Spielzeugabteil, arbeiten heutzutage mit 1 Kilohertz -> 1.000 Abfragen pro Sekunde = bei 1 km/s ist das eine Abfrage pro 1 zurück gelegtem Meter
Und das sind eben nur bereits heute käufliche Spielzeugsensoren, Militärsensoren sind da sicher noch etwas besser

[Bynaus]

Wird Wärme nicht nur dann freigesetzt, wenn sie nicht dem Antrieb zugeführt wird? Will sagen: Die freigesetzte Wärme hängt doch von der Effizienz des Antriebes ab. Erfährt man nicht in irgendeiner Folge, dass die Effizient, die Geordi erreicht (um seinen Kollegen auszubooten) bei irgendwas um die 97 % liegt? (ich hab die Zahl jetzt nicht so genau im Kopf, aber Größenordnungsmäßig dürfte das hinkommen.)

Bei solchen Werten entsteht auch deutlich weniger Abwärme als bei einem herkömmlichen Raketenantrieb oder bei einem Automotor.

Es kommt darauf an, wieviel Wärme entsteht, ja. Aber du zäumst hier das Pferd von hinten auf (das wollte ich schon lange wieder mal sagen... ). Die maximal erreichbare Effizienz einer Wärmekraftmaschine (und auf solche werden wir bis auf weiteres begrenzt bleiben) hängt von den ihr zur Verfügung stehenden Temperaturunterschieden ab. Je grösser diese sind, desto grösser die potentielle Effizienz. Das ist grundsätzlich eine gute Nachricht, weil man im Weltraum ein tiefes Temperatur-Reservoir (die Hintergrundstrahlung) und ein hohes (der "Reaktor", was auch immer das für einer ist) hat. Doch um das tiefe Temperaturreservoir nutzen zu können, braucht man eben auch die Radiatoren - sonst wird man die im Reaktor entstehende Wärme nicht los und kann sie entsprechend auch nicht mit der gewünschten hohen Effizienz nutzen. Sie geht dann stattdessen einfach aufs Schiff über... Also: Geordi's hohe Effizienz ist ein Mass dafür, wie effizient die Enterprise ihre produzierte (umgewandelte) Energie abstrahlt. Je höher diese Effizienz ist, desto mehr Energie steht für den Antrieb zur Verfügung, und desto weniger erwärmt sich das Innere der Enterprise. Nun hat die Enterprise halt einfach keine Radiatoren...

Nebenbei: bei einem Raketenantrieb entsteht nicht viel Abwärme - die geht einfach mit dem ausgeworfenen Treibstoff weg. Auch bei einem Automotor geht ein Teil der Wärme mit den Abgasen weg. Aber bei elektrischen Antrieben im Weltall (z.B. Ionen, Plasma etc.) muss erst der benötigte Strom hergestellt werden, vermutlich aus Kernspaltung oder -fusion (oder Solarzellen). All diese Stromquellen haben eine Effizienz von typischerweise 30%, das heisst, der Grossteil ihrer Energie fällt direkt in Wärme an. Und die muss abgeführt werden.

[Peter1977]

Hallo,

Natürlich. Die ISS ist mit 8 km/s (relativ zur Erde) unterwegs und wird immer wieder mal von Versorgungs- und Crewtransportraumschiffen "getroffen".

Die wollen ja auch getroffen werden und haben ja eine "feste Position"
Wenn ich nicht getroffen werden will verändere ich ja die Position recht schnell und bin je nach
Antrieb mit 1000km/s oder mehr unterwegs.

Was mir gerade einfällt Wie Sinnvoll ist ein Kampf im Weltall insbesondere in einem Sonnensystem
in Anbetracht das die Schiffe wahrscheinlich riesige Energie Mengen mitschleppen müssen für Antrieb
und Waffen und Sonstiges.

Fenster sind keine gute Idee bei einem Raumschiff. Erstens stellen sie strukturelle Schwachpunkte dar. Zweitens schirmen sie Strahlung - im Vergleich zum Metall der Wände - praktisch nicht ab. Niemand würde gerne vor einem Fenster stehen wenn er weiss, dass seine Wahrscheinlichkeit, an Krebs zu erkranken gerade stetig steigt. Es reicht völlig, Aussenbilder durch Kameras auf Panoramabildschirme im Inneren zu projezieren.

Dann gibt es keine reinen Glasscheiben sondern praktische Sichtschirme die sich an die Aussen/Innen Kontur
des Schiffes angepasst sind. Wenn man jetzt eine Seereise unternimmt kann man sich auch nach aussen sehen
und sogar gehen. Das Gehen wird wahrscheinlich im All wegfallenaber Trotzdem wird es eine Art der Offenheit geben.

diese werden aussen und Innen einem U-Boot gleichen

Nicht wirklich. Da der Antrieb die Richtung von "unten" definiert, ist ein Raumschiff eher ein "Turm" als ein U-Boot. Zudem können sich U-Boote relativ gut verstecken - im All geht das nicht. Es gibt im All keinen "Stealth" (du kannst dich vielleicht vor einem einzelnen Raumschiff hinter einem Objekt verstecken, aber das ist auch schon alles).

Überhaupt sollte man mit "X ist wie Y"-Vergleichen vorsichtig sein. Weltraumkampf ist wie Weltraumkampf und wie nichts sonst. Er folgt seinen eigenen Regeln. Sonst macht man Fehler wie die Futuristen des späten 19. Jahrhunderts, die sich unter "Luftkampf" den Austausch von Kanonenkugeln von einem propellergetriebenen "Schiff" zum anderen vorstellten...

Die Raumschiffe werden vielleicht nicht 1 zu 1 wie U-Boote aussehen aber dieses Konzept
hat sich schon bewährt speziell die Innere Aufteilung der Einzelnen Stationen. also wieso sollte ich
jetzt etwas verwerfen was sich in Einsatz Situationen schon als Effizient bewiesen hat. Wenn man
das viel Zitierte Star Trek Ansieht man dreht sich vom eigentlichen geschehen komplett Weg.

mfg Peter

[Enas Yorl]

Dann gibt es keine reinen Glasscheiben sondern praktische Sichtschirme die sich an die Aussen/Innen Kontur des Schiffes angepasst sind. Wenn man jetzt eine Seereise unternimmt kann man sich auch nach aussen sehen und sogar gehen. Das Gehen wird wahrscheinlich im All wegfallenaber Trotzdem wird es eine Art der Offenheit geben.

Ein bisschen in der Zukunft, kann so ein Passagier per virtueller Realität auch eine 360° Rundumsicht im All genießen. Oder auch Hawaii, ohne auch nur die Koje zu verlassen. Abseits eines Planeten des inneren Sonnensystems, ist das Weltall für das bloße Auge recht langweilig, da hübschen Film und Fernsehen das Panorama immer stark auf.

[xanrof]

Wenn ich nicht getroffen werden will verändere ich ja die Position recht schnell und bin je nach Antrieb mit 1000km/s oder mehr unterwegs.

Also 1000 km/s sind schon etwa 1/300 der Lichtgeschwindigkeit. Das ist sehr schnell, eine solche Geschwindigkeit muss man erst mal erreichen. Das geht nicht eben mal so.

Bynaus hat ja oben schon erwähnt, dass zB die Geschwindigkeit der ISS 8 km/s beträgt. Außerdem hast du vielleicht schon mal gehört, dass Menschen bewustlos werden, wenn sie zu stark beschleunigt werden.
Und jetzt können wir mal ausrechnen, wie lange es dauert, um ein Raumschiff mit Erdbeschleunigung von 8 auf 1000 km/s zu beschleunigen:

Zeit t = Geschwindigkeitänderung v / Beschleunigung a = (992000 m/s)/(10 m/s2) = 27.5 Stunden

Gut konditionierte Menschen wie Raumfahrer können sicherlich auch höhere Beschleunigungen aushalten, aber bestimmt nicht über viele Stunden.

D.h. mal eben so auf eine hohe Geschwindigkeit zu beschleunigen wird nix.
Den Energieverbrauch dazu habe ich noch gar nicht beachtet. Dazu bräuchte man ja auch die Masse.

Die Raumschiffe werden vielleicht nicht 1 zu 1 wie U-Boote aussehen aber dieses Konzept hat sich schon bewährt speziell die Innere Aufteilung der Einzelnen Stationen. also wieso sollte ich jetzt etwas verwerfen was sich in Einsatz Situationen schon als Effizient bewiesen hat. Wenn man das viel Zitierte Star Trek Ansieht man dreht sich vom eigentlichen geschehen komplett Weg.

Warum willst du denn so an dem Uboot festhalten? Ein Uboot ist auch nichts anderes als eine Röhre, die in bestimmte Sektionen unterteilt ist. Diese Unterteilung wurde aber so ausgewählt, dass sie der Aufgabenstellung eines Uboot entspricht. Dazu gehört zB regelmäßiges Auftauchen, um frische Luft zu "tanken". Das kann ein Raumschiff nicht, braucht daher viel größere Lufttanks und muss deswegen völlig anders konstruiert sein.

Ein anderes Beispiel:
Ein Uboot ist so gebaut, dass es den hohen Druck unter Wasser aushalten kann.
Das heißt, der höhere Druck ist außen, der niedrigere Druck ist innen.
Beim Raumschiff ist es genau umgekehrt.

[Thomas W. Riker]

Am schnellsten, relativ zur Sonne waren bisher Helios 1 und 2:
Helios (Sonde) ? Wikipedia
mit fast 253.000 km/h ~ 70 km/s

[Bynaus]

Wenn ich nicht getroffen werden will verändere ich ja die Position recht schnell und bin je nach Antrieb mit 1000km/s oder mehr unterwegs.

Die Geschwindigkeit selbst spielt hier keine Rolle - die Beschleunigung, die ein x000 Tonnen schweres Raumschiff aufrecht erhalten kann, kann auch ein sehr viel kleinerer Gefechtskopf mit ähnlichem Antrieb aufrecht erhalten. Und das gilt in jede Richtung.

Dann gibt es keine reinen Glasscheiben sondern praktische Sichtschirme die sich an die Aussen/Innen Kontur des Schiffes angepasst sind.

Was soll ein "Sichtschirm" sein? Ein Bildschirm? Es geht auch nicht um die Kontur. Es geht darum, dass Scheiben aus einem anderen Material bestehen und die Kontaktflächen zwischen verschiedenen Materialien potentielle strukturelle Schwachstellen sind. Nimm mal ein Brett und dann ein Brett mit einem grossen Loch darin - welches verbricht wohl eher?

also wieso sollte ich jetzt etwas verwerfen was sich in Einsatz Situationen schon als Effizient bewiesen hat

Weil das Weltall nicht der Ozean ist. Flugzeuge sehen auch nicht aus wie Schiffe, obwohl sich das Design von Schiffen "im Einsatz als effizient bewiesen hat". Ein U-Boot im Weltraum ist so nützlich wie ein Schiff auf einem Flugplatz.


Ein realistisches Design für ein Kriegsschiff sähe etwa so aus: Ein effizienter Antrieb (also nuklear: Fission, Fusion oder Antimaterie - möglicherweise auch eine Kombination) mit Radiatoren am "unteren" Ende (wie gesagt, am besten verinnerlicht man sich das Bild eines Turmes, weil das ist die vorherschende Richtung der "Gravitation" während den Beschleunigungsphasen). Ein mögliches, effizientes Design für Radiatoren ist der "Seeigel", der eine Menge Oberfläche für relativ wenig Material bietet und dessen "Stacheln" sich je nach Bedarf ein- und ausfahren lassen und die sich vielleicht auch relativ einfach ersetzen lassen (z.B. während der Schlacht selbst). An der Front (auf dem "Dach") des Schiffes ein dicker, massiver Schild. Während den Flugphasen dient er als Mikrometeoriten- und Strahlenschutz-Schild, aber er ist auch nützlich wenn man einer Mine begegnet oder sich die Kollision / nahe Explosion eines Gefechtkopfes nicht mehr vermeiden lässt - dann dreht man das Schiff einfach so, dass der Gefechtskopf möglichst über dem Schild explodiert. Im Kern des Rumpfes, weitab von den Oberflächen, befindet sich die Kommando-Brücke und ein strahlengehärteter Schutzraum, in dem die ganze Besatzung im Notfall (z.B. Sonnenstürme) und auch während eines Gefechtes Platz findet - am besten mit eigener Energieversorgung. Rund um den Kern herum angeordnet sind die weniger wichtigen Teile wie Crew-Quartiere, Lagerräume, Aufenthaltsräume, Shuttlebuchten, Waffenkammern (Raketensilos u.ä.) sowie abwerfbare Treibstofftanks. Auf der Oberfläche dann noch Kurzdistanz-Verteidigungs-Systeme wie Laser etc.

[Sternenkreuzer]

Es gibt ja durchaus Filme da sehen Raumschiffe aus wie Meeresschiffe. So etwa bei Space Battleship Yamato. Aber da wir hier ja im realistische Raumschiffe Thread sind, können wir sowas ja kritisch beleuchten.
Ein U Boot ist mit seiner Röhrenform recht robust. Wir haben zwar im All keinen Wasserdruck und brauchen auch keine Stromlinienform aber wir brauchen vor allem bei Kriegsschiffen, die ja auch Kollisionen und nicht nur Beschuss aushalten müssen, eine gewisse Stabilität. Also stelle ich mir die Frage wie man ein Raumschiff konstruieren kann dass eben halt durch die Form schon sehr robust ist. Solche Ideen gibts vor allem bei Autos und deren Karosserieform wenn man Stabilität haben will.

Dass ein Frachter am besten eckig ist, hatten wir ja auch schon besprochen. Der Koffer meines Lasters hat übrigens auch Schuhkartondesign. Dort wo Aerodynamik keine wirkliche Rolle spielt und man eckige Kisten verladen will ist ein eckiges kubisches (Raum-) Fahrzeug die erste Wahl.

Also welche Form ist stabil? Kugelraumschiff?

[Wolf4310]

Solche Ideen gibts vor allem bei Autos und deren Karosserieform wenn man Stabilität haben will.

Also in einem Raumschiff das so "stabil" wie heutige Autos gebaut ist, will ich bei einer Kollision bestimmt nicht sitzen, denn was nützt es die Kollision zu überleben, dann aber in funktionslosem Blechhaufen zu sitzen

[Sternenkreuzer]

Es gibt ja gewisse Formen die durchaus Stabilität bringen. Die Frage wäre dann, das ist wohl wahr, ob man dann sowas wie ne Knautschzone einbaut.

Ja gut, dass die heutigen Autos nach nem Crash nix mehr können, das liegt an der plöden Technik. Denken wir bei Kriegsraumschiffen eher an Kampfpanzer mit zB Aktivpanzerung.

[Peter1977]

Hallo,

Habe mir mal das Gewicht einmal Berechnet wie Schwer jetzt Zwei Bauformen wären

Einmal ein Rechteck mit 100.000mm x 20.000mm x 15.000mm und einer Wandstärke von nur 250mm
in Stahl sind das dann 14.651.043,75kg

Ein Zylinder mit einem Durchmesser von 20.000mm und einer Länge von 100.000mm und wieder einer Wandstärke von
250mm ergibt en Gewicht von 12.170.443,75kg

Diese Sachen sind aber jetzt noch Leer keine Technik oder sonstiges drinnen was das Gewicht noch steigert

Space Shuttle max. Startgewicht 104.000kg

Material ist Stahl was besser in Frage kommen wird ist Blei. Aufgrund der Strahlung und der dauer die man in diesen Schiffen
verbringen wird. Aluminium oder Kohlefaser bringen keine Abschirmung.

Es kann vielleicht andere Materialien geben für Strahlungschutz aber Blei ist schon Lange Erprobt
Bei CD,DVD,USB wurde auch von Speicherwundern Geredet
inzwischen weiß man aber das diese Nicht Haltbar sind und Magnetbänder, Filme, und Schallplatten Seit über
Hundert Jahren im einsatz sind und Dauerhafte Speicher sind.

Langzeitstudien mit Menschen im All gibt es noch nicht (Längster aufenthalt 437Tage Poljakow)

Energie Schirme und Magnet Schirme werden wahrscheinlich möglich Aufgrund der Energie Menge die
solche System verschlucken werden nicht geben.

Jede Energie die ich Erzeuge muss ich die Wärme wieder ableiten.


Die Sichtschirme so wie ich das meine

Aussen sieht man nichts nur eine Glatte Wand. Innen geht man einen Gang entlang Holzvertäfelung Roter Teppich
man kommt an einen Fenster vorbei sieht hinaus und sieht eine grüne Hügellandschaft einige Strommasten vorbei
ziehen. Während draussen eine Gewaltige Raumschlacht tobt.

mfg Peter

[xanrof]

Dass ein Frachter am besten eckig ist, hatten wir ja auch schon besprochen. (...) Dort wo Aerodynamik keine wirkliche Rolle spielt und man eckige Kisten verladen will ist ein eckiges kubisches (Raum-) Fahrzeug die erste Wahl.Also welche Form ist stabil? Kugelraumschiff?

Auch ein Frachter muss noch viele andere Dinge transportieren, zB Triebwerke, Gas- und Flüssigkeitstank, etc. Da muss nicht das ganze Raumschiff wir ein Kasten aussehen. Für den Ladebereich kann man natürlich darüber nachdenken, das Volumen containeroptimiert zu gestalten, hängt aber auch davon ab, was man transportieren möchte (Gas, Flüssigkeiten brauchen eher kugelige oder zylindrische Tanks, usw)Allgemein ist die Kugelform sicher die stabilste, alternativ die gestreckte Kugel (wie ein Football-Ei).Wenn das Material für den Rahmen fest genug, dann spielt die Form aber eigentllich keine Rolle.- - - Aktualisiert - - -

Habe mir mal das Gewicht einmal Berechnet (...) in Stahl sind das dann 14.651.043,75kg(...)Material ist Stahl was besser in Frage kommen wird ist Blei. Aufgrund der Strahlung und der dauer die man in diesen Schiffen verbringen wird. Aluminium oder Kohlefaser bringen keine Abschirmung.Es kann vielleicht andere Materialien geben für Strahlungschutz aber Blei ist schon Lange Erprobt

Blei ist auf der Erde erprobt, aber ganz sicher nicht in der Raumfahrt. Stahl oder Blei für die Strahlen-Abschirmung in der Raumfahrt zu nehmen, wäre verrückt, das ist viel zu schwer. Da gäbe es andere, viel bessere Materialien, zB schlicht Wasser oder Polyethylen. Auch Aluminium kann als Abschirmung verwendet werden. Letzlich kann man durch Berechungen und Experimente im Labor sehr gut neue Kandidaten für Abschirmungsmaterialien finden.

[Wolf4310]

Aluminium oder Kohlefaser bringen keine Abschirmung.

Doch, auch Alu und CFK bringen Abschirmung, es muss nur entsprechend dicker sein