Realistische Designs für Raumschiffe

[Enas Yorl]

@Traumdoyle

Eine gute Wärmeleitfähigkeit ist wichtig, damit der Radiator die Abwärme möglichst gut aufnimmt (Wärmewiderstand). Zum Abstrahlen der Wärme braucht es eine möglichst große Oberfläche (z.B. gerippt). Ein Schwarzer Körper ist die optimale thermische Strahlungsquelle, weshalb Kühlkörper auch häufig schwarz lackiert sind. Sollte der Radiator jedoch auch der Sonnenstrahlung ausgesetzt sein, kann eine hellere Oberfläche von Vorteil sein (z.B. die Radiatoren der ISS).

[Bynaus]

Das Material spielt keine besonders grosse Rolle, so lange es nur hält. Schwarze Radiatoren sind besser als weisse. Aber sonst zählt nur eines: die totale Oberfläche, die direkt dem Weltraum ausgesetzt ist.

[xanrof]

Edit: Tantalhafniumcarbid liegt, laut Wikipedia, was den Schmelzpunkt betrifft weit über dem Diamant.

Du solltest nicht zu sehr auf die maximalen Schmelztemperaturen achten.

Wenn die Temperatur in deinem System (Raumschiff, ...) erstmal so hoch ist, dass deine Aufbauten drohen wegzuschmelzen, dann brauchst kein Raumschiff mehr, weil dann eh schon alles (und jeder!) tot ist...

Du must bedenken, dass du wahrscheinlich sehr grosse Abstrahlflächen (=Kühlkörper) brauchst, die entsprechend auch eine enorme mechanische Belastung aushalten müssen. Die Verwendung eines kristallinen Stoffes (zB Diamant) oder von Keramiken (TaHf-Carbid, ...) ist da eher nachteilig. Metalle lassen sich da viel besser verarbeiten, auch wenn ihre Wärmeleitfähigkeit um eine Größenordnung geringer ist.

Was bringen dir 10x effizientere Kühlkörper, wenn sie bei der ersten Belastung zerbröseln?

Inwieweit Kohlenstoff 3D-Strukturen ausreichend mechanisch stabil sind, weiss ich jetzt nicht.
Aber ich bezweifle, dass sie stabiler sind als ein guter alter Aluminium- oder Kupfer-Kühlkörper.
Außerdem vermute ich jetzt mal, dass deren Wärmeleitfähigkeit stark richtungsabhängig ("anisotrop") ist. Das macht es wohl auch komplizierter.

[Traumdoyle]

Auf die schwarzen Löcher werde ich aufgrund fehlendem Wissen nicht weiter eingehen, aber ich hätte eine Frage zu den Radiatoren: woraus müsste man die bauen, um möglichst viel Wärme in wenig Zeit zu verlieren, allerdings ohne dass der Radiator selbst durch Überhitzung Schaden nimmt. Die beste Wärmeleitfähigkeit besitzt Diamant, bzw. noch mehr als Diamant: Kohlenstoffnanoröhren, also wäre das eine gute "Material"-Wahl? Oder bedeutet Wärmeleitfähigkeit in diesem Zusammenhang lediglich, dass Diamant die Wärme zum Radiator hin leitet? Diamant hat meines Wissens auch eine extrem hohe Schmelztemperatur, also würde es auch ne Weile dauern, bis der kaputt geht... oder? Wenn Diamant bzw. die genannten Nanoröhren das Optimum sind, bitte keine finanziellen Gründe nennen, warum das nicht geht, Geld ist schließlich eine rein menschliche Erfindung.
Edit: Tantalhafniumcarbid liegt, laut Wikipedia, was den Schmelzpunkt betrifft weit über dem Diamant.

Zu Hades: jetzt wollte ich doch allen Ernstes schreiben, dass das nur meine Meinung war und du dir da keinen Kopp drüber machen sollst, aber das "Ich kann's per PN ja mal gerne werden" lässt mich jedes Gespräch mit dir an dieser Stelle höflich beenden. Schreib ruhig an mich, lesen werd ich's nicht.

[Bynaus]

Da stellt sich nur die Frage wielange das SL mikroskopisch bleibt, ausserdem würde das Raumschiff mit jeder "Tankfüllung" schwerer

Schwarze Löcher geben - nach Hawking - Strahlung ab. Sehr kleine Schwarze Löcher geben sehr viel Strahlung ab, so viel, dass sie in kürzester Zeit "verdampfen". Das kann man sich zu Nutze machen, in dem man es gerade so anfüttert, dass das SL selbst nicht wächst, sondern immer so viel Strahlung abgibt wie man ihm Materie zuführt (nach E = mc^2).

Aber das war nur eine Bemerkung am Rande, die für das Threadthema selbst nicht so furchtbar wichtig ist. Man braucht keine Schwarzen Löcher, um Raumschiffe anzutreiben. Aber man braucht Radiatoren, so lange die Besatzung nicht aus Wolfram besteht.

[Hades]

Da stellt sich nur die Frage wielange das SL mikroskopisch bleibt, ausserdem würde das Raumschiff mit jeder "Tankfüllung" schwerer

Es gibt Theorien und Modelle, in denen SL eine gewisse Mindestgröße haben, bis zu der sie Zerstrahlen wenn sie nicht mehr Masse aufnehmen können und da stabil bleiben. Jede "Tankfüllung" wird dann von Materie zu Energie (Damit bleibt die Masse des gesamten Schiffs enthalten) und nach Umwandlung und verbrauchen der Energie ist das Schiff wieder gleich schwer.

Aber alles sehr wage.

[Wolf4310]

Ein mikroskopisches Schwarzes Loch ist ein sehr effizienter Materie-Strahlungs-Wandler. Die ultimative Energiequelle (so lange man einen Weg findet, aus Gammastrahlung nutzbare Arbeit zu gewinnen...).

Da stellt sich nur die Frage wielange das SL mikroskopisch bleibt, ausserdem würde das Raumschiff mit jeder "Tankfüllung" schwerer

[Hades]

Freundlich bleiben, Mister Gott der Unterwelt. In dem Gespräch, das zwischen mir und dem anderen Forumuser geführt wurde, war lediglich der Strom relevant, nicht die Leistung.

Mir poltert's grad im Getriebe. Wo war ich bitte unfreundlich? Ich kann's per PN ja mal gerne werden.

Sag uns nicht, was unsere täglichen Wahrnehmungen sind und woran wir gewohnt sind, benutze für so was die "Ich" Form. Jeder kann nur für sich selbst sprechen, zumindest ist das hier in meinem Thread so :P (Edit: das klang sicher unfreundlich, soll es nicht. Aber verallgemeinernde Aussagen über Individuen und einfach andere Personen an sich, sind in einem off topic oder talk Unterforum eher angebracht als hier. Schon erst recht, wenn man diese Personen noch nicht mal kennt.)

Ich kann ja gern mal persönlich werden: Schweben wir alle hier auf einer Hab-mich-lieb Wolke. Bin ich in ner Gummizelle? Ich hab wohl mehr als nur verallgemeinert, dass es schwer fällt sich vorzustellen wie es in einem Medium zu geht, in dem noch niemand von uns war. Ich habe zu keinem hier gesagt: "Boar, Chantal bist du blöd. " Komm mal wieder runter.

Wer lesen kann, ist oft im Vorteil: "da wir z.Z. nix besseres haben" der Thread ist komplett ort- und zeitunabhängig, sprich weder auf das 20., 21., noch 22. Jahrhundert der Erde bezogen, noch auf die Erde an sich.

Und im 23. Jh haben sich die Gesetze der Thermodynamik geändert? Sollte hier doch realistisch zugehen. Wenn hier unangenehme Meinungen und zu viel Tatsachen nicht erwünscht sind dann gib gleich im Anfangspost an, das wir den "Hab-mich-lieb-und-gib-mir-recht-Schild" aktivieren.

Das Hitzeschild ist lediglich für den Einsatz in der Atmosphäre gedacht und somit wieder zu speziell, um hier in diesem Thread (vielleicht findest du ja einen NASA-, ESA- oder Lockheed Martin Thread) ausführlich behandelt zu werden.
Zum letzten: dir ist klar, dass das hier kein Autothread ist, oder?

Ob Erde, All, Auto oder Raumschiff, für alles gelten die selbe Gesetze.

So, jetzt heul ich noch etwas rum wie gemein "dir ist klar, dass das hier kein Autothread ist, oder?" doch war und warte auf entrüstete Antworten und sonstiges.

Back to topic:

Wäre es ähnlich der Kühlflüssigkeit generell vllt auch denkbar, dass die Abwärme erst einmal in einem Zwischenspeicher absorbiert werden kann um es später abzugeben um so Spitzen wie bei einem Kampf zu überbrücken?

[Traumdoyle]

Freundlich bleiben, Mister Gott der Unterwelt. In dem Gespräch, das zwischen mir und dem anderen Forumuser geführt wurde, war lediglich der Strom relevant, nicht die Leistung.
Sag uns nicht, was unsere täglichen Wahrnehmungen sind und woran wir gewohnt sind, benutze für so was die "Ich" Form. Jeder kann nur für sich selbst sprechen, zumindest ist das hier in meinem Thread so :P (Edit: das klang sicher unfreundlich, soll es nicht. Aber verallgemeinernde Aussagen über Individuen und einfach andere Personen an sich, sind in einem off topic oder talk Unterforum eher angebracht als hier. Schon erst recht, wenn man diese Personen noch nicht mal kennt.)
Dann baut man eben an "alle Teile die damit in Berührung kommen" einen Radiator hin
Nein den Lüfter bau ich nicht aus, ich brauch meinen Computer noch :P
Wer lesen kann, ist oft im Vorteil: "da wir z.Z. nix besseres haben" der Thread ist komplett ort- und zeitunabhängig, sprich weder auf das 20., 21., noch 22. Jahrhundert der Erde bezogen, noch auf die Erde an sich.
Das Hitzeschild ist lediglich für den Einsatz in der Atmosphäre gedacht und somit wieder zu speziell, um hier in diesem Thread (vielleicht findest du ja einen NASA-, ESA- oder Lockheed Martin Thread) ausführlich behandelt zu werden.
Zum letzten: dir ist klar, dass das hier kein Autothread ist, oder?
Ansonsten, danke für die Antwort


Jetzt zu Lio: " Man könnte ein Schwarzes Miniaturloch - sollten solche tatsächlich existieren - als Energiequelle nutzen. " Faszinierend, in der Tat, aber das Wort "sollten" ist jetzt wieder so eine Sache... ich würde am liebsten so wenig Spekulationen bzw. so wenig SciFi (Betonung auf Fiction) wie möglich reinbringen.

[Liopleurodon]

Nicht schlecht, aber ein paar Sachen hab ich wie fast immer zu meckern Zuerst, wie du auf eine Kuriosität wie in schwarzes Loch kommst, ist mir unbegreiflich, aber egal.

Man könnte ein Schwarzes Miniaturloch - sollten solche tatsächlich existieren - als Energiequelle nutzen. Man würde die Singularität magnetisch in Position halten und kontrolliert Gas hineinströmen lassen. Dieses Gas wird in einer Mini-Akkretionsscheibe erhitzt und und die Wärme könnte man nutzen, um Reaktionsmasse auszustoßen (Wasserstoff, Wasser, Quecksilber, Edelgase, ...).

[Bynaus]

Zuerst, wie du auf eine Kuriosität wie in schwarzes Loch kommst, ist mir unbegreiflich, aber egal.

Ein mikroskopisches Schwarzes Loch ist ein sehr effizienter Materie-Strahlungs-Wandler. Die ultimative Energiequelle (so lange man einen Weg findet, aus Gammastrahlung nutzbare Arbeit zu gewinnen...).

Ich weiß nicht, ob es passend ist, ein Spaceshuttle als Vergleich zu nehmen, da es mittlerweile sowohl relativ alt ist als auch bei der Konstruktion eher das Budget im Vordergrund stand als die Grenzen der Physik.

Das Space Shuttle war bis zum Bau der ISS das grösste real existierende Raumschiff. Deshalb hab ich es als Vergleich genommen. Du kannst auch die ISS nehmen, die hat auch Radiatoren. Im Gegensatz zur ISS gewinnt das Space Shuttle seine Energie nicht aus Solarzellen, sondern aus Brennstoffzellen. Eine interne Energiequelle ist sicherlich eine bessere Lösung für ein Kriegsschiff.

Zum Antrieb: nicht jedes "Sublicht" Antriebssystem benötigt Elektrizität.

Nicht jedes, nein. Aber viele, und insbesondere die effizienten Systeme brauchen oft Elektrizität (z.B. um ein Fusionsplasma zu zünden etc.).

Jetzt haben wir schon wieder eine Schlacht, wieso hast du gleich so aggressive und kriegbezogene Gedanken? :P In meinem Schund ist es ein Schiff der Kriegsschiff-Klasse

Du willst also ein Kriegsschiff das nicht kriegstauglich ist? Nicht besonders "realistisch", oder?

[Hades]

Das typische Problem bei solchen Themen. Bei Watt nicht immer nur an Strom denken sondern jede Art von Leistung. Wir sind von unserer Täglichen Wahrnehmung so an Luft und ihre Eigenschaften gewohnt das es schwer ist da umzudenken. Stell dir vor du würdest in einem Auto fahren das nicht durch die Luft (auch Wassergekühlte geben die Wärme am Ende auch an die Umgebungsluft ab) gekühlt werden könnte. Jeder dem schonmal das Thermostat oder der Lüfter kaputt gegangen ist weiß wie einem da das Wasser im Hintern kocht.

Bei einem Rückstoßantrieb geht zwar auch viel Wärme durch den Strahl selbst ab, aber Ähnlich dem Verbrennungsmotor im Auto heißen sich alle Teile die damit in Berührung kommen auf.

Und auch Elektronik muss gut gekühlt werden, bau mal den Lüfter deines PCs aus und warte wie lang der noch läuft.

Das Shuttle ist ein ganz guter Vergleich, realistische Raumschiffe müssten sich an dessen Funktionen orientieren da wir z.Z. nix besseres haben außer Hitzeschilde und Rückstoßantriebe.

Auch mit aller Elektrik und Assistenzsysteme, die meisten KFZs laufen mit Verbrennungsmotoren und damit mit dem selben Prinzip der letzten 100 Jahre.

[Traumdoyle]

Nicht schlecht, aber ein paar Sachen hab ich wie fast immer zu meckern Zuerst, wie du auf eine Kuriosität wie in schwarzes Loch kommst, ist mir unbegreiflich, aber egal. Ich weiß nicht, ob es passend ist, ein Spaceshuttle als Vergleich zu nehmen, da es mittlerweile sowohl relativ alt ist als auch bei der Konstruktion eher das Budget im Vordergrund stand als die Grenzen der Physik. Die Raumschiffe in diesem Thread sollen ja gänzlich budget- und finanzunabhängig sein. Zur Lebenserhaltung sag ich nichts, die kommt auf die Anzahl der Pflanzen und der dort lebenden Lebewesen an. Licht... meinst du ein paar Energiesparlampen hier und da brauchen gleich etliche Watt mehr? :P
Zum Antrieb: nicht jedes "Sublicht" Antriebssystem benötigt Elektrizität. Das mit dem Loswerden der Strahlung bestätige ich.
Jetzt haben wir schon wieder eine Schlacht, wieso hast du gleich so aggressive und kriegbezogene Gedanken? :P In meinem Schund ist es ein Schiff der Kriegsschiff-Klasse, stimmt absolut, die Waffen wurden bis jetzt aber nur ein mal erwähnt, und auch dort nur die Anzahl, auf Laser, Railguns oder was einem sonst noch einfallen kann, wird sich nicht bezogen. Und es ist streng genommen auch nicht wichtig, ich schreibe ja kein technisches Handbuch oder dergleichen

[Bynaus]

@Traumdoyle: Letztlich kommt es nicht darauf an, wie dein Raumschiff mit Energie versorgt wird (ob es nun ein Atomreaktor ist, Antimaterie oder ein kleines Schwarzes Loch) - wichtig ist nur die freigesetzte Leistung. Diese bestimmt, letztlich, den Kühlungsbedarf. Auch 1 GW war nur als Beispiel gedacht, aber man kann das bei so grossen Raumschiffen getrost als realistisch annehmen. Ein Spaceshuttle verbrauchte so etwa 20 kW. Bei einem theoretisch nutzbaren Volumen von ca. 20x5x5m = 500 m^3 hätte es also ein Innenvolumen das rund 1000 mal kleiner wäre als in meinem hypothetischen kugelförmigen Raumschiff mit 50 m Radius. Wenn der Energiebedarf also 1000 mal grösser wäre, wären wir bereits bei 20 MW für den Betrieb (Lebenserhaltung, Wärme - ok, eher kleines Problem im Lichte der Aufgabenstellung , Licht) alleine. Der Antrieb selbst braucht dann nochmals eine beträchtliche Leistung. Du musst ALLE Energie, die du innerhalb des Raumschiffs nutzt wieder in Form von Abstrahlung loswerden.

Stell dir einfach vor, dass dein Schiff - z.B. während einer Weltraumschlacht - in eine sehr, sehr "warme" (isolierende) Decke eingepackt ist. Und genau dann schaltest du deine interne Energiequelle auf maximale Leistung, weil ja eben Laser, Railguns etc. in Betrieb genommen werden müssen...

Raketen sind sinnvoll so lange sie genügend Manövriermasse haben um einem Abschuss zu entkommen. Projektile hingegen sind nur auf kurze Distanz sinnvoll - auf lange Distanz kann man ihnen einfach ausweichen, weil man sie - z.B. via Radar - kommen sieht. Ausser man verlegt sich auf passive, auf ~3 K hinunter gekühlte Projektile (und das nach deren Beschleunigung - stelle ich mir ziemlich unmöglich vor) mit Radarabweisenden/absorbierenden Oberflächen.

Ich denke, das effektivste wären automatische Waffenplattformen, die in eine Richtung stark gepanzert und gekühlt sind (in Flugrichtung) und die erst kurz vor Erreichen des Ziels eine Reihe von passiven (Bomben / Minen / nukleare Nagelbomben etc.) und aktiven (Raketen, Drohnen mit Lasern, z.B. nuklear gezündeten Gammastrahlen-Lasern für einmalige Verwendung) Waffensystemen in alle Richtungen aussenden, bevor alles mehr oder weniger auf das Ziel klatscht oder daran vorbei fliegt. Ein Weltraumkampf bestünde dann vor allem aus dem Absenden von solchen Plattformen von ihren Trägerschiffen und (auf der anderen Seite) ihrer anschliessenden Bekämpfung auf kurze Distanz.

[Traumdoyle]

Dann verzeih mir die physikalische Ungenauigkeit meines letztens Posts und danke für deine Erklärung, die sich korrekt anhört! Macht ja auch Sinn, direkt ausbreiten kann sich im Vakuum dabei ja auch nicht viel, außer wie gesagt der Strahlung. Dazu ein kurzes Zitat aus meinem Büchlein: >>[...]durch die Hülle bestens geschützt. Auf anderen Planeten baut man Schiffe aber oft nicht aus Blei und Cadmium.<< und das bezog sich lediglich auf Strahlung. Kampfszenen im Weltraum sind aber derzeit nicht eingeplant

Tante Edith: Inwiefern würde sich das Design zu ändern haben, wenn das Schiff warpfähig wäre, was ein ernst zu nehmendes Schiff ja letzten Endes sein muss, sonst kommt's ja nie wo an.
Bräuchte es spezielle Düsen, die dann auch in einer speziellen Anordnung, eventuell wieder mit (speziellen) Radiatoren?