Steuerung der Lufttemperatur auf einer futuristischen Raumstation mit Technologie aus der Eisenzeit

Riesige Weltraum-Fans

Der Wärmeaustausch ist teilweise eine Funktion der Oberfläche. Deshalb haben Kühlkörper und Radiatoren so viel Oberfläche – je größer die Oberfläche, desto mehr Platz bleibt für den Wärmeaustausch. Wenn Sie der Station die Möglichkeit geben, riesige Weltraumventilatoren mit einer sehr großen Oberfläche einzusetzen, erhält die Station einen Kühlkörper, um die Wärme in den Weltraum zu leiten. (Solange der Kühlkörper nicht direktem Sonnenlicht ausgesetzt ist, denn wenn dies der Fall ist, wird er überhitzen.)

Der ineffizienteste Teil dieses Prozesses wird die Wärmeübertragung auf die Kühlkörper sein, aber wenn Sie sehr leitfähige Metallrahmen verwenden, um sich zu den Kühlkörpern zu erstrecken, hilft dies, die Wärme zu leiten. Darüber hinaus können die Lüfter eingefahren werden, um die Wärmeabgabe an den Weltraum zu stoppen, wenn Sie Wärme speichern müssen.

Albedo-Kontrolle

Ein wichtiges Konzept dabei ist, dass die Gesamttemperatur der Station relativ unbeeinflusst davon ist, wie die einfallende Sonnenstrahlung genutzt wird. Unter der Voraussetzung, dass die Albedo konstant bleibt und keine materiellen Energiequellen (z. B. Brennstoff) ein- oder austreten, bleibt die Gesamttemperatur der Station gleich, unabhängig davon, was im Inneren eintritt:

• Es gibt keine Lebensformen oder Maschinen, es ist ein lebloser, inaktiver Felsen
• Es gibt Maschinen, die Solarzellen zur Herstellung verwenden
• Es gibt Pflanzen, die wachsen und zerfallen/gefressen werden, ohne dass höhere Tiere anwesend sind
• Es gibt Pflanzen, die von Menschen angebaut werden, die einige von ihnen essen und andere verbrennen, um Essen zu kochen

Sofern nicht bereits vorhandene Brennstoffvorräte (chemisch, radioaktiv oder was auch immer) verwendet werden, um die Temperatur zu erhöhen, hat diese Raumstation ein relativ einfaches Energiemodell:

• Eingehende Energie = von der Station absorbierte Sonnenstrahlung
• Energie aus = Strahlung in den Weltraum
• (Energie rein) - (Energie raus) = Temperaturanstieg (falls positiv).

Angenommen, die Station wurde so konzipiert, dass Energie ein = Energie aus so genau wie möglich ist und nur eine Feinabstimmung erforderlich ist. Mit der den Bewohnern zur Verfügung stehenden Technologie wäre es sehr schwierig, die Menge an direkt in den Weltraum abgestrahlter Wärmeenergie zu erhöhen . Mit etwas Aufwand wäre es jedoch möglich, die Albedo eines Teils des "Fensterbereichs" zu ändern, um zu steuern, wie viel Sonnenenergie absorbiert (was zum gesamten Wärmehaushalt der Station beiträgt) oder zurück in den Weltraum reflektiert wird (nicht Hinzufügen zum gesamten Heizbudget).

Beachten Sie, dass diese Strategie erfordert, dass der "gefensterte" Bereich einen ziemlich weiten Bogen der Stationsoberfläche abdeckt oder dass die sich ändernden Albedo-Oberflächen (siehe unten) direkt am Fenster liegen, da diese Strategie darauf beruht, Sonnenlicht durch das Fenster zurückzureflektieren in den Weltraum. Jegliches Sonnenlicht, das auf eine Innenwand der Raumstation reflektiert wird, wird Teil des "Energieeingangs".

Optionen zum Ändern der Albedo:

1. Lassen Sie viele große Metallplatten auf Zapfen montieren, wobei eine Seite so reflektierend wie möglich ist (mindestens weiß lackiert) und die andere Seite schwarz lackiert ist. Um die Temperatur zu erhöhen, schwenken Sie, um mehr Platten mit den schwarzen Seiten zum Fenster zu haben. Um die Temperatur zu verringern, schwenken Sie, um mehr Platten mit der reflektierenden / weißen Seite zum Fenster zu haben. Dies ermöglicht schnelle, hochgradig reaktionsschnelle Änderungen der Albedo, vorausgesetzt, es stehen genügend Personen zur Verfügung, um die Platten zu schwenken – die in der Mikrogravitation relativ leicht zu bewegen sein sollten –, aber es hat den Nachteil, dass der Raum, in dem Pflanzen angebaut werden können, verringert wird.
2. Pflanzenzonen von Pflanzen mit hoher Albedo. Dies erfordert von den Vorfahren der heutigen Bewohner ein wenig botanische Techno-Magie, denn die erfolgreichsten Pflanzen sind diejenigen, die die meiste Energie aufnehmen können, anstatt sie zu reflektieren. Diese Pflanzen wären gentechnisch so verändert worden, dass sie reflektierend sind und einen Mechanismus haben, um andere Pflanzen davon abzuhalten, mit ihnen zu konkurrieren, aber einen, der nicht dauerhaft verhindert, dass die Flächen für den Anbau anderer Pflanzen genutzt werden, wenn die Temperatur erhöht werden muss. Dieses Verfahren würde die Albedo viel langsamer ändern und folglich die Temperatur senken, erfordert aber weniger menschliche Anstrengung.

Zwei Schlussbemerkungen:

• Es gab mehrere Bemühungen, versiegelte, sich selbst erhaltende Lebensräume auf der Erde zu bauen. Keinem ist es bisher gelungen, selbst mit der heutigen Technologie, Umweltfaktoren zu überwachen und aktiv auszugleichen. Insbesondere bei der geringen verfügbaren Technologie muss die bewohnbare Fläche der Raumstation riesig sein , um überhaupt eine Chance zu haben, ein in sich geschlossenes Ökosystem zu werden.
• Wenn die Fenster der Raumstation nicht aus Handwavium bestehen, werden sie im Laufe der Zeit durch Mikrometeoriteneinschläge abgebaut – im Grunde Sandstrahlen in Zeitlupe. Lange bevor die Fenster durchbrochen werden, werden sie weniger transparent. Die direkte Temperaturänderung hängt davon ab, ob dies die Albedo der Station erhöht oder verringert, aber das Hauptproblem für die Bewohner ist, dass die Menge an nutzbarem Sonnenlicht, das durch die Fenster fällt, um Pflanzen anzubauen, abnimmt. Die Bewohner müssen also die Technologie zurückgewinnen, um große EVAs durchzuführen, um die Fenster zu reparieren, bevor dies zu schlimm wird. Hinweis: Wenn Sie eine lange Zeit primitiver Technologie wünschen, platzieren Sie die Station nicht irgendwo wie einen L4- oder L5-Punkt, wo sich Gerümpel und Staub ansammeln und die Fenster sich schneller verschlechtern.

Warmwasserbereitung und -kühlung

Bei dieser Methode wird der Eisvorrat des Asteroiden verwendet, um Kühlflüssigkeit zu erzeugen. Wasser ist das beste Material zum Absorbieren von Wärmeenergie. Daher sollte eine Reihe kleiner Ströme, die durch die Raumstation fließen, die gesamte Wärmeenergie abführen und die Energie in kältere umverteilen Bereiche. Das Wasser würde am Ende in einen riesigen Tank fließen, der nur durch eine dünne Metallplatte vom Weltraum getrennt ist, das Metall würde die Wärmeenergie in den Weltraum leiten, das Wasser kühlen und es ihm ermöglichen, den Kreislauf zu wiederholen. Dies wurde tatsächlich schon einmal im spanischen Palast Alhumbra versucht, mehr Informationen hier: https://omrania.com/inspiration/water-management-why-the-alhambra-palace-was-ahead-of-its-time/

HINWEIS: Es gibt einen Kommentar des OP, der besagt, dass es keine künstliche Schwerkraft gibt. Sie können meine Antwort ignorieren – alle sind tot. Es fällt mir schwer zu glauben, dass eine Technologie aus der Eisenzeit Lebensmittel ohne Schwerkraft anbauen (und noch weniger technische Probleme lösen) könnte. Wenn der Rumpf der Station nicht mit Ringen übersät ist, an denen sie Seile befestigen können, gibt es nichts, was sie an Ort und Stelle halten könnte, um überall zu arbeiten (es schwimmt alles). Aber nur für den Fall, dass das OP widerruft ...

Außerdem arbeite ich an der (offensichtlich falschen) Annahme, dass die überwiegende Mehrheit der Station ein offener Raum ist, der von einer Kuppel bedeckt ist. Sie brauchen jeden Quadratzentimeter, um die Nahrung und den Sauerstoff zu haben, den sie zum Überleben brauchen. Wenn die Station stattdessen ein Rattenlabyrinth aus Gängen und Räumen ist, wird ihnen das Essen ausgehen. Die Landwirtschaft braucht Platz – oder besser als eine Technik aus der Eisenzeit.

Du hast nicht ganz recht

Die ISS verwendet flüssiges Ammoniak, um Wärme abzuleiten – aber es ist nicht nur Wärme von den Insassen. Es ist Wärme von der Ausrüstung, Wärme von der Sonne, Wärme von allen möglichen Dingen. Und es wird nicht durch ein Design unterstützt, das historisch besser isoliert als andere Fahrzeuge.

Wie das Schiff der Apollo-Serie, das Heizungen haben musste.

Das sind gute Nachrichten für Sie, denn Sie können entscheiden, welche Art von Problem Sie lösen möchten. Es ist absolut wahr, dass Ihre Station Umgebungskontrollen gehabt hätte, und es ist nicht ohne Grund, dass etwas so Großes und Komplexes sowohl Heizungen als auch Wärmeabfuhrsysteme hatte, aus den gleichen Gründen, aus denen Gebäude heute sowohl Heiz- als auch Kühlsysteme haben.

Und fürs Protokoll, ich mag diese Komplexität. Ihre Iron-Ager müssen vielleicht nicht nur Hitze ablassen, sie müssen sich vielleicht später darum kümmern, wenn sich etwas ändert, wie die Umlaufbahn der Station, die sie weiter von einem Stern entfernt, wenn sie plötzlich jedes Joule an Wärme brauchen, das sie bekommen können.

Aber konzentrieren wir uns auf die Wärmeabfuhr

Wenn es darauf ankommt, verlassen sich alle weltraumgestützten Systeme auf eine passive Komponente: große Lamellen, die den Kühlkörpern, die Sie in jedem großen Computersystem finden, nicht unähnlich sind, um Wärme ins Leere zu strahlen. Alle Arten von aktiven Systemen können die Effizienz der Wärmeübertragung von innen zur Haut verbessern, aber letztendlich müssen Sie die Wärme von der Haut in die Leere leiten ... und das bedeutet, dass Sie etwas haben, wohin Sie die Wärme leiten können.

Das ist ein wichtiges Thema, je nachdem, wie "realistisch" Sie versuchen zu sein. Der Raum ist nicht leer – aber er ist verdammt nah dran – und Wärme ist kein Objekt (wie ein Photon oder ein Massenteilchen), sondern tatsächlich eine Eigenschaft eines Objekts. Wenn Sie sagen, dass Sie Wärme loswerden wollen, bedeutet das, dass Sie versuchen, Energie von einem Objekt zu einem anderen zu bewegen.

Und Sie müssen ein anderes Objekt haben, um es zu verschieben.

Um fair zu sein, dies ist möglicherweise kein Problem, mit dem sich Ihre Iron-Ager befassen sollen

Um für einen Moment eine Tangente zu betrachten, ich bin nicht davon überzeugt, dass ein Gebiet von der Größe Manhattans genug CO2 absorbieren und genug Sauerstoff erzeugen könnte, um 300.000 Menschen zu beherbergen. Wenn wir den Wert des Erdozeans in dieser Hinsicht ignorieren, hat die Erde nur etwa 12 Millionen Quadratmeilen Ackerland (Land, das effizient für die Re-Oxygenierung genutzt werden kann). 12e6/8e9 = 0,0015 Quadratmeilen für jede Person oder 450 Quadratmeilen und Manhattan ist nur etwa 23 Quadratmeilen groß. Egal, was das "Wir haben zu viel Bevölkerung!" Die Leute möchten, dass Sie glauben, dass die Erde eine viel größere Bevölkerung als heute versorgen kann, was dieses Verhältnis verringern würde. Aber wenn wir davon ausgehen, dass die Erde an ihrer praktischen Grenze ist, benötigt Ihre Bevölkerung fast 300 % mehr Land, wenn nur Pflanzen zur Lösung des Problems eingesetzt werden.

Aber es ist wahrscheinlicher, dass die Raumstation ein sehr aktives Belüftungssystem hat, das CO2 entfernt und wieder mit Sauerstoff versorgt. Sie brauchen das, bevor Sie eine Wärmeabfuhr benötigen, und aus technischer Sicht ist es wahrscheinlicher, dass sie integriert sind als nicht. Das heißt, wenn die Wärmeableitung nachlässt, geht die Atmungsfähigkeit zuerst.

Aber das ist langweilig, ignorieren wir es.

Was können wir tun?

Iron-Ager. Die Eisenzeit endete um 550 v. Chr. (oder 800 n. Chr. mit den Wikingern, es hängt davon ab, wen wir als Referenz verwenden), also liegt die Technologie irgendwann davor. Sie können Metall manipulieren, was bedeutet, dass sie mit Teilen arbeiten können, die sie haben. Sie konnten sich Bolzen ausdenken, aber sie konnten sich nicht mit modernem Schweißen auskennen, und sie konnten sich nicht mit modernen Legierungen auskennen. Sie konnten sicherlich nicht Dinge wie Kohlefasern verstehen und Aluminium nicht verstehen, das erst 1825 entdeckt wurde. Keine Kenntnis von Elektrizität ... herzlich wenig Kenntnis von Hydraulik und Pneumatik ....

Ich werde ehrlich zu Ihnen sein. An diesem Punkt meiner Antwort bin ich mehr als versucht, dies in eine Frame-Herausforderung umzuwandeln, die behauptet, es sei unmöglich, Iron-Ager auf einer versagenden Raumstation zu haben, die überleben. Ich werde versuchen, weiterzustapfen, aber eine Lösung zu finden, mit der ein Iron-Ager fertig werden könnte ...

• Öffnen Sie ein Fenster. Ein winziges Fenster. Ein Iron-Ager würde an das Ablassen der Wärme denken, nicht an den Austausch der Wärme. Sie würden sterben, wahrscheinlich schnell, aber es ist die erste Option. Stanzen Sie ein Loch in die Station. Sie hätten die Technik, um das zu tun (vielleicht, aber es ist eine Suspendierung des Glaubens möglich).

• Lass es regnen. Angenommen, die Station verfügt über mehrere Möglichkeiten oder eine gewisse Redundanz, um überschüssige Wärme abzuführen, besteht eine andere Lösung darin, Wasser an die Decke zu pumpen und herumzusprühen, was Regen verursacht und einen Temperaturabfall verursacht. Dies hat den Effekt, dass die Hitze auf den Boden der Station gezogen wird, wo es hoffentlich eine Technologie gibt, um sie weiter weg zu bewegen.

• Pflanzen Sie mehr Pflanzen. Sehr vereinfacht gesagt sind Pflanzen endotherm. Sie verbrauchen Energie, um zu wachsen und zu gedeihen. Wenn wir die Details der Realität ignorieren und nach Aufhebung des Unglaubens streben, dann sind die Dinge umso kühler, je mehr Pflanzen es gibt, weil sie die Wärme absorbieren.

• Lass den Rauch raus! Wenn das Kühlsystem der Station noch existiert (selbst wenn es nicht betriebsbereit ist), finden unsere unerschrockenen Iron-Ager vielleicht ein oder zwei Rohre, die sich kalt anfühlen, und denken ähnlich wie beim Öffnen eines Fensters, dass dies die Lösung für die Hitze ist ist es, die Kälte aus den Rohren zu lassen. Ja, flüssiges Ammoniak, tote Iron-Ager... aber das wissen sie nicht, und es würde wie Rauch aussehen, wenn die Flüssigkeit heftig aus den Rohren verdunstet.

• Drücken Sie mehr Luft durch das Belüftungssystem. Unter der Annahme, dass das Wärmetauschersystem noch (zumindest im Grunde) funktioniert, könnte das Bewegen von mehr Luft durch die Lüftungsschlitze (glaubhaft!) Mehr Wärme abgeben. Das bedeutet, dass Hydraulik verwendet wird, um Zahnräder anzutreiben, die Lüfter drehen.

Und das ist alles, was ich habe

Eine Gesellschaft der Eisenzeit wäre nicht in der Lage, etwas auch nur annähernd Kompliziertes in Bezug auf eine Raumstation zu reparieren. Das ist eine ziemlich rücksichtslose Einschränkung. Persönlich würde ich alles andere als den Ausfall der einfachsten Systeme vermeiden. Konzentrieren Sie sich stattdessen auf Dinge, die nicht von Wissen abhängen, das sie nicht lösen müssen (wie der Ausfall der Replikatoren. Einfache Lösung. Kannibalismus.) oder externe Probleme, die sie mit ihrer Technologie angehen können, wie ein kleines Loch von einem Mikrometeor ( Schlagen Sie einen Nagel hinein! Falten Sie zuerst ein öliges Tuch über den Nagel!). Der halbe Spaß wäre, durch den Trial-and-Error-befor-they-Die-Lösungsprozess zu gehen.

OK, ein bisschen wie eine Frame-Challenge

Erinnern Sie sich zum Schluss an eine Sache über Ihren Zustand in der Eisenzeit: Es ist tatsächlich wirklich, wirklich, wirklich, wirklich, wirklich schwer, Wissen zu verlieren. Die Station hätte angesichts ihrer Größe Bibliotheken (digital oder anderweitig), technische Handbücher und sogar Klassenzimmer für Kinder. Die Menschen hätten allerlei Wissen, das eher weitergegeben als vergessen würde. Je spezialisierter das Wissen, desto wahrscheinlicher würde es verloren gehen. Aber eisenzeitliches Niveau? Es ist wahrscheinlicher, dass sie in die späten 1800er Jahre zurückfallen und aufhören würden. Es gibt sicherlich nichts, was Sie, den Weltenbauer, davon abhält, es einfach so zu erklären ... aber hüten Sie sich davor, es zu erklären. Es ist viel schwieriger, realistisch zu erklären, als Sie vielleicht denken.