Warum haben einige Raumfahrzeuge Wärmestrahler? Warum die Energie nicht wiederverwenden?

Ich hätte gedacht, dass Sie so viel Energie wie möglich sparen möchten - oder ist Energie/Strom kein Problem?

Bei einigen Raumsonden befindet sich die Elektronik neben Wärmequellen, damit sie nicht unter ihre minimale Betriebstemperatur sinkt, aber "Abwärme" wird hauptsächlich als "Abfall" bezeichnet, weil es entweder schwierig ist, sie wiederzuverwenden, um nützliche Energie bereitzustellen, oder weil sie es ist mehr Masse kosten würde, als es wert ist (als mit Solarzellen oder einem Reaktor gleicher Masse hergestellt werden könnte).
..beachten Sie auch, dass Raumsonden rund um die Uhr in der Mittagssonne sind und nicht durch thermische Konvektion gekühlt werden können (die alles in Luft oder Wasser erheblich schneller abkühlt als durch Wärmestrahlung). Im Weltraum ist es normalerweise einfacher, etwas warm zu halten, als es kühl zu halten.
Was hat es mit den Downvotes auf die Antworten auf sich? Keiner von ihnen ist falsch.

Antworten (2)

Ja, Sie möchten Energie sparen, aber das ist leider nicht möglich. Das Problem ist: Die Energie, die Sie haben, ist Wärme.

Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass die Entropie immer zunimmt, und das bedeutet, dass zwar jeder Prozess im Raumfahrzeug Wärme erzeugt, es aber unmöglich ist, in die entgegengesetzte Richtung zu gehen. Sie können aus Wärme Energie erzeugen, wenn Sie ein Temperaturgefälle haben, aber wenn Sie das an Bord haben, würden Sie die Wärme sowieso nur bewegen.

Kurz gesagt, alles, was vor sich geht, erzeugt Wärme, und Sie können diese nicht auf magische Weise wieder in nützliche Energie umwandeln. Die einzige Lösung ist, es zu entleeren.

Ich bin mir nicht sicher, was Sie hier sagen wollen, aber es ist sachlich falsch. Es gibt Geräte, die Wärme in Strom umwandeln, und sie werden bereits in thermoelektrischen Radioisotopgeneratoren für Raumfahrzeuge verwendet
@GdD RTGs sind da keine Ausnahme. Sie erzeugen eine hohe lokale Temperatur und verfügen über passive Heizkörper, um einen Bereich mit niedrigerer Temperatur zu schaffen. Sie wandeln Wärme nicht auf magische Weise in Strom um, sondern nutzen nur einen Temperaturgradienten.
Ich sage, Sie müssen das klären.
@GdD: Okay, nehmen wir an, Sie können mit einem Thermoelementgenerator etwas Energie zurückgewinnen (und lassen Sie uns diesen Carnot-Zyklus effizient machen). Wo würden Sie es verwenden? Im Raumschiff natürlich. Dort würde es Arbeit verrichten und als Wärme abgeführt werden, die durch das Thermoelement zurückgeht und so weiter… Herzlichen Glückwunsch, Sie haben gerade ein Perpetuum Mobile gemacht. Irgendwann landen Sie bei maximaler Entropiewärme und können daraus keine Energie gewinnen. Das einzige, was noch zu tun bleibt, ist, es zu entsorgen.
Dies könnte noch eine verbesserte Formulierung gebrauchen. Es gibt eine thermodynamische Grenze, aber natürlich, wenn Sie mit 1000 Joule Wärme beginnen und daraus genug Strom produzieren, um 200 Joule Arbeit zu verrichten, dann haben Sie besser 200 Joule Wärme verloren und haben nur noch 800 Joule Wärme übrig. Sie würden die Wärme nicht nur umherbewegen, ein Teil davon wäre etwas anderes - vielleicht chemische Energie in einer Batterie oder ein Paket Mikrowellen zur Erde. Sie können „Joule“ durch „Watt“ ersetzen und „Arbeit erledigen“ auch auf „Leistung bereitstellen“ umstellen. "Wärme" ist keine Erhaltungsgröße wie die Entropie.

Obwohl es eine Technologie gibt, die Abwärme in Strom umwandeln kann, ist dies nicht wirtschaftlich.

Energie ist in einem Raumschiff kostbar, je mehr Sie benötigen, desto größere Solarmodule benötigen Sie, um sie zu erzeugen, desto größere Batterien benötigen Sie, um sie zu speichern, oder desto größer ist der nukleare Wärmegenerator, den Sie benötigen. Größer bedeutet schwerer und schwerer bedeutet teurer zu starten. Wenn Strom in Bewegung umgewandelt wird oder in Computern/Sensoren Abwärme entsteht, kann die Menge an Energieverlust begrenzt werden, indem effizientere Materialien verwendet werden. Die Effizienz ist begrenzt, sodass Sie immer Abwärme haben.

Denken Sie daran, dass Sie in den meisten Raumfahrzeugen eine gewisse Wärmeerzeugung wünschen, damit es für den Betrieb nicht zu kalt wird. Abwärme ist eine Möglichkeit, einige Raumfahrzeuge haben Heizungen, um Elektrizität in Wärme umzuwandeln, wenn sie im Schatten sind. Abwärme ist also tatsächlich nützlich.

Es gibt Geräte, die Wärme in Strom umwandeln können, sogenannte thermoelektrische Generatoren . Diese werden in Raumfahrzeugen bereits in nuklearen Wärmegeneratoren verwendet, auch bekannt als thermoelektrische Radioisotopengeneratoren, die in Raumfahrzeugen verwendet werden, die an Orte fliegen, an denen nicht genügend Sonnenlicht für Sonnenkollektoren vorhanden ist. Wenn Radioisotope zerfallen, erzeugen sie Wärme, die in Elektrizität umgewandelt wird, um das Raumfahrzeug anzutreiben.

Thermoelektrische Generatoren könnten theoretisch verwendet werden, um Abwärme wieder in Strom umzuwandeln, aber Sie würden mehr verlieren als gewinnen, da das Gewicht, das Sie durch sie gewinnen würden, nicht durch weniger Sonnenkollektoren und Batterien ausgeglichen würde - sie sind schwer und ineffizient, mit 5-8% typischer Energieumwandlung. Das bedeutet, dass Sie immer noch 92 % der Wärme abstrahlen können. Es werden neuere Materialien entwickelt, die dies auf einen Wirkungsgrad von etwa 20 % bringen können, aber das würde immer noch nicht ausreichen, um sie lohnenswert zu machen.

Warum haben einige Raumfahrzeuge Wärmestrahler? Warum die Energie nicht wiederverwenden?
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