Sehr kurze und schnelle Antwort

Ja, es ist möglich, solange man über einen ausreichend großen Spiegelsatz verfügt und die Brennpunkte genau genug bestimmt werden (ohne Berücksichtigung der Wärmeableitung, die im Weltraum ein Problem sein könnte). In Frankreich gibt es einen Sonnenofen , der genau das tut, obwohl er auf dem Boden basiert und ungefähr 10.000 Spiegel hat, von denen jeder ziemlich groß zu sein scheint.

Der Mega-Watt-Solarofen zum Beispiel hat eine Gesamtsammelfläche von 2835 m ² und fokussiert den Lichtstrahl auf einen Punkt mit einem Durchmesser von etwa 80 cm (dh ~ 0,503 m ² ) .

Längere Antwort mit Hintergrund und Beispielen

Die Sonne emittiert auf der Erdumlaufbahn etwa 1380 W/m ² , sodass Sie die erforderliche Sammelfläche basierend auf dem Ziel, das Sie zerstören möchten, bestimmen können. Im Film wurde gezeigt, dass der Strahl einen ziemlich großen Durchmesser hat, aber nehmen wir an (um die Zahlen leichter zu handhaben), dass die Fläche, über die der Todesstrahl feuert, 1 m ² groß ist . Unter der Annahme, dass keine Verluste bei der Fokussierung oder Übertragung durch die Atmosphäre und keine Frequenzumwandlung angenommen werden, hätte man also einen Leistungsgewinnfaktor von etwa 1400 für jeden Quadratmeter Sammelfläche auf dem Raumfahrzeug.

Was Sie also in diesem Fall tun möchten, ist die Sublimationswärme (auch als Sublimationsenthalpie bezeichnet ) zu betrachten.$\Delta$H _sub , für verschiedene Materialien. Dies ist die erforderliche Energie, die erforderlich ist, um einen bestimmten Feststoff in ein Gas umzuwandeln, ohne die flüssige Phase zu durchlaufen , ein Prozess, der als Sublimation bezeichnet wird .

Es gibt eine erschöpfende Liste von$\Delta$H _sub -Werte für zahlreiche organische Moleküle von NIST in diesem PDF . Sie können auf den meisten Wikipedia-Seiten nach der Verdampfungswärme suchen .$\Delta$H _vap , was immer kleiner als ist$\Delta$H _sub . Nehmen wir zum Beispiel an, wir betrachten Aluminium oder Al,$\Delta$H _vap ~ 284 kJ/mol (Kilojoule pro Mol ) und seine$\Delta$H _sub ~ 326 kJ / mol ( in diesem Fall Zerstäubungswärme genannt ). Al hat eine Dichte von ~2,7 g/cm ³ (oder 2700 kg/m ³ ) und eine Atommasse von ~26,98154 g/mol. Somit sollte ein Mol Al eine Masse von ~26,98154 g haben und ein Volumen von ~9,9932 einnehmen$cm^{3}$(Denken Sie daran, dass 1 cm ³ ein Milliliter ist).

Beispiele

Beispiel 1

Lassen Sie uns nun diese Zahlen verwenden.

• Nehmen wir an, unser Raumschiff hätte eine Sammelfläche von 1000 m ² , um die Zahlen einfach zu machen, und perfekte Spiegel (dh keine Verluste).
• Das bedeutet, dass das Raumschiff insgesamt ~1.380.000 Watt Leistung (Rückruf: 1 W = 1 J/s) oder ~1,38 MW sammeln würde.
• Die Fokussierung auf einen Strahl von 1 m ² bedeutet, dass unsere Leistungsdichte ~1,38 MW/m ² beträgt .
• Wie viel Al könnten wir also in einer Sekunde verdampfen (um die Zahlen noch einmal zu vereinfachen), wenn es auf einer schönen kreisförmigen Scheibe mit einer Fläche von 1 m ² verteilt wäre ?

Lassen Sie uns vorerst die Einfallswinkel und all diese Komplikationen ignorieren. Dann müssen wir nur noch unsere Leistungsdichte aufteilen, nennen$\Delta$S, durch die$\Delta$Hvap _- Wert und die Fläche,$A$, um die Gesamtzahl der Mole zu erhalten, die wir verwenden können, um die Gesamtmasse und das Gesamtvolumen zu bestimmen. Dies ist mathematisch gegeben durch:

$$Moles \ of \ Al = \left( \frac{ \Delta S }{ \Delta H_{sub} * A } \right) \sim \left( \frac{ 1.38 \times 10^{6} \ J \ m^{-2} \ s^{-1} }{ 384 \times 10^{3} \ J \ mol^{-1} } \right) \sim 3.59 \ \text{moles}$$ was ~96,965 g Al oder ~35,913 cm ³ Volumen entspricht. Das ist nur ~ $3.591 \times 10^{-5}$m ³ oder 1 m ² , das sind nur ~35 $\mu$m dick (dh ungefähr halb so dick wie ein typisches menschliches Haar).

Beispiel 2

Eine bessere Möglichkeit, diese Frage zu stellen, ist vielleicht, mit einer bestimmten Menge an Al zu beginnen (Sie können dies mit jedem Material tun, ändern Sie einfach die Zahlen) und rückwärts arbeiten, um die benötigte Menge an Leistungsdichte zu bestimmen.

• Nehmen wir an, wir haben wieder eine 1 m ^{2 große} Scheibe, aber jetzt ist sie 1 Fuß dick (oder ~ 0,3048 m), was einem Gesamtvolumen von ~ 0,3048 m ³ entspricht .
• Das bedeutet, dass wir ~822,96 kg Al oder ~30500,854 Mol haben.
• Aus dem bekannten Wert von$\Delta$H _sub , das bedeutet, dass wir ~11,712 GJ Energie benötigen, um die Al-Scheibe zu sublimieren (erinnern Sie sich an 1 GJ =$10^{9}$J).
• Um dies in einer Sekunde mit einem Strahl von 1 m ² zu tun , brauchen wir$\Delta$S ~ 11,712 GW/m ² .
• Wir wissen, dass die Leistungsdichte der Sonne auf der Erde ~1380 W/m ² beträgt, also teilen wir einfach diese beiden Zahlen, um die Menge an Sammelfläche zu erhalten, die zum Verdampfen unserer Al-Scheibe benötigt wird. Der Bereich entpuppt sich als ~$8.5 \times 10^{6}$m ² , was ein wenig unvernünftig erscheint, da eines der größten Gebäude nach Volumen die Boeing Everett Factory mit nur ~400.000 m ² ist .

Nebenbemerkung: Der einzige Vorteil eines solchen Spiegelsystems im Weltraum besteht darin, dass man sich keine Gedanken über Spannungen/Dehnungen zwischen den Spiegeln machen muss (außer natürlich während eines Umlaufbahnmanövers). Dies ist jedoch kaum ein Vorteil, der signifikant genug ist, um dies tatsächlich lohnenswert oder durchführbar zu machen.

Beispiel 3

• Lassen Sie uns versuchen, die Strahlgröße des Megawatt-Solarofens zu verwenden , dh ~0,503 m ² für unseren Fokussierpunkt und wieder ein 1 ft dickes Stück Al verwenden, dh ein Volumen von ~0,1532 m ^{3 .}
• Dies entspricht ~413,66 kg Al oder ~15.331,40 Mol Al.
• Daher benötigen wir etwa 5 GJ Energie, um die Al-Scheibe zu sublimieren.
• Ein 5-GJ-Strahl, der ~0,503 m ² für eine Dauer von einer Sekunde abdeckt, entspricht$\Delta$S ~ 9,9 GW/ ^m² .
• Um diese Energiedichte zu erzeugen, bräuchten wir also eine Sammelfläche von ~$3.6 \times 10^{6}$m ² , was immer noch unangemessen groß ist.

Lange Antwort Fazit

Ja, es ist theoretisch möglich, aber es ist weder machbar noch praktikabel.

Ist das Beispiel aus dem Film genau oder überhaupt möglich? Ich wette nein!