TLDR: Wenn Sie überhitzten Müll aus der Luftschleuse entleeren wollen, anstatt Ihr Schiff wie einen riesigen Kühlkörper aussehen zu lassen, tun Sie es.

Wärmeverlust durch Strahlung (in Watt) ist$q = \epsilon \sigma T^4A$.

• $\epsilon$ist der Emissionsgrad des Objekts, ein Verhältnis von 1 (schwarzer Körper, perfekter Strahler, bis 0).
• $\sigma$ist die Stefan-Boltzmann-Konstante, ungefähr$5.6703 × 10^{-8}$
• $T$ist die Körpertemperatur in Kelvin
• $A$ist die Fläche

Nehmen wir an, Ihre fantastischen Weltraumfahrer haben perfekte Heizkörper ($\epsilon = 1$) aus etwas, das nicht so leicht schmilzt, also 2000 K hat und zu vielen rippenförmigen Flügeln geformt ist (wie CPU-Kühlkörper), also eine große Oberfläche hat, sagen wir 1000 m ² . Dann beträgt die Verlustleistung 907 MW oder etwa die Größe eines kleinen Kernreaktors. Das klingt nach viel, aber das ist ein Raumschiff . Ich nehme an, es hat coole Sci-Fi-Dinge wie große leuchtende Motoren, vielleicht superluminale Antriebe, Laserwaffen, Schilde ... viele Dinge, die nicht einmal nach unserem Verständnis der Gesetze der Physik funktionieren. Ich kann mir kaum vorstellen zu sagen, dass der Reaktor dieses Schiffes 100.000 MW leistet. Vielleicht ist es ein Antimaterie-Reaktor oder ein hyperdichtes Fusions-Schwarzes-Loch-Hybrid. Was um alles in der Welt machst du mit all der Hitze?

Wasser verdampfen und entlüften.

Wasser hat eine verrückt hohe spezifische Wärme, die Wärmemenge, die benötigt wird, um seine Temperatur um 1 Grad zu erhöhen. Gemäß dieser Tabelle hat Wasser bei 2000°C und 25 MPa eine Enthalpie von etwa 7 MJ/kg. Um also die Wärme aus Ihrem 100.000-MW-Science-Fiction-Reaktor abzuleiten, müssen Sie etwa 14.000 kg Wasser pro Sekunde über Bord werfen . Auf der positiven Seite benötigen Sie möglicherweise nichts anderes für Ihre Motoren! Im Vergleich zu meinem massiven 1000 m ² großen Kühlkörper bräuchten Sie etwa 130 kg Wasser pro Sekunde. In Wirklichkeit werden wir niemals so viel zusätzliche Masse in den Weltraum bringen. In Ihrer Geschichte schöpfen Sie es vielleicht von einem superkalten Gasriesen (Neptun?). Mehr Plotgeräte, yay!

Bevor Sie fragen, habe ich die Zahlen für Wolfram durchgespielt, und bei 6200 ° C, jenseits des Verdampfungspunktes, hat ein kg Wolfram eine Enthalpie von ~ 5 MJ. Das ist die gleiche Größenordnung wie Wasser. Obwohl Wolfram wahrscheinlich das coolste Atomsymbol (W) und einen abgefahrenen Namen hat, ist es nicht besser als Wasser, wenn es darum geht, Wärme abzuleiten.

Als Plotgerät finde ich deine Idee super. Und als Ingenieur überfordert es nicht die Grenzen meiner Vorstellungskraft. Tatsächlich denke ich, dass es plausibler ist als FTL und viele andere Sci-Fi-Sachen. Ich habe mir die Originalserie Star Trek angesehen, und was mich mehr als jedes andere technische Murmeln gestört hat, ist genau dieses Problem. Die Enterprise mit all ihrem Warpantrieb, Transportern und Replikatoren sollte allein durch die Abwärme in eine riesige Plasmakugel verwandelt werden. Wenn Sie mir sagen, dass sie ihren Müll supererhitzen und in den Weltraum werfen, werde ich mich wieder an der dramatischen Fotografie und der überragenden Lieferung erfreuen.

Vielen Dank.

Verwenden Sie jedes ferromagnetische Material.

Wenn Sie eine Mischung aus einer auf Verbrauchsmaterialien basierenden Kühlmethode und technischer Machbarkeit wünschen, verwenden Sie ein ferromagnetisches Material, z. B. Eisen.

Schmelzen Sie das Metall mit Abwärme und sprühen Sie es in den Weltraum, um die Wärme abzuleiten. Das große Verhältnis von Oberfläche zu Volumen der Tröpfchen ermöglicht eine schnelle Abkühlung des flüssigen Metalls (wobei Ihre Abwärme in den Weltraum abgestrahlt wird). Verwenden Sie nun einen Elektromagneten, um einen Großteil des abgekühlten Metalls zur Wiederverwendung zurückzugewinnen.

Mehrere Vorteile hier:

1. Die Kühlfähigkeit wird nicht quantifiziert, indem diskrete Materialblöcke in den Weltraum geschleudert werden. Es ist komplett einstellbar.
2. Sie können die Menge des zurückgewonnenen Metalls an Ihre Geschichte anpassen oder sogar Ihren Schiffsingenieur die Rückeroberung im laufenden Betrieb modifizieren lassen, um sie aus einer Notlage herauszuholen.
3. Abhängig von der Wolkendichte kann es einen kleinen Schutz vor Mikrometern bieten.
4. Das Magnetfeld für die Rückführung des Kühlmaterials kann gleichzeitig als Strahlungsschild dienen.
5. Wie von SPavel erwähnt, kann zusätzliches Kühlmaterial leicht von anderen Schiffen oder (in einigen Fällen) von Asteroiden geerntet werden. Schnappen Sie sich die Trümmer und schmeißen Sie sie in den Schmelztiegel.
6. Es wird böse aussehen. Flüssiges Metall wird aus Ihrem Schiff geschleudert und entlang von Magnetfeldlinien zurückkommen.

^Bildquelle

Ein ähnliches Konzept wurde im Roman Saturn Run verwendet . Obwohl sie Metallbänder verwendeten, die geschlungen waren.

Ein solches Verfahren könnte für ein Raumschiff erforderlich sein, da es das Verstauen von Hochleistungsradiatoren beim Andocken oder Eintritt in die Atmosphäre vereinfacht. Das magnetische Aufhängen Ihres Kühlermaterials ist eine sehr effiziente Methode für Schiffe, die manchmal keine großen Oberflächen haben müssen.

Sie sollten es vermeiden, Heizkörper zu verwenden, wenn Sie unter Beschuss stehen, Heizkörper sind ziemlich empfindlich und würden zerstört werden. Dies wäre also eher eine militärische als eine kommerzielle Anwendung.

Der Grund, warum Kühlkörper nicht ausgeworfen werden, liegt darin, dass sie Masse verlieren, Masse, die vermutlich eine Menge Geld kostet, um sie aus einem Schwerkraftschacht herauszuholen! Aber Sie könnten damit durchkommen, einen Strahl überhitzter Flüssigkeit (Dampf, ein anderes Gas, vielleicht geschmolzenes Metall) auszustoßen, aber dann haben Sie eine sekundäre Schubrakete auf Ihrem Schiff!

Aber das wird Ihr zugrunde liegendes Problem nicht lösen, Ihr Kraftwerk oder was auch immer erzeugt immer noch Wärme, die irgendwo hin muss, so dass ein Konzept der „ablativen Wärmesenke“ den Betrieb zeitlich begrenzt. Es ist wahrscheinlich einfacher, einen "maximalen" Kühlkörper zu isolieren und zu isolieren, um ihn später zu kühlen und wiederzuverwenden, als ihn wegzuwerfen und zu ersetzen.

Abgesehen vom Kampf wäre die einzige Zeit, in der ich sehen könnte, dass dies wertvoll ist, in einer Umgebung, die keine Strahlungskühlung zulässt, wie z. B. der Betrieb in / in der Nähe eines Sterns oder einer Umgebung mit hoher Strahlung. Normalerweise könnten Sie wahrscheinlich einen Schild gegen die Energiequelle erstellen, der es Ihnen ermöglicht, überschüssige Wärme in den Schatten des Schildes abzustrahlen (ähnlich wie im Film "Sunshine", IIRC), aber wenn dies nicht möglich wäre, dann Sie könnte wahrscheinlich ein vollständig isoliertes Schiff haben, das überhitzte Abfallmasse ausstoßen müsste, um sie loszuwerden. Dies würde funktionieren, bis ihnen die Kühlmittelmasse ausgeht, dann würden sie geröstet, es sei denn, sie erreichten einen geschützten Bereich, um mit der Strahlungskühlung zu beginnen und Kühlmittelmaterial aufzufüllen.

Darüber hinaus kann es aus universeller Sicht gute Gründe geben, warum Regierungs- / Militärorganisationen Handelsschiffe daran hindern, nicht auf Kühlern basierende Kühlmittelsysteme zu haben. Freiliegende Kühler schränken den Kampfnutzen eines kommerziellen Raumschiffs dramatisch ein und erleichtern die Verfolgung durch den Weltraum (wenn die Kühler in Abständen um das Schiff herum angeordnet sind). Außerdem würde es das Deaktivieren und Herunterfahren erleichtern. Abgesehen von kleinen Backup-Notwärmesenken wäre es für Regierungen ziemlich beruhigend, dass Handelsschiffe nicht plötzlich zu einer Rebellenmarine werden können!

Gut genug...

Wie andere Antworten bereits betont haben, ist die Strahlung wahrscheinlich die meiste Zeit gut genug für Ihr Schiff, vorausgesetzt, sie haben etwas in der Nähe eines Schwarzkörperstrahlers. Für die meisten Funktionen Ihres Schiffes wird es das Standardverhalten sein, einige große Flossen an der Außenseite zu haben, die Wärme in den Weltraum leiten. Es ist einfach und erledigt die Arbeit. Normalerweise...

Bis es nicht ist

Welche atypischen Szenarien könnten also dazu führen, dass der Kühlkörper unwirksam/unbrauchbar wird?

Das erste, was mir in den Sinn kommt, ist Stealth. Der Weltraum ist groß und die Entfernung zwischen den Dingen ist so groß, dass Sie sich auf etwas Besseres als ein altmodisches Fernglas verlassen müssen, um alles zu finden, wonach Sie suchen. Wärmestrahlung ist eines der offensichtlichen Anzeichen von Aktivität, wenn Sie nach einem Schiff suchen. Wenn Sie also versuchen, sich vor anderen Schiffen zu verstecken, werden diese Kühlkörper große, helle Flaggen sein, die Ihren Standort signalisieren. Sie durch einen internen Kühlkörper zu ersetzen, könnte Ihnen helfen, eine Entdeckung zu vermeiden, und das Abwerfen eines oder mehrerer "voller" Kühlkörper könnte als eine Art Ködersystem fungieren, während Sie Ihre Flucht machen.

Ein weiterer guter Zeitpunkt, um diese Einweg-Kühlkörper zu verwenden, ist, wenn Sie eine Schiffsfunktion haben, die viel mehr Energie als gewöhnlich benötigt. Vielleicht haben Sie eine besonders starke Waffe, aber das Abfeuern würde Ihre üblichen Kühlkörper überlasten. Wie Ihre Mass Effect-Referenz könnten Einwegspülen als eine Art eingebauter Begrenzer für die Verwendung dieser Waffe verwendet werden.

Oder vielleicht haben Sie die Möglichkeit, bestimmte Schiffskomponenten im Allgemeinen zu übertakten, benötigen aber zusätzliche Dissipation, um nichts zu beschädigen. Geben Sie Ihren Schilden einen Schub oder lassen Sie Ihren Motor mit 125 % Leistung laufen oder verwandeln Sie einen normalen Laser in einen der oben genannten Super-Shooter. Ich würde dies tatsächlich als den besten Grund betrachten, Einweg-Kühlkörper zu haben / zu brauchen, weil dann ihre Verwaltung viel wichtiger wird. Wenn Sie ein Paar zur Hand haben, können Sie aus verschiedenen Haarsituationen herauskommen, und in einem kritischen Moment auszugehen, bietet gute Gelegenheiten für Dramatik.

Wiederverwendbar vs. Einweg

Eine andere zu beachtende Sache ist, dass je nachdem, wie genau die zusätzlichen Kühlkörper verwendet werden, sie nicht unbedingt wegwerfbar sein müssen. Wenn sie normal verwendet werden, könnten sie eine materialsichere Wärme aufbauen und dann, wenn Sie Zeit haben, sie zum Abkühlen in den Weltraum bringen. Vielleicht ziehen Sie sie an einer Art Leine hinter sich her.

Umgekehrt können Sie sie über diese materialsichere Temperatur hinaus verwenden, wenn Sie verzweifelt sind, was dazu führen könnte, dass sie verschlackt und in Zukunft unbrauchbar werden. Auch hier konnte man sehen, wie diese Art von Spannung zu einem guten Drama in einer Geschichte führen kann. Brennen Sie Ihren letzten Ersatzkühlkörper durch, um etwas aufzuladen, oder versuchen Sie, mit weniger Strom auszukommen, damit Sie ihn später wiederverwenden können?

Die Abstrahlung von Wärme in den Weltraum erfolgt durch den uralten Mechanismus von Heizkörpern. Das Space Shuttle hatte ein Paar Kühlerplatten, die in die Frachtraumtüren eingebaut waren (daher waren die Türen im Orbit immer offen) und die ISS hat einige ziemlich beeindruckend große Kühler (obwohl viel kleiner als die ziemlich spektakuläre Solaranlage).

Die ISS zeigt entfaltete Solaranlagen und Strahler

Für gewöhnliche Raumfahrzeuge, Frachtschiffe und sogar Militärschiffe auf einer normalen Kreuzfahrt reicht dies aus. Die Berechnung, wie viel Kühlerfläche Sie benötigen, kann anhand der Formeln erfolgen, die auf der immer hilfreichen Atomic Rockets-Website hier bereitgestellt werden . Es gibt keine allgemeine Antwort, da die Kühlerfläche auf der Grundlage von Dingen wie den verwendeten Systemen, der Größe Ihrer Besatzung usw. berechnet werden muss.

Der Grund für die Verwendung von Kühlkörpern anstelle von Heizkörpern liegt in nicht standardmäßigen Situationen. Militärische Raumschiffe, die für den Kampf eingesetzt werden, ziehen es möglicherweise vor, ihre Kühler einzuziehen, um zu verhindern, dass sie vom Schiff geschossen werden. Gleichzeitig fahren sie auch Hochenergiegeräte wie Laser hoch, die viel Abwärme erzeugen (wiederum je nach verwendetem Lasertyp unterschiedlich). All diese Wärme muss irgendwo hin, also sind Kühlkörper der richtige Weg. Bei zivilen Raumschiffen wird das Aerobraking bei interplanetaren Geschwindigkeiten die Hitzeschilde stark belasten, aber noch einmal, die Bedingungen erlauben es nicht, einen eingesetzten Kühler während des Aerobraking zu verwenden, daher wäre ein Kühlkörper für diese Art von geeignet Schiffe ebenso.

Auch hier gibt es keine Einheitsgleichung, da Sie wissen müssen, wie viel Wärme absorbiert werden muss, welchen Zeitrahmen Sie haben (sowohl um Wärme zu absorbieren als auch, falls erforderlich, durch die neu eingesetzten Heizkörper auszustoßen) und sogar welche Materialien Sie in Ihrem Kühlkörper verwenden. Ein Low-Tech-Kühlkörper mit sehr niedrigem Wirkungsgrad könnte einfach hergestellt werden, indem man Steine ​​​​in einen großen Hohlraum stapelt und heißes Kühlmittel hineinpumpt (einige alte solarthermische Heimheizsysteme haben genau das getan), während andere Materialien wie Phasenwechselsalze oder sogar große Tanks davon sind Wasser oder Wasserstoff könnten ebenfalls verwendet werden, mit sehr unterschiedlichen Wirkungsgraden.

Eine Sache, die Sie bedenken sollten, ist, dass für die meisten Raumfahrzeuge in einer plausiblen mittleren Zukunft die " Tyrannei oder die Raketengleichung " das Raumfahrzeugdesign bestimmen wird. Während die Gleichungen relativ einfach aufzustellen sind, lassen sich die Konsequenzen in dem Ausdruck „jedes Gramm zählt“ zusammenfassen. Zusätzliche Masse für Kühlkörper bedeutet, dass entweder die Leistung des Schiffs beeinträchtigt wird oder Sie in einer eskalierenden Spirale ein noch größeres Schiff bauen müssen. Auswerfbare Kühlkörper haben ein gewisses „Flair“, aber die zusätzliche Masse an Kühlmittelleitungen, Kupplungen, Ventilen, Schnellkupplungen und der/den Welle(n) zum Auswerfen des Kühlkörpers selbst wirkt sich sehr negativ auf die Schiffsleistung aus.

Was Sie wirklich tun möchten, ist in der Lage zu sein, vorhandene Systeme umzufunktionieren, um Ihnen zu helfen. Glücklicherweise können Sie dies tun!

Wenn Ihr Schiff von einem Kern- oder Fusionsreaktor angetrieben wird, gibt es zusätzlich zum Kernbrennstoff viel Reaktionsmasse. Wasserstoff ist in Bezug auf die Leistung am besten, aber Schiffe können sich für die Verwendung von Wasser entscheiden, da es billig und im gesamten Sonnensystem leicht verfügbar ist. Da das Wasser flüssig sein muss, wird es bereits ein System von Wärmerohren geben, die durch die Wassertanks verlaufen, und die Tanks verfügen über alle zugehörigen Rohrleitungen, die zum Füllen und Entleeren erforderlich sind. Während einer Weltraumschlacht wird die Wärme in den Wassertank geleitet, und das Wasser nimmt die Wärme allmählich auf. Sie können weiter Wärme hinzufügen, bis das Wasser zu kochen beginnt (und wenn Sie bereit sind, die getroffene Masse zu absorbieren, können Sie die Tanks unter Druck setzen, um den Siedepunkt künstlich auf über 100 ° C zu erhöhen). Irgendwann aber Sie haben es mit einer potenziellen Bombe zu tun, also befiehlt der Kapitän "Dampf abzulassen", und die überschüssige Hitze verlässt das Schiff in einem Strom von überhitztem Wasserdampf. Dies könnte sogar durch die Glocke des Haupttriebwerks erfolgen, was auch ein wenig Kampfschub liefert.

Der Nachteil dieses Schemas ist, dass Sie jetzt zu wenig Reaktionsmasse haben, obwohl viel Reaktionsmasse abgelassen wurde, und natürlich kann überhitzter Dampf beim Ablassen Korrosion oder Schäden an Motorteilen verursachen (wenn Sie sich dafür entscheiden, durch die Motordüse zu entlüften denken Sie daran, dass das Schiff mit Schub außerhalb der Achse beaufschlagt wird).

Gründe, keine einfachen Heizkörper zu verwenden

Heimlichkeit . Sie möchten Ihr Schiff nicht in eine Infrarotfackel verwandeln, die Ihre Positionen an alle und jeden sendet.

Verschleiß . Beim Betrieb in feindlichen Zonen oder selbst wenn der Raum ziemlich "staubig" ist, möchten Sie keine zerbrechlichen Kühler und möglicherweise mit Flüssigkeiten gefüllte Kühlrohre am Rumpf haben.

Alternativen

Der "Einweg-Kühlkörper" würde eine Substanz mit sehr hoher Wärmekapazität (spezifische Wärme pro Masse) oder in der Lage sein, sehr hohen Temperaturen standzuhalten. Im ersten Fall können Sie Wasser oder etwas besser Ammoniak verwenden (auch wenn es giftig ist). Für Feststoffe können Sie Lithium verwenden, das bei 450 K schmilzt; Aluminium schmilzt bei mehr als dem Doppelten, hat aber ein Viertel der Wärmekapazität von Lithium. Das Versprühen überhitzter Dämpfe könnte als Antrieb dienen.

Gleichzeitig ist das Auswerfen von überhitzten Pellets nicht zu heimlich.

Unobtainium-Laserkühlung . Es gibt Substanzen wie Wasser , bei denen Laserenergie eine Übertragung von Schwingungsenergie von den Moden, die wir "Temperatur" nennen, zu exotischeren Moden induzieren kann. Das Nettoergebnis ist eine Temperaturabnahme und die Fähigkeit, zusätzliche Wärme aufzunehmen. Was Sie brauchen, ist eine Substanz wie Unobtainiumfluorid, die die gleiche Laserkühle wie Wasser aufweist, aber viel mehr . Dann haben Sie Ihren nicht unbedingt wegwerfbaren Wärmesumpf. Sie könnten dies mit Wasser tun, aber Sie würden viel davon brauchen. Warum sollten Sie dann den "vollen" Heizkondensator entsorgen? Nun, weil diese exotischen Schwingungsmoden nach einiger Zeit abklingen , die Hitze wieder auftaucht und der Wärmekondensator explodiert. Die Fluoridverbindungen sind ein Albtraum, daher könnten die Kondensatoren für Unvorsichtige als Weltraumminen dienen, wenn Sie es schaffen, einige während einer strengen Verfolgungsjagd auf die richtige Flugbahn zu werfen.

Aber immer noch nicht sehr verstohlen (nun, sie sind es , bis und es sei denn, Sie überladen sie über die Kapazität der Passivstrahler hinaus und sind gezwungen, sie abzuwerfen).

superradiative Kühlung . Sie haben eine Schiffsladung Wärmeenergie auf niedrigem Niveau. Diese wird nach dem Boltzmannschen Gesetz mit einer nicht so großen Rate abstrahlen. Sie pumpen es also auf eine höhere Temperatur. Dazu müssen Sie zusätzliche Energie aufwenden, also müssen Sie jetzt anderthalb Bootsladungen loswerden. Aber bei Verdoppelung der Temperatur wird die Emissionsrate mit sechzehn multipliziert. Beim Vierfachen der ursprünglichen Temperatur (in Grad Kelvin) erhalten Sie eine 256-fache Erhöhung der Emission. Jetzt kann ein kleiner Heizkörper viel Wärme abgeben. Außerdem kann es dies richtungsweisend tun . Stellen Sie den Strahler in den Fokus einer Parabel, und Sie erhalten einen Wärmestrahl, der von den meisten neugierigen Augen weggerichtet werden kann ... möglicherweise nicht sofort , oder der Gegenscheinvielleicht noch nachweisbar.

Um es noch einmal zusammenzufassen, Sie können:

• in relax strahlen Sie über kostengünstige Passivstrahler.
• Wenn Sie vorsichtig sind, kühlen Sie die Heizkörper und leiten die Wärme durch Superstrahlungskühlung ab.
• Wenn Sie - für kurze Zeit - Tarnung benötigen, pumpen Sie die Wärme intern in Wärmesümpfe und hoffen, die Wärme normal abführen zu können
• wenn sie überladen werden, geht Stealth sowieso zur Hölle, und Sie haben eine kurze Zeit, bevor Sie sie über Bord werfen; oder Sie können Ammoniak oder Wasser entlüften, um die Hitze loszuwerden und eine "Notentladung" durchzuführen.

Ich erinnere mich an eine Art "Laserkühler" mit einem Röntgenlaser-Antriebssystem, das in David Brins Sundiver verwendet wurde .

Ich erinnere mich auch an eine Geschichte, möglicherweise in Poul Andersons Polesotechnic League , wo ein Schiff versuchte, seine Hitze zu verbergen, aber von der Hitze verraten wurde, die es Stunden zuvor freigesetzt hatte - es reiste mit Lichtgeschwindigkeit und verursachte einen nachweisbaren Erregungseffekt [es würde haben Handwavium-CCDs benötigt, vermute ich] im Staub eines Sonnensystems. Sie können sich eine Vorstellung davon machen, wie das ausgesehen hätte, indem Sie die Nova-Echos von V838 Monocerotis beobachten (sie erscheinen als Material, das vom Stern ausgestoßen wird, aber die NASA sagt, dass sie es nicht sind ).

(Leider kann Sie im Weltraum niemand schreien hören, aber es scheint, dass jeder sehen kann, wie Sie eine Wärmeabfuhr nehmen. Und mit planetaren Entfernungen im Spiel müssen Lichtgeschwindigkeitseffekte berücksichtigt werden).

Verwenden Sie das Vakuum, um das Schiff zu kühlen. Insbesondere mehrere geschlossene/größtenteils geschlossene Räume haben, die für IR durchlässig sind und die auf ein Vakuum gepumpt werden. Verwenden Sie Wasser, um die Wärme zu absorbieren, und sprühen Sie dann das Wasser in diese Vakuumkammer.

Da Wasser im Vakuum bei einer sehr niedrigen Temperatur (-67 °C) siedet, verdampft es und kristallisiert dann zu Eis, wenn die Hitze in den Weltraum abstrahlt, bevor es an den Kammerwänden haftet. Wenn in der Kammer kein ausreichendes Vakuum mehr vorhanden ist, wird das Wasser zur nächsten Kammer umgeleitet. Dann wird das Eis gesammelt und die Kammer wird für die nächste Runde wieder in einen Vakuumzustand gepumpt.

Sie könnten dies ziemlich einfach tun, indem Sie es in den Weltraum entlüften, sobald der Großteil der Atmosphäre herausgezogen ist. Es würde einige Verluste geben, und das Schiff muss möglicherweise ab und zu einen Kometen fressen.

Für die dramatische Spannung könnte ein Unfall eine große Menge Wasser in den Weltraum ablassen, und daher muss schnell eine Wasserquelle gefunden werden, bevor die Dinge zu überhitzen beginnen.
Dies kann etwas verlängert werden, indem nicht unbedingt erforderliche Systeme ausgeschaltet werden.

Kühlkörper sind nur für die Abgabe einer begrenzten Wärmemenge geeignet, ihre Kapazität ist durch das Material und die erreichbare Temperatur begrenzt.

Wir verwenden keine Kühlkörper in Anwendungen, die einen Dauerbetrieb erfordern, außer in Fällen, in denen der Kühlkörper kontinuierlich aufgefüllt werden kann (z. B. Flusswasserkühlung für Kraftwerke).

Das Hauptproblem bei der Verwendung eines Kühlkörpers für Raumschiffe besteht darin, dass Raumschiffe vermutlich viel Energie verbrauchen und wiederum viel Wärme erzeugen, die abgeführt werden muss. Dies lässt sich nicht gut mit der Tatsache kombinieren, dass alles, was Sie als Kühlkörper verwenden, dem Schiff Gewicht hinzufügt, was wiederum die benötigte Energieabgabe erhöht.

Einige Gase, Wasser und Plasma haben eine hohe Energie pro Masseneinheit zum Erhitzen (genannt https://en.wikipedia.org/wiki/Heat_capacity#Specific_heat_capacity ), aber die Gase haben den Nachteil, dass sie den Druck mit der Temperatur erhöhen und Plasmen bereits heiß sind zu Beginn und daher in großen Mengen schwer einzudämmen. Damit bleiben Feststoffe und Flüssigkeiten als verwendbare Materialien, und diese sind im Allgemeinen auf etwa ihren Siedepunkt oder den Punkt beschränkt, an dem sie sich chemisch zersetzen (wie auch immer sie irgendwann zu Gasen werden).

Betrachtet man zum Beispiel Wasser, so hat es eine bemerkenswert außergewöhnliche spezifische Wärmekapazität. Aber dennoch, um wirklich große Wärmemengen (mindestens Gigawatt hier, wahrscheinlich mehr) abzuleiten, braucht man viel Wasser.

Das macht Kühlkörper nicht zu einer guten Wahl, um kontinuierlich produzierte Wärme abzuführen, Radiatoren sind der richtige Weg.

Regenerierbare Kühlkörper sind jedoch eine hervorragende Möglichkeit, kurze Spitzen in der Wärmeerzeugung zu puffern, sodass Kühlkörper möglicherweise zum Kühlen von Systemen eingesetzt werden, die in sehr kurzen Stößen große Mengen an Wärme erzeugen (z. B. Waffen). Der Kühlkörper übernimmt den Großteil der Wärme, dann strahlt ein Kühlsystem die im Kühlkörper gespeicherte Wärme mit der Zeit ab und das System ist wieder einsatzbereit.

Daher werden Wärmesenken in Raumschiffen eher in einer Pufferfunktion und nicht als primäre Methode zur Wärmeableitung eingesetzt.

Für die Kühlkörper möchten Sie Substanzen mit der höchsten Wärmekapazität (die Wärmemenge, die benötigt wird, um in gemäßigtem, ziemlich selbsterklärendem Namen zu steigen).

Derzeit sind sie... Wasser und Ammoniak. Ammoniak verwendet die ISS, um Wärme zu ihren Strahlern zu transportieren: https://www.nasa.gov/mission_pages/station/structure/elements/radiators.html#.WHO_gFPJyHs

Es gibt eine Reihe von Rohren, die durch die Heizkörper geführt werden, und Ammoniak wird durch die Rohre zirkuliert.

So könnten Sie Ihre Kühlkörper direkt an Ihre Heizkörper anschließen. Praktisch! Zumal Heizkörper umso besser funktionieren, je heißer sie sind (siehe Steffan-Boltzmann-Gesetz ).

Nun, wann müssten Ihre Kühlkörper ausgeworfen werden? Beruht.

Das Kühlkörperkonzept muss einer Wahrheit ins Auge sehen: Wärme fliegt dort weg, wo sie heiß ist.

Sie müssen Wärme in einen Kühlkörper drücken , und das kostet Energie. Und die Erzeugung dieser Energie geht normalerweise mit Abwärme einher (abhängig von Ihrer Energiequelle, und Sie befinden sich hier im Science-Fiction-Bereich). Schließlich werden Sie so viel Wärme produzieren, wie Sie drücken. An diesem Punkt sollten Sie einfach aufhören zu drücken und den Kühlkörper eine Weile stehen lassen, bis er abgekühlt ist.

Aber vielleicht würden Ihre Kühlkörper (die wahrscheinlich im Wesentlichen Druckgastanks wären) boomen, bevor sie diesen Gleichgewichtspunkt erreichen. Dann muss Ihr Weltraumkapitän die Möglichkeit berücksichtigen, den Kühlkörper auszuwerfen.

Der Kampf wäre der Hauptgrund, warum ich erwarten würde, Masse auszuwerfen, um Wärme zu entsorgen.

Angenommen, Sie haben energiebasierte Waffen. Das Gesetz des umgekehrten Quadrats schreibt vor, dass sie im Nahbereich viel effektiver sind. Sie absorbieren also die Energie Ihres Gegnerfeuers (und verwenden sie, um Wasser zu überhitzen). Das ausgestoßene Wasser wirkt als Manövrierstrahl, um schneller zu beschleunigen. Du nimmst also die Energie eines Angriffs auf und nutzt sie, um in eine Position zu beschleunigen, in der deine Waffen erheblich mehr Schaden anrichten.

Lassen Sie uns das ein wenig aufschlüsseln.

Unter welchen Bedingungen sind Einwegkühlkörper erforderlich?

Wie bereits erwähnt: Kampf und Tarnung. Heizkörper können beschädigt werden und verleihen Ihrem Schiff eine schöne große Wärmesignatur, die sich vom Vakuum des Weltraums abhebt (vorausgesetzt, die Triebwerke Ihres Schiffs tun dies nicht bereits). Leiten Sie diese Wärme stattdessen in einen internen Kühlkörper und Sie werden viel schwerer zu erkennen sein.

Um Ihre ursprüngliche Idee zu verwenden, könnte ein Frachtschiff Einweg-Kühlkörper verwenden, um die Entdeckung durch Weltraumpiraten oder, wenn es sich um illegale Fracht handelt, durch die Behörden zu vermeiden. Was den Kampf betrifft, könnten kleine/mittlere Schiffe sie verwenden, um der Entdeckung durch Feinde zu entgehen, und größere Schiffe ... dazu komme ich später.

Wie viel Wärme müsste das Schiff erzeugen und wofür würde so viel Energie benötigt?

Auch hier wird, wie bereits erwähnt, anhaltendes Laserfeuer sehr schnell viel überschüssige Wärme aufbauen, die idealerweise in Kühlkörpern entsorgt werden müsste. Während des normalen Flugs müssen die Kühlkörper möglicherweise nicht zu viel Energie aufnehmen, oder überhaupt keine, wenn Ihr Schiff auch Heizkörper hat - aber das ist eine gute Sache, da Sie nicht alle fünf Minuten Kühlkörper auswerfen und ersetzen möchten .

Woraus würden seine Kühlkörper bestehen?

Was auch immer es ist, es muss in der Lage sein, so viel Wärme wie möglich zu speichern, also eine Substanz mit dem höchsten Schmelzpunkt oder der höchsten Wärmekapazität, die man bekommen kann. Die offensichtliche Antwort ist eine Art Unobtainium, aber wenn dies nicht möglich ist, können Sie Wolfram oder Lithium verwenden, wie vorgeschlagen wurde, oder einfach nur altes H2O.

[Nur Heizkörper zu haben ist] langweilig.

Ehrlich gesagt finde ich es auch irgendwie langweilig, nur die verbrauchten Kühlkörper auszuwerfen . Machen wir sie zur Waffe. Anstelle eines großen Kühlkörpers sollten Sie überall auf dem Schiff viele kleinere haben - sie lassen sich einfacher in das Design integrieren, einfacher entsorgen und ersetzen und für das, was ich hier vorhabe, einfacher verwenden.

Unter Berücksichtigung all dessen würden die Kühlkörper wahrscheinlich in Kampfszenarien am meisten genutzt werden. Setzen Sie eine futuristische Railgun auf Ihr Kriegsschiff und Sie können dann entweder die verbrauchten Kühlkörper auswerfen (wenn es nichts gibt, auf das sie abgefeuert werden können, oder als Köder fungieren, wie @D Spetz vorgeschlagen hat) oder sie laden und auf feindliche Schiffe abfeuern . Ein großes Stück Metall, das auf mehrere tausend Grad Celsius erhitzt wird und sich mit Gott-weiß-was-Geschwindigkeit bewegt, wird eine Menge Schaden anrichten.

Kühlkörpermaterial ist in einigen Anwendungen sinnvoll. Bevor ich zu diesen übergehe, müssen wir zuerst etwas klären.

Sie können niemals im Weltraum getarnt sein.

Du bist ein materielles Objekt in einem Meer aus Nichts. Jeder aktive und passive Sensor kann Sie erkennen, von RADAR über LIDAR bis hin zu einem einfachen Teleskop. Schlimmer noch, Sie leuchten aufgrund Ihrer Abwärme buchstäblich im IR-Spektrum. Also warum lackierst du dein Schiff nicht einfach schwarz, machst es RADAR getarnt und kühlst den Rumpf auf ein paar K über dem absoluten Nullpunkt?

Weil du es nicht kannst. Selbst wenn Sie Ihre internen Systeme dazu bringen, mit nur wenigen Watt Leistung bei 99,99 % Effizienz zu laufen, werden Sie wahrscheinlich in der Nähe eines stellaren Fusionsreaktors namens Sonne fliegen , der Sie ständig in Infrarotlicht eintaucht sichtbare Lichtstrahlung. Das ist eine Menge Wärmefluss, mit dem man fertig werden muss, und im Weltraum bedeutet das Radiatoren.

Sie könnten sagen, Sie können alles in Kühlkörper werfen und sie über Bord werfen, und Sie haben Recht, aber Sie kommen immer noch nicht weiter. Das Abwerfen eines Kühlkörpers bewirbt Ihre Position mit einer Fackel, die tausendmal heißer ist als Ihre eigene Unterschrift. Das Starten Ihrer Motoren, um sich davon zu entfernen, erzeugt eine überhitzte Abgasfahne und erzeugt enorme Mengen an Motorwärme, vor der Sie sinken, ausstoßen und wieder davonlaufen können.

TL;DR, Stealth ist ein verlorenes Spiel

Hier sind Verbrauchskühlkörper sinnvoll

Schlacht

Waffen erzeugen Wärme, und die Reaktoren, die sie antreiben, erzeugen mehr. Sie können absolut titanische Heizkörper verwenden, um es loszuwerden, aber diese sind massiv und zerbrechlich. Verwenden Sie stattdessen eine Art Open-Cycle-Kühlung, um die Leistung kleinerer Radiatoren zu steigern. Vergessen Sie die Idee der thermischen Clips, es ist viel sinnvoller, die Kühler mit Wasser zu besprühen oder verbrauchbares Kühlmittel durch einen sekundären Kühlkreislauf zu leiten, der in den Weltraum entlüftet.

Die Vorteile sind zweierlei: Erstens können Sie Ihre kleinen, leichten Heizkörper mit geringem Bedarf wiederverwenden. Zweitens – und interessanter – ist, dass Sie dadurch eine Art Tarnung erhalten. Sie sind jetzt eine Wärmesignatur gegen eine Wolke aus erhitztem Gas. Es wird nicht trivial sein, Ihre winzige und coole Signatur aus dieser massiven, heißen Wolke herauszusuchen

Spike-Anforderungen

Brennende Motoren. Ankurbeln des Reaktors auf 100 %. Benutzung der Kaffeemaschine. Alles, was Abwärme erzeugt und Strom frisst, aber die meiste Zeit der Fahrt nicht an ist. Gleicher Ansatz wie im Kampf: Kühlkreislauf im offenen Kreislauf, indem Flüssigkeiten mit hoher Wärmekapazität über oder durch Ihre vorhandenen Kühler geleitet und in den Weltraum geleitet werden. Vorteil davon ist, dass es die Masse und Zerbrechlichkeit eines riesigen Heizkörpers spart, den Sie 99% der Zeit nicht benutzen werden. Der Nachteil ist, dass Ihre Nutzung dieser Systeme jetzt dadurch begrenzt ist, wie viel verbrauchbares Kühlmittel Sie entbehren können.

Notfälle

Das ist wie Spike Demands, aber mit einer Wendung: Einige der normalen Heizkörper werden beschädigt oder zerstört. Der Reaktor benötigt 4 betriebsbereite Heizkörper, sonst schmilzt er, aber nur zwei sind betriebsfähig. Die Lösung? Schalten Sie die verbleibenden zwei in den Open-Cycle-Modus und geben Sie Ihr begrenztes Kühlmittel aus, um es noch einige Stunden aktiv zu halten. Hat dieselben Nachteile wie Spike Demands, aber dieses Mal handelt es sich um unternehmenskritische Systeme. Der Vorteil ist, dass Sie viel dramatische Spannung im Apollo-13-Stil gewinnen, aber anstatt herunterzufahren, um Batterielebensdauer zu sparen, haben Sie heruntergefahren, um Kühlmittel zu sparen, damit der Fusionsreaktor nicht zu einer Nova wird.

Kraft ist Energie. Wärme ist Energie. Im Idealfall recyceln Sie einfach die Abwärme, um Ihren Antrieb wieder aufzuladen und Kraftstoff zu sparen. Wenn Sie im Kampf zu viel Hitze haben, verwenden Sie sie, um Ihre Schilde oder Waffen anzutreiben - erhitzen Sie Ihre kinetische Munition und feuern Sie sie auf den Feind ab oder wandeln Sie die Hitze in Elektrizität um, um Ihre Railguns anzutreiben. In Stargate Atlantis nutzten die Ori die Bombardierung ihres Schildes (und die Detonation einer Gate-Buster-Atombombe), um das Wachstum des Schildes selbst anzutreiben, bis der Schild den Planeten vollständig umschloss.

In The Mote in God's Eye von Larry Niven (& Jerry Pournell?) dehnte sich das von den Moties modifizierte Langston-Feld aus, als es erhitzt wurde, um eine größere Kühleroberfläche zu schaffen - wodurch die Lebensdauer verlängert und die Effizienz des Schildes verbessert wurde (obwohl die Motie-Schiffe In die äußere Atmosphäre eines Roten Riesen verzerrt, war die Sache mit der größeren Oberfläche ein großer Nachteil - aber diese Jungs denken zu klein (und Niven hat sich Ringworld ausgedacht!)

Wenn Sie wirklich viel Wärme abstrahlen müssen, entfalten Sie einfach eine gigantische (ich meine GIGANTISCH!!!) Platte aus leitendem Material hinter Ihrem Schiff (wie etwas aus Kohlenstoffnanoröhren wie Vanta-Schwarz). Es kann ein paar Moleküle dünn sein, hat eine riesige Oberfläche zum Massieren und kann nach Gebrauch wieder eingezogen werden. Es kann eine ERSTAUNLICHE Oberfläche haben. TAUSENDE Quadratkilometer, wenn nötig. Es wird Ihr Schiff nicht ziehen, da Sie sich in einem Vakuum befinden. Es würde auf dem Zielfernrohr Ihres Feindes als Infrarot erscheinen und vielleicht ein riesiges, aber sinnloses Ziel darstellen. Sie könnten es ebenso um Ihr Schiff herum einsetzen, um Ihre eigene Wärmesignatur als Stealth-Tool zu maskieren, wenn es auf die gleiche Temperatur wie der lokale Weltraum gekühlt würde.

Wahrscheinlich benötigen Sie etwas in dieser Größe, um Sonnenenergie oder Sternenlicht oder als Lichtsegel zu ernten. Moderne Maschinen sind ziemlich effizient darin, ihre Energie zu nutzen, aber man muss die Energie irgendwoher bekommen.

Das PC-Spiel Elite: Dangerous nutzt genau diesen Mechanismus, um das Fahrzeug schwerer auffindbar zu machen. Ich weiß nicht, ob das die Quelle Ihrer Neugier ist oder warum es sonst niemand erwähnt. Ich denke, es ist ein unvernünftiges System, es kontinuierlich zu verwenden, nur wegen der Masse der erforderlichen Kühlkörper, die Sie tragen und dann entsorgen müssen. Einfach ausgedrückt, selbst wenn Sie es zehnmal stärker aufheizen, als Ihr Motor / Ihr Fahrzeug durch die Energie, die Sie loswerden möchten, aufgeheizt hätte, müssen es 10% der Masse Ihres Motors / Fahrzeugs sein. Das ist ziemlich bedeutsam. Es könnte für einen einmaligen Trick an einem Schlüsselpunkt akzeptabel sein oder sogar auf ein paar Gebühren hochskaliert werden, aber die Anzahl würde immer sehr begrenzt bleiben und seine Verwendung muss sehr selektiv und strategisch sein und darf nicht das Hauptmittel sein Abführen von Wärme über eine lange Fahrt.

Wenn der Grund, warum Sie dies wollen, tatsächlich Stealth ist, scheint eine Methode der fokussierten Strahlung angemessener zu sein.

Auswurf == Vortrieb

Alles, was Sie von Ihrem Schiff auswerfen, erzeugt eine gleiche und entgegengesetzte Kraft, die Sie in die entgegengesetzte Richtung treibt. Ich würde vorschlagen, dass die logische Lösung daher darin besteht, Ihre Kühlkörper- und Antriebstechnologien zu integrieren. Eine Möglichkeit, dies zu tun, könnte darin bestehen, Wasser zu verwenden und zu verdampfen, um sowohl Wärmeableitung als auch Antrieb bereitzustellen. Es gibt große Wasservorräte im Weltraum, die abgebaut und direkt auf Ihr Raumschiff übertragen werden könnten.