Machbarkeit eines Mars-Vakuum-Blimps

Es gibt einen von der NASA veröffentlichten Artikel, in dem sie die Praktikabilität der Verwendung eines evakuierten Luftschiffs oder Luftschiffs auf dem Mars diskutieren. Ihre Hauptpunkte sind, dass, da der Außendruck so viel geringer ist, dies mit einem Gitter aus vorhandenen Materialien in einer großen Kugel konstruiert werden könnte. Sie sagen auch voraus, dass:

Durch eine tiefergehende Analyse des Vakuum-Luftschiffmodells kann gezeigt werden, dass das Vakuum-Luftschiff in der Marsatmosphäre theoretisch mehr als doppelt so viel Nutzlast tragen kann wie ein modelliertes Luftschiff gleicher Größe mit einem Radius von 40 Metern.

Allerdings scheinen mir die Zahlen nicht zu stimmen...

Wenn 1 Kubikmeter Atmosphäre auf der Erde eine Masse von etwa 1,225 kg/m^3 (asl) hat und die Atmosphäre auf dem Mars (asl) 0,6 Prozent davon beträgt, dann kann jeder Kubikmeter Vakuum nur 0,00735 kg Marsmenschen verdrängen Atmosphäre. Nun sicher, die Schwerkraft des Mars ist auch geringer, aber ich bin mir immer noch nicht ganz sicher, wie jemand eine solide Struktur für weniger als 0,018 kg bauen würde, die ein Vakuum enthalten kann, selbst in der Niederdruckumgebung des Mars. Übersehe ich etwas? Wo sind meine Annahmen falsch gelaufen?

Ich denke, der Vergleich ist mit einem Luftschiff auf dem Mars (mit Helium gefüllt), nicht mit der Erde.
@SF. Oh, ich verstehe, was es bedeutet. Das beantwortet eine meiner Fragen, danke!
Allein durch den Auftrieb haben Wasserstoff/Helium fast die gleiche Leistung wie Vakuum. Ich nehme an, das Zitat über die Nutzlast stammt aus der Analyse der gesamten Missionsarchitektur. Vor allem müsste ein Standard-Luftschiff Ersatzgas mitführen, um Verluste im Laufe der Mission auszugleichen, die sich schnell summieren könnten.
Ihr Fehler besteht lediglich darin, 1,225 mit 0,6 % zu multiplizieren. Man muss die unterschiedliche Gasmischung der Atmosphären von Erde und Mars berücksichtigen. Auf dem Mars gibt es hauptsächlich Kohlendioxid, auf der Erde hauptsächlich Stickstoff. Die Dichte von CO2 ist höher als die von Luft. Die niedrigere Temperatur des Mars erhöht die Dichte.

Antworten (1)

Für diese Antwort werde ich die Zahlen verwenden, die ich von der NASA und Wolfram Alpha bekomme. Diese sind:

Density of Earth Atmosphere: 1.204 kg/m^3
Density of Martian Atmosphere: .020 kg/m^3
Density of Helium on Mars: .001458 kg/m^3
Density of Helium on Earth: .1663 kg/m^3

Volume of a 40m radius sphere: 268083 m^3

Diese gehen von 1 atm Druck und 20 Grad C auf der Erde und 6,36 mbar und 210 Grad K auf dem Mars aus (Entschuldigung für die Verwechslung der Einheiten).

Das bedeutet, dass das Heliumschiff Folgendes verdrängt:

Earth: (1.204 - .1663) * 268083 = 278185 kg
Mars:  (.020 - .001458) * 268083 = 4971 kg

Und das Vakuumschiff verdrängt:

Earth: 1.204 * 268083 = 322772 kg
Mars:  .020 * 268083 = 5362 kg

Diese Zahlen ändern sich dramatisch je nach Temperatur, die auf dem Mars stark variieren kann. Obwohl ich nicht das gleiche Ergebnis wie die Nasa erhalten habe, ist es durchaus möglich, dass sie von einer kälteren als der Durchschnittstemperatur ausgehen.

Etwas, das ich vorher nicht bemerkt habe, aber meiner Meinung nach ziemlich wichtig ist: Die Dichte eines Vakuums ändert sich (per Definition) nicht, sodass sich das Gewicht des Fahrzeugs nicht mit der Temperatur ändert, während das Heliumfahrzeug hinzufügen muss oder Helium entfernen, um einen stabilen Druck aufrechtzuerhalten. Dies bedeutet, dass es im Vergleich zum Heliumschiff, das mit sinkender Temperatur dichter wird, viel besser funktioniert, wenn es kälter wird.

Die NASA-Studie steht möglicherweise tatsächlich im Gegensatz zu einem weniger wirksamen Traggas, da Wasserstoff und Helium in großen Mengen möglicherweise nur schwer zur Marsoberfläche transportiert werden können.
Vor allem Wasserstoff tritt bekanntermaßen aus? sickern? durch die festen Wände von Kraftstofftanks.
An den anonymen Enditor, der versucht, dieser Antwort Material hinzuzufügen: Die Bearbeitung in zusätzlichem Material sollte besser mit Zustimmung des Autors über einen Kommentar erfolgen, daher meine Ablehnungsstimme.
Ein anonymer Redakteur fügte dem Beitrag einen zusätzlichen Punkt hinzu, den ich abgelehnt habe: Er/sie erwähnte, dass die Temperatur keine Rolle spielen sollte, da die Anzahl der Partikel nicht mit der Temperatur zunimmt/abnimmt. Etwas an diesem Argument passte nicht zu mir, aber ich habe im Moment keine Zeit, es durchzuarbeiten, daher wurde die Änderung abgelehnt. Wenn der Redakteur hierher zurückkommt, stimme ich @Puffin voll und ganz zu - wenn Sie mit dem Inhalt einer Frage nicht einverstanden sind, ist ein Kommentar angebracht. Das Bearbeiten des Inhalts ohne Genehmigung des Autors fühlt sich ziemlich unhöflich an.
@Baldrickk Helium ist noch schlimmer.
@Lex Bei Mars können Sie Wasserstoff durch Elektrolyse von Wasser herstellen. Helium wäre schwieriger zu bekommen und leckt sogar mehr als Wasserstoff durch scheinbar feste Materialien. Auf der Erde kommt Helium aus Erdgasquellen als geringfügige Verunreinigung im Erdgas. Radioaktiver Zerfall im Erdinneren erzeugt Alphateilchen, die Elektronen mitreißen und zu neutralen Heliumatomen werden, die langsam in die oberflächennahe Kruste eindringen. Dasselbe würde auf dem Mars passieren, aber ohne die Erdgasinfrastruktur, um es zu ernten.
Ein Unterschied zwischen einem Standardballon und einem "Vakuumballon" ist der Spannungszustand der Hüllmaterialien. Bei einem Standardballon kann die gesamte Hülle unter Spannung stehen. Ein Vakuumballon, im Wesentlichen eine große Vakuumkammer, steht notwendigerweise unter Druck, und Druckelemente können sich verbiegen, was Zugelemente nicht können. Die Struktur zur Unterstützung der Drucklasten ist pro eingeschlossenem Volumen schwerer als eine Struktur, die Zuglasten trägt, sodass Sie einen Teil des Vorteils verlieren, kein eingeschlossenes Gas zu haben, was ohnehin nicht so bedeutend war.
Wasserstoff-Luftschiffe werden in dem Roman Red Mars von Kim Stanley Robinson verwendet. Es macht Spaß zu sehen, dass es in der Realität berücksichtigt wird.
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