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[SF: Redshift] Schiffsdesign und Technologie

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Feuersänger:
Ein paar weitere Anmerkungen zum CP-Radiator:
Die Hülle selbst strahlt ja ebenfalls ab - es sei denn, man setzt ihren Emissionsgrad absichtlich niedrig an, aber dazu gibt es keinen Grund. Vielmehr kann man das ausnutzen.

Also: sei die Hüllentemperatur 1600K. Das ist knapp unter dem Siedepunkt von Lithium, welches sich als internes Kühlmittel (für den Wärmetauscher) anbietet, durch seine geringe Dichte und hohe Wärmekapazität. Es dürfte schwer sein, ein besseres Kühlmittel zu finden.
Als Curie-Kühlmittel verwenden wir beispielsweise Kobalt (es gibt auch Verbindungen mit höheren CPs, ich glaube CoFe hat 1500K, aber sei's drum.)
Die Rotationsgeschwindigkeit muss freilich so bemessen werden, dass die Teilchen den CP unterschreiten, solange sie noch im Anziehungsbereich des Magnetfeldes sind.

Also: die Hülle strahlt bei dieser Temperatur ca. 350kW/m^2 ab (Pi mal Daumen, rechne ich jetzt nicht genau aus), jetzt mal "Strahlungsfallen" wie die von dir vorgeschlagenen Einbuchtungen nicht berücksichtigt. (Die braucht man evtl gar nicht, s.u.)
Diese Strahlung heizt also permanent in die Kühlplättchen, auch wenn sie gerade im Flug sind.

Der Zyklus könnte also so aussehen:
Neu ausgebrachte Plättchen werden auf der Hülle auf CP erwärmt und driften nach außen. Die Hülle strahlt sie aber weiterhin an, und heizt sie dadurch noch weiter auf, deutlich über den CP hinaus. Erst ab einem gewissen Abstand von der Hülle strahlen die Teilchen mehr ab, als sie neu aufnehmen. Dann erst kühlen sie allmählich unter CP ab und werden ab dem Zeitpunkt wieder angezogen.
Jetzt der Knackpunkt: sie werden bereits im "Rückflug" wieder aufgeheizt, und können bereits wieder deutlich über dem CP liegen, wenn sie wieder auf der Hülle auftreffen. Sobald sie auf dem Rückweg den CP überschreiten, werden sie auch nicht weiter beschleunigt, bringen also nicht soviel kinetische Energie zurück. Durch die Rotation werden sie nach ihrem Auftreffen wieder rausgeschleudert, und dann geht es immer so weiter.

Nachteil: wie gesagt, unter Beschleunigung nicht zu gebrauchen, da es dann die Kühlplättchen "wegweht"; man kann aber am hinteren Ende einen Kollektorschirm ansetzen, der die Dinger wenigstens einfängt, wenn man nicht erst den Radiator abschalten kann, ehe man beschleunigt.


--- Zitat von: ArneBab am 17.06.2010 | 16:32 ---Was spricht dagegen, die vorderen Frachtmodule durch zwei Landeschiffe und ein eigenes Steuertriebwerk zu ersetzen?
--- Ende Zitat ---

Ist alles nur eine Frage der Baugrößen. Ein Landeschiff hat ja immer "überschüssige" Masse (die also im Raumflug nichts nützt, z.B. Hitzeschilde). Ein dicker Pott kann es sich vielleicht leisten, zwei oder mehr Landeschiffe auf diese Weise mitzuführen, aber für ein kleineres Raumschiff wäre das vielleicht unrentabel.
Trotzdem, die Idee hat was für sich. Könnte ja auch ein Landeschiff und zwei reine Manövriertriebwerke sein statt umgekehrt. Je nachdem wieviel das Schiff sich leisten kann.

Außerdem: Diese Hilfstriebwerke müssten auf Höhe des Schwerpunkts des Schiffes liegen. Der Schwerpunkt ändert sich aber, wenn hinten die Treibstofftanks sind, weil diese ja mit der Zeit leichter werden.
Lösung 1: man setzt einen Trimm-Tank so weit nach vorne wie möglich. Durch MHD-Pumpen wird der Schwerpunkt immer auf Höhe der Hilfstriebwerke gehalten.
Lösung 2: man ordnet die Hilfstriebwerke auf 2 Querachsen an, eine vorn, eine hinten.
Lösung 3: Oder gar drei: die großen am "normalen" Schwerpunkt, und vorne und hinten nochmal kleine zum Schwerpunktausgleich.

Eigentlich finde ich Lösung 1 am elegantesten. Aber man muss auch darauf achten, dass die Ausleger mit Landeschiffen/Triebwerken nicht von den Hauptradiatoren angestrahlt werden.
Da gibt es nun eine Reihe potentieller Lösungen, über die ich mir aber erstmal selber Gedanken machen muss. Z.B. die Treibstofftanks direkt vor und hinter der Schwerpunktachse anordnen (Problem: Strahlung zwischen Haupttriebwerk und Tanks); die Radiatoren anders anordnen, oder eine Mischlösung aus vorderen Auslegern, Trimmtanks und kleinen Ausgleichstriebwerken.

Wofür werden die Hilfstriebwerke eigentlich gebraucht:
- für den Translationsmodus, also das ganze Schiff versetzen, ohne die Fluglage zu verändern. Notwendig zum Andocken etc.
- zum Rollen um die Langachse.
- wohingegen die Fluglage, also Rollen um Quer- und Hochachse, auch durch Schubvektorsteuerung des Haupttriebwerks, oder alternativ durch Schwungräder kontrolliert werden kann.
- in Notsituationen, um möglichst schnelle Manöver zu ermöglichen (Kampf)

Daher stellt sich die Frage, wie man den Strahl der Hilfstriebwerke lenkt:
a) das Triebwerk hat 5 Schubdüsen (oben, unten, vorne, hinten, außen), und der Antriebsstrahl wird durch eine davon gelenkt;
b) man hat nur eine Schubdüse, die dafür voll schwenkbar ist;
c) man schwenkt das ganze Triebwerk.

Lösung b wäre natürlich am elegantesten; die Frage ist halt nur, ob das bei der gewünschten Antriebsleistung technisch machbar ist. Wie gesagt, mir schwebt da so eine V_e von 25km/s vor. Das entspricht also schon 1,25GW je 100kN Schub. Ein Landeschiff von ca. 10-12 Tonnen Trockenmasse benötigt grob gegriffen 300 bis 400kN für ein flexibles Einsatzprofil.

Im Wesentlichen läuft es wohl auf die Frage raus, ob man den Antriebsstrahl mittels Magnetfeldern um volle 90° umlenken kann. Wenn nicht, muss das ganze Triebwerk schwenkbar sein.

ArneBab:
Die Abstrahung des Radiators auch bei der Rückehr zu nutzen klingt gut.

Man muss allerdings aufpassen, dass das Magnetfeld nicht zu schnell rotiert, weil es sonst Strahlungsverluste hat.

Dazu kommt, dass deb Abstand so groß sein sollte, dass die Abstände zwischen den Teilchen deutlich größer werden als die Teilchengröße (sonst wird effektiv wieder die Hälfte der Energie nach innen gestrahlt). Die Verluste durch Absorption dürften in etwa linear mit dem Abstand gehen, während das benötigte Magnetfeld zum zurückholn quatratisch hochgeht. Auf die Art haben wir eine logische Grenze, wie groß der Radiator werden kann.

Was auch toll ist: „Verdammt, Staub! Hol den Radiator rein, sonst hatten wir ihn mal!“

Der Radiator ist zwar durch Mikrometeoriten kaum zu beschädigen, aber Wasserstoffmoleküle, die allen Teilchen einen minimalen Impuls geben, können ihm übel zusetzen. Genauso muss er abgeschaltet werden, wenn die Umgebung mit ferromagnetischem Schrott durchsetzt ist (sonst wird der vom Magnetfeld angezogen und verursacht heftige Schäden).

Das heißt, es gibt für Schiffe mit CP-Radiator natürliche Gefahrenzonen, in denen sie nur eingeschränkt nutzbar sind – und das ist Klasse für Geschichten in der Welt :)

---

Das Rollen um die Langachse kann auch über Verschiebungen der Frachtkontainer erreicht werden. Mehr als 360° werden wir ja nicht brauchen. Nur wenn das Schiff irgendwie Drehimpuls um die Längsachse bekommen hat (zum Beispiel durch Fremdteilchen-Hüllen-Interaktion, die aus unerfindlichen Gründen in Kämpfen recht häufig ist :) ), muss man das mit Triebwerken ausgleichen.

Für Translation sind sie nötig, aber da die Manöver deutlich seltener sind als Drehungen um Quer- oder Hochachse, muss das nicht effizient sein.

Drehungen um Quer- und Hochachse sollten halt für jegliches Manövrieren schnell sein.

Deswegen denke ich, dass die Steuertriebwerke nicht am Schwerpunkt sein müssen. Es reicht, wenn sie die Schnauze gegenüber dem Heck beschleunigen und das Schiff so drehen. Auch wenn so das Fliegen etwas schwerer wird :)

Feuersänger:
Ich glaub, wir reden irgendwo ein bißchen aneinander vorbei bzw. gehen von unterschiedlichen Annahmen aus. Ich stelle mir das Ding als eine tonnenförmige Sektion des Rumpfes vor, Rotationsachse in Flugrichtung. Ziemlich langsame Rotationsgeschwindigkeit (damit die Teilchen langsam rausgetragen werden). Das Magnetfeld kann nach meinem Verständnis gleichmäßig sein, das deckt sich aber nicht mit deiner Beschreibung.

Auch hab ich zuweilen den Eindruck, du gehst von parabelförmigen Flugbahnen aus, als ob die Teilchen ständig von einer Kraft abgelenkt würden. Ich meine, das einzelne Teilchen wird immer senkrecht zur Rotationsachse in gerader Linie rausgeschleudert, und nimmt dann nach Unterschreiten des CP wieder dieselbe gerade Linie zurück.

--

Zum Manövrieren: ich finde auch, dass ein Schiff jederzeit leicht manövrierbar sein sollte. Also Rotation und Translation. Da würde ich mich ungern mit einem "Hack" zufriedengeben.

Eine alternative Konfiguration ist mir noch eingefallen:
- nur zwei Segelradiatoren, "oben" und "unten" (oder besser: dorsal und ventral). Wenn einem die Kapazität von zwei Radiatoren reicht, hat das auch den Vorteil, dass das Schiff eine echte Schmalseite hat (siehe DKs Überlegungen weiter oben).
- die Ausleger auf Höhe des Schwerpunkts links und rechts (backbord und steuerbord?). An den Auslegern die Hilfstriebwerksbündel senkrecht zur Langachse, also nach außen gerichtet, und bei Bedarf den Strahl um 90° schwenken (wenn das technisch möglich ist).
- Treibstofftanks an beiden Enden des Schiffs zur Trimmung des Schwerpunkts. Die Frachtcontainer jeweils am Hauptrumpf zwischen Tanks und zentralen Auslegern.
- Das Landeschiff ohne Triebwerke "huckepack" am Bug. Bei Bedarf können einige der Hilfstriebwerke umgekoppelt werden. Das Raumschiff kann dann zwar nicht mehr ganz so flott manövrieren, aber es wird auch nicht zur "sitting duck".

Ich denke, das dürfte funktionieren.

ArneBab:

--- Zitat von: Feuersänger am 18.06.2010 | 18:06 ---Ich glaub, wir reden irgendwo ein bißchen aneinander vorbei bzw. gehen von unterschiedlichen Annahmen aus. Ich stelle mir das Ding als eine tonnenförmige Sektion des Rumpfes vor, Rotationsachse in Flugrichtung. Ziemlich langsame Rotationsgeschwindigkeit (damit die Teilchen langsam rausgetragen werden). Das Magnetfeld kann nach meinem Verständnis gleichmäßig sein, das deckt sich aber nicht mit deiner Beschreibung.

--- Ende Zitat ---


Ich bin von einem nicht-homogenen Magnetfeld ausgegangen.

Ein homogenes würde es aber einfacher machen. Ist aber nach außen nicht ganz so einfach zu machen…

Der Vorteil wäre, dass es bei einem homogenen keine Energieabstrahlung gibt, also würde es wohl gemacht werden.


--- Zitat ---Auch hab ich zuweilen den Eindruck, du gehst von parabelförmigen Flugbahnen aus, als ob die Teilchen ständig von einer Kraft abgelenkt würden. Ich meine, das einzelne Teilchen wird immer senkrecht zur Rotationsachse in gerader Linie rausgeschleudert, und nimmt dann nach Unterschreiten des CP wieder dieselbe gerade Linie zurück.
--- Ende Zitat ---

Sie sind auf einer leicht parabelförmigen Bahn, weil ihr Startpunkt an der Seite des Schiffes liegt (Bewegungsrichtung der Hülle), so dass das Magnetfeld sie teils seitlich zieht.


--- Zitat ---…
- Das Landeschiff ohne Triebwerke "huckepack" am Bug. Bei Bedarf können einige der Hilfstriebwerke umgekoppelt werden. Das Raumschiff kann dann zwar nicht mehr ganz so flott manövrieren, aber es wird auch nicht zur "sitting duck".

--- Ende Zitat ---

Der Aufbau klingt gut.

Wenn die Hilfstriebwerke dafür designt sind, können sie auch direkt Koppelstellen haben, so dass das Landungsschiff nur gelöst werden muss, und die Hilfstriebwerke sich vielleicht sogar semi-automatisch ankoppeln.

Feuersänger:

--- Zitat von: ArneBab am 18.06.2010 | 22:53 --- Ich bin von einem nicht-homogenen Magnetfeld ausgegangen.
--- Ende Zitat ---

Das erklärt vieles.
Noch ein paar Gedanken zum CP-Radiator: das Magnetfeld erzeugt man am besten durch supraleitende Spulen. Die müssen aber relativ kalt sein ("Hochtemperatur-SL" bedeutet etwa "mit flüssigem Stickstoff zu kühlen"). Ist also ein technisches Problem, die Spulen kalt und die Hülle heiß zu halten. Aber lösbar; muss halt die innere Hüllenschicht einen sehr kleinen Emissionsgrad haben; dazwischen Vakuum, dann die LN2-gekühlten Supraleiterspulen ebenfalls in einer hochfreflektiven Hülle. Dann müsste das gehen.


--- Zitat ---Der Aufbau klingt gut.

Wenn die Hilfstriebwerke dafür designt sind, können sie auch direkt Koppelstellen haben, so dass das Landungsschiff nur gelöst werden muss, und die Hilfstriebwerke sich vielleicht sogar semi-automatisch ankoppeln.

--- Ende Zitat ---

Ja, das ist ne gute Idee. Quasi ein Schiff nach dem Lego-Prinzip. Ich werd nächste Woche mal eine aktualisierte Zeichnung anfertigen, vielleicht schaff ichs dann auch, sie einzuscannen. Schade, dass ich keine Ahnung von Blender habe, damit sollen sehr schöne 3D-Modelle möglich sein.

Noch ein Nachtrag zum Segelradiator:
Ich hab mir überlegt, dass es gescheiter ist, die Segel nicht einrollbar sondern faltbar zu machen - also nicht ganz flexibel sondern nur mit "Faltkanten" versehen. Dann kann man die "Adern" aus DLC machen - also Kohlenstoff in Diamantkonfiguration. Das Zeug ist hochstabil, leitet die Wärme sehr gut an die "Haut" weiter, und, das ist der Knackpunkt, ist für Laserstrahlen transparent, kann also durch Laserbeschuss nicht beschädigt werden. Laser können höchstens ein paar Löcher in die Haut (aus Kohlefaser) brennen, und die ist leicht zu ersetzen. Dann können nur kinetische Geschosse den Radiator ernsthaft beschädigen.

Ferner: bei kleineren Raumschiffen kann das Landeschiff identisch mit dem Kommandomodul sein. Für größere Schiffe ist es aber sinnvoller, das aufzuteilen.

BTW, es gibt durchaus Szenarien, in denen das Landeschiff als Rettungsboot dienen kann. Z.B. wenn der Hauptantrieb ausgefallen ist und das Raumschiff in einen Planeten krachen würde. Statt zu versuchen, mit den Manövriertriebwerken das ganze Schiff aus der Bahn zu bewegen, koppelt man diese einfach an das Landeschiff an und kann damit sicher auf dem Planeten landen, oder wenigstens in einen Orbit einschwenken und auf Rettung warten.

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