De grootte van een ruimteschip.

tempelier

Ik ga er even van uit dat de mens in staat zou zijn ruimte schepen te bouwen van zeer grote grootte.
(dit is al een discussie op zich natuurlijk)

Volgens mij zit aan die grootte een soort natuurlijke begrenzing.

Immers neem een ruimteschip (niet als te groot) bemand en voorzien van de nodige apparatuur.

Die mensen geven warmte af en de apparaten ook, die moet dus worden afgevoerd.
Dat kan eenvoudig aan het oppervlak van het ruimteschip daar het er buiten nogal koud is.

Nu maken we denkbeeldige schip tweemaal zo groot.
Dan wordt de inhoud 8 maal zo groot en het oppervlak 4maal zo groot.

Dat betekent dat er per oppervlakte deel 2 maal zoveel warmte moet worden afgevoerd per oppervlakte eenheid.

Wordt dit als maar herhaald, dan neemt de hoeveelheid warmte die moet worden afgevoerd per oppervlakte eenheid als maar toe.
Totdat het oppervlak het min of meer niet meer aan kan met als gevolg dat de temperatuur in het ruimteschip te hoog voor de mens wordt.

Er zijn stellig wat trucjes om dat wat op te rekken maar er lijkt mij toch een grens aan te zitten.

Er is trouwens nog een verborgen probleem:
Hoe krijg je de warmte binnen in het schip naar buiten?
Warmte transport vereist energie en dat geeft nog meer warmte.

====

Wel wat vinden jullie?
Zit er wat in of zit ik helemaal op het verkeerde spoor?

Thionyl

Ja, een paar dingen die me zo invallen. Een groter schip hoeft niet persé meer (levende?) bemaningsleden of apparatuur aan te hebben. De grootte kan misschien grotendeels opslagruimte zijn en die is te koelen misschien door de sluizen en deur(en?) En groter worden v/h schip betekent ook niet dat het opp. op jou rekenmanier kleiner wordt in verhouding met het volume. Zelfs de massa hoeft niet op die manier toe te nemen. Misschien dat me later nog meer invalt. Maar koeling zal bij een actief ruimtevaartuig zeker de nodige aandacht gaan krijgen, dat wel.
Zelfde speelt bij (toekomstige?) energie-voorzieningen op de Maan.

tempelier

Men kan natuurlijk een ruimteschip na vergroting met het zelfde uitrusten, of niet veel meer.

Maar dat is niet lang vol te houden, want dan bouwt men slechts loze ruimten en dat is dan niet meer zinvol.

Men kan natuurlijk slecht in een richting het ruimteschip uitbouwen, maar dan kan men er net zo goed twee bouwen.

Thionyl

Hoezo niet zinvol? Dus een vrachtwagen met aanhanger zie jij al "niet zinvol" ? Juist om vracht gaat het en ruimte om het op te bergen erts enz enz en dat vraagt ook niet zo om klimaatbeheersing. Daarnaast is het maar net hoe je een groter ruimte schip ziet. Ik meer als variant op een binnenschip.

Ontwerpen genoeg die op een Eiffeltoren lijken. Reactor??? (effe wat SF) in de staart en containers in het midden. Blijft de veel kleinere bemande Capsule of wat het dan ook wordt of is, gewoon dezelfde en is jouw probleem opgelost.

tempelier

Een vrachtschip is iets anders dan een ruimteschip dat is bedoeld om mensen met wat ze nodig hebben in de ruimte te laten leven.

Marko

Ik vind dit wel een interessant idee, nooit op deze manier bij stilgestaan. Maar je redenering gaat natuurlijk alleen op als je aanneemt dat het ruimteschip in alle richtingen moet groeien. Als je de afmetingen in 1 richting constant houdt, blijft de verhouding tussen buitenoppervlak en volume constan, en dan kun je het zo groot maken als je wil.

Qua opwarming denk ik dat het sowieso wel mee zal vallen, of laat ik het zo zeggen: de benodigde afmetingen worden door andere dingen bepaald. Een mens die 2500 kcal per dag consumeert zal ook niet meer dan 2500 kcal per dag aan warmte produceren, omgerekend iets meer dan 10 MJ per dag. Dat is 120 W. Als we willen dat het ruimteschip 20 ºC blijft, zal hij 420 W/m² uitstralen naar de omgeving. Om de warmteproductie van mensen af te voeren heb je dus per mens nog geen 4 m² nodig. Ik moet er niet aan denken om opgesloten te zitten in een schip waar ik hooguit 2 bij 2 meter voor mezelf heb. De benodigde afmetingen worden dus eerder bepaald door het creëren van genoeg privacy dan door de noodzaak warmte af te voeren.

Benm

Ergens zou je kunnen stellen dat wanneer je de aarde zou voorzien van een of andere aandrijving, je de facto een ruimteschip hebt.

Dus in die zin zou ik zeggen dat de bovengrens in ieder geval erg groot is, tot op het punt dat je de zwaartekracht niet meer overleeft.

Het lijkt me geen strict vereiste dat de binnenkant van een ruimteschip bruikbaar is. De meeste mensen zullen er wel van uitgaan, naar analogie van een vliegtuig, (duik)boot, bus of iets dergelijks, maar het lijkt me geen formele eis.

Een hele planeet als ruimteschip heeft zn voordelen, alleen gaat het niet erg hard optrekken denk ik

tempelier

De aarde als ruimteschip is geen echt vergelijk.

Immers dan moet het vergeleken worden met met een ruimteschip waarvan alleen de buitenschil wordt gebruikt.
Dat is niet bepaald een economische manier van bouwen.

Ook behoort die binnenkant dan niet meer echt tot het schip trouwens.

Thionyl

Ben een beetje out of Quote enz. dus maar zo:

Een vrachtschip is iets anders dan een ruimteschip dat is bedoeld om mensen met wat ze nodig hebben in de ruimte te laten leven.

Dat is een nieuw gegeven, wordt het nu een Cruise-ruimteschip.? Over hoeveel mensen wil je het dan hebben?

In het ISS zitten ca 3-6 personen. Hebben weinig energie. Geloof iets van 400-500 watt/experiment max. Maar het draait wel rondjes om de Aarde en doet zijn best in van alles en is een bron van ideeen enz. Maar om het een echt ruimteschip te noemen, nee. Dus dat zal je wel niet bedoelen. Meer een vlot ipv een boot.
Dus wat bedoel je dan? Eentje die effe via de Maan en Mars of verder enz wat lekker rond toert?

In de Ruimte is weinig aan vorm gebonden, sinds wrijving daar nul is. Dus een bol is niet noodzakelijk, hooguit ethisch of kunst enz. Praktisch lijkt me meer voor de hand liggen. En de koude-dood ligt dichterbij dan de- warmte dood, tenzij enz enz. Zonnebrand paraat.

Kon niet zo snel een plaatje vinden met een Eiffeltoren-achtige constructie, misschien vindt iemand anders er een. Maar dat is voorlopig de veiligste constructie met motoren op kern-energie en de meest praktische. Kun je ook misschien laten roteren voor g-krachten enz. Modules aanhangen enz enz.

Vind het wel vreemd dat je een (ruimte)vrachtschip niet ziet als een echt ruimte-schip. Die moeten het waar gaan maken anders gaat het niet lonen en is elk idee bijna gedoemd tot mislukken om verder te gaan dan we nu al doen. En koelingen met zo'n constructie is wel te bedenken.

PS Economisch bouwen is wat geld oplevert. Ruimte voor containers bijv. in het binnenste en leven er omheen, denk ik, als je iets super compact wil hebben. Wel vreemd want je hebt zovéééél ruimte in de Ruimte.

die hanze

Ik denk dat warmte transport wel een van de laatste redenen is waardoor je je ruimteship niet meer groter kan maken. Ik beeld me toekomstige ruimteschepen altijd in met gigantische zonnepanelen, deze vergroten enorm de oppervlakte volume verhouding en hebben een enorm potentieel om het schip af te koelen aangezien het eerder vlak is. Een beetje zoals de stegosaurus als je begrijpt wat ik bedoel.

Ruimteschepen om voorbij het zonnestelsel te vliegen zullen dit niet hebben want die gebruiken een fusiebron als energie denk ik maar indien nodig kan je toch altijd een vlak uitsteeksel bouwen om warmte uit te stralen?

Benm

Het is natuurlijk wel de vraag wat het nut/doel/etc van een dergelijke 'ruimteschip' is.

Als het puur een habitat in de ruimte is zoals het ISS lijkt me formaat geen probleem, je zou bij wijze van spreke een matrix kunnn bouwen van 1000 x 1000 ISS'en onderling verbonden met tunnels. Wellicht zouden getijdekrachten dat uit elkaar gaan trekken, maar dan heb je nog opties als flexibele tunnels en dergelijke om dat te overkomen.

Veronderstelt dat je wel ergens heen wilt, dan zit je op compleet onbekend terrein. We hebben geen technologie waarmee we een bemand ruimteschip kunnen bouwen dat binnen een mensenleven de dichtstbijzijnde ster kan bereiken, ongeacht of het zo groot is als een ski-box, telefoooncel, touringcar of vliegdekschip.

Maar hoe dan ook: de aarde is gewoon best een goed ruimteschip: vasthouden van de atmosfeer door gravitatie, erop kunnen rondlopen door gravitatie, afscherming van kosmische straling door een magneetveld en ga zo maar door.

Oververhitting is zeker niet het probleem: als je een heul grote raketmotor op de aarde zou zetten zodat je koers kan zetten naar de volgende ster is vooral kou het probleem.

Er zit hier wel wat fundamenteels achter: als je iets zo groot en zwaar maakt dat het onder de eigen zwaartekracht in elkaar zakt tot een bolvorm heb je feitelijk gewoon een planeet... wellicht eentje met motoren, maar strict genomen kan het gewoon werken als transportmiddel.

Bladerunner

Wat de warmteafvoer betreft:
Je gaat er kennelijk vanuit dat alle warmte afgevoerd moet worden. Dat is natuurlijk niet zo. Een deel moet behouden blijven voor life-support want je eigen lichaamswarmte of wat elektronica uitstraalt is natuurlijk niet voldoende. Dus de door jou genoemde ratio van volume en koeloppervlak gaat niet op. Een groter volume betekent namelijk ook dat meer of grotere vertrekken waar je binnen moet kunnen gaan verwarmd moeten worden.
Gaat het om een vrachtschip met lading waar je tijdens de vlucht niet bij hoeft dan kan het nodig zijn dat zelfs dan klimaatbeheersing nodig is want veel producten e.d. (denk b.v. aan elektronica in computers e.d.) mogen ook weer niet te koud worden en als je dieren vervoerd voor kolonisten moet het gewoon warm genoeg zijn.
Is het een soort passagiersschip en je maakt dat groter dan zul je dit doen om meer mensen tegelijk te kunnen vervoeren en dat betekent dat de warmte die je daar dan extra voor nodig hebt juist binnen moet blijven. Ook bestaan er genoeg methodes en redenen om (overtollige) warmte juist op te slaan voor noodsituaties of om simpelweg je maaltijd te verhitten of een warme douche te hebben.
Het zal eerder de kou zijn die je buiten wilt houden dan dat je veel warmte zou willen afstaan.

Wat de afmetingen betreft:
Daar zit een grens aan want ook al is er buiten geen zwaartekracht, binnen zal dat willen we ruimtereizen maken waarbij langdurige gewichtloosheid vermeden wordt (de medische negatieve effecten zoals spierverslapping zijn hierbij doorslaggevend) kunstmatig moeten worden opgewekt. De makkelijkste manier is natuurlijk een roterend verblijf maar hoe groter dan die diameter wordt hoe groter de verschillen zullen zijn gerekend vanaf het draaipunt. Want er mag dan weliswaar geen zwaartekracht zijn, er is wel inertie vanwege de massa. En aangezien inertie evenredig is met de massa kom je bij een punt dat de krachten van die inertie groter worden dan een bepaalde constructie aankan.

Een heel lang schip b.v. zal dan heel voorzichtig een bocht moeten maken of het zou uit buigzame segmenten moeten bestaan als bij een trein.
Tenzij we natuurlijk ooit zoals in Startrek een IDS uitvinden. (Inertial Damping System)

die hanze

Een absolute theoretische bovengrens kun je vinden door een maximum oppervlakte temperatuur te vinden (310 K bvb). Het vermogen dat je dan uitstraalt kun je eenvoudig berekenen en schaalt met de oppervlakte. Dit stel je vervolgens gelijk aan het vermogen dat in het volume wordt opgewekt, zoals marko voorstelt neem bvb 1 mens per 6 kuub en vermenigvuldig deze vermogensdichtheid met het volume. Het energie transport is in dit geval ideaal, elk overschot aan energie wordt instantaan overgebracht naar het oppervlak. Dit kan in principe niet maar het geeft je wel een nuttige bovengrens. Er is dus geen temperatuurs gradient en nergens stijgt de temperatuur boven de toegelaten maximum waarde.

Wat betreft een realistisch model, merk op dat energie transport helemaal niet perse energie input vraagt en dus restwarmte produceert. Conductie en convectie zijn 2 energie transport mechanismen die spontaan plaatsvinden zonder dat er "werk" moet worden verricht. Er zijn wel een aantal voorwaarden aan verbonden eer deze mechanismen in werking treden. Conductie heeft een temperatuurs-gradiënt naar buiten toe nodig wat zeer nadelig is aangezien het midden veel warmer is en de rand dus niet optimaal aan de maximum temperatuur warmte uitstraalt. Convectie is al veel beter maar dit heeft ook een aantal voorwaarden nodig (theorie van convectie is zeer moeilijk), de benodigde temperatuurs gradient is echter veel kleiner.

die hanze

Een nagenoeg perfecte geleiding is in principe mogelijk met exotische dingen als supervloeibaar helium etc... . Ik denk niet dat hier een thermodynamische limiet op zit. Enkel als je een omgekeerde T gradiënt wil creëren ga je met machines moeten werken die restwarmte produceren en komt de 2de hoofdwet alles verkloten denk ik. Ook niet evenwichtstoestanden kunnen zeker helpen, we gaan er meestal vanuit dat het schip net als een ster in lokaal equilibrium is maar dit hoeft helemaal niet zo te zijn, we kunnen ons een rooster doorheen het schip inbeelden op een veel hogere temperatuur maar geïsoleerd van de rest van het schip. Doordat dit rooster zo heet is zou het heel efficiënt energie buiten uitstralen en enorme vermogens transporteren in het schip. Natuurlijk creëer je enorme hoeveelheden restwarmte indien je hier warmte vanuit de koude kamers in wil dumpen maar laat dat rooster dan nog maar wat warmer worden, energie verbruik is in zulke denkbeeldige experimenten niet onze zorg.

Tot zover mijn bijdrage, ik hoop dat dit de richting was waarin je aan het denken bent.

tempelier

Bladerunner schreef: Wat de warmteafvoer betreft:
Je gaat er kennelijk vanuit dat alle warmte afgevoerd moet worden. Dat is natuurlijk niet zo. Een deel moet behouden blijven voor life-support want je eigen lichaamswarmte of wat elektronica uitstraalt is natuurlijk niet voldoende.

Dat is niet zo.

Er wordt warmte geproduceerd, wordt daar niets mee gedaan dan blijft de temperatuur in het schip als geheel stijgen.
Dat een bemand ruimteschip op temperatuur moet blijven is duidelijk, maar heeft het eenmaal die temperatuur dan moet de rest worden afgevoerd anders wordt ze te hoger en hoger.
Er moet dus gewoon een evenwicht zijn tussen de ontwikkelde warmte en uitgestraald warmte.

Men kan niet die extra warmte zomaar ergens voor gebruiken, was dat wel zo dan konden koelkasten met energie winst draaien.

Wetenschapsforum

Laatste berichten

Nieuwsberichten

De grootte van een ruimteschip.

De grootte van een ruimteschip.

Re: De grootte van een ruimteschip.

Re: De grootte van een ruimteschip.

Re: De grootte van een ruimteschip.

Re: De grootte van een ruimteschip.

Re: De grootte van een ruimteschip.

Re: De grootte van een ruimteschip.

Re: De grootte van een ruimteschip.

Re: De grootte van een ruimteschip.

Re: De grootte van een ruimteschip.

Re: De grootte van een ruimteschip.

Re: De grootte van een ruimteschip.

Re: De grootte van een ruimteschip.

Re: De grootte van een ruimteschip.

Re: De grootte van een ruimteschip.