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23.05.2012 | 11:36

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Autor Thema: [SF: Redshift] Schiffsdesign und Technologie  (Gelesen 17621 mal)
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Fantomas
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Inselschrat im Exil

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Yerho

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« Antworten #375 am: 8.08.2011 | 20:08 »

Stimmt. Heutzutage würden sie Purzelbäume schlagen, wenn man die Kosten auf $1000/kg drücken könnte. (Skylon soll angeblich $250/kg schaffen.) Das wäre aber für SF immer noch viel zu teuer.

Wie gesagt, mit den heutigen Kosten-pro-Kilogramm-Schemata kann man im Grunde nicht arbeiten. Zum einen beinhalten diese nämlich die Entwicklungskosten, die sich in einem Zukunftsszenario längst amortisiert haben dürften und sind zudem nur zu einem Bruchteil technisch bedingt - entscheidend ist, wer die wissenschaftliche Orbitaltransfers nutzt, also derzeit allein die Wissenschaft und wer dafür zahlt, also derzeit überwiegend der Staat mittels Steuergeldern. Bei einer höheren Diversifikation der Nutzer und einer Umwandlung der unmittelbaren Nutzer in unmittelbar Zahlende sinken die relativen Kosten automatisch. Ein weiterer wichtiger Punkt ist die Auslastung, und die kann man nur als mies bezeichnen, wenn alle Jubeljahre mal eine Mission startet.
Selbst ein heutzutage alltäglicher Interkontinentalflug mit einem Verkehrsflugzeug wäre ohne die Bandbreite zahlender Kunden für die Dienstleistung sündhaft teuer.

Zitat
Das liest man auch immer wieder, sehe ich aber nicht so. Gut, da ist jetzt die Frage was "massiv" heisst. Aber auf jeden Fall sind Energieträger interessant, insbesondere solche, die auf der Erde knapp werden (Uran) oder überhaupt nicht vorkommen (Helium-3). Das wird ein Hauptimport sein. Ein anderer Hauptimport wären bestimmte Metalle, die auf der Erde selten sind, z.B. Osmium und die ganzen anderen Seltenen Erden.

Hier wird bereits das Pferd von hinten aufgezäumt, wenn man davon ausgeht, dass irgend jemand das Gefühl hat, irgend jemanden versorgen zu müssen, egal ob das rentabel ist oder nicht. So funktioniert freie Wirtschaft bekanntlich nicht. Wenn die Erde gegenüber Planet X nichts mehr hat, was Planet X braucht, wird die Erde von Planet X entweder nichts über bilateralen Handel erhalten oder das Exportdefizit aus anderen Quellen deckeln müssen.

Zitat
Hauptexport werden im solaren Setting zunächst Lebensmittel und verarbeitete Güter (Elektronik, Maschinen) sein. Da zähle ich jetzt auch mal die Luxusgüter mit dazu.

Maschinen und Geräte müssen nur Planeten importieren, die noch nicht so weit entwickelt sind um diese selbst herzustellen. Diese Abhängigkeit funktioniert eine Weile, aber wie man schon bei Kolonien auf der Erde sieht, ist es deren vitales Bestreben, diese Abhängigkeit schnellstens zu beenden, um auf Augenhöhe handeln zu können. Und im Weltraumzeitalter sind die ersten Siedler keine Bauern mit in der Heimat unerwünschten religiösen Ansichten oder deportierte Sträflinge - zumindest nicht nur. Für die Entwicklung von Welten muss man Spezialisten hinkutschen, und die werden sehr schnell für technisch-wirtschaftliche Autonomie sorgen. Jedes Bemühen, dies zu unterbinden, wird unweigerlich in bewaffnete Konflikte münden, in denen das Mutterland der Mutterplanet noch stärker gelackmeiert ist als bei Unabhängigkeitskriegen auf der Erde, zumal die Versorgungswege noch länger sind.

Zitat
Luxus-Importe kann ich mir im interplanetaren Verkehr nur schwer vorstellen; vielleicht Weingläser aus Marssand oder so, aber da dürfte sich der Bedarf in engen Grenzen halten. Das ist was anderes im interstellaren Szenario, wenn man z.B. mit Eingeborenenkunst oder arkturianischem Megawasserbüffelsteak oder anderen Zeugnissen extrasolaren Lebens handeln kann.

Luxusgüter sind alle Güter, die für das Überleben einer Welt nicht zwingend erforderlich, aber für die Bewohner einer entwickelten Welt erstrebenswert sind. Das können natürlich spezielle Nahrungsmittel, Edelhölzer, Drogen oder Kunstgegenstände sein, dazu zählt aber mehr. Wenn beispielsweise erst einmal eine dicht bevölkerte Welt daran gewöhnt ist, sich von synthetischer Nahrung zu ernähren, wird jedes natürliche Nahrungsmittel zum Luxusgut, selbst wenn die synthetische Nahrung an sich durchaus wohlschmeckend und abwechslungsreich sein sollte. Zum Luxus werden auch schnell Waren, die an sich nichts Besonderes darstellen, aber die gerade aufgrund ihrer Beliebtheit mit starken Einfuhr-/Ausfuhrbeschränkungen und/oder hohen Zöllen belegt sind.

Zitat
Sicher werden die Raumfahrer nur einen Bruchteil der Gesamtbevölkerung ausmachen, aber halt doch nicht mit den 500 Hanseln zu vergleichen, die die Menschheit bisher ins All geschossen hat. So als ganz grobe Größenordnung würde ich mal sagen, dass die Menschheit (aufgespalten in verschiedene Faktionen, aber das ist eine Sache für den Settingthread) einige tausend Raum- bzw. Sternenschiffe im Einsatz hat. Wieviel genau, darüber habe ich mir ehrlich gesagt noch keine Gedanken gemacht.

Wie gesagt, zukünftige Raumfahrt mit heutiger Raumfahrt zu vergleichen ist eine Sackgasse. Der Vergleich mit dem heutigen interkontinentalen Flugverkehr trifft es eher - nur mit dem Unterschied, dass sich die Anzahl der Reisenden auf mehr Ziele verteilt. Gemeinsam haben aber alle erst einmal das Zwischenziel, welches darin besteht, dem Schwerkraftbrunnen zu entkommen.

Zitat
Wie gesagt, um ein SF-Setting als Hintergrund für interessante Geschichten zu erstellen, muss man sich zuerst überlegen, was man drinhaben will, und dann, wie man die Parameter einstellen muss, damit man es bekommt. Ich habe als Corestory Elemente wie private Raumfahrt (Trampfrachter), Exploration und Kolonisation vorgesehen, also muss die Technologie das hergeben. Es hat einfach niemand was davon, wenn man sich ganz streng an eine logische Entwicklung aus der heutigen Situation hält, und dann immer noch bei seltener, teurer, meist unbemannter und streng genommen zweckfreier Raumfahrt rauskommt. Sowas will niemand bespielen.

Daher ja mein Vorschlag, die langweiligen, aber notwendigen Setting-Bestandteile von den spannenden, spielbaren zu trennen und der Deduktion ihren Lauf zu lassen. Die technische Seite ist weitestgehend dadurch gedeckelt, dass Du auf zu viel Handwedelei verzichten möchtest. Also kann man eigentlich nur noch an kulturellen und demographischen Reglern drehen:

1.) Wenn Raumreisen etwas für Abenteurer, VIPs und Flüchtlinge sind, werden wenige Passagiere genug zahlen, um Raumflüge für kleine Frachter rentabel zu machen. Sind Raumreisen alltäglich, werden die gewaltigen Zahlen an Passagieren in riesigen Passagierschiffen weniger Beförderungsunternehmen befördert und für kleine Trampfrachter besteht kein Bedarf.

2.) Der große Rohstoffverkehr ist dröge und wird von Robotfrachtern abgewickelt. Trampfrachter sind klein, können also nur kleine Frachtmengen bewegen. Diese müssen den Verkehr trotzdem rentabel machen, also müssen die kleine Frachten entsprechend wertvoll sein, was seltene Minerale, Luxusgüter und (siehe 1.) auf wenige, aber gutbetuchte oder sehr verzweifelte Passagiere hinausläuft.

3.) Die Verlagerung der interplanetaren Interaktion (Reisen oder Handel) auf kleine Zahlen/Mengen macht das technische Problem, wie man größere Mengen von der Scholle ins All bringt, nachrangig. Da die SCs in der Regel Frachterkapitäne, Schmuggler, Söldner, Piraten, Diplomaten oder sonstige Ausnahmegestalten sind, wird deren Beweglichkeit zwischen den Schauplätzen nicht eingeschränkt - außer natürlich durch Faktoren, aus denen sich aber wiederum spannende Abenteuer zimmern lassen, und sei dies nur der augenblickliche Mangel an Kleingeld, um einen bestimmten Planeten zu verlassen oder Waren an Bord des eigenen Schiffes, die entweder nicht aus- oder nicht eingeführt werden dürfen.
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« Antworten #376 am: 8.08.2011 | 21:40 »

Ich habe mal meine Antwort in den neuen Thread ausgelagert, da es hier mehr um Settingelemente als um Technologie geht:

Weltraum-Kolonisation
« Letzte Änderung: 8.08.2011 | 21:43 von Feuersänger » Gespeichert

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« Antworten #377 am: 12.08.2011 | 01:04 »

Man lernt ja jeden Tag was Neues:

meine Konversionstriebwerke für Raumschiffe können ein gutes Stück leichter werden. Bisher habe ich ja vorgesehen, dass die supraleitenden Spulen für die Magnetkammererzeugung von Wolframschilden vor der anfallenden Strahlung geschützt werden. Nun wurde ich darauf hingewiesen, dass Wolfram gar nicht besonders gut gegen Neutronenstrahlung geeignet ist.

Tatsächlich waren die Wolframschilde ein Relikt aus einem Entwicklungsstadium, als ich neben Neutronen auch mit Röntgen- oder Gammastrahlung gerechnet habe. Da aber bei der Baryonenkonversion keine (nennenswerte) harte elektromagnetische Strahlung anfällt, braucht es auch keine Wolframschilde, aber das hatte ich bis eben übersehen.

Das intelligenteste Material, welches hoch temperaturbeständig und wirksam gegen Neutronenstrahlung ist, ist... Graphit. Ganz stinknormales, billiges Graphit.
Das Zeug hat noch bis 2500K einen leidlich niedrigen Vakuumdampfdruck, man könnte es also glatt "pur" verbauen, wenn man ein wenig auf die Temperatur achtet. Irgendwann müssen die Schilde halt ausgetauscht werden, aber was soll's, das Material ist ja billig.

Um ganz sicher zu gehen, könnte man so einen Graphitschild auch noch mit einer dünnen Lage Tantalhafniumkarbid beschichten - solche Schilde wären zwar teurer in der Herstellung, aber könnten im Extremfall bis 3900K erhitzt werden und wären im Normalbetrieb fast unbegrenzt haltbar.
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« Antworten #378 am: 12.08.2011 | 22:22 »

Und wenn die Schilde noch leitfähig sein sollen, dann kann man sie mit Kupfer imprägnieren oder mit irgendwelchen anderen Metallen.
Graphit ist im Vakuum wesentlich hitzebeständiger als die allermeisten Metalle und federleicht und dazu noch sehr leicht herzustellen in übermaß verfügbar etc.

Eigentlich sollten Raumschiffe nur aus diesem ZEug bestehen.
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« Antworten #379 am: 12.08.2011 | 22:51 »

Ich glaube, die elektrische Leitfähigkeit ist irrelevant. Eventuell wäre ein nichtleitendes Material sogar besser, weil es nicht mit dem Magnetfeld interferiert. Das übersteigt aber meine Kenntnisse.

Kohlenstoff ist in der Tat das Baumaterial Nummer 1 bei mir. Nicht unbedingt Graphit, aber vor allem Supercarbone, also Kohlenstoffnanoröhren und so Zeug. Die haben eine noch geringere Dichte und überlegene mechanische Eigenschaften. Und wie gesagt auch DLC, also künstlicher Diamant, wo man maximale Härte bei geringerer Temperaturbeanspruchung braucht.
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« Antworten #380 am: 12.08.2011 | 22:59 »

Ist ein geiles Zeug.
Jetzt brauchen wir noch durchsichtige, größenvariable, reißfeste, selbstversiegelnde Membranen mit guter Wärme und Strahlungsisolation um richtig Sexy-Schiffe zu bauen.^^
Quasi das durchsichtige latech zur Netzstrumpfhose. jester
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« Antworten #381 am: 31.12.2011 | 01:48 »

Animiert von Waldviechs zeitgenössischem SF-Thread habe ich hier wieder mal in meinen Aufzeichnungen gewühlt und daran noch ein wenig rumgebastelt. Ich greife mal hier den Faden wieder auf:

Ein interessantes Konzept für "Heavy Lifter" ist das sogenannte "Liberty Ship", was eine senkrechtstartende Rakete von der Größe einer Saturn V darstellt, die aber dank nuklearem Antrieb (genauer: NTR Gas/Closed) glatt 1000 Tonnen Nutzlast in den Orbit und wieder zurück bringen kann. Das ist aber mehr brachial als elegant.

Nochmal die Infos zum Liberty Ship zum Nachlesen:
http://www.projectrho.com/rocket/surfaceorbit.php#id--GCNR_Liberty_Ship
(es sind tatsächlich 900 metrische Tonnen Nutzlast, nicht 1000)

Mir ist hier aufgefallen, dass dieses Konzept des Mr Tate doch ziemlich halbgar ist; wenn wir mal davon ausgehen dass die Triebwerke wirklich so gebaut werden könnten, wäre dieses Schiff dennoch ein gewaltiger Energieverschwender. Er hat sich in den Kopf gesetzt, dass das Schiff a) die Startmasse einer Saturn-V besitzen und b) Wasserstoff als Stützmasse verwenden soll. Dabei hat er aber außer acht gelassen, dass die Triebwerke in dieser Spezifikation mit 560 Gigawatt etwa vierzehnmal (14x!) mehr Leistung entwickeln als die gesamte erste Stufe der original Saturn-V, und das führt den ganzen Sinn und Zweck der Skalierung ad absurdum. Man müsste glatt befürchten, dass die Triebwerksstrahlen das Startgelände in einen Lavasee verwandeln.

Jedenfalls habe ich das ganze Konzept, wie heisst es so schön, auf Basis der GCNR-Triebwerke "reimagined". Als Maßstab verwende ich ebenfalls die Startmasse der Saturn V, etwa 2.700 Tonnen. Nun sieht es so aus:
- als Treibstoff nehmen wir nicht Wasserstoff, sondern Wasser. Dadurch sinkt die maximale V_e von 30km/s auf 15km/s. Das macht aber nix, solange wir eine delta-V nicht über ebenfalls 15km/s anstreben.
- eigentlich sind aber 15km/s völlig überlaboriert; vor allem wenn wir von einem Setting mit orbitaler Infrastruktur reden - da kann das Schiff bei Bedarf im Orbit neu betankt werden. Kurzum, 10km/s delta-V reichen dicke aus.
- die größte Energieeffizienz erreichen wir wenn delta-V = V_e, also stellen wir die Triebwerke auf ebendiese V_e ein.
- daraus ergibt sich automatisch ein Masseverhältnis von R = e = 2,72. Das heisst, von den 2.700 Tonnen Startmasse sind 1000 Tonnen Trockenmasse und 1700 Tonnen Wasser.
- da Wasser sehr dicht ist, fällt auch der Tank wesentlich kompakter aus; wenn wir z.B. den Durchmesser der Original-Saturnrakete hernehmen (10 Meter), muss der Tank nur schlappe 20 Meter lang/hoch sein; außerdem entfällt die sehr aufwendige Speicherung des Wasserstoffs.
- Aufgrund der niedrigeren V_e ist das Verhältnis von Schub zu Leistung wesentlich günstiger, sodass wir insgesamt deutlich weniger Gigawatt brauchen. Um das Vehikel ins All zu katapultieren, benötigen wir ca. 32 Meganewton. Diesen Schub können wir bereits mit 160 Gigawatt erzeugen. Das wäre also schon mit zwei der Triebwerke machbar, von denen das "Liberty Ship" satte 7 Stück besitzen soll (allerdings sind 2 dieser 7 als Redundanz eingeplant). Wenn wir stur bei diesen zwei Triebwerken bleiben, verbrauchen wir nur 110 Tonnen statt 385 Tonnen für das Antriebssegment.
- zwei Triebwerke böten bei einer konventionellen Rakete jedoch keinerlei Redundanz. Also machen wir doch einfach aus dem ganzen Design ein ASP, also ein Raum-Flugzeug mit adaptiven Tragflächen, dann kann es im Fall eines Triebwerksversagens immer noch im Gleitflug sicher zum Erdboden zurückkehren.
- nun zur Baugröße des Rumpfs: planen wir 15 Meter für die Triebwerke und 20 Meter für den Tank bei 10 Meter Durchmesser ein, kann der Frachtraum gut und gerne nochmal 35 Meter vorne dran setzen. Damit wäre der Rumpf etwa so groß wie die 1. Stufe der Saturn V, insgesamt 70 Meter lang. Die Oberfläche wäre dabei nur 1/3 so groß wie die des "Liberty Ships", somit können wir auch für die strukturelle Masse bei gleicher großzügiger Auslegung 1/3 dessen Wertes annehmen, unterm Strich also 115 Tonnen. Auch bei einem deutlich größeren Frachtraum wäre die zusätzliche Strukturmasse überschaubar.
- da die Trockenmasse aber 1000 Tonnen betragen darf (s.o.), ergibt sich daraus eine mögliche Nutzlastkapazität von 1000-110-115 = 775 Tonnen. (Zum Vergleich, die Leermasse der Saturn V betrug 188 Tonnen insgesamt, und sie konnte ca. 130 Tonnen Nutzlast in einen niedrigen Erdorbit bringen.)
Das ist auf den ersten Blick etwas weniger als die 900 Tonnen des Liberty Ship, aber dafür kommen wir mit viel schwächeren Antrieben und wesentlich geringerem Energiebedarf aus. Das Liberty Ship frisst satte 540 Megajoule pro Kilogramm Nutzlast. Mein Entwurf kommt mit bescheidenen 110MJ/kg aus, also kaum mehr als ein Fünftel. ^^

Soweit zum STO-Verkehr. In umgekehrter Richtung wären zwei Modi denkbar: entweder antriebslos im Gleitflug, wie ein Space Shuttle, oder frisch betankt auf dem eigenen Feuerstrahl in die Atmosphäre eintauchend.

Besonders elegant ist nebenbei noch, dass sich das Missionsprofil bis zu einer delta-V von 15km/s beliebig variieren lässt; dann müssen eben einfach die Triebwerke auf ein "magereres" Gemisch für höhere V_e eingestellt werden, was den Energiebedarf zwar erhöht, aber Nutzlast und Masseverhältnis unberührt lässt. So kann die volle Nutzlast auch in höhere Umlaufbahnen transportiert werden, wenn dies nötig sein sollte. Noch größere delta-Vs können erreicht werden, indem man Nutzlast opfert und das Masseverhältnis erhöht. Dennoch ist dieser Schiffstyp nicht für interplanetaren Verkehr im Sinne dieses Settings geeignet, da eine solche Reise Monate dauern würde.
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