Control de la temperatura del aire en una estación espacial futurista con tecnología de la Edad del Hierro

Aficionados espaciales gigantes

El intercambio de calor es parcialmente una función del área superficial. Es por eso que los disipadores de calor y los radiadores tienen tanta superficie: cuanto mayor es la superficie, más espacio hay para el intercambio de calor. Si le da a la estación una forma de desplegar ventiladores espaciales gigantes con un área de superficie muy grande, eso le dará a la estación un disipador de calor para descargar el calor al espacio. (Siempre que el disipador de calor no esté bajo la luz solar directa, porque si lo está, se sobrecalentará).

La parte más ineficiente de este proceso será la transferencia de calor a los disipadores de calor, pero si usa marcos de metal muy conductores para extenderlos a los disipadores de calor, ayudará a canalizar el calor. Además, los ventiladores se pueden retraer para dejar de arrojar calor al espacio si necesita retener el calor.

control de albedo

Un concepto importante aquí es que la temperatura general de la estación no se ve afectada relativamente por la forma en que se utiliza la radiación solar entrante. Siempre que el albedo permanezca constante y que no entren ni salgan fuentes de energía material (p. ej., combustible), la temperatura general de la estación seguirá siendo la misma, independientemente de lo siguiente que ocurra en el interior:

• No hay formas de vida ni máquinas, es una roca inerte y sin vida.
• Hay máquinas que usan celdas solares para fabricar
• Hay plantas que crecen y se descomponen/se comen sin la presencia de animales superiores
• Hay plantas que están siendo cultivadas por humanos que están comiendo algunas de ellas y quemando otras para cocinar alimentos.

A menos que se utilicen reservas de combustible preexistentes (químicos, radiactivos o lo que sea) para aumentar la temperatura, esta estación espacial tiene un modelo energético relativamente simple:

• Energía en = radiación solar absorbida por estación
• Salida de energía = radiación al espacio
• (Energía entrante) - (Energía saliente) = aumento (si es positivo) de temperatura

Suponga que la estación fue diseñada de tal manera que Energía entrante = Energía saliente lo más cerca posible y solo se requiere un ajuste fino. Con la tecnología disponible para los habitantes, sería muy difícil aumentar la cantidad de energía térmica radiada directamente al espacio. Sin embargo, con un poco de esfuerzo, sería posible cambiar el albedo de una parte del área de la "ventana" para controlar la cantidad de energía solar que se absorbe (que se suma al presupuesto total de calor de la estación) o se refleja de regreso al espacio (no sumando al presupuesto de calor total).

Tenga en cuenta que esta estrategia requiere que el área de "ventana" cubra un arco bastante amplio de la superficie de la estación o que las superficies que cambian el albedo (ver más abajo) estén justo contra la ventana, ya que esta estrategia se basa en reflejar la luz del sol a través de la ventana. en el espacio. Cualquier luz solar reflejada en una pared interior de la estación espacial se convierte en parte de la "entrada de energía".

Opciones para cambiar el albedo:

1. Tenga muchas losas grandes de metal montadas sobre pivotes, con un lado lo más reflectante posible (pintado de blanco como mínimo) y el otro lado pintado de negro. Para aumentar la temperatura, gire para tener más losas con los lados negros hacia la ventana. Para disminuir la temperatura, gire para tener más losas con el lado reflectante/blanco hacia la ventana. Esto permitirá cambios rápidos y altamente sensibles en el albedo, siempre que haya suficientes personas disponibles para girar las losas, que deberían ser relativamente fáciles de mover en microgravedad, pero tiene la desventaja de reducir el espacio en el que se pueden cultivar las plantas.
2. Plantar zonas de plantas de alto albedo. Esto requiere un poco de tecnomagia botánica de los ancestros de los habitantes actuales, ya que las plantas más exitosas son las que pueden absorber la mayor cantidad de energía en lugar de reflejarla. Estas plantas habrían sido diseñadas genéticamente para ser reflectantes y tener algún mecanismo para disuadir a otras plantas de competir con ellas, sin embargo, uno que no impida permanentemente que las áreas se utilicen para cultivar otras plantas si es necesario aumentar la temperatura. Este método sería mucho más lento para cambiar el albedo y, en consecuencia, la temperatura más baja, pero requiere menos esfuerzo humano.

Dos notas finales:

• Ha habido varios esfuerzos para construir hábitats sellados y autosuficientes en la Tierra. Ninguno ha tenido éxito todavía, incluso con la tecnología actual para monitorear y los esfuerzos activos para equilibrar los factores ambientales. Especialmente con la baja tecnología disponible, el área habitable de la estación espacial deberá ser enorme para tener alguna posibilidad de convertirse en un ecosistema autónomo.
• A menos que las ventanas de la estación espacial estén hechas de handwavium, con el tiempo se degradarán por impactos de micrometeoritos, básicamente arena en cámara lenta. Mucho antes de que se rompan las ventanas, se volverán menos transparentes. El cambio directo de temperatura dependerá de si aumenta o disminuye el albedo de la estación, pero el problema clave para los habitantes es que la cantidad de luz solar utilizable que entra por las ventanas para cultivar plantas disminuirá. Por lo tanto, los habitantes deben recuperar la tecnología para realizar EVA importantes para arreglar las ventanas antes de que esto se vuelva demasiado malo. Sugerencia: si desea un período prolongado de tecnología primitiva, no coloque la estación en un lugar como un punto L4 o L5 donde la basura y el polvo tienden a acumularse y las ventanas se degradarán más rápido.

Calentamiento y enfriamiento de agua

Este método consiste en utilizar el suministro de hielo del asteroide para crear un líquido refrigerante, el agua es el mejor material para absorber la energía térmica, por lo que una serie de pequeñas corrientes que fluyen por toda la estación espacial deberían eliminar toda la energía térmica, así como redistribuir la energía a lugares más fríos. áreas El agua terminaría fluyendo hacia un tanque gigante que solo está separado del espacio por una delgada lámina de metal, el metal conduciría la energía térmica al espacio, enfriando el agua y permitiéndole repetir el ciclo. Esto ya se ha intentado antes en el palacio español Alhumbra, más información aquí: https://omrania.com/inspiration/water-management-why-the-alhambra-palace-was-ahead-of-its-time/

NOTA: Hay un comentario del OP que indica que no hay gravedad artificial. Puedes ignorar mi respuesta: todos están muertos. Me cuesta creer que una tecnología de la edad del hierro pudiera producir alimentos (mucho menos resolver problemas técnicos) sin gravedad. A menos que el fuselaje de la estación esté plagado de anillos a los que se pueden atar cuerdas, no hay nada que los mantenga en su lugar para trabajar en cualquier lugar (todo está flotando). Pero, en caso de que el OP se retracte...

Además, estoy trabajando en la suposición (obviamente falsa) de que la gran mayoría de la estación es un espacio abierto cubierto por una cúpula. Necesitarán cada centímetro cuadrado para tener la comida y el oxígeno que necesitarán para sobrevivir. Si, en cambio, la estación es un laberinto de pasillos y habitaciones para ratas, entonces se quedarán sin comida. La agricultura requiere espacio, o mejor que una tecnología de la edad del hierro.

no tienes toda la razón

La ISS usa amoníaco líquido para absorber el calor, pero no es solo el calor de los ocupantes. Es calor del equipo, calor del sol, calor de todo tipo de cosas. Y no ayuda un diseño que aísla mejor que otras embarcaciones históricamente.

Como la nave de la serie Apolo, que tenía que tener calentadores.

Esas son buenas noticias para usted, porque puede decidir qué tipo de problema resolver. Es absolutamente cierto que su estación habría tenido controles ambientales y no es de extrañar que algo tan grande y complejo haya tenido calentadores y sistemas de eliminación de calor por las mismas razones que los edificios actuales tienen sistemas de calefacción y refrigeración.

Y para que conste, me gusta esa complejidad. Es posible que sus personas de la edad del hierro no solo necesiten ventilar el calor, sino que también deban preocuparse más adelante cuando algo cambie, como que la órbita de la estación se aleje más de una estrella, cuando de repente necesiten cada julio de calor que puedan obtener.

Pero concentrémonos en la eliminación de calor.

A la hora de la verdad, todos los sistemas basados ​​en el espacio se basan en un componente pasivo: paletas grandes que no se diferencian en nada de los disipadores de calor que encontrará en cualquier sistema informático grande para irradiar calor al vacío. Todos los tipos de sistemas activos pueden mejorar la eficiencia de mover el calor desde el interior hacia la piel, pero eventualmente necesitas mover el calor de la piel hacia el vacío... y eso significa tener algo hacia donde mover el calor.

Ese es un tema importante dependiendo de qué tan "realista" estés tratando de ser. El espacio no está vacío, pero está muy cerca, y el calor no es un objeto (como un fotón o una partícula de masa), en realidad es una característica de un objeto. Cuando dices que quieres deshacerte del calor, eso significa que estás tratando de mover energía de un objeto a otro.

Y tienes que tener otro objeto para moverlo.

Para ser justos, este podría no ser un problema con el que quieras que se enfrenten tus hombres de la edad de hierro.

Para considerar una tangente por un momento, no estoy convencido de que un área del tamaño de Manhattan pueda absorber suficiente CO2 y generar suficiente oxígeno para albergar a 300.000 personas. Si ignoramos el valor del océano de la Tierra en este sentido, la Tierra tiene solo alrededor de 12 millones de millas cuadradas de tierra cultivable (tierra que se puede usar de manera eficiente para la reoxigenación). 12e6/8e9 = 0.0015 millas cuadradas para cada individuo o 450 millas cuadradas y Manhattan tiene solo unas 23 millas cuadradas. No importa lo que diga "¡tenemos demasiada población!" la gente quiere que creas, la Tierra puede abastecer a una población mucho más grande que la que tenemos hoy, lo que reduciría esa proporción. Pero si asumimos que la Tierra se encuentra en su límite práctico, su población necesita casi un 300 % más de tierra si solo se utilizan plantas para resolver el problema.

Pero es más probable que la estación espacial tenga un sistema de ventilación muy activo que elimina el CO2 y reoxigena. Necesita eso antes de necesitar la eliminación de calor y, desde el punto de vista de la ingeniería, es más probable que estén integrados que no. Lo que significa que si la eliminación de calor disminuye, la capacidad de respirar fue primero.

Pero eso es aburrido, ignoremoslo.

¿Qué podemos hacer?

Edades de hierro. La edad del hierro terminó alrededor del 550 a. C. (o 800 d. C. con los vikingos, depende de a quién usemos como referencia), por lo que la tecnología es anterior a eso. Pueden manipular metal, lo que significa que pueden trabajar con piezas que tienen. Podían descifrar los pernos, pero no podían descifrar la soldadura moderna y no podían descifrar las aleaciones modernas. Ciertamente no podían descifrar cosas como las fibras de carbono y no podían entender el aluminio, que no se descubrió hasta 1825. Ningún conocimiento de electricidad... muy poco conocimiento de hidráulica y neumática...

Seré honesto contigo. En este punto de mi respuesta, estoy más que tentado de cambiar esto a un Frame Challenge que afirma que es imposible que sobrevivan personas de la edad de hierro en una estación espacial defectuosa. Intentaré seguir adelante, pero encontrar una solución con la que pueda lidiar un hombre de la edad de hierro...

• Abre una ventana. Una pequeña ventana. Un hombre de la Edad del Hierro pensaría en términos de dejar salir el calor, no en términos de intercambiar el calor. Morirían, probablemente rápidamente, pero es la primera opción. Haz un agujero en la estación. Tendrían la tecnología para hacer eso (tal vez, pero es imposible de creer).

• Haz que llueva. Suponiendo que la estación tenga varias formas o alguna redundancia para eliminar el exceso de calor, otra solución es bombear agua hacia el techo y rociarla, provocando la lluvia y provocando un descenso de la temperatura. Esto tiene el efecto de llevar el calor al piso de la estación, donde con suerte habrá alguna tecnología para alejarlo más.

• Planta más plantas. Muy simplista, las plantas son endotérmicas. Consumen energía para crecer y prosperar. Si ignoramos los detalles de la realidad y nos esforzamos por suspender la incredulidad, entonces cuantas más plantas haya, más frías estarán las cosas porque absorben el calor.

• ¡Que salga el humo! Si el sistema de enfriamiento de la estación todavía existe (incluso si no funciona), nuestros intrépidos iron-agers pueden encontrar una tubería o dos que estén frías al tacto y, de manera similar a abrir una ventana, pensar que la solución al calor es dejar salir el frío de las cañerías. Sí, amoníaco líquido, hierros muertos... pero ellos no lo saben, y parecería humo mientras el líquido se evapora violentamente de las tuberías.

• Empuje más aire a través del sistema de ventilación. Suponiendo que el sistema de intercambio de calor sigue funcionando (al menos básicamente), mover más aire a través de las rejillas de ventilación podría (¡creíblemente!) arrojar más calor. Esto significa usar sistemas hidráulicos para impulsar engranajes que hacen girar los ventiladores.

Y eso es todo lo que tengo

Una sociedad de la edad del hierro no sería capaz de arreglar nada remotamente complicado en términos de una estación espacial. Esa es una limitación bastante despiadada. Personalmente, evitaría cualquier cosa que no sea la caída de los sistemas más simples. En cambio, concéntrese en las cosas que no dependen del conocimiento que no tienen que resolver (como la falla de los replicadores. Solución fácil. Canibalismo) o problemas externos que pueden abordar con su tecnología como un pequeño agujero de un micro-meteorito ( ¡golpee un clavo en él! ¡Doble un poco de tela aceitosa sobre el clavo primero!). La mitad de la diversión sería caminar a través del proceso de solución de prueba y error antes de morir.

OK, un poco como un desafío de marco

Finalmente, recuerda una cosa acerca de tu condición de la edad de hierro: en realidad es muy, muy, muy, muy, muy difícil perder el conocimiento. La estación contaría con bibliotecas (digitales o no), manuales técnicos, incluso aulas para niños, dado su tamaño. La gente tendría todo tipo de conocimiento que sería más probable que se transmitiera que se olvidara. Cuanto más especializado sea el conocimiento, más probable es que se pierda. ¿Pero el nivel de la edad del hierro? Es más probable que retrocedan a fines del siglo XIX y se detengan. Ciertamente, no hay nada que te impida a ti, el constructor de mundos, simplemente declarar que es así... pero ten cuidado al tratar de explicarlo. Es mucho más difícil de explicar de manera realista de lo que piensas.