Using a channel to store energy

•01.05.2011 • Leave a Comment

Today, I had a discussion how much energy could be stored in a channel (one with water and ships), if all water would be draining down the height of the next lock.

Well lets look on the data:
Channel length: 13km
Channel width: 20m
Channel depth: 3.5m
Average (between min and max channel depth) height of the next lock: 13m
Gravitation: 9.81m/s^2

Based on this data, we get the total mass of the water: 20m*3.5m*13000m*1000kg/m^3=910000000kg
To get the work in the gravity field, required do pump this amount of water 13m upwards, we will need at least: 910000000kg*9.81m/s^2*13m= 1.16*10^11Nm = 32.24MWh.
So when we want to generate electricity or pump up the water, there are some small losses due inefficiencies of the pumps. So while 32.24MWh have been stored, we could get ~30MWh back of energy.

Germany needed 617.5 TWh electricity in the year 2009 = 617.5TWh/year / 365days = 869.9GWh/day.
869.9GWh/day /24 hours = 36.244GWh / hour

This means that draining the whole channel would provide Germany for only 30MWh / 36.244GWh/ hour / = 30MWh/36.244GW = 2.99seconds with electrical power. Well that’s not significant, and I think the idea of using channels to store energy is out of discussion now.

Setting an usb-sound-card as the first device

•07.03.2011 • Leave a Comment

In Ultrastar deluxe under Linux, you 1) can select the sound-card for your microphone. But you can not select the input if your soundcard has more than one. 2) Moreover the sound output will always the first sound-card.
Because of the first requirement my on-board sound-card could not be used for the microphone and because of the second requirement, nothing could be heard if I use an USB-sound-card. The solution is to force removing the onboard-sound-card and setting the usb-sound-card as first device. The following script will remove the onboard sound-card as soon as an usb sound-card is connected and re-enables the onboard-sound-card if the usb-sound-card is no longer connected.

BE CAREFUL: For allowing removing of the kernel module, all processes currently using a sound-card (like kmix) will be killed.

You may alter the module names and the string for finding the usb-sound-card in order to work properly. The script has been tested with Debian Lenny.

#!/bin/bash

/etc/init.d/alsa-utils stop

modprobe -r snd_pcm_oss

modprobe -r snd_mixer_oss

fuser -k /dev/snd/*

modprobe -r snd_hda_intel

modprobe -r snd_usb_audio

modprobe -r snd_pcm

sleep 1

USB=`lsusb | grep "Audio Adapter" | wc -l`

if [ "$USB" -ne "1" ] ; then

echo "Using intel soundcard"

modprobe snd_hda_intel

else

echo "using usb soundcard"

modprobe snd-usb-audio index=0

fi

/etc/init.d/alsa-utils start

cat /proc/asound/cards

Acceleration by the sun and the galactic center

•27.02.2011 • Leave a Comment

I was just wondering what acceleration the sun or the center of the Milky Way would have on me, if I would not circle around. As we know, the earth rotates around the sun and our solarsystem rotates around the center of the Milky Way. Of course we can not feel this acceleration.

The formula for calculating the centripetal acceleration is:
a=(v^2)/r

r is ~8 light minutes = 149600000km=149.6*10^9m.
v is Pi*2*r/365.25d=2573482km/d=29.78km/s=29780m/s
So the acceleration towards the sun (free falling) would be 0.005928m/s^2
at our distance from the sun. That is roughly 1653 times less than what every of us experience as earth gravity all the time.

And for the milky way?
v is 220km/s=220000m/s
r is ~27000 light years ~= 2.55*10^20m.
a=1.895*10^-10m/s^2 or 31 million times weaker than the acceleration from the sun at our distance.

Or to give you a better visualization:
If you would have at our distance a non-moving/rotating sphere around the center of the galaxy, you could prevent a small comet like Hartley from accelerating towards this sphere just with the force of your muscles.

Cost for shooting radioactive waste into space

•18.11.2010 • 3 Comments

Every there and then you hear that you should shoot radioactive waste into space to get rid of it. Well let us calculate how much this would increase the costs of electricity generated by a nuclear power plant.

Nuclear waste per kWh: 0.0026g. Some other sources say 30g/8000kWh = 0.00375g. We will use the better case here.

If you want to make absolutely sure, the radioactive waste does not fall back to earth or somewhere else in the solar system, you need to bring it to the escape velocity.

New horizon is the most recent launched spacecraft, which reached escape velocity. It’s mass is 470kg and an Atlas V with a third stage was needed to get it to the high speed. The all inclusive costs for such a rocket are 190 million Dollar, which would be 140 million Euro. So with every launch the radioactive waste of 180769230kWh could be send into space. This results in an price increase of 0.77Euro/kWh. Nobody wants to pay so much.

If you think that this is far too expensive, and a geosynchronous orbit would be sufficient you get launch costs of 20000$ per kg (14700€) in the best case. This still would result in 0.038 additional Euro for every produced kWh. Currently the production costs for nuclear power are around 2.5 Cent/kWh (according to some sources the values are even doubled). So with the additional costs of 3.8 Cents, it would be more expensive than water power with 4.3 Cent/kWh.

And if you still think sending nuclear waste to space is a good idea, remember that I did not include any weight for radioactive shielding or safety systems in the case the rocket explodes. I guess this could easily increase the costs of a launch by a factor of two.

And even then, remember that the launch of the rocked needs a lot of energy too. Even if some rocket fuels like hydrogen burn without any environmental impact, their production needs a lot of energy.

Der Schuss

•07.11.2010 • Leave a Comment

Er war fertiggestellt worden, der gepulste Extawatt-Laser mit einer Dauerleistung von 250GW, der leistungsfähigste Laser der jemals gebaut wurde. Warum er gebaut wurde, wusste so genau eigentlich niemand. Die Wissenschaftler wollten ihn einfach weil sie wissen wollten ob er machbar ist, das Militär, weil es meinte er wäre eine Waffe gegen mögliche Bedrohungen unbekannten Ausmaßes und die Politiker schließlich weil sie ein Prestigeprojekt brauchten, welches Arbeitsplätze schaffen würde. Nun war er also fertig, der Laser der durch einen felsigen Asteroiden von einem Kilometern Durchmesser binnen einer Sekunde ein ein Meter messendes Loch schießen konnte oder in zwanzig Minuten den Asteroiden wie ein glühendes Skalpell in zwei Teile hätte teilen können. Der Strahldurchmesser des Lasers betrug zehn Zentimeter und hatte einen Öffnungswinkel von nur 6,05*10^-26 Grad, was bedeutete, dass der Strahl sich in einer Entfernung von Einhundert Millionen Lichtjahren nur um einen Millimeter verbreitern würde. Die Reichweite des Lasers war defakto also nur begrenzt durch das Auftreffen auf die nächste große undurchdringliche Masseansammlung und der Entfernung die das Licht bis zum Ende des Universums hätte zurücklegen können. Natürlich wollte, jetzt wo der Laser fertig war, jeder der am Bau des Lasers irgendwie beteiligt war unbedingt einen Test mit diesem durchführen. Also wurde ein unbedeutender Asteroid am äußersten Rand des eigenen Sonnensystems als Ziel ausgewählt. Dabei wurde darauf geachtet, dass Aktivierung und Resultat des Lasers jeweils zur gleichen Sendezeit bekannt gegeben werden konnte. Bei der Größe des Asteroiden wurde die erwartete Bestrahlungsdauer durch den Laser auf 1,3 Sekunden errechnet um ein Loch von der einen zur anderen Seite des Asteroiden zu erzeugen. Um eine mögliche Blamage durch eine nicht vollständige Durchbohrung des Asteroiden vorzubeugen, wurde die Bestrahlungsdauer auf 1,5 Sekunden festgelegt.
In einer Liveübertragung wurde nun der Laser ausgerichtet und aktiviert, vierundzwanzig Stunden später (so lange dauerte es bis der Laserstrahl den Asteroiden erreichte und die Reflektionen von der Asteroidenoberfläche auf dem Heimatplanet eintrafen) meldeten die Teleskope einen vollen Erfolg. Dort wo der Laser den Asteroiden getroffen hatte war das Material durch die entstehende Hitze binnen einem Bruchteil einer Sekunde verdampft und hatte sich durch die entstehende Druckentwicklung schnell von der bestrahlten Stelle wegbewegt, so dass das darunter liegende Material der gleichen heißen Prozedur unterzogen wurde. Auf diese weise war wie geplant nach 1,3Sekunden ein gerades Loch durch den Asteroiden gebrannt worden. Alle beteiligten brachen in Jubel aus, die Politiker sagten in einer Rede ein paar bewegende Worte der Öffentlichkeit und alle hatten für kurze Zeit ein tolles Gesprächsthema, ehe das Interesse in der Öffentlichkeit schnell abflaute und von den meisten bald vergessen war.
Das Laserlicht jedoch, welches sich 0,2 Sekunden lang ungehindert durch das frisch entstandene Loch des Asteroiden weiter bewegen konnte, trat eine Reise an, die in Puncto der Reisedauer, die Existenz des Planeten der Erbauer des Lasers bei weitem überstieg. Ungestört durchquerte der 0,2 Sekunden lange Lichtstrahl das Vakuum des Universums. Hin und wieder wurden einzelne Atome und Moleküle die sich im Weg des Lichtstrahls befanden stark erhitzt, was den Laserstrahl fast unbemerkbar abschwächte.
Irgendwo in einer fernen Galaxie, Milliarden Jahre später: Langsam näherten sich zwei gigantische Raumschiffe. Es waren die Schiffe der Diplomaten, die einzigen existierenden unbewaffneten und ungepanzerten Schiffe innerhalb eines Umkreis von 500 Millionen Lichtjahren. Jedes Schiff repräsentierte eine Kriegspartei und das Ziel war nicht weniger als einen seit drei Milliarden Jahren währenden Krieg zu beenden, der zwischen beiden Seiten tobte. Der Krieg hatte unglaubliche Zerstörung gebracht, nicht nur waren bisher 41353686512326042693542 intelligente-fühlende Lebensformen auf beiden Seiten gestorben, sondern waren ganze Planeten, Sonnensysteme und sogar einzelne Galaxien vernichtet worden. (Die Bilder der zerreißenden Galaxien hielten Milliarden Jahre später Astronomen in Atem. Sie hängten sich die Bilder als Dekoration an die Wand). Der ursprüngliche Kriegsgrund war inzwischen vergessen und nur ein paar verbliebene Historiker versuchten eher uninteressiert diesen herauszufinden. Doch nun war das unglaubliche passiert: Beide Seiten hatten mathematisch bewiesen, dass sowohl die Eigene wie auch die andere Seite seit Anfang des Krieges exakt die gleichen Verluste erlitten hatte. Der Verlust jedes Planeten, jedes Leben, jedes Schiffes, jeder erbeuteten Ressource, ja sogar jedes Atoms war auf beiden Seiten exakt gleich. Somit war die Ungerechtigkeit, und jede Rache darauf exakte vergolten ohne einen Vorteil zu erlangen der einen daraus wieder folgenden Rachefeldzug des Gegners provoziert hätte. Langsam näherten sich beide Schiffe um zum ersten mal ohne feindliche Absichten eine Verbindung für die Besatzung aufzubauen. Durch die Verbindung sollten sich beide Parteien erstmalig direkt begegnen ohne dem Ziel den jeweiligen anderen zu töten. Die Schiffe verbanden sich um zum ersten mal sahen sich die Gegner ohne feindliche Absicht die offizielle Verkündigung des Friedens schien nur noch eine Formalität. Doch dann passierte es, ein 0,2 Sekunden dauernder Laserstrahl traf die Verbindungsbrücke, welche zerriss. Dadurch starb auf der einen Seite ein und auf der anderen Seite zwei der Diplomaten. Das perfekte Gleichgewicht war zerstört, jede Seite beschuldigte die andere eines Hinterhalts. Frieden war wieder undenkbar. Ein neuerliches exaktes Gleichgewicht trat nie wieder ein. Erst durch das Ende des Universums selbst wurde der Krieg unfreiwillig beendet. Immerhin hatten so zuvor Milliarden Lichtjahre entfernt fremde Lebewesen die helle Freude an noch mehr Bildern zerreißenden Galaxien.

(c) 2005 by Solartraveler

Antimatter production for spaceflight

•31.10.2010 • Leave a Comment

Antimatter – the best way to store energy for interstellar travel. I was just wondering how fast we could produce enough antimatter with current available technology if the costs are absolutely no problem.
Well the guys from Wikipedia already did a similar calculation: This means to produce 1 gram of antimatter, CERN would need to spend 100 quadrillion dollars and run the antimatter factory for 100 billion years. So far so bad.
So, what if you can build millions of the laboratories used for the ATHENA project in a completely automated way? Let’s think about converting the surface Mercury in a gigantic solar power plant and use the entire energy for producing antimatter.

The currently possible efficiency of producing antimatter is: 10^-10.
Each antimatter factory could produce up to 100 antihydrogen atoms per second. With E=mc^2 (c=300000000m/s), the mass of a hydrogen atom (m=1.6*10^-27kg) and the producing efficiency we can calculate the power consumption of the equipment they used for the experiment: 15W. Wolfram Alpha makes such calculations easy. 15W as power supply for a scientific experiment looks too little to me, but these are the best data I could find.

Now we need the amount of energy we get out of the surface of Mercury. We assume 20% efficiency for the solar cells (current cells range from 10-30%). For ease all solar cells should be directly placed towards the sun, resulting in a dish with the diameter of mercury: 4879km, so we have an area of 18696121km^2 with a sun shining on and according to Wikipedia Mercury gets 6200 to 14400W/m^2, I will use the average value of 10000W/m^2. So we get 37.39PW electrical power out of our gigantic power plant. That means it could produce the energy needed by all humans every year in only 21 minutes.

If we power only antimatter factories, this will be enough for 2.49*10^15 factories! So our production rate is now 3.988*10^-10 kg antimatter every second. For a interstellar flight several sources say a few grams are needed. So assuming one gram is enough, we need only 29 days for producing this amount. This will be quite enough for regular research missions.

Anyone want to start building swarm robots for converting Mercury?

About

•30.10.2010 • Leave a Comment

Ok, so what you’ll find here?

1. Crazy calculations (english). From time to time I am wondering about theoretical problems and what-would-if cases. Mostly I satisfy my curiosity by googling for the necessary raw data and combining them with a calculator to get fascinating new views.

2. Short stories (german). Over the year I wrote quite some short stories. I postet some of them in the heise.de forum and the reactions were quite positive. And because nobody will read them as long as they only stay on my harddrive I will publish them here on irregular basis.

3. Linux help tips or problems (english). Whenever I have a problem and solved it without a trivial solution, it may help others if I post the solution here.

 

Thats it for the first.

 

 
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