Лунный гелий-3 или Все пути ведут на Луну

[sychbird]

Единственный вариант термояда, пригодного для космического двигателя на сегодня это лазерно инерционный импульсник на дейтерий-тритие.

Непонятно, почему единственный, и совсем непонятно, почему хотя бы лучший среди прочих вариантов. Для приложений типа длительной стационарной работы все импульсные схемы плохи по определению. Потому что в конструкцию приходится закладывать производительность по среднему уровню мощности, а прочность - по пиковому.

Ну это не больше чем точка зрения. Аргументы:

1. Не представляю, как в других вариантах получить прямое преобразование энергии термояда в разогрев рабочего тела РД. И не надо поглощать нейтроны. Замедлять и отражать в рабочем теле.

2. Недостаток импульсного режима с лихвой покрывается прямым преобразованием с высоким КПД.

3. Реактор как таковой с ограниченным сроком службы конструкций и возрастающим по мере работы радиационным фоном не нужен вообще.
Реактором служит космическое пространство.

Да открытые линейные ловушки дают прямое преобразование. Только энтузиазма по получению в них  положительного энерговыхода я не наблюдал. Может мои сведения по этому поводу и устарели. Реально отошел от темы.

[Chilik]

ХДЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛ ФАЦИЛИТЕ ЭКЗИСТ?

Лет 10-15 назад американцы узнали об этом направлении работ, которое в СССР экспериментально развивалось во ВНИИЭФ (aka Арзамас-16, aka Саров). Стали финансировать через МНТЦ совместные эксперименты, а потом, на всякий случай, делать своё. Пока, за много лет развития программы, никаких чудо-результатов нет. Система крайне сложная для работы, т.к. собственно плазменная часть установки является одноразовой, кроме нейтронного выхода других человеческих диагностик состояния плазмы нет. На сайте ВНИИЭФ есть упоминание об этих работах с указанием достигнутых параметров (*). Американцы, действительно, в срочном порядке перестроили свою импульсную установку Шива в Лос-Аламосе под эту программу.
Повторю здесь своё мнение: это импульсная система и она плохА в качестве кандидата для стационарной работы в качестве двигателя.

(*) Кстати, для "орбитальных паровозников" оттуда:
Осуществлен разгон лайнеров с помощью магнитного поля до космических скоростей (50 км/с при массе лайнера 1 г и 15 км/с при массе 250 г)
Туристов не возить, но кирпичами в летящего супостата кидаться - запросто. Если ещё систему наведения придумать под эту технологию.

[Chilik]

Ну это не больше чем точка зрения.

Естественно. Вопрос в том, что обычно она правильная. Шутка, конечно.

1. Не представляю, как в других вариантах получить прямое преобразование энергии термояда в разогрев рабочего тела РД. И не надо поглощать нейтроны. Замедлять и отражать в рабочем теле.

Здесь могут быть вот какие соображения. Даже если мы берём самую технологически осуществимую реакцию в D-T смеси, то в качестве продуктов получаем альфа-частицу и нейтрон. Законы сохранения диктуют нам то, что оба этих продукта обладают одинаковым импульсом. Значит, если мы каким-то образом сформируем направленный поток альфа-частиц ("магнитное сопло"), то задача создания тяги фактически решена.
Дальше можно думать и о нейтронах. Определённо, часть их при любом раскладе придётся переводить в электричество - и системы корабля поддерживать надо, и для работы реактора нужна очень приличная реактивная мощность (для систем нагрева и контроля плазмы). Даже если мы тупо поглотим стенкой нейтроны, летящие в переднюю полусферу, и выпустим "задние" наружу, то это создаст дополнительную прибавку к тяге.
Создать направленный поток частиц можно и из тороидальной системы - там есть такая штуковина, как дивертор (некое устройство, в которое и попадают плазменные потоки, выходящие из области удержания в токамаке). Можно рисовать дальше переход диверторной области в магнитное сопло. По физике там нерешённый и главный для всех плазменных систем вопрос: как оторвать плазму от магнитного поля реактора? Пока работ на эту тему нет. Возможно, если Чанг-Диас опробует свою систему на МКС, какие-то новые результаты появятся.

2. Недостаток импульсного режима с лихвой покрывается прямым преобразованием с высоким КПД.

Про прямое преобразование - излишне оптимистично, пока реальных результатов нет. А вот недостатков очень много. Это типа как строить ракетно-космическую систему на угле - преимуществ у угля перед жидким водородом уйма, а с недостатками можно пробовать героически бороться.

3. Реактор как таковой с ограниченным сроком службы конструкций и возрастающим по мере работы радиационным фоном не нужен вообще. Реактором служит космическое пространство.

Что вы понимаете под словом "реактор"? Вакуумную камеру? В проекте ИТЭР на графу "Вакуумная камера, бланкет и дивертор" со всей причитающейся робототехникой отведено 16% полной стоимости. Из этих 16% что-то сможем сэкономить, но далеко не всё. Поскольку, убрав нейтронную защиту вакуумной камеры, мы обязаны её поставить на све магнитные катушки, средства контроля и управления, системы нагрева, диагностики и т.п. В итоге может оказаться, что больше половины того, что сейчас является вакуумной камерой, останется.

Да открытые линейные ловушки дают прямое преобразование. Только энтузиазма по получению в них  положительного энерговыхода я не наблюдал.

А тут всё просто. "Бытие определяет сознание". В мире сейчас работают всего четыре открытые ловушки класса "10-30 миллионов долларов". Одна в Японии, одна в Ю.Корее (продана американцами некоторое время назад), две в Новосибирске. Третья программа в Новосибирске была окончательно закрыта несколько лет назад из-за нехватки ресурсов. Все эти ловушки очень разные и друг другу практически не конкуренты. В плазменной науке, как и в ракетостроении, на современном уровне знаний и технологий "чем больше" = "тем лучше". Нынешнее поколение установок (а все представители его начали работу лет 20 назад) заложенные в них параметры получило либо превысило. Следующий шаг должен стоить масштаба 100 миллионов денег, чтобы было существенное продвижение по параметрам. Недавно принята гос.программа "Овладение термоядерной энергией" до 2050 года. Там есть только одно главное направление: национальный токамак на базе Т-15М -> международный токамак ИТЭР -> демонстрационный реактор ДЕМО -> промышленная т/я станция. Остальным плазменным направлениям достаются куски в виде программы подготовки кадров и небольших денег на вспомогательные работы. Так что, к 2050 году нынешние знания и люди будут потеряны и это направление может и у нас умереть по техническим причинам, даже если тогда и прибежит Дед Мороз с чемоданом денег. Американцы свои знания и людей в этой области потеряли ещё во второй половине 80-х, когда закрыли проект MFTF-B в Ливерморе (400 миллионов тех долларов на строительство, построили и ни разу не включили, а команду расформировали, у них тоже шла борьба за сокращение государственных расходов на науку). Глядя на американцев, Япония отказалась от интересного проекта Гаммма-20, и до сих пор остаётся с установкой предыдущего поколения. А про Россию Вы и так всё знаете.

[sychbird]

Поскольку, убрав нейтронную защиту вакуумной камеры, мы обязаны её поставить на све магнитные катушки, средства контроля и управления, системы нагрева, диагностики и т.п. В итоге может оказаться, что больше половины того, что сейчас является вакуумной камерой, останется.

Я имел ввиду схему, в которой магнитных систем нет в принципе. Если синхронизировать импульс зажигания  инерционного термояда с мощным кинетическим выстрелом струи  жидкого водорода или дейтерия, накрывающей  сгоревшую в импульсе мишень, то почти вся энергия замедленных  в струе альфа  частиц и нейтронов преобразуется в кинетическую энергию струи. Нейтронная защита нужна только системе зеркал, а поскольку они могут быть достаточно удалены то и зашита легче. Сама мишень в точку поджига тоже выстреливается кинетически.

[walt]

крутить плазму по кругу это единственный доступный сейчас способ осуществлять термоядерную реакцию? :shock:

[Chilik]

крутить плазму по кругу это единственный доступный сейчас способ осуществлять термоядерную реакцию? :shock:

Почему? Атолл Бикини продемонстрировал всему миру и другую возможность.

[KrMolot]

Начались работы по созданию международного термоядерного реактора. Rnd.cnews.ru[/url]"]Как сообщает пресс-служба Росатома, работы по проекту ИТЭР(ITER, международный термоядерный экспериментальный реактор), в котором принимают участие Россия, Евросоюз, США, Япония, Китай, Индия и Южная Корея, начались во французском городе Кадараш. Предполагается, что строительство продлится около 10 лет, после чего реактор планируется использовать в исследовательских целях еще около 20 лет. В течение этого времени будет накоплен достаточный опыт для перехода к созданию демонстрационной термояд...Вся статья...

Контуры термоядерного будущего. Росатом[/url]"]25 октября состоялось заседание Научно-технического совета № 6 Росатома «Управляемый термоядерный синтез и новые энерготехнологии»

Знаменательно, что буквально накануне окончательно вступили в силу нормативные документы, регламентирующие работы по созданию ИТЭР (ITER, международный термоядерный экспериментальный реактор).

Между тем работы по проекту ИТЭР, в котором принимают участие Россия, Евросоюз, США, Япония, Китай, Индия и Южная Корея, уже начались во французском городе Кадараш. Предполагается, что строительство продлится около 10 лет, после чего реактор планируется использовать в исследовательских целях еще около 20 лет. В течение этого времени стороны-участницы надеются накопить достаточный опыт для перехода к созданию демонстрационной термоядерной электростанции DEMO, а затем – и для поступательного развития термоядерной энергетики в полном смысле этого слова.

Стоимость проекта оценивается примерно в 10 миллиардов долларов, из которых 40% выделяет Евросоюз, а 60% — остальные страны-участницы в равных долях. Российское участие в финансировании проекта будет выражаться, преимущественно, в поставках оборудования.

При этом, разумеется, на ряду с реализацией совместного проекта ИТЭР страны-участницы продолжают работы по собственным программам в термоядерной сфере.

В зале заседаний НТС присутствовали представители целого ряда организаций и предприятий Росатома и Российской академии наук: РНЦ «Курчатовский институт», ФГУП НИИЭФА, ФГУП «ГНЦ РФ ТРИНИТИ», ФГУП НИКИЭТ, ФГУП ВНИИНМ, ИОФ РАН, ФТИ РАН, ИПФ РАН, ИЯФ СО РАН, МИФИ ТУ, ФГУП «Красная звезда». Все они уже давно, что называется, «в теме», поскольку проводят исследования и разработки, направленные, в конечном счете, на овладение гигантской энергией, заключенной в реакции термоядерного синтеза.

Первый вопрос повестки дня так и назывался: «О концепции федеральной целевой программы ,,Овладение энергией термоядерного синтеза. Создание научно-технической базы термоядерной энергетики в России" на 2009–2015 годы».

Докладчик, заместитель начальника Управления атомной науки, техники и информатизации ФААЭ В. Коржавин, представил участникам заседания данные о порядке и этапах формирования федеральных целевых программ, а также рассказал о подготовленной и уже представленной на согласование концепции проекта ФЦП.

Целью программы, по его словам, является «развитие национальной базы токамаков и инновационных технологий для создания основ термоядерной энергетики в России». Реализацию программы предполагается осуществить в два этапа: 1-й этап — 2009–2011 гг., 2-ой этап — 2012–2015 гг. На первом этапе планируется создать на базе комплекса «Токамак-15» национальный центр для решения задачи получения плазмы с реакторными параметрами, а на втором — выполнить предпроектное проектирование промышленной термоядерной электростанции (ПТЭ).

Предельный (прогнозный) объём финансирования программы оценён в 30,25 млрд рублей, из них 10,1 млрд руб. – стоимость мероприятий первого этапа, 20,1 млрд руб. – второго этапа. Финансирование программы предполагается осуществлять за счет средств федерального бюджета – 25,78 млрд руб., а также внебюджетных источников (в основном – на стадии коммерциализации разрабатываемых технологий) — 4,47 млрд руб.

Разработанная концепция проекта ФЦП в настоящее время проходит согласование в Минобрнауки, Минпромэнерго, Минэкономразвития, Минфине и РАН. Ожидается, что начале февраля 2008 года проект программы будет представлен правительству и президенту.

Второй вопрос повестки заседания касался участия российских предприятий и организаций в программе ИТЭР на ближайший год и на перспективу. Конкретные детали изложил в своем докладе д.ф.-м.н, руководитель российского агентства ИТЭР А. Красильников. Он, в частности, ознакомил участников заседания с укрупненным планом-графиком выполнения основных этапов работы по созданию ИТЭР. Так, работы «нулевого цикла» (earsworks), стартовавшие в начале текущего года, должны быть завершены до конца 2008 года, сооружение реакторного здания (tokamak building) – к концу 2011 года, монтаж реактора и электрофизического оборудования (tokamak assembly) – к середине 2015 года.

Напомним, что цилиндр криостата ИТЭР будет иметь высоту 24 м и диаметр 28 м, а общий вес сооружения, включая магнитную систему, превысит 20 тыс. тонн. В середине 2016 года предполагается начать исследования в «горячем режиме» (точка «first plasma» на графике). По-видимому, так оно и будет.

Весьма информативным было также сообщение докладчика о вкладе России в создание тех или иных компонент проекта. Так, российские предприятия приняли значительное участие в работах по созданию магнитной системы и вакуумной камеры, систем питания, нагрева, диагностики и контроля. В частности, по таким элементам, как, например, устройства коммутации тока и вывода энергии из сверхпроводящих обмоток, и некоторым другим, российский вклад и вовсе достигает 100%.

Оценивая денежный эквивалент российского участия в проекте, А. Красильников отметил поставки сверхпроводящего провода для обмоток магнитных катушек (20% от общего требуемого количества сплава ниобий-олово и 18% сплава ниобий-титан). Для этой цели в отрасли создается производственная база сверхпроводящего провода на заводе в г.  Глазове (ОАО «ЧМЗ») по технологиям, разработанным ВНИИНМ. Участникам заседания был представлен план-график соответствующих работ, согласно которому строительно-монтажные работы и пуско-наладочные работы должны быть к 2008 году в основном закончены, а производство и поставка промышленных партий сверхпроводника начаться в 2009 году.

Отметим, что доклады В. Коржавина и А. Красильникова были дополнены выступлениями представителей основных предприятий и организаций, задействованных как по ФЦП, так и по проекту ИТЭР. О ходе работ, основных возникающих проблемах и о способах их решения говорили, в частности, директор Института ядерного синтеза РНЦ «Курчатовский институт», академик РАН В. Смирнов, зам. директора Института ядерной физики СО РАН, академик РАН Э. Кругляков, генеральный директор ВНИИЭФА О. Филатов, другие ответственные руководители и специалисты.

Обобщая все выступления, Е. Велихов остановился, в частности, на проблеме подготовки кадров. Он отметил, что количество ученых и специалистов, направляемых ведущими предприятиями на реализацию проекта ИТЭР в следующем году, заметно уменьшается по сравнению с прежними периодами.

В этой связи Е. Велихов заявил, что как бы ни было трудно предприятиям решать задачи на собственных площадках, уменьшать российское представительство в Кадараше нельзя. Наше участие в проекте чрезвычайно выгодно для  страны хотя бы потому, что принимая на себя всего 10% затрат, мы можем получать 100% всей научно-технической информации по этой масштабной и чрезвычайно важной для энергетического будущего страны программе, сказал академик.

В итоге обсуждения участники заседания сошлись во мнении, что уже в ближайшее время необходимо предложить ряд мер по доработке концепции ФЦП «Овладение энергией термоядерного синтеза. Создание научно-технической базы термоядерной энергетики в России" на 2009–2015 годы», и в целом по поиску путей повышения эффективности научных исследований на перспективных направлениях.

Необходимо также всемерно развивать международное сотрудничество, в частности, по проекту ИТЭР, которое, в конечном счете, будет способствовать созданию научно-технической базы термоядерной энергетики и ее кадровому обеспечению в России.

Кстати говоря, если рассматривать аббревиатуру ИТЭР как отдельное слово, то существует одна очень звучная параллель. По-латыни это слово означает не что иное, как «путь» (iter). Такое прочтение дает «второй смысл» международного проекта: его осуществление приблизит человечество к созданию термоядерных электростанций, которые подарят будущим поколениям поистине неисчерпаемые энергетические возможности. Ради этого, право же, стоит очень напряженно и эффективно поработать всем тем, кто причастен к этой грани технического прогресса человечества.

[RDA]

Где может найтись применение "для железа, титана, алюминия и кислорода", если летать "на химии"?

Металлы - для построек на Луне, для корпусов космических аппаратов, в качестве топлива, кислород - для дыхания, как окислитель для химических двигателей (переправлять на заправки на НЗО), как рабочее тело для ядерных двигателей.

Тогда вопрос надо переформулировать: для чего нужен индустриальный центр на Луне? Кстати лунные верфи ("для корпусов космических аппаратов") – это еще менее актуально, чем даже пресловутый "лунный" гелий-3.

[pkl]

Где может найтись применение "для железа, титана, алюминия и кислорода", если летать "на химии"?

Металлы - для построек на Луне, для корпусов космических аппаратов, в качестве топлива, кислород - для дыхания, как окислитель для химических двигателей (переправлять на заправки на НЗО), как рабочее тело для ядерных двигателей.

Тогда вопрос надо переформулировать: для чего нужен индустриальный центр на Луне? Кстати лунные верфи ("для корпусов космических аппаратов") – это еще менее актуально, чем даже пресловутый "лунный" гелий-3.

Почему?

[ratte07]

Если не термояд - то солнечная энергия. А при строительстве солнечних околоземных электростанций (а это тысячи тонн ПН) луна в качестве промышленной площадки может оказаться выгодней.

[Старый]

А при строительстве солнечних околоземных электростанций (а это тысячи тонн ПН) луна в качестве промышленной площадки может оказаться выгодней.

Интересно, из каких соображений?

[ratte07]

А при строительстве солнечних околоземных электростанций (а это тысячи тонн ПН) луна в качестве промышленной площадки может оказаться выгодней.

Интересно, из каких соображений?

Затраты на выведение. При определенном уровне массы ПН на орбите становится выгодно использовать лунное топливо, материалы и т.д. Правда при очень больших массах. Солнечные электростанции - это пожалуй единственный случай, когда такие массы потребуются.

[Bell]

Мне вот тоже, мягко говоря, совсем неочевидно, что создавать промышленную базу на Луне и пользоваться меньшей гравитацией в обозримом будущем окажется выгоднее, чем оставлять существующую на Земле и запускать готовый продукт из ямы.

[ratte07]

Мне вот тоже, мягко говоря, совсем неочевидно, что создавать промышленную базу на Луне и пользоваться меньшей гравитацией в обозримом будущем окажется выгоднее, чем оставлять существующую на Земле и запускать готовый продукт из ямы.

Есть сторонники такого подхода. Какая-то логика в их рассуждениях есть. Просто для Луны это все равно реальнее Не3. Во-первых, можно использовать совсем гадкие топлива вроде гибридников с УИ 200 с. Во-вторых можно иметь многоразовые системы, и это значительно проще, чем в случае старта с Земли. Плюс низкая гравитация, вакуум, запас метериалов. Вопрос только в том, с какого значения массы это выгодно?

[Андрей Суворов]

Мне вот тоже, мягко говоря, совсем неочевидно, что создавать промышленную базу на Луне и пользоваться меньшей гравитацией в обозримом будущем окажется выгоднее, чем оставлять существующую на Земле и запускать готовый продукт из ямы.

Есть сторонники такого подхода. Какая-то логика в их рассуждениях есть. Просто для Луны это все равно реальнее Не3. Во-первых, можно использовать совсем гадкие топлива вроде гибридников с УИ 200 с. Во-вторых можно иметь многоразовые системы, и это значительно проще, чем в случае старта с Земли. Плюс низкая гравитация, вакуум, запас метериалов. Вопрос только в том, с какого значения массы это выгодно?

Ну, прикиньте минимальную массу станочного парка, который придётся закинуть на луну для того, чтобы построить там саморазвивающуюся промышленность. Вот начиная с этой массы, умноженной на десять (9/10 это будут не станки, а жилые и производственные модули, СЖО, обслуживающий персонал, еда/одежда для него, и т.д.)

Моё такое ХО - начиная с миллиона тонн на орбите лунная промышленность выгодна. Миллион тонн - это не так уж много - 1700 "Союзов" это, грубо, 10000 тонн, да плюс 300 "Протонов" это 6000 тонн, думаю, ещё 4000 тонн остальные ракеты вывели. Итого 20 000 наша страна в космос подняла. Возьмём ЮСА. 1500 тонн Сатурны-5, 2500 тонн Шаттлы, 2000 тонн Дельты, 1500 тонн Атласы, 500 тонн Сатурны-1 и 1Б, ну и ещё тонн 200 остальные мелкие ракеты. Ну, реально, думаю, 10000 за американцами наберётся.

ESA - сто тридцать арианов-1..4 дадут 500 тонн, вряд ли больше, думаю, ещё столько же все остальные члены большого космического клуба, вместе взятые. То есть, 30000-31000 тонн за, грубо говоря, 45 лет (первые пять лет интенсивность была маленькая). Получается, что миллион тонн ТАКИМИ ТЕМПАМИ набираться будет 1500 лет или около того.

Если же процесс всё же ускорится - ну, там, гелий-3 или нанороботы - то уже лет через 300 может оказаться более выгодным иметь промышленность на Луне.

[sychbird]

Ну какой станочный парк. Через пятьдесят лет его и на Земле то не будет. Любые объемные детали из композитных материалов будут выращиваться в биотехнологических реакторах по программам в автономном режиме.

[Дмитрий Виницкий]

И люди тоже?

[Agent]

И люди тоже?

А люди и так "выращиваться в биотехнологических реакторах по программам в автономном режиме"

Тем не менее, станочный парк на Луне в его земном виде еще менее вероятен чем "механозародыши" (с) Стругацкие
Оборудование обязательно должно быть роботизировано и быть максимально универсальным. Навроде 3Д принтеров.

[Eraser]

Можно использовать сложное роботизированное оборудование доставляемое с Земли, для того чтобы изготавливать детали более простых станков на месте.
Станки, доставляемые с Земли можно спроектировать так, чтобы они имели малую массу. Нам ведь не нужна большая производительность на первых порах, важнее универсальность. Сразу вспоминаю своего преподавателя по РКС, который рассказывал байки про то, как японцы закупали у нас один станок и делали из его металла три своих, лучшего качества. Правда иногда он рассказывал то же самое про грузовики, поэтому в достоверности не уверен.  

[sychbird]

И люди тоже?

Вот с людьми то самые большие неясности. Боюсь, что к тому времени термин "люди" потеряет свое нынешнее значение.