Лунный гелий-3 или Все пути ведут на Луну

[Pavel]

Татарин

Не выручит. :\
Никак не выручит. И никогда. Энергии не те.

И маховики не выручат.
И химические аккумуляторы не выручат.  

Да уж... Представляю себе энергонакопительные пункты на сверхпроводниках или супермаховиках, компенсирующие гигаваттные перепады... Вернее, не представляю, если уж совсем честно
Тысячи маховиков, каждый в вакуумированной камере, на магнитной подвеске, на каждом генератор-двигатель, система, коммутирующая всё это хозяйство... Или того лучше - куча сверхпроводящих катушек, криогеника под них, индукционные устройства для ввода-вывода энергии... Плюс риск того, что всё это хозяйство может так нехило рвануть... Нет уж, лучше пару АЭС построить

Конечно проще. Но на сверхпроводимости все было бы вообще тяжко. Лично по мне, супермаховики идеальны для Луны.

[Татарин]

Не нравятся мне толпы ползучих ядерных хреновин. :\
Предлагаю альтернативный вариант комбайна.
Точнее - добывающего комплекса.

Главный энергодобыватель комплекса представляет из себя надувное собирающее зеркало из тонкой посеребренной пленки. Площадь зеркала по порядку величины - 60х60 метров, масса зеркала (вместе с газом-наполнителем, опорными металлическими конструкциями и пр.) примерно 200 кг. Зеркало передвигается на трехколесной тележке (база - около 5м по одному измерению и 20 - по другому), питаемой СБ. Суммарная масса тележки - примерно 400 кг, мощность батарей - порядка 300-500Вт, аккумулятор-гиростабилизатор на маховике емкостью порядка 1 квт*ч.
Максимальная скорость  хода - порядка единиц км/ч, разворота зеркала - единицы градусов/сек.
Кривизна зеркала варьируется изменением давления в опорной конструкции, точность исполнения позволяет иметь 80% потока на 10-20 кв.м при удалении в 500м. Мощность светового потока в фокусе - от 2 до 5 МВт на квадрат, суммарная - до 50МВт.
Предусматривается быстрая замена зеркала.
Возражения по инженерной реализации есть?

Второй-третий (почему третий - см. ниже) элемент комплекса - харвестер. Представляет из себя сдвоенную тележку с раскладными зеркалами (металлическая фольга, охлаждение селективным покрытием с обратной стороны) площадью до 10 кв.м.
Вокруг зеркала расположены солнечные батареи, питающие агрегат.
Разработка грунта ведется скребком-шестеренкой, затем грунт разрыхляется и пыль с большой скоростью прокидывается по баллистической траектории в длинной плоской трубе (порядка - 6-10м). На участок трубы (на этом участке труба прозрачна) со всех сторон подается световая мощность, достаточная для разогрева пыли до 700-800С. Пыль падает в наклонный герметичный пылесборник, объем которого соединен с криогенными ловушками-насосами высокого вакуума. Отработанная пыль выгребается снизу "шестеренкой" при температуре около 300С.
Криогенные ловушки имеют разные температуры. Первая ловушка - жидкостная, она же струйный насос, жидкость - вода при температуре около 0-10С. Задача - высокопроизводительный насос, предварительное охлаждение газа для уменьшения затрат на криогенику и изоляция криогенного тракта.
Вторая ловушка - жидкостная, криогенная, она же струйный насос, азот при температуре около 50-60К. Эта ловушка сгребает остаточные пары воды, метан, азот, кислород, углекислоту и угарный газ.
Далее - конденсор-уловитель при 40-50К. Вымораживает остаточные кислород и азот.
Далее - промежуточный объем-накопитель и двуступенчатый турбодетандер для сжижения водорода и, наконец, гелия.
Энергетика: сотни киловатт на разработку грунта и десятки-сотни киловатт на криогенику. Питание - солнечные батареи (у нас свет-концентрат) и ТЭГ на перепаде пылесборник-радиатор.
"Сухую" массу машины (без пыли в пылесборнике) я оцениваю в 3-5 тонн. Единовременно машина таскает на себе 20-50 тонн пыли.
Возражения по инженерной реализации есть?

Сжиженные газы поступают в отдельные дюары: кислород со снегом углекислоты во внешний экранирующий контур, азот, водород, гелий - в свои дюары. Вода - отдельно.
Емкости для газов находятся на отдельной тележке, которая имеет собственное питание, электромоторы и способна перемещаться самостоятельно. Как только емкости заполнены, машина отцепляется, переходит в автономный режим и ползет к базе. Непосредственно у комбайна ее встречает коллега, который ползет навстречу с дюаром, в котором плещется лишь свежий азот. Таким образом, при некотором "сверхкомплекте" машин-дюаров обеспечивается непрерывная работа комбайна.
Если кататься и отвозить продукт каждые 12 часов, то за рейс будет отвезено около тонны продукта, в том числе - 50 грамм искомого гелия-3 (при средней скорости обработки грунта комбайном где-то 100 килограмм в секунду). Массу самой тележки я оцениваю в полтонны, мощность электродвигателей - 5-15 киловатт, скорость - 20-60км/ч (60км/ч - по утрамбованым "дорогам"), питание - солнечные батареи и топливные элементы (маховики?), которые заряжаются на базе.
Возражения по инженерной реализации есть?

Итого, такой комбайн в идеале перелопатит за год 0.1*86400*365 = 3.15 млн. тонн грунта и за тот же год наработает:
-- где-то 31 кг гелия-3;
-- более 600 тонн попутного продукта.
Оценки правильны с точностью до порядка, поэтому придираться к ним надо соответственно.

Последний компонент комплекса - база-хранилище, на которой в тени хранятся добытые газы и происходит конечная перегонка продукта с извлечением гелия-3. Потребные для этого мощности (сотни киловатт) обеспечивают солнечные батареи с "бустом" в виде тележек-зеркал. Кроме того, эти батареи работают на электролиз воды для налунного транспорта и космического транспорта. База имеет площадку для посадки-стыковки транспорта Луна-Земля и систему заправки транспорта водородом, кислородом и гелием.
Оценочно - 10-30 тонн (без учета цистерн). Способна передвигаться со скоростью порядка километров в час, для развертывания на местности требует присутствие человека (иначе слишком много нужно автоматики).

Для *полного* обеспечения Земли энергией таких машин нам нужно на Луне тысяча-другая штук. Ессно, что Лунная База будет полностью и избыточно обеспечена при таких делах газами и водой, и горючее на рейс Луна-Земля с собой с Земли никто не тащит.

На 1 ГВт термоядерной мощности Земли приходится:
-- 4 харвестера;
-- 4-6 тележек-зеркал;
-- 5-20 тележек-транспортов жидкостей;
-- 0.01 баз-хранилищ (ясное дело, число округленно до ближайшей бОльшей целой величины);
Или 15-30 тонн массы на Луне.

Воможно, начиная с некоторой мощности системы потребуется ремонтные системы, тягачи, человеконесущий транспорт и т.д. Но это далекие фантазии.

Стоимость системы можно несколько снизить, если отказаться от выделения и накопления побочных продуктов. Но тогда теряется бонус затеи: полное обеспечение лунной базы/орбитальных станций всеми потребными для СЖО материалами, от азота и кислорода до углекислого газа и воды. И конечно, в "полном" варианте в избытке рабочее тело для двигателей не только для "местного транспорта", но и для дальнего космоса. Имея СТОЛЬКО добра в доступном виде на Луне, можно без проблем многажды летать и на Марс, и на Венеру, и на Уран, и на спутники Сатурна с Юпитером.

Примерно так.

[Татарин]

Да я не про выработку энергии говорю, а про аккумуляцию и перераспределение. Выработка почти всей на реакторах.
Но им пыхтеть нада круглосуточно на полную мощность, иначе придеться строить избыточные.
Смысл в том, что ночью все спят и делают водород из ночной и дешевой энергии, а днем утилизируем накопленное и отдаем излишки в сеть.

Ааа...
ИМХО, при таком раскладе (весь транспорт на водороде), ночной выработки едва ли хватит чтобы хотя бы заправить транспорт на день.

Даже не нужно ничего днем в сеть отдавать - и так все ночное скатается, да еще и днем добавки попросят.

[Agent]

Заправляться водородом лучше на заправках. Все одно ж ездим. Там оно поКПДешнее, да и источники поширее - от синтетики с угля до водородной трубы с ближайшего реактора или криогенного "водородовоза".
А дома - эт токо доверху заполнить.

[Татарин]

Заправляться водородом лучше на заправках. Все одно ж ездим. Там оно поКПДешнее, да и источники поширее - от синтетики с угля до водородной трубы с ближайшего реактора или криогенного "водородовоза".
А дома - эт токо доверху заполнить.

А это, ИМХО, без особой разницы, кто именно ночную энергию выжрет: домашние электролизеры или промышленные.


Все равно туда уйдет всё, да еще и не хватит... Тогда нужно строить АЭС с мощностью равную экстремальному пиковому потреблению с запасом. Избыток же вне пика скидывать в водород (который все равно весь искатают, транспорт жрет больше, чем все остальное).

Это будет оптимальнее по КПД и вложениям, чем двойное преобразование "ээ-водород-ээ", да еще и распределенное.

[Agent]

Не, тут фишка не в оптимальности, а гибкости и "неубиенности" системы.
Не только избыток скидывать, а и держать НЗ на случай пиков и проблем (жара, холод, ураган, реактор сломался и тд)
Отдавать в сеть не регулярно, а токмо когда спрос взвинчивает цену выше израсходованной с учетом всех КПД.
А регулярно... Ну утром копм завода говорит - беру мегаватт. Тут же цена ээ (с эпицентром где завод) начинает расти и домашние накопители начинают вырубаться по мере распространения "ударной волны". Как токо появляеться свододный мегаватт - завод начинает работу. При этом ближайшим к нему домам вполне может быть выгодно начать продавать ээ этому заводу.

[Татарин]

Не, тут фишка не в оптимальности, а гибкости и "неубиенности" системы.

Тогда согласен.

[Вадим Семенов]

Вадим Семенов

Но крайне низкая концентрация He3, влекущая необходимость переработать неимоверное количество грунта

Почему ж неимоверное? Прикинули ведь уже - довольно реалистично, ничего экстраординарного. Получается, что для добычи десятка тонн гелия-3 в год необходимо оборудование суммарной массой порядка 10 000 тонн (и это не слишком оптимистичные оценки).

Хде? Перечитал -- не нашел. Я что-то пропустил?

Но чтобы доставить 10 тонн с Урана (и еще добыть их там), от Земли должна будет улететь масса того же порядка.

Порядка десяти тонн? Вполне могу поверить. Поскольку разделение газов по всей видимости будет производится последовательным охлаждением вплоть до температуры сжижения гелия, нужен один только турбодетандер плюс ядерная энергетическая установка весьма скромной мощности для питания оного. Если не в единицы, то в небольшие десятки тонн можно уложиться запросто.

[avmich]

Но чтобы доставить 10 тонн с Урана (и еще добыть их там), от Земли должна будет улететь масса того же порядка.

Порядка десяти тонн? ;) Вполне могу поверить. Поскольку разделение газов по всей видимости будет производится последовательным охлаждением вплоть до температуры сжижения гелия, нужен один только турбодетандер плюс ядерная энергетическая установка весьма скромной мощности для питания оного. Если не в единицы, то в небольшие десятки тонн можно уложиться запросто.

Это какими такими технологиями? :)

[Вадим Семенов]

Не нравятся мне толпы ползучих ядерных хреновин. :\

Мне тоже солнечные концентраторы нравятся больше. Но к сожалению, от необходимости перелопатить и нагреть уйму лунного грунта они не избавляют.

Главный энергодобыватель комплекса представляет из себя надувное собирающее зеркало из тонкой посеребренной пленки. Площадь зеркала по порядку величины - 60х60 метров [...] Мощность светового потока в фокусе - от 2 до 5 МВт на квадрат, суммарная - до 50МВт.

Площадь зеркала 3.14*60*60 = 11310 кв.м. При потоке энергии от солнца 1.2 кВт/кв.метр суммарная мощность порядка 13.5 МВт.

Итого, такой комбайн в идеале перелопатит за год 0.1*86400*365 = 3.15 млн. тонн грунта и за тот же год наработает:
-- где-то 31 кг гелия-3;
-- более 600 тонн попутного продукта.

При работе от Солнца число дней и годовой выход продукции можно смело делить на 3.

Оценки правильны с точностью до порядка, поэтому придираться к ним надо соответственно.

Ну если уменьшить на порядок производительность и увеличить на порядок массы, я бы мог согласиться.

На 1 ГВт термоядерной мощности Земли приходится:
-- 4 харвестера;
-- 4-6 тележек-зеркал;
-- 5-20 тележек-транспортов жидкостей;
-- 0.01 баз-хранилищ (ясное дело, число округленно до ближайшей бОльшей целой величины);
Или 15-30 тонн массы на Луне.

То бишь 150-300 тонн Луне на 100МВт термоядерной мощности на Земле.

[Татарин]

Мне тоже солнечные концентраторы нравятся больше. Но к сожалению, от необходимости перелопатить и нагреть уйму лунного грунта они не избавляют.

А это, само по себе, неплохо. Бо дает массу очень ценного побочного продукта.

Главный энергодобыватель комплекса представляет из себя надувное собирающее зеркало из тонкой посеребренной пленки. Площадь зеркала по порядку величины - 60х60 метров [...] Мощность светового потока в фокусе - от 2 до 5 МВт на квадрат, суммарная - до 50МВт.

Площадь зеркала 3.14*60*60 = 11310 кв.м. При потоке энергии от солнца 1.2 кВт/кв.метр суммарная мощность порядка 13.5 МВт.

Хм. Что-то я очень сильно обсчитался... :\
Нда. Придется зеркал ставить несколько.

Итого, такой комбайн в идеале перелопатит за год 0.1*86400*365 = 3.15 млн. тонн грунта и за тот же год наработает:
-- где-то 31 кг гелия-3;
-- более 600 тонн попутного продукта.

При работе от Солнца число дней и годовой выход продукции можно смело делить на 3.

Почему на 3?  :roll:

Ну если уменьшить на порядок производительность и увеличить на порядок массы, я бы мог согласиться.

Обоснуйте, что ли...

[Татарин]

Порядка десяти тонн? Вполне могу поверить. Поскольку разделение газов по всей видимости будет производится последовательным охлаждением вплоть до температуры сжижения гелия, нужен один только турбодетандер плюс ядерная энергетическая установка весьма скромной мощности для питания оного. Если не в единицы, то в небольшие десятки тонн можно уложиться запросто.

Это какими такими технологиями?

Нда. Вряд ли, действительно...

0.8 "же" у поверхности, 25км/с вторая космическая... :\

[Fakir]

Вадим Семенов

Хде? Перечитал -- не нашел. Я что-то пропустил?

Очевидно, пропустили. Где-то 12-13 страницы - прикидки массы комбайнов и т.д.

Порядка десяти тонн?  Вполне могу поверить.

Нет, порядка 10 000 тонн.

Если не в единицы, то в небольшие десятки тонн можно уложиться запросто.

Это сама добывающая установка. А всё добро, нужное, чтобы доставить её к Урану, спустить в атмосферу, поднять оттуда добытый гелий, и привезти его на Землю - как раз тыщ на десять и потянет. Если очень повезёт.

И, повторяю еще раз - если увеличить добычу мы можем только через 20 лет (понадобилось - отправили новые установки, за 10 лет они долетели до места, через 10 лет вернулся добытый продукт; это еще при условии, что нужное количество гелия они наработают мгновенно), то такая добыча нафиг не нужна. Она слишком инерционна, и в принципе может быть востребована лишь тогда, когда значительную часть земной энергетики будут составлять гелиевые станции и потребность в гелии будет устойчивой и надёжно прогнозируемой. И то - не факт, что Уран будет лучше Луны.

Ситуацию хорошо описывает пословица - "За морем телушка - полушка, да рубль перевоз". Тот самый случай.

[Fakir]

Татарин

Протестую.
Уж по меньшей мере, теневая - нижней полусферы АЗ во время работы от нейтронов (дабы не активировать конструкцию)

В принципе мы вполне можем позволить ей активироваться. То есть я не за - ИМХО, можно навесить на реактор весьма мощную защиту (и не только теневую) из местных материалов, так что излучения реактора будет полностью экранироваться. Но если это по каким-то причинам не удастся, и реактор будет экранирован не полностью - то тоже ничего особо страшного не произойдёт.

 

и во время обслуживания от гаммы. Прелесть в том, что раз нет атмосферы, то теневой защиты более чем достаточно.

Ясное дело.

Что касается того, что, мол, осколки светят слабо - это ты, все ж, сильно загнул. Из высокого обогащения зоны и длительности кампании вытекает тот простой факт, что осколочная активность под конец ресурса в ТВЭЛ будет накоплена дикая. Да и мощность дозы около обычных ТВЭЛ - десяток килорентген/ч в гамме - тоже не сахар.

Тут уже нужно считать в деталях. Сколько накопится, сколько заэкранирует конструкция реактора и комбайна.  

Скажи мне мощность дозы вплотную к реактору, которую ты готов допустить, и я скажу тебе порядок массы защиты в граммах на кв.см.

Считать надо, причём желательно поточнее. Дозу нужно считать для ремонтника - значит, нужно прикинуть время, в течении которого он может находиться вблизи реактора, допустимые дозы (с учётом космического излучения), экранирование, обеспечиваемое скафандром и т.д.

И еще раз: экран из местных материалов массой в 10 тонн наверняка полностью решит проблему.

[Fakir]

Татарин

Не нравятся мне толпы ползучих ядерных хреновин. :\

А чем плохи-то? Экологической опасности от них - никакой, персонал обезопасить тоже несложно. На тонну гелия в год (десяток гигаваттных электростанций) сотня ползучих хреновин. Почему бы и не?
Ядерщиной космос вообще и Луну в частности всё равно насыщать придётся. Кстати, локхидовцы в своём докладе приводят немало доводов как раз в пользу реактора в качестве энергоисточника лунной базы - просто базы, не промышленной.

Предлагаю альтернативный вариант комбайна.  

Принципиальных возражений нет, мелкие вопросы есть.
Вообще, для того, чтобы однозначно разрешить дилемму "ядерщина-солнце", нужно учесть кучу факторов: массу на единицу мощности и ресурс, возможность работать ночью, и т.д.

Ты предлагаешь громадное металлизированное надувное зеркало. Вопрос - сколько будет оно весить с учётом того, что работает в довольно нелёгких условиях, и срок службы должне составлять не менее года? Пожалуй, при оценке массы такой конструкции можно ориентироваться на несостоявшийся надувной модуль МКС. Его массу не помню, надо найти, но вроде - тонны. Это при том, что поверхность у него поменьше будет, чем у зеркала. Ладно, допустим, у обитаемого модуля избыточная толщина по требованиям надёжности, уменьшим в три раза - но масса всё равно будет порядка тонн. Плюс конструкция, которая эту массу держит на весу (сотни кг даже с учётом лунной тяжести). По массе уже получается как минимум сравнимо с реактором. Ночью работать не можем - получаем фактор 2. Ну и ресурс... Чёрт его знает, что будет происходить с альбедо такого зеркала.
 
В качестве опорной точки - говорят, что космические ЯЭУ эффективнее СБ начиная с мощности то ли 100 кВт, то ли 1 МВт (с ходу не вспомню). Вероятно, такие оценки можно применить и к комбайнам - причём, с учётом ночи, с фактором 2. А может, с учётом ресурса еще 2-3 вылезет.

В общем, надо смотреть в деталях. Победитель пока сильно неочевиден
 

На 1 ГВт термоядерной мощности Земли приходится:
-- 4 харвестера;

ИМХО, сильно оптимистично. С учётом только солнечной энергии, тем более. Может, пересчитаешь?

Стоимость системы можно несколько снизить, если отказаться от выделения и накопления побочных продуктов.

ИМХО - нет. Невозможно выделить из реголита гелий, не выделив и все остальные газы. Чуть-чуть сэкономить, может быть, можно только на их разделении (кислород там от азота и т.д.), но совсем чуть-чуть.

[Fakir]

Pavel

Лично по мне, супермаховики идеальны для Луны.

Не понял, а зачем они вообще на Луне?

[X]

Народ, а на..зачем луну царапать? Какой поток гелия-3 от солнца?
Может запустить нечто тонкопленочное разворачиваемое на орбиту венеры, оно там накопит, свернет и прилетит обратно. Явно 300 таких штук будут дешевле всей этой лунной орды. Вопрос в потоке.

Это sas

[Татарин]

Народ, а на..зачем луну царапать? Какой поток гелия-3 от солнца?
Может запустить нечто тонкопленочное разворачиваемое на орбиту венеры, оно там накопит, свернет и прилетит обратно. Явно 300 таких штук будут дешевле всей этой лунной орды. Вопрос в потоке.

Это sas

Примерно 1-2 ядра/(сек*см2).

На Луне он миллионы лет копился... и то его мало. :\

[Лютич]

Кстати, про отсев каменюков от реголита. Зачем изобретать велосипед? Применить схему картофелекомбайна наоброт: вся масса без разбору снимается ножом и закидывается на решетчатый транспортер. Сыпучий реголит просыпается вниз в бункер и идет на переработку, каменюки едут себе дальше по транспортеру и выбрасываются за борт.

[Fakir]

Тоже вариант. Наверное, и еще проще можно. Например, прочная решетка прямо на заборнике, установлена под углом, чтобы немногочисленные булыжники легко было сбросить.