Лунный гелий-3 или Все пути ведут на Луну

[avmich]

Пока что получается :) :

- Сначала пускать на ЭРД кубики по 11 тонн. Остаток ПН Протона - хранимое топливо для посадки на Луну. Топливо ЭРД подвозится Союзами. Кубиками по 11 тонн собирается начальная индустрия переработки лунных материалов.

- Потом, когда на Луне оказывается в наличии ЖК, размер кубика увеличивается до 16 тонн. К Луне летит всё тем же ЭРД, а вот посадка - с помощью многоразового лунного модуля, использующего лунный ЖК.

Здесь везде используются практически имеющиеся технологии - кроме собственно лунной промышленной базы. Можно написать более агрессивную схему, с ЯРДами, лунным топливом...

[avmich]

Джентльмены, все вопросы сейчас - сколько будет стоить и весить лунный бульдозер, лунная установка по переработке реголита, лунная солнечная печь и ядерный реактор для электричества - там, где солнца окажется мало или неудобно :) . Эти данные нужны...

[avmich]

http://www.sti.nasa.gov/tto/spinoff1996/44.html

The Cat® D11N weighs only 340 pounds, has miniature hydraulic and transmission systems, and is powered by an IMC-designed seven horsepower, V4 four-stroke cycle engine...

A market area of particular interest to IMC is the special equipment category wherein the vehicle's small size, miniaturized water-cooled engine and remote control capability permit its use in confined spaces and in environments considered hazardous to humans.

[Athlon]

Для начала, надо бы наконец определиться с конфигурацией системы.

Были предложены следующие варианты:
1) Выпаривание газов производится передвижным ядерным комбайном
2) Выпаривание газов производится в солнечной печке зеркалами
3) Комбинация вариантов 1 и 2  - днем зеркалами, ночью комбайнами.

Похоже, придется считать каждый...

[Sevlagor]

Господа!

Насчёт ЭРД-буксира:
Можно вместо ксенона использовать калий. Он всего-то на ~10% хуже, зато добывать можно НА ЛУНЕ !

Кроме того у Земли можно тормозиться об нижниние слои ионосферы многометровым зонтиком из углеродной ткани.
На высоте гдето ~120-140 км. Не зарываться в атмосферу до 60 км а чиркать по верху. Так Магелан у Венеры (если память не изменяет)тормозился обратной стороной солнечных панелей.
Один чирк - минус ~1 км/сек. Три-четыре раза чиркнуть и будет 8 км/сек.

-----------------------------------------------

Далее насчёт рекурперации тепла:
Рекурперация это, кто непонял, вот что - вместо того чтоб выкидывать раскалённый до 800 град. грунт наружу и терять с ним кучу энергии, мы охлаждаем его а энергию используем повторно для нагрева свежей порции грунта.

Сделать это можно например так:
Есть горизонтальная труба ~1 м диаметр и эдак метров 5-6 длинной.
Внутри трубы шнек, как у мясорубки.
Всё это крутится и шнек и труба - они единое целое.
Засыпанный с одного конца грунт пересыпается-перекатывается внутри и постепенно продвигается к другому концу. Допустим слева на право.

У трубы внутри стенки есть каналы по которым прокачивается теплоноситель.
Между теплоносителем и грунтом происходит теплообмен.

Теплоноситель прокачивается НАВСТРЕЧУ грунту (справа на лево).

На левом торце трубы он собирается коллектором и по возвратным трубам возвращается обратно к правому торцу шнековой трубы.
(Возвратные трубы теплоизолировани от стенки шнековой трубы, а ещё на них удобно поставить насосы)

Шнековая труба разбита на три зоны.
В первой зоне (по ходу движения грунта) температура грунта НИЖЕ температуры теплоносителя на некую dT и поэтому грунт нагревается а теплоноситель, двигаясь навстречу,  охлаждается.
В начале зоны температура грунта =Твнешняя, температура теплоносителя =Твнешняя+dT

Длинна первой зоны чуть меньше половины трубы.
В её конце грунт нагрет до 800-2*dT, а теплоноситель до 800-dT.

Далее в середине трубы - вторая зона, в ней происходит нагрев грунта  от внешнего источника до температуры 800 град. и сдесь же в основном выделяются газы.
А теплоноситель тут нагревать вобщем-то не нужно.

В конце второй зоны и в начале третьей грунт нагрет до 800, а теплоноситель по прежнему до 800-dT.
Т.е. теперь грунт ГОРЯЧЕЕ теплоносителя на dT и поэтому по мере продвижения по третьей зоне он отдаёт ему тепло.
Тут то теплоноситель и нагревается.

В конце третьей зоны температура грунта падает до Твнешняя+2*dT после чего он выбрасывается наружу.
Температура теплоносителя =Твнешняя+dT

Коэффициент рекурперации равен =1-2*dT/(800-Твнешняя).
dT - это разница температур между грунтом и теплоносителем в каждой точке трубы.
Чем больше dT тем интенсивней теплообмен и тем короче можно сделать трубу. Но тогда уменьшается коэф. рекурперации.

Если взять dT=40 град., а Твнеш.=0 град., то коэф. рекурперации = ~0.9
Т.е. энергозатраты снижаются в 10 раз т.к. 90% тепла используется повторно.
--------------------------------------------------
И ещё вот что...
Если в качестве источника энергии используется не ядерный реактор, то имеет смысл нагревать грунт в присутствии кислорода.
Т.к. горючих газов из грунта выделяется столько что, при коэф. рекурперации около 0.9, их сгорание может дать до 20% от требующегося кол-ва тепла.

[avmich]

Спасибо, Севлагор. С ЭРД пока вроде проблем особых нет, торможение у Земли пока тоже проблемой не выглядит (в рамках этой темы - если возить Не3; вот если к ИСЗ возить, скажем, ЖК, это другое дело). По теплообмену интересные данные.

Вот по оборудованию бы данные найти... "Бульдозеры" - то, что способно реголит поднять и перевезти - выглядят довольно простыми-лёгкими-дешёвыми; интересно, как насчёт установок по переработке...

[RDA]

Вопрос. А зачем обязательно все оборудование для забора и сепарации реголита иметь на одной установке? Почему не стоит применять модульный принцип и не сделать вместо единого "трактора" автопоезд? Лишняя масса на стыковку, но зато разные его части будут ломаться с разной частотой, а замену модулей сделать можно достаточно быстро. Да и размерность отдельных модулей будет меньше, чем единого аппарата, что снизит требования к транспортной системе.

[RDA]

Вопрос2. Прежде всего, для добычи гелия-3 в атмосфере планет гигантов не хватает разработок в области двигателестороения. Рассматривать такую задачу имеет смысл, если имеется (разрабатывается) минимум ГфЯРД, а лучше ТЯРД.
А чего, по-вашему, не хватает в технологиях, если рассматривать добычу гелия-3 на Луне? Не считая, конечно, действующего гелиевого реактора.

[avmich]

Вопрос. А зачем обязательно все оборудование для забора и сепарации реголита иметь на одной установке?

Это и не предлагается. Вопрос ставится так - как из кубиков массой 10-20 тонн построить автоматическую систему извлечения Не3 из грунта Луны.

Вопрос2. Прежде всего, для добычи гелия-3 в атмосфере планет гигантов не хватает разработок в области двигателестороения. Чего, по-вашему, не хватает в технологиях, если рассматривать добычу гелия-3 на Луне. Не считая, конечно, действующего гелиевого реактора.

Также не предлагается добывать Не3 из атмосфер планет-гигантов. Предлагается как раз добывать Не3 на Луне. Принципиально все технологии, пожалуй, есть; вопрос в более тщательной оценке сложности такого проекта.

[RDA]

Это и не предлагается. Вопрос ставится так - как из кубиков массой 10-20 тонн построить автоматическую систему извлечения Не3 из грунта Луны.

А правильный ли это вопрос? Может, для начала не мешало бы определиться с минимально необходимым размером "кубиков" на Луне? А требования к транспортной системе выставлять исходя из этого?

Также не предлагается добывать Не3 из атмосфер планет-гигантов.

Такая альтернатива была озвучена в этой теме.

Предлагается как раз добывать Не3 на Луне. Принципиально все технологии, пожалуй, есть; вопрос в более тщательной оценке сложности такого проекта.

Ну тогда вопрос о составных частях инфраструктуры проекта. Что именно требуется кроме "харвестеров"  и транспортнокосмической системы?

[avmich]

Это и не предлагается. Вопрос ставится так - как из кубиков массой 10-20 тонн построить автоматическую систему извлечения Не3 из грунта Луны.

А правильный ли это вопрос? Может, для начала не мешало бы определиться с минимально необходимым размером "кубиков" на Луне? А требования к транспортной системе выставлять исходя из этого?

Технология добычи нужных компонентов из минерального сырья значительно старше технологии космических полётов. Представляется, что легче будет адаптировать более простую и грубую технологию извлечения газа из руды, чем технологию доставки грузов на Луну. Хотя бы потому, что по первой опыта в мире куда больше, построенных работающих установок тоже...

Конечно, если окажется, что необходимы совершенно кубики размером не меньше 25 тонн, то это будет проблемой в свете рассматриваемой транспортной системы. Однако такой вариант представляется маловероятным. Если окажется так, будем думать, что можно сделать с транспортной системой.

Дело в том, что нельзя одновременно думать обо всём :) . Понятно, что можно поставить задачу доставки произвольного груза на Луну, и она оптимизируется путём уменьшения этого груза. Понятно также, что при отсутствии ограничений можно построить завод на Луне... Только вот потом окажется, что транспортная система для доставки такого завода съест все преимущества. Поэтому накладывается ограничение. Задача ставится так, что завод нужно построить с учётом относительно легко достижимых параметров транспортной системы. Предполагается, что проще менять завод, чем эту транспортную систему.

Ну тогда вопрос о составных частях инфраструктуры проекта. Что именно требуется кроме "харвестеров"  и транспортнокосмической системы?

Нужна способность получать нужную энергию на Луне. Частично, видимо, это тепловая энергия, частично - электрическая.

Если "харвестер" считать аппаратом "руда -> гелий", то этого достаточно... мне, правда, кажется, что проще разделить задачи "добычи руды" и "переработки руды в материалы". Комбайны делятся на "бульдозеры" и "стационарные установки".

[RDA]

Технология добычи нужных компонентов из минерального сырья значительно старше технологии космических полётов. Представляется, что легче будет адаптировать более простую и грубую технологию извлечения газа из руды, чем технологию доставки грузов на Луну. Хотя бы потому, что по первой опыта в мире куда больше, построенных работающих установок тоже...

Где в мире применяется опыт извлечения газа из пыли?

[avmich]

Добыча полезных ископаемых?

[RDA]

Добыча полезных ископаемых?

Какие полезные ископаемые на Земле добываются выделением газовой составляющей из твердой?

[Fakir]

avmich

Нам ведь что надо? Нам надо максимизировать размер кирпичика, чтобы не строить по кусочкам, а пускать модули побольше.

Ну, строго говоря, нужно не максимизировать, а оптимизировать - если окажется, что вполне достаточно и 10-тонного кирпичика, то не стоит лезть из кожи вон, чтобы сделать его непременно 20-тонным.

Многоразовый РБ с ЭРД, массой в 1 тонну

Если в 1 тонну - значит, без собственного мощного реактора. Тогда придётся рассчитывать на запитку от комбайна. Т.е. комбайн должен быть непременно ядерным (а с этим еще не до конца разобрались), и буксир может возить только комбайны. Наверное, для начала лучше закладываться на более тяжёлый РБ с собственным реактором.

- Сначала пускать на ЭРД кубики по 11 тонн. Остаток ПН Протона - хранимое топливо для посадки на Луну. Топливо ЭРД подвозится Союзами. Кубиками по 11 тонн собирается начальная индустрия переработки лунных материалов.

- Потом, когда на Луне оказывается в наличии ЖК, размер кубика увеличивается до 16 тонн. К Луне летит всё тем же ЭРД, а вот посадка - с помощью многоразового лунного модуля, использующего лунный ЖК.

Ага... Ну симпатично выходит.  Единственно, что мне не нравится - то, что еще и "Союз" пристёгнут. Два пуска для доставки одного "кубика" к Луне, две стыковки до отлёта (с буксиром и цистерной) - ИМХО, сложновато.

Это примерно значит, что из 22 тонн примерно 5 тонн - керосин, ещё 12,5 тонн ЖК тащим с Луны, вместе с многоразовым посадочным модулем, и ПН на Луне получается 17 тонн.

Совсем замечательно.

Это если не закладываться на лунный водород .

Это уже, пожалуй, следующий этап.

Можно написать более агрессивную схему, с ЯРДами, лунным топливом...

Не только можно, но и нужно
Тут вылезает тонкий момент с ЯРДом. Поскольку он сам с реактором весит прилично (тонны), то его применение становится выгодным лишь начиная с какой-то минимальной массы ПН (и всё это зависит от УИ, а УИ, в свою очередь - от рабочего тела, которым мы располагаем). Эту массу надо бы определить - может, её одним куском от Земли и не запустить.

[avmich]

Ага... Ну симпатично выходит. Единственно, что мне не нравится - то, что еще и "Союз" пристёгнут. Два пуска для доставки одного "кубика" к Луне, две стыковки до отлёта (с буксиром и цистерной) - ИМХО, сложновато.

Тут оптимизировался (максимизировался) "кирпичик" - если мы хотим иметь одним куском 11 тонн, то ЭРД надо пускать отдельно.

Заметим, что при разумных допущениях получается, что ЭРД подпитывается Союзом - что хорошо, Союз дешёвая ракета, а с точки зрения логистики удобно - запуск Протона соответствует запуску Союза. Там, конечно, ещё нюансы собственного реактора для РБ, возврат РБ на околоземную орбиту... посчитаем.

Какие полезные ископаемые на Земле добываются выделением газовой составляющей из твердой?

Железо. Из окислов железа (которых в руде хватает, наряду с другими соединениями) методом выделения газа (кислорода) получаем полезный в данном случае продукт - железо, в виде, обычно связанном с углеродом.

В "лунном" случае нам более интересны будут сами газы - понятно, что на Земле не имеет смысл улавливать выделяющийся кислород, или соединения на его основе, вроде воды. А вот на Луне понадобится модификация - возможно, заметная - техпроцесса.

Заметим, что при этом множество операций, вроде измельчения и подачи сырья, его разогрева, отделения шлака и т.п., используются в любом процессе.

[Fakir]

Athlon

А теперь вспомним, сколько эти 400тонн (а пока еще отнюдь не 400) стоили, продолжительность строительства и то, каким количеством скандалов и взаимных обвинений все это сопровождалось и сопровождается...

Что ж, первый блин комом.

Цифры не приведете? Пока все, что есть - насовский X-43, от которого до полноценных ВКС...

Цифры искать надо. И не факт, что они открыты. А что касается ВКС - главное на данном этапе соорудить хороший ГПВРД. Только в Штатах отрабатывается минимум шесть подходов (в основном на стендах, но некоторые проходили и лётные испытания) - например, была статья на эту тему в "Авиации и космонавтике". Добьются устойчивого горения в сверхзвуковом потоке - и задача будет решена больше, чем наполовину.

А, Холод имеете в виду? И как, давно там были новости? Один и тот же макет с выставки на выставку который год таскают...

Ну вы как-то упорно ориентируетесь исключительно на действующие (в данном случае - летающие) образцы. А на них ведь свет клином не сошёлся. В лабораториях народ ковыряется - например, пытаются ускорить сгорание в различного рода разрядах, ударных волнах и т.п. С ГПВРД ведь главная затык в том, как организовать эффективное горение при высоких скоростях потока (иначе придётся делать движок длиной в 50 м - был и такой прожект, и его вроде довольно серьёзно рассматривали).

Высказывались и вспоминали и 40 лет назад (пожалуй, куда активнее чем сейчас). И чего?

И погоняли на стендах "Нервы" и РД-0410. Результаты неплохие. Благодаря тем программам сделать ЯРД сейчас (при желании) будет гораздо проще и дешевле, чем если бы пришлось начинать с нуля.

Я был и буду против включения в расчеты того, чего нет, неизвестно когда будет и неизвестно сколько будет стоить. Если мы не занимаемся научной фантастикой.

Еще раз напоминаю, что мы по большому счёту ей и занимаемся - и хорошей еще, что научной. Действительно реалистичные прикидки мы можем сделать для самой начальной фазы программы, на 10-15 лет; для последующих фаз можно лишь очень грубо оценить основные контуры, наметить реперные точки.

А что же тогда важно???

Я же написал - важно, какими кусками и по какой цене.

Уу.. Эт совсем другая тема...

Хотим снизить энергозатраты - подумать придётся основательно. Что делать.

И то, и то - термояд. Остальное не столь принципиально. Тритиевая, судя по всему, будет сложнее, и следовательно, технологически интереснее.

"Но есть нюансы". Один из основных - преобразование энергии. У тритиевого реактора оно должно быть довольно дубовым - съём тепла с бланкета, нагреваемового нейтронами (в нейтронах 80% энергии как-никак). В гелиевом реакторе преобразование энергии в основном прямое, совсем другие технологии. Не располагаешь ими - электростанцию не построишь.

Для начала, надо бы наконец определиться с конфигурацией системы.
Были предложены следующие варианты:
1) Выпаривание газов производится передвижным ядерным комбайном
2) Выпаривание газов производится в солнечной печке зеркалами
3) Комбинация вариантов 1 и 2 - днем зеркалами, ночью комбайнами.

Стоит подчеркнуть, что все варианты - и солнечный, и ядерный, и комбинированный - подразумевают выпаривание "первичного газа" (без разделения) прямо на сборщике. Производить выпаривание одновременно со сбором реголита целесообразно по той причине, что объём переработки реголита будет составлять тысячи кубометров в сутки, и если выпаривательная станция будет стационарной, то возникает множество проблем:
а) Нужно привезти к ней реголит;
б) Нужен бункер для реголита, чтобы обеспечить равномерность нагрузки;
в) Переработанный реголит нужно отгребать от станции - тоже тысячи кубов.

ИМХО, проблем больше, чем нужно. Да и работать с относительно небольшим количеством реголита проще - нужно ведь обеспечить большую поверхность теплообмена.

[avmich]

А как у нас энергетика на лунном карьере по модулям распределена?

Вряд ли бульдозеры будут электрический кабель за собой таскать - хотя в принципе можно бы. Значит, на самоходных бульдозерах будут собственные аккумуляторы. Какого типа? Топливные элементы на водороде, которые заряжать надо, возвращаясь к базе?

А вот стационарная установка по переработке логично будет иметь собственную энергетику.

Можно рассматривать такой вариант: N бульдозеров, 1 "завод" и 1 реактор, для начала. Каждый такой модуль - не тяжелее 11 тонн. Хм, при массе бульдозеров довольно большой такой бульдозер может быть довольно серьёзным...

На самом деле, конечно, учитывая энергетику (её отсутствие) РБ, кирпичики надо пересчитывать.

Массу реактора мы оценим, данные найдём. Бульдозер тоже. А вот сама установка... Как-то удастся её побить на модули?.. что-то сомнения...

[Fakir]

avmich

если мы хотим иметь одним куском 11 тонн, то ЭРД надо пускать отдельно.

Это само собой. Тем более, что желательно, чтобы ЭРД был многоразовым.

Заметим, что при разумных допущениях получается, что ЭРД подпитывается Союзом - что хорошо, Союз дешёвая ракета,  

Может, тогда уж лучше "Зенитом"? Не дешевле будет?

[Fakir]

avmich

Вряд ли бульдозеры будут электрический кабель за собой таскать - хотя в принципе можно бы.

Это скорее не бульдозер, а перерабатывающий комбайн (примерную схему добычи - см. стр. 9,10).

Значит, на самоходных бульдозерах будут собственные аккумуляторы.

Скорее собственный ядерный реактор. Или солнечные концентраторы.

Можно рассматривать такой вариант: N бульдозеров, 1 "завод" и 1 реактор, для начала. Каждый такой модуль - не тяжелее 11 тонн. Хм, при массе бульдозеров довольно большой такой бульдозер может быть довольно серьёзным...

Представляется следующая схема: комбайны перерабатывают реголит, выпаривают газовую смесь (не разделяют). Первичный газ к базе возят "грузовики", раз в несколько дней - привозит пустой баллон, забирает полный. На сотню комбайнов - десяток "грузовиков" (сам грузовик - массой килограмм 500, штука лёгкая и простая, немногим сложней американского луномобиля) и одна полустационарная криостанция (разделяет газы и изотопы).

Массу реактора мы оценим, данные найдём. Бульдозер тоже. А вот сама установка... Как-то удастся её побить на модули?.. что-то сомнения...

Вот как раз оборудование криостанции разбить по модулям можно будет без особого труда.
 

Джентльмены, все вопросы сейчас - сколько будет стоить и весить лунный бульдозер, лунная установка по переработке реголита, лунная солнечная печь и ядерный реактор для электричества

Пока трудно ответить, т.к. еще не полностью уяснили схему добычи.