Лунный гелий-3 или Все пути ведут на Луну

[Sevlagor]

Что-бы добывать 1 г Не-3 в сутки нужна мощность 74 кВт (только на нагрев грунта).
74 МВт на 1 кг/сутки.

Сейчас годовая потребности России в электроэнергии 915 млрд. кВт*ч или 25 кг гелия в сутки.

Допустим, (условно ), мы полетим на Луну за гелием в предверии удвоения  ВВП.
Значит ориентируемся на потребность в 50 кг/сутки.

Значит на нагрев грунта нужна мощность 3.7 ГВт.

Если использовать ядерные реакторы мощностью по 1 МВт-у, то потребуется 3 700 шт. реакторов.
Помоему это не реально.
Сколько за 60 лет атомной эры человечеством построено реакторов? 500 шт. наберётся? А 400? 300?

Ядерных реакторов нужно как можно меньше, следовательно мощность каждого побольше.

Мощность реактора с увеличением габаритов и массы, по началу, растёт ОЧЕНЬ не линейно.
ИМХО, если 1 МВт-ник весит 2 тонны, то 10 МВт уложится в ~2.7-3 т, а 40 МВт-ник в ~4-5 т.
93 реактора по 40 МВт выглядят куда как лучше

На тысячи мелких реакторов у нас и урана-то с плутонием может не хватить :?

Следовательно используем большие комбайны с мощными реакторами.
Комбайн с реактором 40 МВт должен перерабатывать ~630 кг грунта в секунду.

Реакторы на ЛЕО лучше выводить отдельно от всего остального, например Союзами-2 по 2 шт. за раз.
Универсальное гусеничное шасси тоже можно отдельно выводить.
Собирать всё вместе, ИМХО, лучше всего на ЛОС перед спуском на поверхность Луны.

Если комбайн на 630 кг грунта в секунду получится в разы тяжелей чем можно вывести одним пуском,
то тогда делаем несколько комбайнов поменьше а общий реактор везём на отдельном транспортёре сразу позади.

4 комбайна идут косой шеренгой зарываясь на 2 м в глубину, грунт отшвыривают в бок на 15-20 м, в нескольких метрах позади на транспортёре реактор.

Надо как нибудь исхитриться и сделать энергопитание комбайнов не по эл.кабелю, а теплоносителем по шлангу. (но маломощный эл.кабель всё равно останется)

Газы с комбайнов по шлангам сразу перекачиваются на ядерный транспортёр, там сжижаются и частично разделяются по группам.
На ядерном транспортёре также общий эл.генератор для всех четырёх комбайнов.

Окончательное разделение и очистка газов производиться уже на полумобильной базе.

[avmich]

Вот лишний повод очередную версию этого материала выложить.

Как проверить базовые числа? Где ссылки?

[Sevlagor]

Вот лишний повод очередную версию этого материала выложить.

Как проверить базовые числа? Где ссылки?

Инфа о электроппотребностях России отсюда

Цифру 74 кВт мощности на 1 г/сутки гелия-3 расчитал исходя из:
- нагревать нужно от -60 до +800
- теплоёмкость грунта в среднем 740 Дж/град*кг
- и интегральная (от -60 до +800) теплоёмкость 640 кДж/кг
- коэф. рекурперации 0.9
- и в результате итоговое энергопотребление ~64 кДж/кг
это частично взято с первой страницы этой темы, частично сам расчитал.

То что 40 МВт-ный реактор весит ~4-5т - моё ИМХО. Ткнул пальцем в небо.
Но если и ошибся на 20-40% погоды, при предложенном решении проблемы, это не сделает.

[Sevlagor]

Avmich, появилась дельная мысль по комбайну с солнечным энергопитанием.

Хочу просчитать, прикинуть...
Но надо знать сколько может весить 20 метровое зеркало.
Ты вроде думал о таком.

Можеш что-то сказать?

[Agent]

Ядерные реакторы там будут нужны ток до момента, когда добываемого гелия станет с избытком достаточно для запитки лунного термоядерного.

[Sevlagor]

Ядерные реакторы там будут нужны ток до момента, когда добываемого гелия станет с избытком достаточно для запитки лунного термоядерного.

Гигаватному реактору нужно 250-300 грамм гелия в сутки.
Так что с гелием никаких проблем.
Был бы реактор :roll:

[Agent]

Был бы реактор :roll:

Дак а зачем гелий без реатора?
При требуемых масштабах, сделать лунный вариант и закинуть туда - не видиться чем то из ряда выпадающим.

[Athlon]

Я бы предложил вопрос о суммарной массе временно отложить - до выяснения вопросов о методе выделения газов, технике рекуперации, источнике энергии и др.

Суммарная масса у нас, исходя из существующих реалий, вроде определилась - это 11-16 тонн. Остается выяснить, какую энергетику мы сможем в нее запихать.
Особенно в этом свете интересует рекуперация - ее эффективность и вес.

Еще надо определится, будет ли у нас какая рекуперация, ее эффективность и вес...

и какой-никакой защитой?),

Защита из местных материалов! Масса некритична!

Не исключено, что и вовсе не понадобится - завист от того, какие максимальные температуры может стерпеть теплоноситель и система трубопроводов; если порядка 900 С терпит - электричество нам вообще почти не понадобится, только для электроники считанные ватты.

Я чего то не понял, а что, идея запитывать ЭРД от реактора комбайна уже отброшена? Если нет, то хошь-ни хошь, а 100квт нужно из реактора извлекать. И некая защита на этапе перелета, похоже, понадобтся.
Да и в любом случае, есть еще грунтозаборное устройство, тракт перемещения грунта внутри комбайна, ловушка для газовой смеси - все это, имхо, электричество будет кушать.

Еще есть такой вопросик - если мы ориентируемся на жидкометалический теплоноситель, то что с ним будет, если нам понадобится на время заглушить реактор? Потом пустить его сможем?

[Sevlagor]

Был бы реактор :roll:

Дак а зачем гелий без реатора?
При требуемых масштабах, сделать лунный вариант и закинуть туда - не видиться чем то из ряда выпадающим.

Закинуть на Луну такое!???  :shock:


Как вам размерчик? Видите там внизу посередине человечек, синенький?
Это конечно не лунный вариант и не гелиевый а дейтерий-тритиевый, но всё же ...

[Athlon]

Мощность реактора с увеличением габаритов и массы, по началу, растёт ОЧЕНЬ не линейно.
ИМХО, если 1 МВт-ник весит 2 тонны, то 10 МВт уложится в ~2.7-3 т, а 40 МВт-ник в ~4-5 т.
93 реактора по 40 МВт выглядят куда как лучше

Ваше ИМХО выглядит очень уж оптимистично. Я уже приводил кое какие данные по реаторам, повторюсь.
Перспективная установка ЯЭУ-400, электрической мощностью, как не трудно догадаться, 400 квт, весит 7,2т. Исходя из КПД термоэмиссионного преобразователя в 7% мы имеем тепловую мощность 5,7Мвт. Оно конечно, включает вес термоэмиссионных преобразователей, но тем не менее...
Можно зайти с другой стороны.
Активная зона перспективного реактора SAFE-400 (тепловая мощность 400 квт) весит 512кг. Если масштабировать на 5Мвт, получается 6,4т (одна активная зона!), что хорошо согласуется с предыдущей оценкой.

[Athlon]

Гелий-3 в реголите есть до глубины порядка 2 м.

Кстати, а неужто в этих 2м гелий-3 распределен равномерно?
С глубиной случаем содержание не уменьшается?

[Agent]

Как вам размерчик? Видите там внизу посередине человечек, синенький?
Это конечно не лунный вариант и не гелиевый а дейтерий-тритиевый, но всё же ...

Фотку реактора с АЭС подкинуть?

[Sevlagor]

Ваше ИМХО выглядит очень уж оптимистично. Я уже приводил кое какие данные по реаторам, повторюсь.
Перспективная установка ЯЭУ-400, электрической мощностью, как не трудно догадаться, 400 квт, весит 7,2т. Исходя из КПД термоэмиссионного преобразователя в 7% мы имеем тепловую мощность 5,7Мвт. Оно конечно, включает вес термоэмиссионных преобразователей, но тем не менее...
Можно зайти с другой стороны.
Активная зона перспективного реактора SAFE-400 (тепловая мощность 400 квт) весит 512кг. Если масштабировать на 5Мвт, получается 6,4т (одна активная зона!), что хорошо согласуется с предыдущей оценкой.

Эти реакторы оптимизированы на получение электричества термоэмиссионным способом.

А вот характеристики реактора оптимизированного на получение просто высокотемпературного тепла как такового:
РД-0410
Масса 2000 кг
Мощность 196 МВт
Температура активной зоны 3000 град С
Теплоноситель водород
Удельная объёмная мощность активной зоны 10 МВт/литр

Данные взяты из НК №3 2001
Проблема только в том чтоб снять тепло теплоносителем.
У натрия теплоёмкость (в пересчёте на объём) 1 186 кДж/литр*град
Если подогреваем натрий в реакторе на 100 градусов,
то для съёма 40 МВт надо за секунду прокачать сквозь 4 литра активной зоны 400-500 кубиков натрия

[Athlon]

quote]Эти реакторы оптимизированы на получение электричества термоэмиссионным способом..[/quote]

Ну SAFE-400 оптимизирован на электромашинный преобразователь с газовой турбиной Брайтона.

ИМХО, конечно, но данные реакторы куда ближе к нашим задачам, чем ЯРД

[Bell]

Гелий-3 в реголите есть до глубины порядка 2 м.

Кстати, а неужто в этих 2м гелий-3 распределен равномерно?
С глубиной случаем содержание не уменьшается?

Да, в целом - наверняка.
Однако зависимость может быть очень хитрой, учитывая перемешивание реголита метеоритной бомбардировкой (результатом которой он собсно и является). Зависимость концентрации от глубины явно должна быть разной в разных районах.

Короче, надо лететь и исследовать  

[Sevlagor]

ИМХО, конечно, но данные реакторы куда ближе к нашим задачам, чем ЯРД

А у меня ИМХО противоположное ближе ЯРД

Нам в основном тепло нужно. Электричество так ... промеждупрочим.

Надо у специалистов узнать, этим вроде какраз Татарин и Факир занимаются.

А у SAFE-400 теплоноситель какой? И какая степень обогащение урана?

[Sevlagor]

Кстати, а неужто в этих 2м гелий-3 распределен равномерно?
С глубиной случаем содержание не уменьшается?

Да, в целом - наверняка.
Однако зависимость может быть очень хитрой, учитывая перемешивание реголита метеоритной бомбардировкой (результатом которой он собсно и является). Зависимость концентрации от глубины явно должна быть разной в разных районах.

Короче, надо лететь и исследовать  

Мне думается изменения концентрации от места к месту возможны буквально в масштабе нескольких метров.
"Шаг влево, вправо ..."

Вобще потребуется составлять подробные карты где добывать где нет с точностью до метра и загружать их в память управляющих компьютеров.
Без предварительной подробной разведки никак не обойтись.

А то подкопается на автопилоте под какую нибудь глыбу метра четыре в размере

[Fakir]

Sevlagor

Я когда подыскивал топливо для ЭРД-буксиров/межпланетных ораблей, ориентировался только:
1. Наличие вещества на Луне/Фобосе/астероидах

Так а где ж на Луне в наличии калий? Какие породы, как добывать.

Если с ЭРД на калии есть проблемы и они неразрешимы,

Да нет, разрешимы в принципе. Был бы на Луне калий достаточно халявный.

Fakir

Хм... не уверен, что при перелёте с малой тягой это удастся...

Почему?  

Потому что коридор входа для такого торможения довольно узкий, судя по всему. А плотность земной атмосферы может заметно плавать - а у буксира с ЭРД нет возможности быстро скорректировать траекторию.

на глубине >30 см температура везде и всегда -60 С.
Если зарываться существенно глубже 30 см то колебания температуры здорово снизяться.

Наоборот, лучше скрести тонкий верхний, слой, 15-20 см, который уже прогрет.

Сейчас годовая потребности России в электроэнергии 915 млрд. кВт*ч или 25 кг гелия в сутки.
Допустим, (условно  ), мы полетим на Луну за гелием в предверии удвоения ВВП.
Значит ориентируемся на потребность в 50 кг/сутки.

Слишком большие цифры. Переход энергетики на гелий произойдёт не вдруг, это десятки лет займёт. Для начала и килограмма в сутки хватит.

Ядерных реакторов нужно как можно меньше, следовательно мощность каждого побольше.

А вот тоже не факт. Тут еще один фактор, важный для оптимизации: часть комбайнов наверняка "уйдёт за бугор" на старте - так что надо смотреть, как минимизировать эти потери.

Водорода - 6, метана - 2, СО ещё 2.
Один водород даёт 13.5% (при коэф. рекуперации 0.9), с метаном и СО 15-17% точно наберётся.
20% действительно скорее не наберётся.

Что-то сомнительно мне, что и 15% наберётся даже при полном сгорании. А главная проблема - при таких ничтожных концентрациях почти наверняка и горения-то не получится.

Agent

При требуемых масштабах, сделать лунный вариант и закинуть туда - не видиться чем то из ряда выпадающим.

Видится. Еще как видится. Термоядерный реактор гигаваттного уровня будет, вероятно, штукой очень немаленькой и нелёгкой.  Одним блоком вывести мощный реактор не удастся, даже если "Энергию" реанимировать. А выводить по кускам и собирать на Луне - настолько сложно, что я даже представить себе не могу подобную операцию.

Athlon

Я чего то не понял, а что, идея запитывать ЭРД от реактора комбайна уже отброшена?

Временно отложена, до выяснения обстоятельств. Если комбайны будут составлять не очень большую часть грузопотока - лучше иметь универсальный буксир с собственным реактором.

[Fakir]

Athlon

Кстати, а неужто в этих 2м гелий-3 распределен равномерно?
С глубиной случаем содержание не уменьшается?

Неизвестно вроде. Но скорее всего должен быть распределен приблизительно равномерно, из-за метеоритного перемешивания. Не будь его - гелий-3 содержался бы только в тонком поверхностном слое толщиной в сантиметры.

[Fakir]

avmich

То есть, например, не 10 000 бульдозеров запускать, а потом уже 1000 комбайнов, скажем, а 10 бульдозеров, 1 комбайн и добиваться получения продукта. Потом уже, в идеале - на деньги от продукта - посылать следующее оборудование.

А их и не надо разом 10 000.
Расклад примерно такой:
Через 20 лет - 1-2 маленьких опытных образца.
Через 25 лет - 1-2 полномасштабных опытных образца.
Через 30 лет - от 10
Через 35       -  от 100
Через 40-45  -  уже тысячи.
(годовая производительность одного комбайна принимается в несколько килограммов гелия-3).