Орбитальные солнечные электростанции

[Shestoper]

Вот структура стоимости Протона:

Роскосмос отказывается запускать французский спутник за госсчет
...
В такой конфигурации сделка с Astrium будет выглядеть уже не столь привлекательной для ГПКС. В ценах Федеральной космической программы (ФКП) 2013 года носитель «Протон-М» стоит 1,521 млрд рублей, 447 млн — разгонный блок «Бриз-М», 170 млн рублей — головной обтекатель, 690 млн — услуги по запуску, еще 20 млн рублей стоит транспортировка ракеты на космодром. Итого запуск обойдется в 2,84 млрд рублей. Тогда как сейчас аппараты ГПКС запускаются за счет бюджета.

Оценим перспективы стоимости выведения многоразовыми ракетами на ГСО.
Носитель должен быть сверхтяжелым, поскольку для СКЭС нужны огромные грузопотоки.
Допустим на НОО выводим груз многоразовым 200-тонником, а на ГСО - многоразовым буксиром с ЭРД.
Ресурс планера носителя примем равным 50 полетов, ресурс ДУ (40% стоимости носителя) - 5 полетов. Ресурс буксира - 30 полетов за 15 лет. Для доставки на ГСО 200 тонн ПН нужно примерно 100 тонн рабочего тела.
Пусть в производстве многоразовый 200-тонник в 20 раз дороже Протона (1 миллиард $, из которых двигали 400 миллионов). Стоимость буксира с реактором - пусть тоже миллиард. Стоимость межполетного обслуживания носителя и пусковых услуг примем в 50 миллионов (всего в 2 раза дороже, чем пусковые услуги Протона - это оптимистичное предположение, учитывая размерность нашего носителя). Плюс ещё 100 миллионов при замене двигателей после 5 полетов.
Итак, для доставки 6000 тонн на ГСО нам понадобится буксир, 3000 тонн рабочего тела, 45 полетов 300-тонника и 9 комплектов двигателей для него.
Изготовление носителя - миллиард, 8 дополнительных комплектов двигателей и стоимость их замены - 4 миллиарда. Межполетное обслуживание - 2,25 миллиарда. Буксир - миллиард. Итого 8,25 миллиардов для доставки 6000 тонн ПН. По 1375 долларов за кг.
Это в разы меньше, чем цена доставки на ГСО существующими носителями. Но слишком дорого для масштабного строительства СКЭC. Нужны другие способы выведения.

[pkl]

Масса СКЭС на ГСО оценивается в 100 000 т. Т.е. это вообще ни о чем. В смысле - за пределами реализуемости. "Другим путем надо идти."

[Shestoper]

Если по 100 грамм на м2 СБ, то 100 000 тонн - это 1000 км2. Это примерно 200 ГВт, 6% земной энергетики. То есть величина, мало на что влияющая. Чтобы она стала значимой, с учетом роста энергопотребления, её нужно увеличивать как минимум на порядок.
Лунные реголитовые СБ имеют КПД 1% и не всегда освещаются светом. Поэтому миллион км2 СБ на Луне - примерно как 20-25 тысяч км2 на ГСО.
Чтобы построить СКЭС с мощностью порядка десятков процентов современной мировой энергетики, 100 000 тонн грузов нужно перебрасывать в год.

[vlad7308]

pkl пишет:

vlad7308 пишет:
да вы что, смеетесь?
любая ГЭС или весь проект УТС - это одна стотысячная от того, что тут предлагается

ГЭС ещё ладно. А УТС - почему? Трудности вполне могут быть сопоставимы.

я не про трудности, а про масштабы говорю.
бюджет ИТЭР - всего 10-12 млрд.
на весь УТС с начала 60х, за 50 лет, потрачено ну может быть 100млрд.

[Shestoper]

vlad7308 пишет:
бюджет ИТЭР - всего 10-12 млрд.

А каков бюджет разработки СБ?
Одно дело отработка технологий, другое - создание промышленно значимых мощностей. Реактор понадобится не один и не 10.

[pkl]

Сколько понадобится, можно прикинуть по аналогии с атомной: в 2010 г. выработала 2,7% потреблённой энергии; в мире действует 436 энергетических ядерных реакторов общей мощностью 371,923 ГВт. Ну а чтобы заменить углеводороды в постнефтяную эпоху, количество энергоблоков придётся увеличить в 10-20 раз. Оцените масштаб задачи! Меня это больше всего и смущает - если мы хотим, чтобы термоядерная энергетика действительно играла какую-то роль, эти установки придётся строить даже не сотнями, а тысячами! Правда, к классическим СКЭС, как на картинках 70-80 гг., я тоже отношусь скептически. По тем же самым причинам - масштаб! Т.е. или лунное кольцо, когда стройматериалы никуда возить не надо. Или около Меркурия, где потоки энергии больше, и, соответственно, размеры самих установок меньше.

Есть ещё одна идея: точка либрации L1 системы Земля-Солнце. Насколько более интенсивна там радиация?

И ещё одна: а не вспомнить ли нам про Венеру?

Смотрим солнечную постоянную для планет:
Меркурий - 13600 
Венера     - 2600  
Земля       - 1360    
Марс         - 586    
Юпитер    - 50,3    
Сатурн     - 15,0    
Уран         - 3,70    
Нептун      - 1,50   
Плутон      - 0,87
 Вт.м-2                   
 http://www.astronet.ru/db/msg/eid/FK86/planets    
Т.е. у Венеры в два раза больше! Т.е. интенсивность солнечной радиации меняется в квадрате в зависимости от расстояния, я правильно понял? Да и в L1 будет немного, но больше.

[Ded]

pkl пишет:
Сколько понадобится, можно прикинуть по аналогии с атомной: в 2010 г. выработала 2,7% потреблённой энергии; в мире действует 436 энергетических ядерных реакторов общей мощностью 371,923 ГВт. Ну а чтобы заменить углеводороды в постнефтяную эпоху, количество энергоблоков придётся увеличить в 10-20 раз. Оцените масштаб задачи! Меня это больше всего и смущает - если мы хотим, чтобы термоядерная энергетика действительно играла какую-то роль, эти установки придётся строить даже не сотнями, а тысячами! Правда, к классическим СКЭС, как на картинках 70-80 гг., я тоже отношусь скептически. По тем же самым причинам - масштаб! Т.е. или лунное кольцо, когда стройматериалы никуда возить не надо. Или около Меркурия, где потоки энергии больше, и, соответственно, размеры самих установок меньше.

Есть ещё одна идея: точка либрации L1 системы Земля-Солнце. Насколько более интенсивна там радиация?

И ещё одна: а не вспомнить ли нам про Венеру?

Смотрим солнечную постоянную для планет:
Меркурий - 13600
Венера     - 2600  
Земля    - 1360   
Марс      - 586   
Юпитер    - 50,3   
Сатурн     - 15,0   
Уран      - 3,70   
Нептун   - 1,50  
Плутон   - 0,87
 Вт.м-2         
  http://www.astronet.ru/db/msg/eid/FK86/planets    
Т.е. у Венеры в два раза больше! Т.е. интенсивность солнечной радиации меняется в квадрате в зависимости от расстояния, я правильно понял? Да и в L1 будет немного, но больше.

Неплохо...
А температуру СБ не оценивали?

В L1 понятно (немного), и что с ней делать?

[Shestoper]

Ded пишет:
А температуру СБ не оценивали?

Существуют солнечные батареи с концентраторами, усиливающими плотность света в сотни раз: http://www.membrana.ru/particle/10756
Нормально работают при таких плотностях энергии. И обходятся дешевле обычных, поскольку СБ занимают только малую часть площади, а концентраторы стоят дешевле СБ. В таких батареях можно применять дорогие сложные многослойные батареи с высоким КПД, поскольку полупроводниковые элементы нужны небольшие.
Если в атмосфере Земли свет концентрируют в 700 раз, то в районе Меркурия в космосе концентрировать придется раз в 50.

[vlad7308]

Shestoper пишет:

vlad7308 пишет:
бюджет ИТЭР - всего 10-12 млрд.

А каков бюджет разработки СБ?
Одно дело отработка технологий, другое - создание промышленно значимых мощностей. Реактор понадобится не один и не 10.

тем не менее, как только будет продемонстрирован технологичный и экономически выгодный утс, реакторы начнут расти как грибы
а глобальных СКЭС в земной энергетике не будет никогда
И причины этого абсолютно очевидны

[Ded]

Shestoper пишет:

Ded пишет:
А температуру СБ не оценивали?

Существуют солнечные батареи с концентраторами, усиливающими плотность света в сотни раз:  http://www.membrana.ru/particle/10756
Нормально работают при таких плотностях энергии. И обходятся дешевле обычных, поскольку СБ занимают только малую часть площади, а концентраторы стоят дешевле СБ. В таких батареях можно применять дорогие сложные многослойные батареи с высоким КПД, поскольку полупроводниковые элементы нужны небольшие.
Если в атмосфере Земли свет концентрируют в 700 раз, то в районе Меркурия в космосе концентрировать придется раз в 50.

Боинг поупражнялся (и там были не сотни раз).

[pkl]

Солнечные батареи Мессенджера нагреваются, ЕМНИП, до 300 - 400 гр. Ц. А если вспомнить Гелиосы? Правда, я думаю про турбомашинные преобразователи, а то полупроводников не напасешься. Их на ядерном буксире к тому времени отработают.

[Shestoper]

pkl пишет:
полупроводников не напасешься

Кремния на землеподобных планетах - завались.
Что касается турбин - им нужны радиаторы. Ладно ещё, если дело на поверхности Луны или Меркурия, радиаторы можно в грунт закопать, а вакууме сложнее тепло сбрасывать, только за счет излучения. 
Реакторы с турбинами имеют лучшую удельную мощность, чем СБ, но это вблизи Земли. Поближе к Солнцу СБ должны стать мощнее на единицу массы.
И ещё есть вариант СБ с концентраторами. Зеркальные концентраторы или пленочные линзы Френеля могут быть очень тонкими и легкими.

[pkl]

У кремния неважный кпд. И он не может работать при меркурианских температурах. Да и кто Вам сказал, что радиаторы не понадобятся? У МКС радиаторы видели?

Я думаю, технология должна быть как можно более дубовой. Поэтому никаких фотоэлементов и линз Френеля. Только алюминиевые зеркала на стальных конструкциях, про заводимых из местных материалов.

[pkl]

Ded  пишет:

В L1 понятно (немного), и что с ней делать?

У L1 два преимущества:
1. Солнце светит непрерывно.
2. Земля и Луна относительно недалеко.
Ну и как бонус - радиации немного больше.

[Ded]

pkl пишет:

Ded пишет:

В L1 понятно (немного), и что с ней делать?

У L1 два преимущества:
1. Солнце светит непрерывно.
2. Земля и Луна относительно недалеко.
Ну и как бонус - радиации немного больше.

1.5 миллиона километров - это много или мало?

[pkl]

Не знаю. Смотря с чем сравнивать.

[Ded]

pkl пишет:
Не знаю. Смотря с чем сравнивать.

А Вы сравните с чем-нибудь,

[pkl]

В масштабах Солнечной системы - рукой подать.  Спутниковые системы планет-гигантов куда более обширны.

[Ded]

Вы о чем-то  своем???

[pkl]

Я на Ваш вопрос отвечаю про 1,5 млн. км, много это или мало. Вообще в масштабах Солнечной системы не так уж и много.