Орбитальные солнечные электростанции

[Юрий Михайлович Темников]

Не будет никаких космических катапульт .там такие технические сложности  как при создании термоядерного реактора Если эту задачу удалось решить? для корабельных орудий сV-2 км\сек и весом снаряда в десятки кг то для скорости в 10-12 км\сек то для КК массой хотя-бы в 1000 кг  эта задача усложняется тысячекратно плюс повышение скорости это нерешенная еще проблема.Нельзя идти напролом это слишком дорогое удовольствие.Есть еще одна проблема рост мощности пропорционально квадрату скорости.Еще одна дополнительная проблема.

[Юрий Михайлович Темников]

Не знаю насколько правильно погуглил но получется что при УИ 1000  ПН больше 50%.Если это вторая ступень или старт с самолета-носителя  с V-1000м\сек  с 20км то получится гораздо больше.ПРи массе КК 20 т рабочего тела потребуется 10-15 т(водород).Мощность двигателя не менее 100 мегаватт если ошибаюсь прошу поправить, эту мощность нужно передать на 100-200 км Главное что-бы было понятно Что стоимость этой энергии пропорциональна квадрату Сх .Использование СКЭС на НОО дает такое преимущество для развития современной космонавтики что голова кругом.Простите не  технарь.Если вчем ошибся поправьте.

[Юрий Михайлович Темников]

Повторюсь .Я не так давно  просмотрел  половину ветки на ,большее не хватило времени.             Вся жизнь в дороге.Вопрос об использовании энергии СКЭС для космонавтики поднимался разными людьми трижды и почему-то плавно уходил в сторону не доходя до конкретного обсуждения.Мне это показалось странным.Попробуем продолжить разговор на эту тему.

[pkl]

Shestoper пишет:

pkl пишет:
Но они будут 100% неконкурентоспособны при ЛЮБОЙ технологии выведения, что РН, что катапульта, что лифт. ГЭС, АЭС, может, ещё электростанции на природном газе будут дешевле в любом случае

Точно так же, как в Древнем Риме рабы с серпами были дешевле механической жатки (поскольку её создание требовало дорого труда квалифицированных ремесленников).

Так и есть. Единственное, что может спасти СКЭС - перемещение их поближе к Солнцу. Ну или размещение на поверхности Луны/Меркурия, где стройматериалы "дешёвые" и под ногами. Правда, возникает проблема доставки этой энергии потребителям. Либо проблема доставки потребителей.

Тот Рим с проблемой не справился и в Лету канул. Европе, прежде чем начать использовать жатки, пришлось пройти через тёмные века, эпидемии и Средневековье!

[pkl]

Юрий Темников пишет:
Повторюсь .Я не так давно просмотрел половину ветки на ,большее не хватило времени. Вся жизнь в дороге.Вопрос об использовании энергии СКЭС для космонавтики поднимался разными людьми трижды и почему-то плавно уходил в сторону не доходя до конкретного обсуждения.Мне это показалось странным.Попробуем продолжить разговор на эту тему.

Потому что всякий раз напарывались на неразрешимые при нынешнем уровне техники проблемы. Одна проблема создания мощного лазера чего стоит!

[pkl]

Shestoper пишет:

pkl пишет:
 Тогда надо ждать гонки вооружений в космосе. Возобновления СОИ и т.п.

Если посмотреть на космический эшелон СОИ, например на автономные ракеты-перехватчики орбитального базирования с индивидуальными инфракрасными ГСН, поражающие МБР на начальном и среднем участках траектории - такие аппараты будут весить по несколько центнеров (ГЧ десятки кг, остальное ракетный ускоритель), а стоить где-то в интервале от сотен тысяч до миллионов $ за штуку даже при крупносерийном производстве, из-за конструктивной сложности. То есть их цена будет порядка 1-10 тысяч $ за кг.
Это сравнимо с современной ценой выведения на орбиту, или больше.

Снижение цены выведения электромагнитной катапультой по сравнению с ракетами будет важнее для более простых и дешевых ПН. Например простейшие "орбитальные бомбы" с системой спутниковой коррекции траектории и простенькой инерциалкой, ценой порядка десятков тысяч $ за штуку.
Катапульта может вывести на орбиты в мирное время десятки тысяч таких боеприпасов, во время войны они за счттанные минуты смогут поразить любую точку поверхности планеты высокоточным неядерным (или ядерным) ударом. Но в ядерном исполнении бомбы будут дороже.
Такая система не имеет особых плюсов в случае ядерной войны двух сверхдержав, но хороша для безответного локального избиения неядерными орбитальными бомбами какой-нибудь небольшой страны.

Что касается СОИ - выведение перехватчиков на орбиты именно катапультой может быть выгодным, если это будут перехватчики с большим запасом ХС, с многоступенчатыми ракетными ускорителями, у которых сложная БЧ будет составлять считанные проценты массы.
Если такой перехватчик будет весить условно говоря тонну, а стоить миллион $, то выведение катапультой по 100 $ за кг (а не ракетой за 1000) уже может существенно удешевить программу создания орбитальной группировки.

Возможно, но сначала подобную программу надо НАЧАТЬ. Будет спрос - появится и предложение. А пока  соизмеримых по значимости проектов нет - будем летать на том, что есть.

[Художник]

Юрий Темников пишет:
....Вопрос об использовании энергии СКЭС для космонавтики поднимался разными людьми трижды и почему-то плавно уходил в сторону не доходя до конкретного обсуждения.Мне это показалось странным.Попробуем продолжить разговор на эту тему.

А по моему уже все нюансы обсудили, приводил много доводов, предварительных расчётов, уже всё доказано и объяснено. 

[Художник]

pkl пишет:

Юрий Темников пишет:
....Вопрос об использовании энергии СКЭС для космонавтики поднимался разными людьми трижды и почему-то плавно уходил в сторону не доходя до конкретного обсуждения....

Потому что всякий раз напарывались на неразрешимые при нынешнем уровне техники проблемы. Одна проблема создания мощного лазера чего стоит!

Да какой лазер, там вообще КПД нулевой. Запылённость, туман. Проблемы обслуживания.

Проще на Солнце слетать, начерпать из протуберанца плазмы барелей несколько, - и обратно     

Даже как боевой лазер на орбите - с такой СКЭС проблем больше чем с электронно-лучевой / электромагнитной пушкой. 

Проект Тэрра не пошёл, лазеры СОИ самолётного базирования не пошли, лазеры ПВО тоже пока не идут, на разработки денег ни у кого нет, кризисы, локальные войны и задачи. Так что это всё пока утопия

[Shestoper]

Художник пишет:
Да какой лазер, там вообще КПД нулевой

До 80% у полупроводниковых уже достигнуто.

pkl пишет:
Так и есть. Единственное, что может спасти СКЭС - перемещение их поближе к Солнцу. Ну или размещение на поверхности Луны/Меркурия, где стройматериалы "дешёвые" и под ногами. Правда, возникает проблема доставки этой энергии потребителям. Либо проблема доставки потребителей.

Верно, поэтому есть проект "лунного пояса": http://www.cosmoport.com/blog/ideas/21.html
Доставка энергии с помощью 20-километровых антенн. Имея под ногами стройматериалы, можно не гнаться за высоким массовым совершенством передатчиков, наштамповать кондовых дешевых магнетронов.
А СБ из лунного грунта по простейшей технологии (сплавление грунта) уже пробовали делать, правда КПД у таких СБ всего 1%.

[Ded]

Shestoper пишет:

До 80% у полупроводниковых уже достигнуто.

А ссылку можно? Но не Википедию.

[pkl]

Shestoper пишет:

pkl пишет:
Так и есть. Единственное, что может спасти СКЭС - перемещение их поближе к Солнцу. Ну или размещение на поверхности Луны/Меркурия, где стройматериалы "дешёвые" и под ногами. Правда, возникает проблема доставки этой энергии потребителям. Либо проблема доставки потребителей.

Верно, поэтому есть проект "лунного пояса":  http://www.cosmoport.com/blog/ideas/21.html
Доставка энергии с помощью 20-километровых антенн. Имея под ногами стройматериалы, можно не гнаться за высоким массовым совершенством передатчиков, наштамповать кондовых дешевых магнетронов.
А СБ из лунного грунта по простейшей технологии (сплавление грунта) уже пробовали делать, правда КПД у таких СБ всего 1%.

Но для этого нужны автоматические производственные комплексы. Вот и бегаем по кругу: курица-яйцо-курица-яйцо...

[Александр Ч.]

Для всего нужны АПК, причем желательно самовоспроизводящиеся, и компактные источники энергии.

[Shestoper]

pkl пишет:
Но для этого нужны автоматические производственные комплексы.

Магнетроны и СБ штамповать не так уж сложно, уже сегодня можно замахиваться на автоматизацию с минимальным контролем людей или без оного (если потерять робота, штампующего СБ, будет дешевле, чем посылать к нему человека-ремонтника в случае поломки).
Вот роботов производить на Луне пока не получится, слишком много комплектующих нужно, придется в Земли завозить.

[pkl]

Для магнетронов и СБ /и металлоконструкций, и запчастей для автоматов/ нужны отдельные производственные цепочки. Каждая - из нескольких предприятий. И всё автоматизировано. Короче - целое индустриальное производство.

[pkl]

Александр Ч. пишет:
Для всего нужны АПК, причем желательно самовоспроизводящиеся, и компактные источники энергии.

Налунный вариант ядерного буксира. Сгодится. А производственные комплексы... это да. Впрочем, прототипы уже есть в современной промышленности. Сложнее с горными разработками - здесь нам поможет добыча полезных ископаемых на морском дне. Короче, куда ни кинь - ничего нет, всё надо делать почти с нуля.

[Valerij]

Low-Cost Launches May Boost Chances For Space Solar Power
Frank Morring, Jr. | Aviation Week & Space Technology, Apr 21, 2014
   
Waiting Market
   

Lightweight mirrors of the "SPS-Alpha" solar power satellite concept focus sunlight for conversion into a microwave beam down to Earth.  
 
John Mankins/Artemis Innovation Management Solutions

Preparations for launch of a SpaceX Falcon 9 rigged to flight test a nascent flyback capability in its first stage drew close attention fr om solar power satellite (SPS) advocates meeting here, who know that low-cost reusable launch is one key to realizing their dream of providing abundant electric energy from space.

While they are taking different approaches to developing SPS, the small but international group of participants at the SPS 2014 conference here agreed that their goal continues to be an end to the increasingly dangerous struggle to meet the energy needs of a growing world population. They see space solar power as an alternative to the environmental fallout from extracting and burning fossil fuel, and the military cost of securing supplies in unstable regions.

Like California-based SpaceX, the Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) is conducting research into reusable launch as a way to cut the cost of space launch drastically. Japan is the only nation that has made beaming solar power collected in space back to Earth a goal of its space policy, and JAXA engineers calculate reusable launch is one way to reduce the up-front investment needed to put gigawatt-class power stations in geostationary orbit.

"We need a reusable launch system," says Susumu Sasaki of Tokyo City University, a professor emeritus at JAXA who has studied the relationship between launch costs and the cost of power delivered from space.

Using a 2003 JAXA reference model with a 1-gigawatt station weighing 10,000 tons, Sasaki says power would cost a prohibitive $1.12/kwh at a launch cost to low Earth orbit (LEO) of $10,000 per kilogram. That is in the ballpark of what space launch costs today. Cut that to $1,000 a kilogram—in the ballpark for a reusable launch vehicle (RLV)—and electricity from space drops to 18 cents/kwh.
   

Спойлер

The SpaceX RLV work, which includes prototype landing legs on the current Falcon 9 taking cargo to the International Space Station (see photo on page 25) and using the rocket's engines to control the first stage's return to a splashdown in the Atlantic, is but one development in the fast-changing worldwide spaceflight endeavor that holds promise for space solar power.

Sasaki also cites the need for an orbital transfer vehicle (OTV) to move SPS hardware from LEO to the geostationary Earth orbit (GEO) wh ere space power systems would operate, a development that meshes nicely with NASA's efforts to develop a high-power solar electric propulsion system for deep-space exploration (AW&ST March 31, p. 26).

Such a system would shuttle "like a Ferris wheel," in Sasaki's analogy between LEO and GEO, delivering 50 tons a year in the JAXA model with a four-month round trip. Overall, the JAXA approach—which already has a prototype robotic assembly device aggregating simulated power-converter units into larger structures on the ground at Tsukuba Space Center near Tokyo—would require 15 RLVs and more than 200 OTVs to build a power station in GEO, according to Sasaki.

John Mankins, a former NASA chief technologist who has worked with Kobe University professor Nobuyuki Kaya for decades on SPS, has devised a modular approach that would take a small SPS prototype into LEO, increase its capability and then upgrade it to megawatt-class stations in GEO. Parts of the "SPS-Alpha" concept (see illustration on page 24), outlined in great detail in a new book by Mankins entitled The Case for Space Solar Power, match up well with the modular "satlet" self-assembly concept the U.S. Defense Advanced Research Projects Agency (Darpa) is pursuing to lower the cost of military satellites (AW&ST Jan. 20, p. 24).

To help fund development of the mass-produced components that would self-assemble in LEO and later GEO to increase capability, Mankins proposes a commercial approach that would sell electricity from the beginning. Users of the early systems in LEO could attach their payloads to the system in place of the power transmitters that are the ultimate goal, enabling much more powerful—hence capable—systems than exist today.

"You have costs, but you also begin to have revenues, because these systems are directly applicable to GEO communications satellites," says Mankins, who co-chaired the SSP 2014 conference with Kaya. "They are directly applicable to all manner of LEO communications satellites, Earth-observing satellites and so on."

Unlike Japan, which is working toward an SPS orbital test, and China, the U.S. has no government program supporting SPS development. But last year the Naval Research Laboratory (NRL) thermal vacuum ran a small program to test a lightweight prototype device melding a photovoltaic cell and a flat radiofrequency transmitter in a "sandwich" assembly that lends itself to the evolving space power station architectures and the mass production that would  be needed to hold down the cost.

Paul Jaffe, the NRL engineer who put together the demonstration, says that aside from being the first test of SPS technology in space-like conditions, it also gives a data point for forecasting the economics of space-based power.

"It gives you kind of a rough estimate of what the cost is going to be, and it really just considers four factors," Jaffe says. "We've talked a lot during this conference about how the cost of launch figures very prominently into whether SPS  is likely to be economically feasible; the cost of the satellite [is important] as well [as the satellite service life]. This watts per unit kilogram is critical and probably the most difficult to quantify, which is one reason why the research we did with the module development is helpful in establishing this empirical basis."

Last fall Ge Changchun, a Chinese academician who conducts SPS research at the University of Science and Technology in Beijing, told the International Astronautical Congress that China's work in the area was underfunded because of the focus on human spaceflight. Since then, the government has paid more attention, he said here. Other attendees say the annual expenditure on the research in China has reached an estimated $30 million, which exceeds that of Japan.

Ge gave a detailed technical presentation on the Chinese SPS program, including his own focus on materials for the enormous but lightweight spacecraft that would be needed to collect solar energy in GEO. Although China is pursuing both laser and microwave power transmission options, there appears to be a growing consensus that microwaves in the 2.45 GHz or 5.8 GHz regions are the preferred wavelengths to pursue because of their all-weather capability, less-rigorous pointing requirements and other factors.

At those microwave wavelengths, conference participants agreed, there is not a safety risk in beaming huge amounts of power down from GEO-based power satellites. Birds could fly through the beams without injury and the huge rectennas set up to receive the microwaves and convert them into electricity would allow enough sunlight to pass through to the ground to support some kinds of agriculture in the proper climate zones.

But the preferred frequencies are already used for scientific research, and the International Telecommunications Union would need to allocate spectrum for SPS. Conference participants noted that the ITU has raised questions about SPS spectrum requirements that need to be addressed in time for the organization's World Radiocommunication Conference in November.

There was also an appreciation that development of SPS should be incremental, both for technical reasons and to avoid "sticker shock" by those who hold the public and private purse strings. Additionally, other uses need to be found for the technology to broaden support for its development, as Mankins suggests.

Isabelle Dicaire, a physicist with the European Space Agency, outlined studies that show both microwaves and lasers from space could literally weaken dangerous hurricanes and other tropical cyclones by heating the water in them with microwave radiation to change the thermal dynamics or by using lasers to seed rainfall in a storm's outer walls to weaken the strength of its rapidly rotating eye. Given the $100 billion cost of Hurricane Katrina in Louisiana, she said, the cost of a system that could mitigate cyclones and provide a space-based power source might be more acceptable.

[свернуть]

   

http://aviationweek.com/space/low-cost-launches-may-boost-chances-space-solar-power
   
Отредактированный гугл-перевод выделенного участка:
   

Используя JAXA эталонную модель 2003 года с 1-гигаваттной станцией массой 10000 тонн, по словам Сасаки стоимость энергии будет неприемлемой, $ 1.12/kwh при стоимости запуска на низкую околоземную орбиту (НОО) 10000 $ за килограмм. Это стоимость доставки ПН сегодня. Если снизить стоимость доставки ПН до $ 1000 за килограмм, что вполне достижимо для многоразовых носителей, то сттимость электроэнергии из космоса падает до 18 центов / кВт-ч.

[pkl]

Такая конструкция /трёхмерная!!!/ по определению не может быть простой и дешёвой.

Что мешает использовать лунное вещество для постройки СКЭС? Там и затраты на выведение куда меньше.

[pkl]

Иногда имеет смысл почитать тему с начала:
 http://novosti-kosmonavtiki.ru/forum/messages/forum9/topic3575/message138458/#message138458
 :oops:

[Valerij]

pkl пишет:
Такая конструкция /трёхмерная!!!/ по определению не может быть простой и дешёвой.

Что мешает использовать лунное вещество для постройки СКЭС? Там и затраты на выведение куда меньше.

pkl, вы, как всегда, начинаете молиться там, где нужно точно знать и считать. Обратите внимание на оборот "Используя JAXA эталонную модель 2003 года". Я бы на вашем месте нашел эту модель, изучил, и потом с цифрами и доводами в руках доказывал бы, что построить эту электростанцию проще, используя лунное вещество. Вы же, как старая бабка, начинаете причитать...

[Shestoper]

Valerij пишет:
Если снизить стоимость доставки ПН до $ 1000 за килограмм, что вполне достижимо для многоразовых носителей, то сттимость электроэнергии из космоса падает до 18 центов / кВт-ч.

Возможные варианты дешевого выведения:

1) Полностью или частично многоразовые ракеты (спасение второй ступени сложнее, чем первой, и сильнее сокращает ПН).
Допустим у нас есть многоразовый 500-тонник моей конструкции (первая ступень многоразовая керосиновая вытеснительная, вторая водородная одноразовая). Стоимость производства и межполетного обслуживания вытеснительной ступени будет невелика. А для второй  - понадобится порядка 6-8 мощных водородников, класса RS-68. Если двигатели (20 миллионов $ за штуку составят ~ 50% стоимости изготовления ступени, то вторая ступень обойдется миллионов в 300, а цену всего запуска вполне реально вписать в 500 миллионов.

2) "Орбитальный крюк" - подбрасывание ПН над атмосферой одноступенчатой многоразовой ракетой, после чего ПН прицепится к "праще" тяжелого спутника для дальнейшего разгона. Снижение орбитальной скорости спутника после каждого выведения будет компенсироваться работой ЭРД с ядерным приводом.

3) Электромагнитная катапульта - или длинная грузопассажирская, или короткая грузовая. Например для разгона до 14 км/c c перегрузкой 100 g понадобится длина всего 100 км.
Конечно 100 g не любой хрупкий груз выдержит. Но можно вспомнить, как повышали противоперегрузочную стойкость электроники управляемых артснарядов - заливая электронные блоки эпоксидной смолой (а там перегрузки доходили до 10-20 тысяч g).
Можно поступить схожим образом - хрупкие грузы вмораживать в ледяные глыбы, а после выведения растапливать лед. Во время выведения ледяная подпорка будет поддерживать каждый элемент конструкции груза.