Орбитальные солнечные электростанции

[Shestoper]

А вот про современную стоимость СБ: реклама малой бытовой электростанции со стоимостью кВт 2500 долларов http://ecoforce.by/solnechnyie-batarei/
Это вполне сопоставимо со стоимостью ГЭС из этого источника: http://portal.tpu.ru/SHARED/m/MATVEEV/education/TiAES/Tab2/Lecture03.pdf
ГЭС и СКЭС могут быть рентабельны даже при более высокой цене строителтьства, чем ТЭС и АЭС, поскольку их топливо абсолютно бесплатно.

Но в условиях Белоруссии вышеупомянутая станция имеет среднегодовую мощность примерно в 8 раз ниже максимальной. Это факт конечно удорожает солнечную энергию по сравнению с традиционными источниками.
Другое дело - на орбите.
Если будут созданы радиационно-стойкие СБ с такой же стоимостью, какая уже достигнута для наземных СБ - они  смогут поспорить с орбитальными солнечными коллекторами, за счет большей конструктивной простоты, большей надежности и более низкой трудоемкости монтажа на орбите.

[pkl]

Shestoper пишет:

pkl пишет:
Так надо строить АЭС с развитой пассивной безопасностью, и всё!

Надо.
А цена строительства кВт мощности при этом останется прежней, или увеличится?    

Такой же, как у современных реакторов. На ныне строящихся все эти системы уже есть.


На остальное отвечу попозже.

[Shestoper]

Добавлю вот ещё что.
Земные запасы урана в морской вожде - около 5 миллиардов тонн.
Этого человечеству хватит примерно на 100 тысяч лет при современном уровне потребления.
Но для решения задач по терраформированию и межзвездным полетам энерговооруженность человечества должна возрасти минимум на 3-4 порядка.
Такой энергетике земных запасов урана хватит примерно на десятилетие. Для неё есть только два источника - термояд и солнце. Уран - временное решение

[pkl]

Для терраформинга и межвёздных перелётов будут использовать термояд. В той или иной форме. Хотя бы в виде термоядерных боеприпасов на жидком дейтерии, а для них урана надо немного. Кстати, видели новость:
 http://elementy.ru/news/432193
Если уж даже NIF демонстрирует положительные результаты, то...
И вот эти цифры:

Стоимость конструкционного углепластика сейчас около 40 долларов/кг - это сравнимо с ценой выведения кг даже пусковой петлей. Так что применение композитов для опорных конструкций экономически возможно.
Но даже в этом случае удельная масса СКЭС вряд ли снизится ниже 2-3 кг/кВт (кстати это сравнимо с приличным ДВС)...

и здесь:
 http://novosti-kosmonavtiki.ru/forum/messages/forum9/topic3575/message1394761/#message1394761
будут, скорее, смертным приговором СКЭС, нежели дадут шанс новым средствам выведения.

[pkl]

Shestoper пишет:
Вот несколько проектов с массовыми сводками (проекты древние, поэтому параметры СБ низкие): http://engineeringsystems.ru/solnichniye-kosmicheskiye-energostancii/teploviye-skes.php
 http://engineeringsystems.ru/solnichniye-kosmicheskiye-energostancii/fotoelektricheskiye-skes.php

Прочитал - всё очень грустно. Теперь понял, что это не я один такой умный и те же идеи десятки лет назад приходили в голову другим конструкторам и инженерам. Т.е. конструкция уже тогда была вылизана до предела и совершенствовать её некуда. И даже рост кпд фотопреобразователей её не спасут - он не настолько велик, чтобы радикально снизить массу СКЭС. Те, старые СКЭС, имели массу в десятки тысяч тонн. Понятно, что даже с учётом достигнутых кпд /а это 36%, максимум, в лабораториях, 45%/ масса СКЭС, спроектированных с учётом современных достижений в области материаловедения не будет радикально отличаться от старых проектов 70-х гг.

Возможно, положение спасут наноантенны, кпд которых обещают до 85%:
 https://ru.wikipedia.org/wiki/Наноантенна
 http://ufn.ru/ru/articles/2013/6/a/
Но эта технология пока в разработке, так что идею СКЭС придётся отложить, пока наноантенные не доведут до ума.  

[Юрий Михайлович Темников]

pkl пишет:
Прочитал - всё очень грустно

Не расстраивайтесь ,К тому времени когда будут строить эти гиганты все изменится в лучшую сторону.Нужно начинать со строительства небольших СКЭС на низкой орбите.Они конечно погоды не сделают ,но могут весьма поспособствовать развитию космонавтики и приблизить строительство больших СКЭС.

[Юрий Михайлович Темников]

Как вариант:РН с водородно-кислородным ЖРД запускается с самолета-носителя (что проще ,дешевле и мобильнее космодрома)Теперь вспомним две вещи:Старую идею о ВЧ мобиле-передача энергии бесконтактным путем транспортному средству.И второе полеты сверхзвуковых самолетов над землей с огибанием рельефа местности.Теперь сооружаем на низкой орбите две СКЭС и соединяем их ВЧ петлей достаточной длины.Запускаем с  самолета носителя РН с водородно-кислородным ЖРД в плоскости орбиты СКЭС по баллистической траектории до высоты полета СКЭС и поддерживаем ее работой ЖРД.Тут очень важна точность наведения.И при пролете вдоль ВЧ-петли набираем остаточную скорость работой ЭРД на водороде с УИ даже большим чем у ЯРД .Самое интересное в этой идее это то что ее отработка возможна при минимальной мощности СКЭС и также минимальной разности скоростей.

[Chilik]

pkl пишет:
Кстати, видели новость:
 http://elementy.ru/news/432193
Если уж даже NIF демонстрирует положительные результаты, то...

... то нужно правильно относиться к новостям, которые появляются в качестве реакции на грамотно написанные пресс-релизы причастных организаций.
Смотрим рис. 5 по ссылке, он правильный. В исходном лазерном луче в третьей гармонике около 2 МДж. Полный термоядерный выход мишени 17 кДж. Это меньше 1% от исходной энергии. По обещаниям, ещё года три назад они должны были получить энергии больше, чем затратили. Не получили. А финансирование получать надо и успехи демонстрировать надо. Поэтому элегантным движением из рукава достали другую линейку: термоядерный выход сравнивается не с исходной энергетикой лазерного луча (даже не от розетки, а в третьей гармонике, "физический к.п.д."), а с маленькой её долей, которая дошла до непосредственно термоядерного топлива. И таки да, они молодцы и чемпионы, поскольку действительно получили условия, в которых энерговыделение в результате дополнительного разогрева плазмы альфа-частицами от первичных реакций синтеза превышает энерговыделение от этих самых первичных реакций. Не отнимешь, что есть - то есть. Но всё-таки надо помнить, что деньги им давались на результат в 100 раз лучший. Хотя говорят, что по основной программе работы установки (а это вовсе не термояд) у них всё в порядке.

[pkl]

А, ну этот финт ушами я просёк.  Просто интересно то, что им действительно удалось запустить там реакцию синтеза.

[pkl]

Юрий Темников пишет:

pkl пишет:
Прочитал - всё очень грустно

Не расстраивайтесь ,К тому времени когда будут строить эти гиганты все изменится в лучшую сторону.Нужно начинать со строительства небольших СКЭС на низкой орбите.Они конечно погоды не сделают ,но могут весьма поспособствовать развитию космонавтики и приблизить строительство больших СКЭС.

Не поспособствуют. У них массы, как ни крути, десятки тысяч тонн. Есть и более простые и доступные способы получения энергии.

[Shestoper]

pkl пишет:
У них массы, как ни крути, десятки тысяч тонн.

И че?
Это при электрической мощности 10 ГВт (причем доставляемой на Землю, на месте получают в полтора-два раза больше).
Реактор РБМК-1000 имеет мощность в 10 раз меньше, причем в него одного урана загружают 190 тонн. Плюс замедлитель, теплоноситель, биозащита, турбины, электрогенераторы, градирни - все в сумме точно тянет на несколько тысяч тонн.
Умножьте на 10 (чтобы получить ту же мощность) - вот вам те же десятки килотонн.

Проблема не в самой массе СКЭС, тут они вполне сравнимы с другими типами электростанций. Может посмотрим на массу плотин крупных ГЭС, а?    
Проблема с том, что для СКЭС эту массу нужно доставлять на орбиту. Для чего нужно очень мощное и очень дешевое (на кг) средство выведения.
Плюс до недавнего времени производство СБ обходилось дорого (и проекты 70-80-ых вынуждены были ориентироваться на тогдашние цены), сейчас цену производство удалось значительно снизить, в перспективе вероятно снизят ещё сильнее (пленочные СБ, органические СБ, наноантенны).

[Shestoper]

Юрий Темников пишет:
Теперь вспомним две вещи:Старую идею о ВЧ мобиле-передача энергии бесконтактным путем транспортному средству.И второе полеты сверхзвуковых самолетов над землей с огибанием рельефа местности.Теперь сооружаем на низкой орбите две СКЭС и соединяем их ВЧ петлей достаточной длины.Запускаем ссамолета носителя РН с водородно-кислородным ЖРД в плоскости орбиты СКЭС по баллистической траектории до высоты полета СКЭС и поддерживаем ее работой ЖРД.Тут очень важна точность наведения.И при пролете вдоль ВЧ-петли набираем остаточную скорость работой ЭРД на водороде с УИ даже большим чем у ЯРД

ЭРД тут не годится, слишком мала тяга.
Но можно использовать ракетный двигатель с нагревом рабочего тела лазером с орбиты.
Чтобы не мешали облака, и чтобы набрать часть ХС, можно ракету с водородным баком сбрасывать со сверхзвукового самолета на высоте 20-30 км. А дальше батарея мощных лазеров с низкоорбитальной СКЭС, догоняющей ракету сзади-сверху, начинает светить в сопло с дистанции порядка 1000 км. А в сопло подается водород.
Стенки сопла можно выполнить с абляционной теплозащитой. Тогда температуру водорода можно поднять намного выше, чем в твердофазном ЯРД. Удельный импульс такой ракеты может достигать 1500-2000 с, как у импульсного ядерного взрыволета (но без радиационных выбросов и без расходования дорогого плутония).

Мощность двигателей ракеты Р-7 - 15 ГВт. Так что мощности одной крупной СКЭС хватит для выведения грузов квантами по 5-20 тонн (мю ПН лазерной ракеты будет высокой из-за высокого УИ).
Специализированный самолет-носитель вполне сможет поднимать ракету массой 50-200 тонн.

Есть целых три способа, позволяющих резко снизить цену выведения:
1) Электромагнитные пушки.
2) Несинхронный лифт (орбитальный крюк) - вот для его доразгона на орбите между выведениями грузов с Земли можно и нужно использовать ЭРД, с энергией от ядерного реактора или с передачей с СКЭС на близких орбитах.
3) Вышеописанная лазерная ракета.

[Lunatik-k]

Только освоение лунных ресурсов позволит построить солнечные электростанции.
Все конструкционые материалы должны доставляться с поверхности Луны.

Начать со строительства солнечной электростанции на Луне.
Потом освоить автоматическое массовое производство конструкционных материалов на поверхности Луны.

И возить их на стационарную орбиту с поверхности Луны.

[Shestoper]

Lunatik-k пишет:
Только освоение лунных ресурсов позволит построить солнечные электростанции.
Все конструкционые материалы должны доставляться с поверхности Луны.

Начать со строительства солнечной электростанции на Луне.
Потом освоить автоматическое массовое производство конструкционных материалов на поверхности Луны.

Такая схема будет энергетически выгодней выведения СКЭС с Земли при наличии на Луне крупного производства.
Чтобы забросить на Луну оборудование для такого производства, и для дешевого выведения произведенных конструкций с Луны (на Луне электромагнитная пушка получится гораздо более компактной, чем для Земли) - а это тысячи тонн как минимум - на Земле опять-таки нужно иметь мощное и дешевое средство выведения.
Пока производство на Луне будет разворачиваться, можно будет развернуть на ГСО несколько опытных СКЭС, предназначенных для отработки концепции сборки в космосе крупных объектов.

А ещё раньше, буквально завтра, можно обычными ракетами вывести на низкую орбиту мини-СКЭС (размером 100-200 метров) для отработки передачи энергии сквозь атмосферу.

Эта мини-СКЭС неизбежно будет убыточна.
Геостационарные СКЭС, созданные при использовании нового средства выведения, уже могут быть рентабельны.
А максимальная прибыльность будет достигнута позже, когда заработает лунное производство, и в ещё более отдаленной перспективе, когда СКЭС будут выводиться на околосолнечные орбиты с передачей энергией лазерами за десятки миллионов км.
Последний пункт - это уже вероятно в следующем веке.

[Lunatik-k]

Shestoper> Стенки сопла можно выполнить с абляционной теплозащитой. Тогда температуру водорода можно поднять намного выше, чем в твердофазном ЯРД. Удельный импульс такой ракеты может достигать 1500-2000 с, как у импульсного ядерного взрыволета (но без радиационных выбросов и без расходования дорогого плутония). Мощность двигателей ракеты Р-7 - 15 ГВт. Так что мощности одной крупной СКЭС хватит для выведения грузов квантами по 5-20 тонн (мю ПН лазерной ракеты будет высокой из-за высокого УИ).
Специализированный самолет-носитель вполне сможет поднимать ракету массой 50-200 тонн

На Луне нет облаков т.ч. и самолет выведения не нужен.
Орбитальная лунная солнечная электростанция позволит стартовать прямо с поверхности Луны, без самолетов.

[Shestoper]

Для Луны вторая космическая 2,4 км/c и вакуум, так что отлично подходит просто гауссовка, даже не нужен вакуумированный ствол.

Но заводы и гауссова пушка - это такой объем грузов, который на Луну доставлять ракетами обойдется в астрономическую сумму.
А произвести все это из семечка-зародыша мы ещё не так быстро научимся.
Так что все равно нужно на Земле мощное и дешевое средство выведения.

[Lunatik-k]

Стационарная орбита Луны значительно ближе к поверхности Луны.
На Луне отсутствует атмосфера, расходимости света, связанной с атмосферой нет.

т.ч. начинать осваивать технологии нужно применительно к Луне, т.к. там ночи длинные, а энергия нужна.

[Shestoper]

Луна, вообще-то не вращается. Её сутки обусловлены движением Луны вокруг Земли.
Космические электростанции для энергоснабжения Луны можно размещать в точках Лагранжа.

Большое количество энергии на Луне понадобится при создании лунной промышленности. Это - этап довольно неблизкий, в лучшем случае вторая половина текущего века.
Импорт энергии с околоземных СКЭС возможен на десятилетия раньше.
Поэтому начинать нужно с него, а Луна будет чуть позже.
Создание новых средств выведения. освоение Луны - это многие сотни миллиардов $ и многие десятилетия.
Сложно уломать человечество на такой процесс совсем без экономической отдачи.
Отдачу могут дать околоземные СКЭС, произведенные на Земле - задолго до того, как станет прибыльной Луна.

[Юрий Михайлович Темников]

Уж больно велики у вас аппетиты господа!Мощность СКЭС не боле мощности 3 ступени Союза с учетом большего УИ.А начать можно с мощности МКС при добавленной скорости 10-50 м\сек и петлей 500 м постепенно наращивая и мощность и длину дистанции разгона,а лазерную станцию нужно сразу строить на полную мощность.Возможен еще один вариант с ФАР ,но там сложнее приемное устройство,ИМХО.Эта же система будет работать и при дальнейшем разгоне,только ЛА нужно будет прижимать к петле опять же работой ЭРД После выключения его ЛА полетит уже по своей орбите.

[Юрий Михайлович Темников]

Сэкономили 50 кг топлива привезли 50кг СБ итд итп .Также возможен импульсный режим с использованием супермаховиков -они же аварийные аккумуляторы,гораздо надежнее да и по мощности и по запасу энергии гораздо лучше ныне используемых.