КВС в космосе

[alex_semenov]

Оказывается какая горячая тема о звездолетах!
Ну я понимаю о политике спорили бы!


Пока народ зафлуживает тему общефилософскими спорами о путях развития межзвездной космонавтики, "британские ученые" (в моем лице) установили, что если мы собираемся взрывать в космическом КВС  1 меготонну в час, то реактор получится теплой  мощностью в 1.16 Твт (седьмая часть того, что добывает вся наша цивилизация или добывала десятилетие назад. Лень уточнять сколько мы сейчас добываем).
При этом, если облако металлических пылинок (в 95 миллионов тонн массой) нагрето до 1000 градусов (перед самым очередным взрывом), то условный диаметр его должен быть… 2.5 км.
Вот такие масштабы нашей термоядерной лампы в первом приближении.

Те же "ученые" установили, что при 1100 градусах (сразу после взрыва)  диаметр облака получатся 2.1 км.  То есть облако заметно должно "плясать"  в процессе охлаждения что бы дать ровную мощность на турбины….
Разумеется взрыв будет пытаться раздуть облако и это тоже надо как-то уметь компенсировать (первая мысль - статическим зарядом в облаке и на оболочке раактора-сферы). Но это уже технические детали за которые тут вряд ли кто возьмется.

Кстати, если облако держать у точки плавления железа 1800 К (масса облака уменьшается до 17 миллионов тонн в расчете на фазовый переход теплоносителя)  то из термодинамических соображений  диаметр облака достаточно иметь всего в 780 м. Но я не знаю как в этой схеме космического КВС избежать слипания расплавленных пылинок.
Вообще говоря конструкция именно космического КВС (рассчитанного на вакуум и невесомость) остается темной водой в облацях...

[Кремальера]

Блин,Всеволодсон-человек с миллионом неприятностей.Пошто опять в баню закрыли!?

Интересно, не сезонное ли обострение необходимости межзвёздных перелётов это?

Цыплят по осени считают.К тому же через три недели за океаном назревает очередная вакханалия -симпозиум 100YSS.Может быть все-таки  ув.Александр ,раз уж добирался до Питера,доберется до Хьюстонщины,и привезет нам живую негритянку-д-ра Джемисон пару-тройку свежих идей? ;)А то мы уже второй год жуем "горизонты".Блюдо-как макароны по-флотски,вкусное конечно- трескал бы да трескал,но приедается.А касательно самой идеи взрыволета(атомного как в Орионе)-безусловно хорошая рабочая лошадка,но вот рвать дейтерий..

[alex_semenov]

Да, то что я застрял "на достигнутом" - это ясно и печально.
Но я застрял как советская лунная программа. Под сенью секретности широко задуманного и застопорившегося проекта...

Поделиться достигнутым не могу (разрушится вся идея). Довести до конца самолично - как поле вспахать...

[Кремальера]

Лень уточнять сколько мы сейчас добываем

По-моему сейчас больше 22TВт.
Касательно этого космического винни-пуха,с металлическими опилками в башке.А почему бы не греть водяной лед?Если конечно удастся наткнутся на водяной астероид..

[Проходящий Кот]

Так ещё же КПД надо держать высоким. Все таки звездолет проектируем.....
 
И в качестве движителя можно поставить это
http://go2starss.narod.ru/pub/E025_ID.html

[Андрей Курилов]

Для целей обеспечения колонии электричества собственно вообще почти не требуется. Неплохо было бы если буфер тепловой энергии взрыва грелся бы хотя бы до 3-4 тыс. градусов, чтобы обеспечить освещённость раз в сутки (взрыв, соответственно, тоже раз в сутки). Т.е. утром взрыв - буфер-солнышко засветилось, освещая "оранжереи" в обитаемых отсеках. В качестве рабочего тела берём кусок вещества планетозимали и прогоняем через теплообменник, забирая тепло от буфера. Высокая температура разложит сырьё планетозимали на составляющие по мере остывания по методу фракционной перегонки. Между отделением фракций рабочее тело отдаёт свою энергию, крутя гигантское километровое "колесо обозрения" - обитаемый отсек. Обитаемый отсек здесь выступает также в роли маховика, запасающего энергию взрыва во вращении. Кроме того, обитаемый отсек обогревается остывшими остатками рабочего тела до температуры ~250 К (без учёта освещения, "днём" - до ~300 К). Понадобилось электричество - снимаем генератором с вращения массивного (мегатонны) обитаемого отсека. В норме же электричество не нужно, для растений - тепловое излучение буфера "днём", для добычи дейтерия и других веществ - фракционная перегонка вещества планетозимали теплом взрыва...

Всё бы ничего, но торий становится узким местом. Его содержание в метеоритах вместе с ураном порядка 30 ppb. Учитывая, что ледяные планетозимали содержат примерно 10% (с потолка) нелетучего материала, получаем содержание в межзвёздных айсбергах 3 ppb. Причём это будет ещё сильно варьироваться от объекта к объекту где-то от 1 до 5 ppb. Воды в планетозималях где-то 80%, значит водорода по массе будет около 9%. У комет дейтерия обычно 200 атомов на миллион атомов водорода, т.е. 0,04%. Итого дейтерия в планетозимали должно быть 36 ppm. Это означает, что по массе в межзвёздных айсбергах дейтерия в 10 тысяч раз больше, чем урана+тория. Т.е. чтобы в полной мере использовать ресурсы дейтерия, необходимо на каждый килограмм сжигаемого актиноида сжигать по 10 тонн дейтерия. Иначе по исчерпании запасов урана и тория дейтерий поджигать в КВС станет просто нечем и колония должна будет переселяться на новую планетозималь.

Представим себе сферическую планетозималь в вакууме поперечником 10 км, её масса будет порядка 500 Гт. В ней есть всего 15000 тонн тория и урана. Если жечь по одному килограмму в день, то хватит примерно на 40 000 лет. Потом придётся переселяться на новую. Правда, проблема та ещё - собрать этот уран и торий. Ведь, чтоб получить 1 кг, нужно будет переработать 330 килотонн вещества планетозимали.

http://www.webelements.com/thorium/geology.html

[Андрей Курилов]

Блин,Всеволодсон-человек с миллионом неприятностей.Пошто опять в баню закрыли!?

По ошибке. Уже разбанили
Мне везёт.

[alex_semenov]

Даже если звездовоз с КВС на борту уложится в пределах гигатонны, то остаются совершенно нерешаемые проблемы радиаторов и ионных двигателей. Посему место КВС только для дрейфа в межзвёздной среде.

Или в качестве стационарной части двигательной установки активной системы.

Кстати.
"британские ученые продолжают шутить считать"
Возвращаясь к бортовому типу реактора.
Если ядро (диаметром 2.5 км) разогрето до 1000 К, а радиатор имеет 200 К, то идеальный тепловой КПД системы будет 0.8 (очень неплохо). При этом, допустим поверхность радиатора - тоже сфера вокруг нашей сферы. Тогда чтобы сбросить тепловой отход в 0.2 от 1.16 Твт при 200 К  надо иметь радиатор-сферу диаметром 28.5 км.

Астросооружение, однако!

[Андрей Курилов]

Кстати.
"британские ученые продолжают шутить считать"
Возвращаясь к бортовому типу реактора.
Если ядро (диаметром 2.5 км) разогрето до 1000 К, а радиатор имеет 200 К, то идеальный тепловой КПД системы будет 0.8 (очень неплохо). При этом, допустим поверхность радиатора - тоже сфера вокруг нашей сферы. Тогда чтобы сбросить тепловой отход в 0.2 от 1.16 Твт при 200 К  надо иметь радиатор-сферу диаметром 28.5 км.

Астросооружение, однако!

Проблема в том, что для ионников потребуются ещё радиаторы. И когда вы прикините каковы они должны быть для того, чтобы придавать всему этому псевдопланетоиду хоть сколько нибудь приемлимое ускорение, вы ужаснётесь - конструкция станет вообще тоненьким пузырём размером с Луну и лопнет.

[Кремальера]

Астросооружение, однако!

А нельзя ли сие громадье вниз уменьшать?

[Проходящий Кот]

Значит вместо натрия берем железо. Возможно. Однако непонятно, как организовать от них энергетический выход. Железные металлические пылинки на турбину ---- той надолго не хватит....

[alex_semenov]

Всё бы ничего, но торий становится узким местом.

Это да. Но вообще гвооря цикл КВС делает рентабельным добывание урана из океанской воды.

Так ещё же КПД надо держать высоким. Все таки звездолет проектируем.....

У воды еще не очень хороший паро-турбинный цикл.
Куда лучше использовать углекислый газ. Он тоже в космосе встречается достаточно часто что бы получать его в огромных объемах.
Но это только в контурах. А нагреватель действительно лучше иметь погорячеет. Да и 1000 К это не бог весть какая температура!
это же 727 С. Метал раскаленный до красного свечения.
 

И в качестве движителя можно поставить это
http://go2starss.narod.ru/pub/E025_ID.html

Так изначально и предполагалось. Но боюсь 1.16 Твт на десятки миллионов тонн (только по весу реактора)... ну очень мло. Постчитайте удельную мощность и прикинте как далеко вы на этом улетите по моей формуле. Действительно получается очень медленно.

[Проходящий Кот]

Астросооружение, однако!

А нельзя ли сие громадье вниз уменьшать?

Грехи законы природы не пускают.
 

[alex_semenov]

А нельзя ли сие громадье вниз уменьшать?

Радиаторы - только за счет понижения кпд. Да и не проблема это, я думаю. В космосе. Радиатор может быть тоненькой пленочкой на которой конденсируется газ.
Куда сложней  с массой теплоносителя в ядре реактора - там совсем засада. Мешьше массу можно сделать если теплоноситель не просто плавиться но и испарятеся. Но как замкнуть цикл технически для него?
Мне больше нравится концепция с просто нагреваемой взрывом металлической пылью, которой надо миллионы тонн.
Для компактификации подобных реакторов надо придумывать что-то очень хитрое.
Снеженцев бы к этой задаче подключить.
Но они на такую далекую перспективу работать не будут.

[alex_semenov]

Для целей обеспечения колонии электричества собственно вообще почти не требуется. Неплохо было бы если буфер тепловой энергии взрыва грелся бы хотя бы до 3-4 тыс. градусов, чтобы обеспечить освещённость раз в сутки (взрыв, соответственно, тоже раз в сутки). Т.е. утром взрыв - буфер-солнышко засветилось, освещая "оранжереи" в обитаемых отсеках.

   

Красивая задумка, но вряд ли разумная. Температуру придется поддерживать такой постоянно. И что за материал? Вольфрам? А где его миллионы тонн набрать на голых астероидах из оливина?

В качестве рабочего тела берём кусок вещества планетозимали и прогоняем через теплообменник, забирая тепло от буфера. Высокая температура разложит сырьё планетозимали на составляющие по мере остывания по методу фракционной перегонки.

У меня в теории космических саморепликаторов это называется "химический процессор".
Удовольствие дороговатое (по энергии) но универсальное и компактное. На начальной стадии развертывания саморепликаторов просто необходимое. Но сейчас не об этом.

Между отделением фракций рабочее тело отдаёт свою энергию, крутя гигантское километровое "колесо обозрения" - обитаемый отсек.

Ну это понятно. Для химического процессора это напрашивается само собой.
Но вообще говоря я бы не стал нагревать перерабатываемую породу в самом реакторе.
Там ведь радиация. Даже в механизмах рециклинга облака, удаленные из него материалы, должны сначала отлежаться в отстойниках что бы спал уровень фона.

Обитаемый отсек здесь выступает также в роли маховика, запасающего энергию взрыва во вращении. Кроме того, обитаемый отсек обогревается остывшими остатками рабочего тела до температуры ~250 К (без учёта освещения, "днём" - до ~300 К). Понадобилось электричество - снимаем генератором с вращения массивного (мегатонны) обитаемого отсека. В норме же электричество не нужно, для растений - тепловое излучение буфера "днём", для добычи дейтерия и других веществ - фракционная перегонка вещества планетозимали теплом взрыва...

Гм… Не очень мне нравится. Как на мой вкус. Но в любом случае попробуйте это детально прорисовать, просчитать.

Всё бы ничего, но торий становится узким местом.

Да, это общее место. Тут нет спора.

Его содержание в метеоритах вместе с ураном порядка 30 ppb. Учитывая, что ледяные планетозимали содержат примерно 10% (с потолка) нелетучего материала, получаем содержание в межзвёздных айсбергах 3 ppb. Причём это будет ещё сильно варьироваться от объекта к объекту где-то от 1 до 5 ppb. Воды в планетозималях где-то 80%, значит водорода по массе будет около 9%. У комет дейтерия обычно 200 атомов на миллион атомов водорода, т.е. 0,04%. Итого дейтерия в планетозимали должно быть 36 ppm. Это означает, что по массе в межзвёздных айсбергах дейтерия в 10 тысяч раз больше, чем урана+тория. Т.е. чтобы в полной мере использовать ресурсы дейтерия, необходимо на каждый килограмм сжигаемого актиноида сжигать по 10 тонн дейтерия. Иначе по исчерпании запасов урана и тория дейтерий поджигать в КВС станет просто нечем и колония должна будет переселяться на новую планетозималь.

Да, согласен. Для 10 тонн на килограмм это коэффициент чистоты термоядерного взрыва 10 000. Снеженцы обещали 1000 в самом лучшем случае. Обычно говорят о 10 и надежно гарантируют 100.  1000 - наверное уже потребует предельных усилий. Но 10 000 - это за гранью добра и зла.

Представим себе сферическую планетозималь в вакууме поперечником 10 км, её масса будет порядка 500 Гт. В ней есть всего 15000 тонн тория и урана. Если жечь по одному килограмму в день, то хватит примерно на 40 000 лет. Потом придётся переселяться на новую. Правда, проблема та ещё - собрать этот уран и торий. Ведь, чтоб получить 1 кг, нужно будет переработать 330 килотонн вещества планетозимали.

То есть "жрать камни" (как я говорю).
Вы пытаетесь найти технологию для процветания  (безбедного существования) буквально на "голых камнях". Но я не думаю, что сила науки может это нам обеспечить…

Поэтому те кто будут жить в космосе (не важно кто они. Люди, сверхлюди-киборги или вообще думающие машины…) будут стремиться попасть именно в "злачное место" типа звездной системы, где природа образования этого оазиса уже выполнила часть работы и где-то сосредоточила разные ресурсы в более съедобном виде. Остается построить инфраструктуру их извлечения и транспортировки, возможно по всей звездной системе.
Но изолироваться на камне и пытаться жить там припеваючи тысячи лет - мне кажется утопия.

[Проходящий Кот]

Ганс с вами не согласен. Своих z1 он хочет поселить там....

[alex_semenov]

По-моему сейчас больше 22TВт.

Да, кажется эта цифра ближе к истине.
Тогда наш реактор примерно 1/20 потребляемой цивилизацией мощности (20 штук заменят всю нашу энергетику).
Но в любом случае мысль вот о чем. КВС - сооружение титаническое.  Не карманных размеров и мощностей. Почему я и заинтересовался им. По сути только в проблематике межзвездных полетов и можно использовать вот такой вот мощный точечный источник энергии. Ну может быть еще для какого-нибудь тероформирования (хотя "моя не понимай" зачем вообще переделывать гравитационные ямы? Из них надо бежать и жить в невесомости и вакууме как завещал великий Циолковский! Однако это только мое мнение и повод для оффтопа. Прошу не развивать дальше!).

[alex_semenov]

Ганс с вами не согласен. Своих z1 он хочет поселить там....

Да, я знаю. Но это опять уход в оффтоп. Тут давайте "про реактор" (с). Хотя бы за него держаться и далеко не отходить.

[alex_semenov]

Проблема в том, что для ионников потребуются ещё радиаторы. И когда вы прикините каковы они должны быть для того, чтобы придавать всему этому псевдопланетоиду хоть сколько нибудь приемлимое ускорение, вы ужаснётесь - конструкция станет вообще тоненьким пузырём размером с Луну и лопнет.

Ионникам радиаторы не очень то нужны. Хотя у них КПД не бог весть какой тоже (75-80%) но часть паразитки сливается со струей. Вы видели радиаторы именно к ионникам на уже летающих аппаратах или на проектируемых NASA? Там радиаторы только для энергосистемы ну и аппаратура тоже создает проблемы.

Но в нашем случае проблема не радиатор (его размеры). Для медленных кораблей (до 300 км/с) радиаторы вообще не бог весть какая проблема.  В нашем случае  проблемма - масса реактора. Хотя если вы хотите оседлать астероид....
Тут вопрос вот в чем.
Что вы считаете "верхом благосостояния" на таком объекте? Скажем Джонсон и Финней (к которым восходит ваша идея) считали верхом счастья 1 мегават на тушу населения. Для сравнения у нас на планете сейчас в среднем 2.5 Квт/чел. 30 Квт считалось более чем достаточно для построения коммунизма.
Если брать 1 Мват на чел. и брать мой один реактор на 1.16 Твт то получаем что он может осчастливить по Финнею и Джонсу  (если не расходует на двигатели энергию) 1 с хвостиком миллионов человек.

[Okub62]

Или в качестве стационарной части двигательной установки активной системы.

Кстати.
"британские ученые продолжают шутить считать"
Возвращаясь к бортовому типу реактора.
Если ядро (диаметром 2.5 км) разогрето до 1000 К, а радиатор имеет 200 К, то идеальный тепловой КПД системы будет 0.8 (очень неплохо). При этом, допустим поверхность радиатора - тоже сфера вокруг нашей сферы. Тогда чтобы сбросить тепловой отход в 0.2 от 1.16 Твт при 200 К  надо иметь радиатор-сферу диаметром 28.5 км.

Астросооружение, однако!

И всё-таки. Хоть и заступался, но ...
Как эту всю богадельню до 0.01С разогнать, ума не приложу, чесслово. Со всеми миллионами тонн опилок.