Комета - топливная заправка для химических ракет

[shuricos]

До 100К можно нагреть и изотопником - вообще не проблема.

Смелое утверждение, если вспомнить, что самые мощные РИТЭГи массой за 2 тонны давали примерно 2 кВт.
Этого бы хватило, чтобы за сутки нагреть 132 кг вещества на 75 градусов, если бы эти 2 кВт не передавались бы окружающему веществу кометы и потом не излучались бы безвозвратно и бестолково в космос.
Для понимания: 2 кВт получает от Солнца тело поперечником 100 метров на расстоянии 73 а.е. (!) от Солнца... 

(исправил опечатку)

[mbrane]

у кого есть проги расчетов термодинамического равновесия? надо ввести состав вода метан аммиак двуокиь окись углерода  метанол цианид(почти синтез газ) и провести минимизацию  при температуре 50 K или даже 10 К...Сказки о лучах как-то не вставляют и иллиарды лет...Космические лцчи в основном состоят из заряженных растиц - поэтому проникают куда меньше чем высокоэнергетические фотоны , у бекмана можно прояснить сечния и длины пробегов...А на глубине за миллиард лет  при неселективной накачке и отсутствии сепарации  равновесие явно наступет

[shuricos]

2) Оборудование, исходя из целей.

1. Чтобы укутать шарообразную ледышку диаметром 10 м, понадобится примерно 320 кв.м. плёнки с парниковым эффектом (свет пропускает, ИК не пропускает). Весить она будет примерно 700 кг.
2. Оставляем её на некоторое время. Солнце будет ледышку подогревать, а вот обычного отвода тепла не будет. Поверхность ледышки постепенно нагреется, начнёт отдавать газы, они поднимут давление внутри "шарика", что дополнительно будет стимулировать прогрев глубин и выделение газов уже оттуда.
3. Через несколько лет возвращаемся, открываем клапан, отбираем и сепарируем выделяющиеся газы: воду и пероксид вымораживаем, а потом пероксид отделяем от воды выкипанием воды; оставшиеся газы тоже сепарируем в зависимости от их свойств.
4. Профит!

[mbrane]

Камрад вы прежде чем профиты считать с калькулятором посидите и посчитайте темппературу 10  метровой льдышки находящеся далеко за плутоном...

[Андрей Курилов]

Имеете в виду, что вещество кометы достаточно пористое, чтобы кислород из её недр свободно выходил наружу? Вполне допускаю.
Но значительная его часть будет оставаться внутри, в порах. Хватит ли той части, которая выйдет, для реакции? Сложно сказать.

Кхм, для собственно реакции хватит и пары граммов.

Имею в виду (грубо говоря, мягко выражаясь): хватит ли тех газов, которые выделились из 1 куб.м. нагретой на 80 градусов породы, чтобы нагреть на 80 градусов следующий кубометр.

При нагреве до ~140^oK происходит разложение клатратов и экзотермическая кристаллизация аморфного водяного льда...

Вот здесь появляется первая серьёзная проблема. Если жечь угарный газ, то прогреть получится где-то до 150^oК. И вовсе не факт, что при такой температуре из кометной породы выйдет весь кислород и достаточное кол-во топливных газов. Т.е. судя по всему на прогрев кометного вещества будет уходить больше энергии, чем можно будет извлечь в результате такого прогрева. Возможно если не жечь угарный газ, а жечь выделяющиеся этан, метан, ацетилен и прочие вещества с высокой удельной теплотой горения (суммарно, допустим, ~40 МДж/кг), то удастся выправить ситуацию. Для простоты можно считать, что таких веществ достаточно для сжигания всего кислорода. В случае метана:
CH₄ + 2O₂ -> CO₂ + 2H₂O
Получается, что для сжигания 64 кг кислорода нужно 16 кг метана (массвое отношение 4).
Теперь этан:
2C₂H₆ + 7O₂ -> 4CO₂ + 6H₂O
Получается, что для сжигания 224 кг кислорода нужно 60 кг этана (массовое отношение 3,7).
2C₂H₂ + 5O₂ -> 4CO₂ + 2H₂O
Здесь для сжигания 160 кг кислорода нужно 50 кг ацетилена (массовое отношение 3,2).
Видно, что с усложнением молекул массовое отношение падает. Оценим среднее для горючей смеси массовое отношение как 3. Тогда зная, что каждая тонна кометного вещества содержит 10 кг кислорода, получаем, что можно окислить до 3,3 кг газов с высокой удельной теплотой горения, что даст ~130 МДж с тонны вещества. Получается ещё хуже, чем с угарным газом.

[noxx77]

. Для льда, соответственно - 2110.

При ок 0С и атмосферном давлении. При низких меньше значительно.

[noxx77]

До 100К можно нагреть и изотопником - вообще не проблема.

Смелое утверждение, если вспомнить, что самые мощные РИТЭГи массой за 2 тонны давали примерно 2 кВт.
Этого бы хватило, чтобы за сутки нагреть 132 кг вещества на 75 градусов, если бы эти 2 кВт не передавались бы окружающему веществу кометы и потом не излучались бы безвозвратно и бестолково в космос.
Для понимания: 2 кВт получает от Солнца тело поперечником 100 метров на расстоянии 73 а.е. (!) от Солнца... 

(исправил опечатку)

https://en.m.wikipedia.org/wiki/GPHS-RTG
ещё раз: РИТЭГ "Кассини" GPHS-RTG 4,4КВт тепловой и 0.3 электрической при 57кг массы. Из них плутония 4,7 кг. Дано просто для масштаба. И это изотопный источник, а даже не ядерный реактор.

Какие, пардон, вещества, Вы собираетесь греть? Исходя из чего цифры?

[Константин ВАРБ]

10К это 10К!
Теплоёмкость при низких температурах падает, зато растёт теплопроводность.

[noxx77]

10К это 10К!
Теплоёмкость при низких температурах падает, зато растёт теплопроводность.

Отлично! Греть всё равно придётся изолированный объем, чтобы газы не утекали. Равномерность прогрева на руку.

[noxx77]

Самый гадский вариант: засовываем комету в мешок, ждём, когда сама подлетит к Солнцу, собираем газы...

[Константин ВАРБ]

Самый гадский вариант: засовываем комету в мешок, ждём, когда сама подлетит к Солнцу, собираем газы...

...и только после этого удаётся освободить обледеневшие манипуляторы и посадочную платформу.
 

[Андрей Курилов]

На самом деле, идее, похоже, конец.
Ув. shuricos пришиб её своим рассчётом.

[noxx77]

На самом деле, идее, похоже, конец.
Ув. shuricos пришиб её своим рассчётом.

Вот нифига не конец, думаю.
1) Для заправки жечь топливо не комильфо, то есть источник энергии придётся привлекать внешний.
2) Низкая температура кометного вещества для ядерного или изотопного источника (а других смысла нет) тоже своего рода шара. Вместо километров радиаторов, можно впихать довольно компактные теплообменники. Правда мне это, почему- то напомнило комбайн...
3) вопрос реактивной массы и временных масштабов: здесь цена - обход формулы Циолковского. Причём время вполне себе эпическое: десятилетия. Нам нужно, за десятки лет "отбить" вложения в проект. Да, не шара, но небольшой кунштюк с гандикампом перед традиционной схемой.
Отсюда: есть с чем работать.

А вот мне интересно, на ледяных спутниках тоже кислород есть? Особенно интересны те, что в радиационных поясах торчат...

[Андрей Курилов]

1) Для заправки жечь топливо не комильфо, то есть источник энергии придётся привлекать внешний.

Это всё резко портит. Я рассматривал комету как убежище, в котором межпланетный космический корабль может всегда спрятаться от радиации, пополнить запасы топлива и пожечь местные ресурсы.

2) Низкая температура кометного вещества для ядерного или изотопного источника (а других смысла нет) тоже своего рода шара.

Холодильник - да, это, конечно неплохо. Однако для добычи энергии из дейтерия (много изотопов/актиноидов на комете не собрать, увы) с помощью КВС кометы маловаты.

[Константин ВАРБ]

А вот мне интересно, на ледяных спутниках тоже кислород есть? Особенно интересны те, что в радиационных поясах торчат...

В занептунье атмосферы СО+О2.
На ледяных атмосфера сплошь кислородная, но эфемерная.

[noxx77]

1) Для заправки жечь топливо не комильфо, то есть источник энергии придётся привлекать внешний.

Это всё резко портит. Я рассматривал комету как убежище, в котором межпланетный космический корабль может всегда спрятаться от радиации, пополнить запасы топлива и пожечь местные ресурсы.

2) Низкая температура кометного вещества для ядерного или изотопного источника (а других смысла нет) тоже своего рода шара.

Холодильник - да, это, конечно неплохо. Однако для добычи энергии из дейтерия (много изотопов/актиноидов на комете не собрать, увы) с помощью КВС кометы маловаты.

Портит, кто спорит ( Но с т.з. реактивной массы и защиты от радиации, кометы - ресурс, тут тоже не поспоришь. Да и из местных асфальтов, думаю, многое можно наваять.
Вообще, на поздних этапах, когда у человечества будет сфера Дайсона с лазерной подсветкой дальних объектов всей СС, кометный кислород можно будет добывать и без ядерного горючего)

[noxx77]

Однако для добычи энергии из дейтерия (много изотопов/актиноидов на комете не собрать, увы) с помощью КВС кометы маловаты.

Ну, если только у нас "пожиратель комет" с КВСом

[shuricos]

Камрад вы прежде чем профиты считать с калькулятором посидите и посчитайте темппературу 10  метровой льдышки находящеся далеко за плутоном...

Я говорил и говорю лишь о ледяных астероидах Главного пояса. Это максимум 3...3.5 а.е. большой полуоси и минимум 130...150 Вт/кв.м. солнечного потока. Этого вполне достаточно, чтобы растопить ледышку. Для этого понадобится обеспечить внутри "шарика" давление 0.01 атм и 273°К. Сублимация всего льда не оправдана - слишком энергозатратна, но поначалу она понадобится, чтобы наполнить "шарик" и повысить в нём давление до 0.01 бар.
Газ от жидкости отделим циклонным сепаратором.

Кстати, на ледяных телах тепловые машины будут невообразимо эффективны в виду крайне малой температуры холодильника. КПД под 80% - легко. Да и оставшиеся 20% не пропадают, а растапливают лёд, высвобождая нужные нам газы.

Правда, чем дальше, тем больше КПД будет падать по мере нагрева "холодильника" (вещества кометы). Поэтому желательно не всю комету греть целиком, а частями, тогда даже самый последний кубометр нагреваемой кометы будет столь же холодным, а к тому моменту, когда мы доберёмся до последнего "целинного" куска кометы, самые первые обработанные нами тонны уже успеют замёрзнуть и смогут вновь использоваться в качестве холодильника.

Итак, тепловая машина на 100 Дж израсходованного тепла даст 70...80 Дж электрической и 20...30 Дж тепловой энергии. У  нас получится много электричества. Можно применять электролиз воды для получения водородного топлива и кислорода как окислителя!

Вопрос сводится к эффективной концентрации солнечных лучей для тепловой машины.

[Андрей Курилов]

В занептунье атмосферы СО+О2.

Что правда что ли? Астрономы не в курсе. Приведите хотя бы один пример ТНО с такой атмосферой.

Я говорил и говорю лишь о ледяных астероидах Главного пояса. Это максимум 3...3.5 а.е. большой полуоси и минимум 130...150 Вт/кв.м. солнечного потока. Этого вполне достаточно, чтобы растопить ледышку.

1. Неплохая идея. Фокусировать солнечный свет, чтобы выделять горючую газовую смесь можно даже далеко за снежной линией.
2. Нет никаких гарантий, что астероиды главного пояса содержат в себе много свободного молекулярного кислорода. Тут мы немного разогнались, надо ещё ждать подтверждения значительных количеств молекулярного кислорода и в других кометах, в том числе и в кометах из ОО. Комета Ч-Г - вообще пекулярна по крайней мере по содержанию дейтерия. Возможно, что среднее для комет отношение O₂/H₂O ниже на порядок.

[alex_semenov]

На самом деле, идее, похоже, конец.
Ув. shuricos пришиб её своим рассчётом.

То есть, мы таки оценили (как не качевряжились:)  ) EROI и он получили  < 1
Увы!... Великая Космическая Шара оказалась ... призраком...


ЗЫ Но это не означает что Маленькой Шары нет.
Надо оценить насколько наличие 1% (условно) свободного кислорода ОБЛЕГЧАЕТ промышленную добычу и переработку необходимых саморепликаторам поселенцам  ресурсов. Вы тут много спорили с AlexAV о том как тяжело/леко разделять хим. элементы в голом космосе за линией льда.  Помните? Но возможно свободный кислород открывает новые возможности для облегчения процесса добычи самого важного? Например, производить угле-водородные полимеры на месте в огромных количествах... Нет?