Комета - топливная заправка для химических ракет

[shuricos]

у нас есть ещё довольно забавная "шара"

Там таких халявок много.

Например, кинетическая энергия вращения астероида.
Чем более компактное тело, тем до большей скорости раскручивается тело моментом вращения. Чем тело больше, тем меньше его скорость.

Ставим на полюсе астероида шарнир и начинаем строить из материала астероида длинную-длинную трубу или рейку в обе стороны. Гравитация астероида ничтожна, поэтому никаких проблем с размером рейки не будет. Когда рейка будет достаточно длинной, она начнёт вращаться медленнее астероида.
Разница скоростей вращения рейки и астероида - профит! 

Но астероид желателен железо-никелевый, а не ледяной.

Ну, а если взять достаточно холодный астероид, то на нём может быть так холодно (15...20К), что нормально будут работать сверхпроводники.
Ставим термоядерный реактор - жжём топливо астероида.
Профит! 

 

[Андрей Курилов]

Вообще - это замечательная демонстрация необходимости "ненужной" и "непрактичной" фундаментальной науки. Никто не предполагал на кометах залежей топлива и окислителя к нему сразу. Это открытие может сыграть очень важную практическую роль в близком будущем, но, при этом, сделано было совершенно случайно. Другими словами, Розетту запускали никак не с целью поисков ископаемых видов химического топлива. Не Газпром финансировал эту миссию. Нельзя заранее предвидеть, где откроются новые возможности по извлечению практической пользы из природных явлений. Боб, это - камень в ваш огород.

[noxx77]

Вообще - это замечательная демонстрация необходимости "ненужной" и "непрактичной" фундаментальной науки. Никто не предполагал на кометах залежей топлива и окислителя к нему сразу. Это открытие может сыграть очень важную практическую роль в близком будущем, но, при этом, сделано было совершенно случайно. Другими словами, Розетту запускали никак не с целью поисков ископаемых видов химического топлива. Не Газпром финансировал эту миссию. Нельзя заранее предвидеть, где откроются новые возможности по извлечению практической пользы из природных явлений. Боб, это - камень в ваш огород.

А толку? "За морем телушка - полушка, да рубль перевоз"... Колонизация имеет экономический смысл, когда отбивает вложения метрополии в самой метрополии. Грубо говоря, можно хапнуть ресурса, продать и жить на разницу. Тогда можно продвигать колонизацию даже при отсутствии шары. Именно поэтому для Луны придумали залежи гелия-3 с мифологической ценностью... Кислород и органика на астероидах нужны для освоения их самих. Для Земли их освоение не выгодно. Пока не выгодно. Нужен какой-то сверхценный ресурс, который был бы невоспроизводим на Земле.

[Андрей Курилов]

Колонизация имеет экономический смысл, когда отбивает вложения метрополии в самой метрополии.

Так я о том же. Когда даже самая маленькая метрополия окажется в космосе (а это может произойти при определённом стечении обстоятельств), открытие "Розетты" станет одним из важнейших. Его запишут в учебники. Но пока что об этом мало кто догадывается.

Во. Можно снять фильм. Чурюмовагерасименконианин. Исследовательская экспедиция теряет космонавта на комете, когда у неё начинаются помпажиизвержения. Космонавт героически выпаривает кислород и органику для собственного выживания.

[Андрей Курилов]

Получается, затраты - 37 кДж/кг, выход тепла при сгорании - 175 кДж/кг.
Более аккуратный рассчёт показывает, что всё весьма неплохо!
Запас более чем в 4 раза.

Сюда надо добавить расход энергии на нагрев 2СО и О2 до 973К, иначе не загорятся.

Вроде про катализатор кто-то упоминал.
А ещё тут написали, что температура горения угара - выше 2 тыс. К, т.е. вполне хватит для самоддерживания.

[noxx77]

Во. Можно снять фильм. Чурюмовагерасименконианин. Исследовательская экспедиция теряет космонавта на комете, когда у неё начинаются помпажиизвержения. Космонавт героически выпаривает кислород и органику для собственного выживания.

Это ж лисец белый! Хотя по-моему реальнее будет, чем "Марсианин". По крайней мере, отдельная тема уже рисуется: что нужно для длительного выживания на комете и насколько её хватит?

[shuricos]

Вроде про катализатор кто-то упоминал.

О специфическом катализаторе для СО+О2 я не знаю.
Есть т.н. "катализатор", но он способствует не СО+О2, а активному горению бензина для повышения температуры до требуемой:

Для дожигания лишнего СО необходима температура около 800 градусов. Естественно, что в середине выпускного тракта такой температуры нет. Катализатор как раз и служит такой печкой, которая работает на бензине и дает нужную температуру. Устройство его - керамические пластины с сотовой структурой для увеличения поверхности. Покрыты платиново-родиевым сплавом, который и есть катализатор. При попадании паров бензина при температуре около 300 градусов происходит каталитическая реакция окисления углеводорода - паров бензина- с выделением тепла. При этом температура повышается до необходимых 800 градусов и СО дожигается.
http://belbmw.ru/techfls/cataliz2.htm

Так что, повышать температуру обязательно надо.

А ещё тут написали, что температура горения угара - выше 2 тыс. К, т.е. вполне хватит для самоддерживания.

Ну, температура горения и энергия, затрачиваемая на нагрев - это несколько разные показатели.
Впрочем, Вы правы, что энергии, выделившейся при сгорании СО+О2 хватит для их нагрева даже с 5К, но это, всё-таки, расход энергии, который нельзя не учитывать.

[Андрей Курилов]

О специфическом катализаторе для СО+О2 я не знаю.

Их много
http://cheresearch.engin.umich.edu/gulari/13.pdf
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/i260019a002
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925400513003420
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0926337314004056
гугл знает

[noxx77]

О специфическом катализаторе для СО+О2 я не знаю.
Есть т.н. "катализатор", но он способствует не СО+О2, а активному горению бензина для повышения температуры до требуемой:

Гопкалит и некоторые другие металл-металлоксидные позволяют даже при комнатной дожигать. Выбор есть.

[noxx77]

Меня вот что беспокоит: нам нужно не просто дожигание свободного кислорода и топлива, а такой профицит тепла, который обеспечит отжатие их в топливо/окислитель для заправки ракет. Он у нас есть?

[Андрей Курилов]

Меня вот что беспокоит: нам нужно не просто дожигание свободного кислорода и топлива, а такой профицит тепла, который обеспечит отжатие их в топливо/окислитель для заправки ракет. Он у нас есть?

Для этого можно использовать любой положительный профицит. Проблема, в общем, только в отделении кислорода от угарного газа. Так как заправляемые ракеты будут скорее всего ЖРД, то способ видится один - охлаждение с 70К до 55К с некоторым повышением давления для сжижения молекулярного кислорода.

[noxx77]

Меня вот что беспокоит: нам нужно не просто дожигание свободного кислорода и топлива, а такой профицит тепла, который обеспечит отжатие их в топливо/окислитель для заправки ракет. Он у нас есть?

Для этого можно использовать любой положительный профицит. Проблема, в общем, только в отделении кислорода от угарного газа. Так как заправляемые ракеты будут скорее всего ЖРД, то способ видится один - охлаждение с 70К до 55К с некоторым повышением давления для сжижения молекулярного кислорода.

Угарный довольно капризен в этом вопросе. Я не смог найти для него графиков, при каких условиях он стабильно жидкость. А до углеводородов греть надо выше.
Ещё вопрос: если мы сначала греем, а потом охлаждаем, имеет ли смысл использовать тепловые насосы?

[Андрей Курилов]

Угарный довольно капризен в этом вопросе. Я не смог найти для него графиков, при каких условиях он стабильно жидкость. А до углеводородов греть надо выше.

Посмотрите таблицу тройных точек наиболее распространённых кометных газов (сообщение №146).
Сначала сырая кометная порода медленно нагревается до 137К. При этом выделяются все газы (причём они выделяются в смеси постоянно, достаточного разделения при этом не происходит).
Из выделившейся смеси летучих веществ для ЖРД интереснее всего метан, этан, этилен и ацетилен. Тут необходим цикл сжатия-охлаждения-расширения для сжижения необходимых углеводородов.
Затем выделившуюся смесь нужно ещё дальше охлаждать до 70К при давлении 15 Па. Тогда в газовой фазе остаются только угар и кислород с незначительными примесями азота и неона.
Всё, газовая смесь для кометной печки готова. Здесь всё просто.
Но, нам нужен LOX для заправки ракет. Поэтому придётся отбирать часть угарно-кислородной смеси и охлаждать ещё дальше - сначала до ~65K для отделения угара, а затем - до ~55K с повышением давления до ~200 Па для сжижения молекулярного кислорода.
В общем, для заправки ЖРД потребуется целый завод с множеством контуров и циклов.

[shuricos]

В общем, для заправки ЖРД потребуется целый завод с множеством контуров и циклов

Или "паровоз" (двигатель внешнего сгорания - технология 19-го века, жечь можно выделяющиеся газы без какого-либо разделения и без слишком тонкой очистки) с КПД более 90% (из-за высокой температуры горения и низкой температуры холодильника) + электролиз воды (машинка несложная, на уровне школьной лаборатории).
Н2 - топливо, О2 - окислитель.

[Андрей Курилов]

электролиз воды (машинка несложная, на уровне школьной лаборатории).

Ни в коем случае. Как раз таки лабораторные методы для промышленности обычно противны по причине крайней неэффективности.

Вот для наглядности тройные точки кометных летучек.

Видно, что газы в правой части графика можно сжижать без охлаждения изначальной смеси, только повышением давления.
1. Повышаем давление до 100 Па, метанол, аммиак и сероводород уходят в осадок. Вони сразу становится меньше.
2. Ещё чуть повышаем давление - и ацетилен выпадает. Правда, в твёрдом виде. Ацетилен очень интересен в качестве топлива для ЖРД.
3. Для очистки от углекислого газа нужно будет охладить до 115К.
4. Далее можно отделить смесь метана, этана и этилена от смеси угарного газа с кислородом.

[shuricos]

Ни в коем случае. Как раз таки лабораторные методы для промышленности обычно противны по причине крайней неэффективности.

Эффективность выхода водорода электролизом воды по вложенной энергии в лабораторных условиях - примерно 50%, в промышленности - 75%.
Разница, конечно, есть, но зато не придётся тащить целый комбинат за 40 а.е. от Земли!

[Андрей Курилов]

Вы недопонимаете. Ватт электричества намного дороже ватта тепловой энергии.

Разница, конечно, есть, но зато не придётся тащить целый комбинат за 40 а.е. от Земли!

Для создания заправочной станции - придётся в любом случае.
Непонятно, правда, зачем тащить на 40 АЕ. Ведь кометы сами туда летают.

[shuricos]

Непонятно, правда, зачем тащить на 40 АЕ. Ведь кометы сами туда летают

Чтобы запрыгнуть на комету с афелием на 40 а.е., летящую во Внутренней Солнечной системе, нужно развить такую же скорость (и потратить столько же энергии), сколько и для запрыгивания на 40 а.е. безо всякой кометы.

[Андрей Курилов]

Чтобы запрыгнуть на комету с афелием на 40 а.е., летящую во Внутренней Солнечной системе, нужно развить такую же скорость (и потратить столько же энергии), сколько и для запрыгивания на 40 а.е. безо всякой кометы.

Да, только кроме этого ещё нужно время и укрытие от космической радиации на это самое время, необходимое для перелёта на 40 АЕ.
Просто развить скорость и совершить перелёт на пару млн. км будет значительно проще таки.

[noxx77]

Видно, что газы в правой части графика можно сжижать без охлаждения изначальной смеси, только повышением давления.

Очень... трепетно жать смесь кислорода и кучи топливных газов.