Освоение Луны

[SY]

2. Мини-цех по переработке реголита и плавке металла (скорее всего, это будет комплект из 3-4 агрегатов) с выходной мощностью 3 тонны металла в сутки. (пусть будет 20-30 тонн)

В этой позиции нужен не мини-цех и даже не мини-печка, а целый мини-химический завод с гигантским перечнем реактивов и многими цехами по производству-регенерации оборотных реактивов. При собственном весе 20-30 тонн, я боюсь, его производительность не достигнет и 3 кг в день чистых элементов. В заявленную массу может уложиться только производство базальтовой ваты и базальтовое литье в простые формы - а ля кирпич.
Использовать печку для выплавки металла на Луне нет смысла. Из-за низкой гравитации очень медленно идет процесс разделения металла и шлака. Для железа имеет смысл получать металлическую губку-крицу при температуре 750-800 гр.Ц.- а потом прессом уплотнять ее в слиток - по аналогии с техпроцессом железного века или с получением вольфрама-платины.
Для начала я б рекомендовал попробовать получить дома железо из обычной красной глины(в ней 5-8% оксида железа). После этого можно уже более реально(предметно) вести разговор.

[crazy_terraformer]

2. Мини-цех по переработке реголита и плавке металла (скорее всего, это будет комплект из 3-4 агрегатов) с выходной мощностью 3 тонны металла в сутки. (пусть будет 20-30 тонн)

В этой позиции нужен не мини-цех и даже не мини-печка, а целый мини-химический завод с гигантским перечнем реактивов и многими цехами по производству-регенерации оборотных реактивов. При собственном весе 20-30 тонн, я боюсь, его производительность не достигнет и 3 кг в день чистых элементов. В заявленную массу может уложиться только производство базальтовой ваты и базальтовое литье в простые формы - а ля кирпич.
Использовать печку для выплавки металла на Луне нет смысла. Из-за низкой гравитации очень медленно идет процесс разделения металла и шлака.

В процессе накопления запасов разных металлов и элементов можно пойти по пути металлотермии.
Однако, что-то это возня меня не увлекает.
Может использовать плазму? Можно превратить в плазму реголит, базальт, любую породу используя водородную плазму или плазму полученную из воды в плазмотроне, затем разделять полученную плазму на ионы по их массе в магнитном поле, в результате получая отдельно потоки ионов разных элементов и затем получая из них чистые элементы, осаждая ионы на подходящую подложку.
 РАЗДЕЛЕНИЕ ИЗОТОПОВ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ

Ионы с разными массами движутся по разным траекториям, т. е. в магнитном поле происходит пространственное разделение ионов на потоки; в каждом потоке содержатся ионы с одинаковым отношением массы к заряду.

Задачка состоит в том, чтобы агрегат был достаточно лёгок (как доменная печь),производителен и мог рекуперировать побольше энергии.

Можно использовать ненужные количества выделяемых из пород элементов, чтобы не греть и возможно частично терять редкие материалы (водород или воду) в плазмотроне постоянно, а использовать для в перевода в плазму породы допустим предварительно подогретый поток ионов кислорода выделенный в начале цикла переработки породы с водородной (водородно-кислородной) плазмой и продолжающий выделяться в новых циклах с применением потока ионов кислорода.
Вот такая схемка получается.

Удобство в том, что для работы аппарата нужен вакуум, а на Луне он есть. Главное, чтобы мощности СЭС были достаточны
Замечательными особенностями плазмотрона как инструмента современной технологии являются:
    Получение сверхвысоких температур (до 150 000 °C, в среднем получают 10 000-30 000 °C), недостижимых при сжигании химического топлива.
    Компактность и надежность.
    Легкое регулирование мощности, легкий пуск и остановка рабочего режима плазмотрона.

[SY]

РАЗДЕЛЕНИЕ ИЗОТОПОВ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ

Катастрофически низкая производительность. Поток ионов должен быть очень редким, чтоб ионы не оказывали влияние друг на друга. И очень большое удельное энергопотребление - греть придется очень сильно чтоб разрушить оксиды - многие очень даже термостойкие.

[crazy_terraformer]

РАЗДЕЛЕНИЕ ИЗОТОПОВ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ

Катастрофически низкая производительность. Поток ионов должен быть очень редким, чтоб ионы не оказывали влияние друг на друга.

Значит таких игрушек должно быть много или она должна быть крупной.

И очень большое удельное энергопотребление - греть придется очень сильно чтоб разрушить оксиды - многие очень даже термостойкие.

Плазмотроны дают температуру до 150 000^oC ( если мало 10 000-30 000^oC), всё распадётся. Рекуперация энергии - мгд-генераторы на разные потоки ионов, плюс теплоноситель отбирающий тепло у подложки в камерах конденсации хим.элементов.
Теплоноситель течёт по каналам внутри материала камеры, далее идёт либо сразу в турбину для регенерации электричества, либо в теплообменник для передачи тепла вторичному контуру, который далее отдаёт энергию в турбине. И для всего этого хозяйства нужны огромные радиаторы. Можно ли ещё как-то использовать рекомбинацию ионов на подложке с электронами для рекуперации энергии?

[VimanaPro]

Можно ли ещё как-то использовать рекомбинацию ионов на подложке с электронами для рекуперации энергии?

Вам можно ВСЁ 

[crazy_terraformer]

Можно ли ещё как-то использовать рекомбинацию ионов на подложке с электронами для рекуперации энергии?

Вам можно ВСЁ 

Это не ответ.

[Фантазер]

В этой позиции нужен не мини-цех и даже не мини-печка, а целый мини-химический завод с гигантским перечнем реактивов и многими цехами по производству-регенерации оборотных реактивов. При собственном весе 20-30 тонн, я боюсь, его производительность не достигнет и 3 кг в день чистых элементов. В заявленную массу может уложиться только производство базальтовой ваты и базальтовое литье в простые формы - а ля кирпич.

Солнечные печи на Луне гораздо проще и эффективее.Магнитную сепарацию никто не отменял.Эка беда слабая гравитация!Разделение расплава на фракции в центрифуге гораздо эффективнее, плюс еще по температуре плавления.Газы разделяются ректификацией ночью пока холодно.Ну и электролиз расплава(различных фракций) почти чистые металлы плюс кислород .На Земле придумано столько технологий,есть из чего выбирать.Не забудьте с расширением производства расширяется и номенклатура(это про химикаты).Про 3 кг :10л отменного са"почти спирта за вечер.Газовая плита баллон с газом и бочка воды ну никак не 20 т оборудования.Ну а плазма это для сварки,да и то проще электронно -лучевая,да и дороже она на порядки ,даже чтобы просто плавить.Ой про кварцевое волокно-то чуть не забыл.И 3Д принтер по металлу на луне тоже эффективнее.

[sharp]

Удобство в том, что для работы аппарата нужен вакуум, а на Луне он есть. Главное, чтобы мощности СЭС были достаточны
Замечательными особенностями плазмотрона как инструмента современной технологии являются:
    Получение сверхвысоких температур (до 150 000 °C, в среднем получают 10 000-30 000 °C), недостижимых при сжигании химического топлива.
    Компактность и надежность.
    Легкое регулирование мощности, легкий пуск и остановка рабочего режима плазмотрона.

Есть где-то данные о мощности таких агрегатов? Можно расчитать, какова потребуется площадь солнечных батарей.

На Земле придумано столько технологий,есть из чего выбирать.

Плюсую.

[crazy_terraformer]

В этой позиции нужен не мини-цех и даже не мини-печка, и бла-бла-бла.

Солнечные печи бла-бла-бла.

камрад Фантазер проверяйте шапку на цитатах, это не моя цитата.

[Фантазер]

    Получение сверхвысоких температур (до 150 000 °C, в среднем получают 10 000-30 000 °C), недостижимых при сжигании химического топлива.
    Компактность и надежность.

Оно нам надо?3-4000 С в солнечной печи хватит,чтобы расплавить все что угодно.почти бесплатно.Авот электроэнергия на Луне гораздо дороже будет.

[Фантазер]

камрад Фантазер проверяйте шапку на цитатах, это не моя цитата.

Извиняюсь,не проверил.Это комп вас главным назначил.

[sharp]

Авот электроэнергия на Луне гораздо дороже будет.

Ну как дороже. Подсчитано в другой теме, что квадратный километр солнечных батарей дает гигаватт энергии. Один раз построить конечно затратно, зато потом 180 дней в году имеете халявный (не расходующий ресурсы) гигаватт с одной такой установки. При интенсивном использовании энергии, окупится очень быстро.

[crazy_terraformer]

Удобство в том, что для работы аппарата нужен вакуум, а на Луне он есть. Главное, чтобы мощности СЭС были достаточны
Замечательными особенностями плазмотрона как инструмента современной технологии являются:
    Получение сверхвысоких температур (до 150 000 °C, в среднем получают 10 000-30 000 °C), недостижимых при сжигании химического топлива.
    Компактность и надежность.
    Легкое регулирование мощности, легкий пуск и остановка рабочего режима плазмотрона.

Есть где-то данные о мощности таких агрегатов? Можно расчитать, какова потребуется площадь солнечных батарей.

http://www.t-library.net/showBook.php?id=1962  качните по ссылке книгу "Металлургия железа." Юсфин Ю.С., Пашков Н.Ф. смотрите со стр.434 я нашел данные для электродугового плазматрона стр. 440, но для Луны нужны безэлектродные плазматроны. Надо спец.литературу искать.
Что-то близкое в этих ссылках
http://wwwcdl.bmstu.ru/e8/lyapin/konstrukcii_electrodugovih_plazmotronov_LIAPIN.pdf

http://www.ams.tsu.ru/TSU/QualificationDep/CO-Searchers.nsf/D52E06ACE37C851E47257CC100341EEF/$file/%D0%98%D0%B6%D0%BE%D0%B9%D0%BA%D0%B8%D0%BD_%D0%94.%D0%90._%D0%94%D0%B8%D1%81%D1%81%D0%B5%D1%80%D1%82%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F.pdf

https://books.google.ru/books?id=6tR3CwAAQBAJ&pg=PA217&lpg=PA217&dq=%D0%BF%D0%BB%D0%B0%D0%B7%D0%BC%D0%BE%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BD+%D1%80%D0%B0%D0%B7%D0%B4%D0%B5%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5+%D0%B8%D0%B7%D0%BE%D1%82%D0%BE%D0%BF%D0%BE%D0%B2&source=bl&ots=wNOvgz9bPK&sig=6ryU49NmIXXh_blEmPfxvQkhGoI&hl=ru&sa=X&ved=0ahUKEwjKxZ_oncHPAhVIliwKHW_KAHAQ6AEIOzAE#v=onepage&q=%D0%BF%D0%BB%D0%B0%D0%B7%D0%BC%D0%BE%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BD%20%D1%80%D0%B0%D0%B7%D0%B4%D0%B5%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5%20%D0%B8%D0%B7%D0%BE%D1%82%D0%BE%D0%BF%D0%BE%D0%B2&f=false

[crazy_terraformer]

камрад Фантазер проверяйте шапку на цитатах, это не моя цитата.

Извиняюсь,не проверил.Это комп вас главным назначил.

А поправить не с руки.

[SY]

Плазмотроны дают температуру до 150 000oC ( если мало 10 000-30 000oC), всё распадётся. Рекуперация энергии - мгд-генераторы на разные потоки ионов, плюс теплоноситель отбирающий тепло у подложки в камерах конденсации хим.элементов.

Когда я написал "катастрофически низкая производительность", то имел ввиду, что лучшие такие установки имеют производительность порядка граммов в сутки исходного вещества.
http://profbeckman.narod.ru/RH0.files/7_4.pdf
Причем на каждый атом при КПД 100% надо 25-30 кэВ энергии

[SY]

Магнитную сепарацию никто не отменял

В НАСА исследовали эту лежащую на поверхности идею, и пришли к следующему выводу:
1) железо в реголите очень мелкодисперсно, т.к. из-за отсутствия атмосферы метеориты на большой скорости врезаются в реголит и полностью испаряются вместе с частью реголита, а потом совместно конденсируются.
2)То что будет собрано магнитом будет иметь менее 30% железа. При переплавке собранной смеси железо прореагирует с оксидом кремния с получением стекловидного вещества - фаялита из одного из самых распространенных на Земле изоморфного ряда оливинов.

[sharp]

В НАСА исследовали эту лежащую на поверхности идею, и пришли к следующему выводу:

А есть какой-то оригинал у этих выводов?

[SY]

А есть какой-то оригинал у этих выводов?

Я ссылки на все прочитанное не собираю, но не думаю, что это сложно нагуглить.

[SY]

От себя могу добавить, что на Земле для исключения потери железа в шлак, при выплавке добавляют известь, кальций, как более активный металл раньше железа взаимодействует с оксидом кремния.
В СССР при исследовании лунного грунта доставленного Луна-(16,20,24) сделали вывод - в магнитном поле реголит не разделяется на фракции из-за широкого присутствия мелкодисперсного железа, т.е. он весь, без остатка собирается магнитом.

[sharp]

В СССР при исследовании лунного грунта доставленного Луна-(16,20,24) сделали вывод - в магнитном поле реголит не разделяется на фракции из-за широкого присутствия мелкодисперсного железа, т.е. он весь, без остатка собирается магнитом.

НАСА не столь пессимистично: http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20110016173.pdf