Освоение Луны

[sharp]

Весьма интересный проект по теме колонизации Луны. Рассмотрено развертывание лунной базы, с переработкой реголита, получением металлов и водорода, оценены перспективы роста лунной колонии.
http://www.wissensnavigator.com/documents/Moonbase2015.pdf

У этого же автора есть более специализированная работа по теме промышленности на Луне, но текст пока не нашел: https://books.google.it/books/about/Pilot_Production_at_the_Moonbase_2015.html?id=gdFXtwAACAAJ&redir_esc=y

[crazy_terraformer]

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

Данные взяты из материала указанного в ссылке?
Примем 25-30 кэВ на 1 атом Fe.
Рассчитаем кол-во энергии на 1 тонну чистого железа без остальной породы.

(кликните для показа/скрытия)

M(Fe)=55,847(2) г/моль - молярная масса Fe
N_A=6,022 140 857(74)·10²³ моль⁻¹ - число Авогадро.
1 атом   -  a кэВ
N_A - X кэВ
X кэВ=a·N_A на 1 моль Fe=55,847(2) г
E(Fe) - на 1 тонну Fe=10⁶ г
E(Fe)=a·N_A·10⁶/55,847(2)=a·6,022 140 857(74)·10²³·10⁶/55,847(2)=a·1,0783241526·10²⁸
1 эВ = 1,602 176 6208(98)·10⁻¹⁹ Дж
E₁(Fe)=25·1,0783241526·10²⁸=26,958104·10²⁸кэВ=26,958104·10²⁸·10³·1,602 176 6208(98)·10⁻¹⁹=~43,191644·10¹² Дж
1 кВт·ч = 3,6 МДж=3,6·10⁶Дж
E₁(Fe)=43,191644·10¹²/(3,6·10⁶)=~11,997679·10⁶кВт·ч

1 эВ = 1,602 176 6208(98)·10⁻¹⁹ Дж
E₂(Fe)=30·1,0783241526·10²⁸=32,349725·10²⁸кэВ=32,349725·10²⁸·10³·1,602 176 6208(98)·10⁻¹⁹=~51,829972·10¹² Дж
1 кВт·ч = 3,6 МДж=3,6·10⁶Дж
E₂(Fe)=51,829972·10¹²/(3,6·10⁶)=~14,397215·10⁶кВт·ч

E₁(Fe)=26,958104·10²⁸кэВ=~43,191644·10¹² Дж=~11,997679·10⁶кВт·ч

E₂(Fe)=32,349725·10²⁸кэВ=~51,829972·10¹² Дж=~14,397215·10⁶кВт·ч
Осталось посчитать, сколько на эту часть породы надо площадей солнечных батарей или зеркал,и затем пересчитать на массу породы,чтобы понять стоит ли использовать этот способ на Луне?
Стоит ли масштабировать эти лучшие установки до десятков или сотен тонн.
Сможет ли агрегат выделить достаточное количество серы,хлора и фтора для получения кислот - серной, соляной и плавиковой и использования их в циклах переработки других порций пород? Кислоты будут снова синтезироваться из анионов солей металлов.

Возможно имеет смысл использовать этот агрегат сначала для накопления чистых хим.элементов для синтеза из них нужных реагентов, а затем для извлечения из обогащённой какими-то редкими элементами или изотопами породы, которые другими методами не разделяются или не извлекаются, либо эти методы менее эффективны.

[SY]

E1(Fe)=26,958104·1028кэВ=~43,191644·1012 Дж=~11,997679·106кВт·ч

E2(Fe)=32,349725·1028кэВ=~51,829972·1012 Дж=~14,397215·106кВт·ч

И это только на само разделение элементов.
А еще надо учесть затраты на ионизацию(не такие большие) и затраты на получение атомарного газа из твердого вещества.
И самое главное - рециклировать энергию очень тяжело. В итоге все в тепло переходит.

[Фантазер]

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.

Интересно,а откуда возьмется "лишний кислород для его образования&Да еще в таком количестве.Для образования силиката железо должно предварительно окислиться.Даже если есть избыток силикатов,менее активных элементов в таком количестве не будет.В доменной печи фаялит образуется при избытке кислорода,у нас же просто переплав.Жаль что не могу посмотреть ссылку,учил французский,а Гугл ссылку не переводит.Может есть смысл плавить реголит в центрифуге?

[SY]

Интересно,а откуда возьмется "лишний кислород для его образования&Да еще в таком количестве.Для образования силиката железо должно предварительно окислиться.

В природе стехиометрическое соотношение в кристаллических минералах практически всегда отличается от теоретического.
В составе реголита большая часть железа уже окислена и представлена ильменитом и оливином(тот же фаялит с частичной заменой железа магнием). Металлическое железо тоже безусловно обнаруживается, но как практически везде пишут, в виде тончайших пленок. Как отдельную фракцию металлическое железо в реголите не выделяют, хотя, если мне не изменяет память, в пробах Луны-16 нашли две песчинки из сплава железа с благородными металлами(одна железо-платина и одна железо-платина-родий).
По результатам исследований академика Виноградова П.В. партий реголита переданных американцами(предупреждаю сразу - есть много критики этих исследований), в образцах реголита на зернах базальтовых минералов тончайшие слои металлического железа чередуется со слоями окисленного.
В доменной печи широко используют известь - чего на Луне не ожидается.
Кислорода в реголите достаточно много - более 40% по массе, т.е. практически все элементы окислены. При переплавке он перераспределится в пользу более активных элементов.

[Фантазер]

В составе реголита большая часть железа уже окислена и представлена ильменитом и оливином(тот же фаялит с частичной заменой железа магнием)

Я собственно о другом.Поиск мест падения крупных метеорных тел где содержание чистого металла гораздо выше и его использование.Так же остается открытым вопрос о его окислении,в реголите очень мало менее активных элементов чем железо.К тому же фаялит может при комплексной переработке стать источником кварца для получения волокна.

[crazy_terraformer]

Наткнулся при перелистывании http://profbeckman.narod.ru/RH0.files/7_4.pdf на

Различные изотопы поглощают свет с немного различной длиной волны. При помощи точно настроенного лазера можно избирательно ионизировать атомы какого-то определенного изотопа.
Получившиеся ионы можно легко отделить, допустим, магнитным полем. Такая технология имеет
чрезвычайную эффективность, однако в промышленных масштабах пока не применяется.

Лазерные методы разделения имеют большие перспективы на Луне (вакуум+дешёвая энергия).
Естественно предварительно придётся отделить кислород (чтобы не мешал,т.к. при отделении от его соединений других элементов будет выделяться в виде газа), продувая перемолотую породу горячим водородом.

[Фантазер]

Лазерные методы разделения имеют большие перспективы на Луне (вакуум+дешёвая энергия).

Кпд преобразования энергии в лазерное излучение весьма мал,особенно в перестраиваемых лазерах,Кпд самого процесса тоже низок,да и не нужны нам материалы с лейблом ЧДА.чистый для анализа,разве только в мизерных количествах.Старый добрый электролиз расплава куда экономичнее и технологичнее.Имхо зонная плавка для этого (разделения) гораздо проще,особенно с солнечным нагревом.

[crazy_terraformer]

Лазерные методы разделения имеют большие перспективы на Луне (вакуум+дешёвая энергия).

Кпд преобразования энергии в лазерное излучение весьма мал,особенно в перестраиваемых лазерах,Кпд самого процесса тоже низок,да и не нужны нам материалы с лейблом ЧДА.чистый для анализа,разве только в мизерных количествах.Старый добрый электролиз расплава куда экономичнее и технологичнее.Имхо зонная плавка для этого (разделения) гораздо проще,особенно с солнечным нагревом.

В данной статье википедии https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%B5%D1%80%D0%B5%D1%81%D1%82%D1%80%D0%B0%D0%B8%D0%B2%D0%B0%D0%B5%D0%BC%D1%8B%D0%B9_%D0%BB%D0%B0%D0%B7%D0%B5%D1%80 пишут:

В последние годы в связи с прогрессом в разработке высокоэффективных нелинейных кристаллов альтернативой перестраиваемым лазерам в ряде применений могут быть оптические параметрические генераторы, накачиваемые лазерами с фиксированной длиной волны излучения. Перестройка длины волны излучения такого генератора производится при помощи изменения ориентации или температуры нелинейного кристалла.

Кроме перестраиваемых лазеров разве нет других?
С электролизом вопрос в электродах.

[SY]

да и не нужны нам материалы с лейблом ЧДА.чистый для анализа,разве только в мизерных количествах.

Это верно подмечено, что на начальном этапе(первые 2-3 десятка лет) такие материалы проще привести с Земли, чем ради нескольких килограмм возводить заводы. А в первый десяток лет там востребованы будут конструкционные материалы (металлы, базальтовое литье) и различные неметаллы (в основном газы), которые будут добываться попутно.

Старый добрый электролиз расплава куда экономичнее и технологичнее.Имхо зонная плавка для этого (разделения) гораздо проще,особенно с солнечным нагревом.

Все таки плавить все подряд мне не кажется удачной идеей.
Это на Земле благодаря дешевизне энергии(уголь, газ) и огнеупорных материалов(шамотная глина) перешли к разделению металла и примесей с помощью переплавки. Само по себе восстановление железа начинается при температуре выше 500 грЦ и уже в районе 800 грЦ идет с достаточной интенсивностью. Переплавка нужна именно для очистки железа от примесей, что в более раннюю эпоху(когда температуры в полторы тысячи грЦ были не доступны) наши предки делали с помощью ковки.
В условиях Луны разделение смеси металл-шлак будет идти очень медленно(плавка в центрифуге - фантастика), причем в первый десяток лет ситуация будет осложняться отсутствием местных огнеупоров, флюсов(известь) и наличием в реголите большого количества соединений алюминия и титана которые сами по себе достаточно тугоплавки и вязки в расплавленном состоянии без флюсов(даже на Земле оливин, ильменит и титаномагнетит не используют в доменных процессах). Более того, даже если удастся расплавить реголит, то отчистить от него потом тигли будет представлять проблему.
Ставку нужно делать на более низкотемпературные процессы с целью выделить чистый оксид железа, потом его восстановить до железа и прессованием получать исходный "прокат". Необходимый нагрев можно получать с помощью зеркал(а).
На Земле известны хим процессы по переработки подобных пород с разделением на оксиды составляющих элементов с помощью возгонки летучих соединений или выщелачивания.

[DimVad]

Переплавка нужна именно для очистки железа от примесей, что в более раннюю эпоху(когда температуры в полторы тысячи грЦ были не доступны) наши предки делали с помощью ковки.
В условиях Луны разделение смеси металл-шлак будет идти очень медленно

Очевидное решение - роботы-кузнецы.

[VimanaPro]

Очевидное решение - роботы-кузнецы.

(кликните для показа/скрытия)

http://www.youtube.com/watch?v=BQ-FMQOA0K0

[DimVad]

Очевидное решение - роботы-кузнецы.

(кликните для показа/скрытия)

http://www.youtube.com/watch?v=BQ-FMQOA0K0

Ну Вы же видите, как сложно в условиях Луны отделить металл от шлака. Почему бы не применить простую технологию - поковки ?
Конечно, в отличии от химии это довольно творческий процесс, но, думаю, слабого ИИ будет вполне достаточно.

Вообще, на Луне - не эта сложность главная. Главное - где взять углерод. Ведь имея его можно производить высококачественные углеродистые стали !

Полагаю, это решаемая задача - в составе комет обнаружен метан ! Конечно, для рентабельности нужно не только производить углеродистые стали, но и заправлять корабли Масха. А имея металл и топливо на Луне можно обеспечить приемлемую по цене транспортную систему.

[VimanaPro]

Полагаю, это решаемая задача - в составе комет обнаружен метан ! Конечно, для рентабельности нужно не только производить углеродистые стали, но и заправлять корабли Масха. А имея металл и топливо на Луне можно обеспечить приемлемую по цене транспортную систему.

Очень интересно.
Вы не будете против Вашего номинирования на http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/economic-sciences/ ?
 

[DimVad]

Очень интересно.
Вы не будете против Вашего номинирования на http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/economic-sciences/ ?
 

Я сегодня утром зашёл на астрофорум. Обсуждался вопрос каким образом на Марсе будут преодолевать "сотни, а то и тысячи километров". Ну там до разных полезных ископаемых...

Мне объяснили, что "легко, как два пальца сложить" это будет Hyperloop, который на Марсе Масх будет легко кидать туда-сюда...
https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,1277.msg3810072.html#msg3810072

Я понял, что для столь великого человека роботы-кузнецы на несчастной Луне - это "как два пальца сложить", а уж создать транспортную сеть с помощью астероидного метана и кованных корпусов космических кораблей - так и совсем легко...

p.s. Нет, я не достоин этого номинирования. Номенируйте автора того поста, что про Hyperloop

[VimanaPro]

p.s. Нет, я не достоин этого номинирования. Номенируйте автора того поста, что про Hyperloop

Ему пока что нельзя ни на что номинироваться

[sharp]

Ему пока что нельзя ни на что номинироваться

Он несовершеннолетний штоле?

[VimanaPro]

Ему пока что нельзя ни на что номинироваться

Он несовершеннолетний штоле?

Типа того

[Фантазер]

Все таки плавить все подряд мне не кажется удачной идеей.

И т д.Для начала разделяем Реголит по размеру частиц-сито.Затем вибратор разделяет частицы по удельному весу более легкое "всплывает,более тяжелое тонет.Ну и магнитная сепарация.Пролетая через сильное МП частицы с большим содержанием ферромагнетиков будут отклоняться сильнее.Тепловая солнечная энергия в космосе и на Луне самая дешевая.Самая мощная солнечная печь-концентратор 3000 м\2плавит несколько килограмм металла в секунду.Т до3000 с.Энергия на зеркале,оно вторичное 800  вт/м2.На луне больше 1,5 квт больше в два раза,достижимая Т тоже выше.сооружение  в десятки раз проще работать может -повторная металлизация десятки лет.Центрифуга для плавления?Размер в два раза больше молочного бидона. процесс то минутный.Тугоплавкая корка-футеровка нарастает автоматически.То что Вы называете переплавкой процесс несколько более сложный,основным является процесс восстановления окиси железа углеродом и именно невысокая Т достигавшаяся в тех печах,заставляла ковать железо.Повышение же Т вело к образованию чугуна.По моим же измышлениям нужно искать места падения больших ЖН метеоритов на поверхность Луны где концентрация Чистого железа многократно повышено.Такое железо не будет взаимодействовать с силикатами поэтому никаких раскислителей-окислов кальция и магния не потребуется.Такой минизаводик вполне уложится при желании в 20т вместе со сборщиками.

[Фантазер]

Я сегодня утром зашёл на астрофорум. Обсуждался вопрос каким образом на Марсе будут преодолевать "сотни, а то и тысячи километров". Ну там до разных полезных ископаемых...

В свое время в ТМ была прилично оформленный проект дороги на подвешенных тросах для крайнего севера,ну и других нужд с очень низкой стоимостью постройки и эксплуатации и электроприводом.Вместо кузнеца нынче 3д принтер.Где-то читал с год назад что в Китае собираются на потоке производить таковые с массой деталей до полутонны,на Луне можно будет и баки принтеровать с гораздо большим успехом с одновременным отжигом и без всякой сварки.Ну а всяческих клапанов датчиков и прочей тонкой механики можно и с Земли привезти.А пальцы не нужно складывать ,ими шевелить нужно ,как и мозгами.