Газовые гиганты - источник термоядерного топлива

[LonelyWanderer]

Куб водорода весит около 90 грамм. Каков обьем "шаттла" нужен для тонны водорода? А для 10 тонн?

Что, вот прям куб водорода при нормальном атмосферном давлении? Я же, думаю, его предполагается не прямо в кабину закачивать

Что будет топливом у такого корабля? Та же вода по сути (ее компоненты) или инертные газы, сколько тонн надо их сжечь что бы выйти из гравитационного колодца того же Юпитера?

Ну, залетая туда со скоростью выше 2-й космической, можно вылететь с 1-й космической (потеряв скорость в атмосфере при заборе газов), а уж назад выбираться с помощью всяких там ионников и тому подобного. А как рабочее тело использовать ненужные газы - тот же протий (которого большинство), оставляя себе гелий-3, гелий-4, дейтерий.

[LonelyWanderer]

Я бы предложил ещё одну схемку добычи гелия-3 на планетах-гигантах. Не с помощью шаттлов, а с помощью космического лифта. Если его противовес, а именно база по выделению гелия-3 из общей массы атмосферных газов будет находиться чуть выше верхней кромки атмосферы (где не будет ощутимого торможения), то от него можно подвесить трос, тянущийся до верхней разряженной атмосферы, и на конце этого троса будет находиться заборник газов. Он будет испытывать аэродинамическое торможение, плюс торможение передачей тормозящего импульса забираемых газов. Чтобы ликвидировать последствия этого торможения на базе, на верху этого троса, должны находиться ускорители. Рабочим телом этих ускорителей будет служить протий - самое большое по массе вещество, а дейтерий, гелий-3 и гелий-4 будут забираться и транспортироваться потребителям. Энергетическая установка может представлять из себя атомный реактор, топливом для которого может служить искусственно полученные радиоактивные материалы через использование термоядерной энергии. Это самый простой вариант, но с меньшим КПД (нужно производить для него топливо). Больший КПД будет, если там будет непосредственно находиться термоядерный реактор, работающий на добываемом гелии-3. Ещё один вариант (подходящий, наверное, только для Юпитера) - СЭС (солнечные батареи, и зеркала-концентраторы, необходимые из-за малой плотности солнечной энергии). Также энергию можно туда попробовать подавать микроволновым способом.

[sharp]

Сколько он может захватить газа, не потеряв скорость движения настолько, чтобы не упасть на планету? Сдаётся мне, что это лишь несколько процентов от массы корабля, и то, если он движется по пролётной траектории, а не по орбите с перигелием в верхних слоях атмосферы, иначе это будет лишь доли процента массы корабля.

Зайдя в атмосферу, шаттл должен перейти на аэродинамический полет на турбинных двигателях - то есть, попросту говоря, превратиться в самолет. В этом случае вы можете лететь через атмосферу столько, сколько вам нужно, до тех пор, пока емкость не окажется на 100% заполнена сжиженным водородом.

Куб водорода весит около 90 грамм.

Куб жидкого водорода весит 70 кг. 14 кубов = около тонны.

[sharp]

Смысл в этих универсальных аппаратах(сбор и сжижение газов) имеется, если будет технология быстрого выделения гелия-3 и дейтерия, либо если в энергетическом плане добыча и доставка больших количеств водорода с планеты-гиганта будет дешевле электролиза воды на более мелких телах СС.

Как вариант - станция переработки на одном из спутников. Тогда будет две группировки шаттлов - добывающая и транспортировочная. Добывающая свозит сырье на базу, транспортировочная - курсирует между базой и планетами назначения, перевозя готовое топливо.

[sharp]

Не с помощью шаттлов, а с помощью космического лифта.

Вот только практическая реализуемость космического лифта крайне сомнительна. Да и на постройку вы потратите колоссальную энергию, которой у вас нет, пока вы еще не начали добычу с Юпитера.
Да и зачем лифт? Шатлл вытащит сам себя на 2-ю космическую ионным двигателем, использовав как рабочее тело примерно половину добытого газа.

[crazy_terraformer]

А я за большие автоматические летающие атмосферные платформы - гибрид монгольфьера (подъёмный газ-атмосферный воздух подогреваемый в баллонах или шарах) с электрическими вертолётными или турбореактивными двигателями, работающими в аварийном режиме. Платформа оборудуется заводом по сжижению и фракционированию атмосферных газов с причальной площадкой для грузовых челноков.
Источники энергии:
 1) внешние - орбитальные трансиверы (передача мазером или лазером), приёмник-энергии - ректенна, солнечные панели, зеркала собирающие свет на разного рода приёмники.
 2) внутренние
2.a)основные или аварийные атомные реакторы на платформах могут быть с большинством подкритических блоков для регулирования мощности и одним или парой обычных блоков, питающих вспомогательное оборудование, но главное запитывающих излучатели нейтронов для включения подкритических реакторов.
2.b) термоядерный реактор.
Какого размера может быть летающая плаформа?
Какого минимального размера должны быть электромагнитные катапульты для выброса из атмосферы Юпитера грузовых контейнеров с ракетными движками для перехода на НОО?
Размер определяется наибольшей мощностью магнитного поля, которое смогут развивать сверхпроводящие катушки не теряя сверхпроводимость и не разрываясь на части.

[LonelyWanderer]

Не с помощью шаттлов, а с помощью космического лифта.

Вот только практическая реализуемость космического лифта крайне сомнительна. Да и на постройку вы потратите колоссальную энергию, которой у вас нет, пока вы еще не начали добычу с Юпитера.
Да и зачем лифт? Шатлл вытащит сам себя на 2-ю космическую ионным двигателем, использовав как рабочее тело примерно половину добытого газа.

Я думаю, что всё в точности до наоборот. Какие ионные двигатели, их мощность такова, что удастся поддерживать полёт лишь в верхней экзосфере, собирая ничтожное количество вещества. А если опуститесь ниже, да так, чтобы как вы говорите, летать до тех пор, пока не соберёте нужное количество газа, то скорость упадёт слишком сильно, а 1-я космическая скорость на планетах-гигантах очень велика, вы не наберёте её назад никак. Тут возможен только пролётный вариант с заведомо излишней скоростью, с большим запасом кинетической энергии.

[LonelyWanderer]

А я за большие автоматические летающие атмосферные платформы - гибрид монгольфьера (подъёмный газ-атмосферный воздух подогреваемый в баллонах или шарах) с электрическими вертолётными или турбореактивными двигателями, работающими в аварийном режиме. Платформа оборудуется заводом по сжижению и фракционированию атмосферных газов с причальной площадкой для грузовых челноков.
Источники энергии:
 1) внешние - орбитальные трансиверы (передача мазером или лазером), приёмник-энергии - ректенна, солнечные панели, зеркала собирающие свет на разного рода приёмники.
 2) внутренние
2.a)основные или аварийные атомные реакторы на платформах могут быть с большинством подкритических блоков для регулирования мощности и одним или парой обычных блоков, питающих вспомогательное оборудование, но главное запитывающих излучатели нейтронов для включения подкритических реакторов.
2.b) термоядерный реактор.
Какого размера может быть летающая плаформа?
Какого минимального размера должны быть электромагнитные катапульты для выброса из атмосферы Юпитера грузовых контейнеров с ракетными движками для перехода на НОО?
Размер определяется наибольшей мощностью магнитного поля, которое смогут развивать сверхпроводящие катушки не теряя сверхпроводимость и не разрываясь на части.

Электромагнитная катапульта, выстреливающая груз со скоростью 47 км/с (для Юпитера) ?

[Aluminium]

Можно использовать импульсный двигатель (взрыволёт). Должно получиться стартовать даже с Юпитера.

[LonelyWanderer]

Предлагайте хотя бы приблизительные расчёты своих шатлов и дирижаблей
Я пока предложу приблизительный расчёт космического лифта.

Плотность водорода 90 г/м³, смеси с гелием будет где-то в районе 100 грамм. Воздуха 1200 г/м³к, разница получается 12 раз. Разность гравитации Земли и  Юпитера 2.5 раз.  Итого (не учитывая температуру), плотность юпитерианской атмосферы с глубиной растёт в 4.8 раз медленнее земной атмосферы.

Если бы мы организовали такую добычу газа из земной атмосферы, то нам нужно было бы расположить базу примерно на высоте МКС, километров 400-500 высоты, а воздухозаборник разместить на высоте километров 80, т.е. нам понадобился бы лифт длиной 400 километров. На Юпитере с учетом более протяжённой атмосферы, соответственно, нам нужен лифт длиной 2000 километров.

Ускорение свободного падения на поверхности Юпитера 2,535 g. Экваториальный радиус Юпитера 71 492 км, на высоте 2000 километров гравитация будет слабее в 1,0567 раз, т.е. равна 2,39 g. Разность получается 0,136g.  Эта цифра нужна для расчёта реальности подобного космического лифта.

Стальной трос длиной 2000 километров, неизменяющейся толщины, с площадью сечения 1 м² (беру это сечение, чтобы не переводить цифры) при средней гравитации 0.068g будет весить: 1060800000 кг или 1060000 тонн.

Предел прочности высоколегированной стали марки 30ХГСА 1.4·10⁹ Па. Паскаль = нюьтон на метр², или 0.102 кг/м².
Соответственно, данная марка стали может выдержать 1.4·10⁸ кг веса с площади сечения 1 м².
Итак, сравниваем:
Предел прочности 140000000 кг
Вес:                      1060800000 кг

Разница всего 7.58 раз.
Соответственно, реализуемости такого космического лифта можно добиться применением, естественно, не стали для сооружения космического лифта, а более пригодных для этого материалов. Тут даже нанотрубки не нужны. По данным Википедии, плотонсть углеволокна 1900 против 7780 у стали 30ХГСА , а прочность углеволокна 4·10⁹ против 1.4·10⁸ у стали.
Итого углеволокно лучше стали в 11.7 раз. И это ещё не учитывая возможности по экономии веса с помощью изменения толщины.
Таким образом космический лифт с подобными параметрами реализуем с помощью применения углеволокна.

Космический лифт может из себя представлять вообще просто трубу. Воздухозаборник, движущийся в верхней атмосфере будет на входе иметь высокое динамическое давление, гораздо выше статического,и поэтому газы, попадающие туда, по идее должны вообще сами двигаться вверх по трубе на базу. Однако, компрессоры всё же должны быть из-за наличия трения со стенками трубы.
Наверху, на базе, газы будут разделяться, основная часть их, а именно водород - протий, будет использована как рабочее тело для двигателей. А дейтерий, гелий-3 и гелий-4 будут закачиваться в баллоны, после чего отправляться потребителям.

[mbrane]

Так системе Росси никакой Хелий3 и не нужен! Алюминево-воздушный топливный элемент - выделяет энергию и водород! Научиться его собирать(водород!). Потом греем с никелевым порошком и "итальянский термояд". Боги... та тут на целую звезду хватит ... зачем лететь?

А для итальянскоготтермояда корабли будем выводить на двигателях эмдрайв

[mbrane]

там, или даже десятки километров плазменной камеры "бублика" зажечь протон-протонный цикл синтеза?

дай догадаюсь чтот же нам мешает - наверное ....наверное....температура....я выиграл главный приз?

Рассуждения о снижающейся сложности повеселили...камрад берешь книгу по звездному неклеосинтезу....смотришь плотность и температуру плазмы необходимой для загорания звезды....потом изучаешь неутойчивости...а все потому шо не надо путать слабые и сильные ядерные силы

[mbrane]

Остаётся применение твердого металлического водорода,если можно его получить в промышленных масштабах в достаточно стабильном состоянии.

Свят-свят....

[LonelyWanderer]

Далее о высоте, с которой можно забирать газы, нужно знать температурные нагрузки, о которых как-то совсем никто не говорит, а ведь скорости входа-выхода в атмосферы планет-гигантов - десятки километров в секунду. Всё сгорит ещё задолго до набора необходимой скорости. Обычный спейс-шаттл не сможет поддерживать горизонтальный полёт в верхней атмосфере, т.к. скорость, при которой будут полезны его крылья и смогут поддерживать его будет слишком велика и он испарится.
Я взял космический симулятор и погрузил шаттл в атмосферу Юпитера до той высоты, где его температура остаётся приемлемой для работы.
Например на высоте, на которой статическое давление равно 0.0004 кПа, температура его из-за трения в симуляторе получилась 60⁰С, при давлении 0.0014 кПа - 200⁰С, при давлении 0.0052 кПа - 700⁰С, при давлении 0.01 кПа - 1340⁰С (это цифры лобовых деталей, горизонтальные плоскости 600-700 ⁰С).

Итого, если верить симулятору, и рассчитывать, что, под воздействием динамического давления газы будут подниматься по трубопроводу наверх, то конструкция воздухозаборника может быть предельно простой, без каких-либо механизмов, и он может работать при высоких температурах, например, как при последних приведённых цифрах, с давлением 0.01 кПа. А если так не получится, и нужны механизмы, компрессоры непосредственно в воздухозаборнике, то можно рассчитывать на высоту с давлением 0.0004 кПа.
Зная скорость движения, можно рассчитать количество забираемых газов исходя из диаметра воздухозаборника.
Например, при скорости движения  47 км/с и давлении 0.01 кПа при площади воздухозаборника 1  м² мы можем собрать 4.7 м³/с газа с нормальным давлением. Или 470 грамм/с.
Если верить Википедии по составу атмосферы, то на гелий придётся 47 грамм/секунду.
Если изотопное соотношение гелия-3 в атмосфере Юпитера такое же, как в лунном реголите, равное 0,043 %, то цифра получается 20 мг/с.
Или 1.73 кг/сутки. Согласно той же Википедии, 1 тонна гелия-3 равна 15 миллионам тонн нефти. Таким образом, 1 такой воздухозаборник с площадью 1 м² в верхней атмосфере Юпитера способен снабжать энергией, равной 26000 тонн нефти в сутки, или почти 10 млн.тонн нефти в год. Мировая добыча нефти - около 4 млрд.нефти в год. Соответственно, нужен воздухозаборник площадью 400 м² или совокупность их меньшего размера.

Вот, примерно такие рассчёты хочется увидеть  для дирижаблей, шаттлов и т.д.

ЗЫ: снизить шаттл в симуляторе хотя бы чуточку в атмосферу Юпитера никак не получается. Чуть попадая в самые верхние слои атмосферы, двигаясь с огромной скоростью по круговой орбите, он начитает быстро терять скорость, гораздо быстрее, чем растёт подъёмная сила его крыльев, в результате происходит неконтролируемое падение и сгорание. В то время, как в верхней земной атмосфере он может планировать очень долго со скоростью чуть меньшей, чем 1-я космическая, и может так пропланировать несколько оборотов вокруг Земли, прежде, чем опустится до нижних слоёв. И можно даже совершить временный прыжок обратно в космос. С Юпитером ничего подобного не получается. Скорость слишком велика, аэродинамическое сопротивление слишком велико, а подъемная сила столь неплотного газа, как водород - ничтожна при большой гравитации, и избежать катастрофы невозможно.

[sharp]

Если бы мы организовали такую добычу газа из земной атмосферы, то нам нужно было бы расположить базу примерно на высоте МКС, километров 400-500 высоты, а воздухозаборник разместить на высоте километров 80, т.е. нам понадобился бы лифт длиной 400 километров. На Юпитере с учетом более протяжённой атмосферы, соответственно, нам нужен лифт длиной 2000 километров.

Если верхушка лифта не на геостационарной орбите, лифт будет своей нижней частью испытывать трение об атмосферу. Как предлагается его компенсировать? На верхушке будут установлены стабилизационные двигатели? Какова должна быть их мощность, чтобы поддерживать на орбите тело массой несколько миллионов тонн?
Какими средствами предлагаете строить данное астроинженерное сооружение? Пока добыча топлива еще не налажена, у нас имеет место явный дефицит энергии.

[mbrane]

Сжиженный водород - протий как термоядерное топливо в протон-протонном цикле неудобен, там большая часть энергии уносится нейтрино.

При преобладании более чем на три порядка над кларком дейтерия - унос энергии нейтрино-сомнительный недостоток....

[sharp]

Если верить Википедии по составу атмосферы, то на гелий придётся 47 грамм/секунду.
Если изотопное соотношение гелия-3 в атмосфере Юпитера такое же, как в лунном реголите, равное 0,043 %, то цифра получается 20 мг/с.
Или 1.73 кг/сутки. Согласно той же Википедии, 1 тонна гелия-3 равна 15 миллионам тонн нефти. Таким образом, 1 такой воздухозаборник с площадью 1 м2 в верхней атмосфере Юпитера способен снабжать энергией, равной 26000 тонн нефти в сутки, или почти 10 млн.тонн нефти в год. Мировая добыча нефти - около 4 млрд.нефти в год. Соответственно, нужен воздухозаборник площадью 400 м2 или совокупность их меньшего размера.

В первом посте темы я предлагаю использовать группировку из 200 шаттлов, курсирующих между Землей и Юпитером. Если площадь воздухозаборников каждого шаттла 10 м2, то имеем добычу, эквивалентную 20 млрд тонн нефти в год.

[LonelyWanderer]

Если бы мы организовали такую добычу газа из земной атмосферы, то нам нужно было бы расположить базу примерно на высоте МКС, километров 400-500 высоты, а воздухозаборник разместить на высоте километров 80, т.е. нам понадобился бы лифт длиной 400 километров. На Юпитере с учетом более протяжённой атмосферы, соответственно, нам нужен лифт длиной 2000 километров.

Если верхушка лифта не на геостационарной орбите, лифт будет своей нижней частью испытывать трение об атмосферу. Как предлагается его компенсировать? На верхушке будут установлены стабилизационные двигатели? Какова должна быть их мощность, чтобы поддерживать на орбите тело массой несколько миллионов тонн?
Какими средствами предлагаете строить данное астроинженерное сооружение? Пока добыча топлива еще не налажена, у нас имеет место явный дефицит энергии.

Почему несколько миллионов тонн? Приведённые цифры лишь для простоты расчёта, чтобы не переводить цифры, не нужно же делать трос лифта с сечением 1 м².  И компенсанция зависит не от веса, а от лобового сопротивления водухозаборника и нижней части троса (и/или трубы).
Мощность для поддержания высоты нужно отдельно приблизительно рассчитать, но я пока устал, позже 
Рабочее тело для двигателей, я уже говорил - ненужный протий, которого подавляющее большинство.
Во-первых, чтобы сооружать такое, нужно уже иметь готовый, работоспособный, экономически выгодный (на фоне СЭС) термоядерный реактор, а уже потом думать, как добывать гелий-3. На первоначальном этапе, для единственного созданного реактора (а не для потребностей всей Земли), можно соорудить самый простейший и небольшой космический лифт, забирающий небольшое количество газов. Выше я предложил параметры для сбора более килограмма гелия-3 в сутки, при метровом воздухозаборнике  и высоте его на 0.01 кПа. Первый маломощный воздухозаборник можно расположить гораздо выше, где и давление меньше, и температуры от трения ниже, и длина троса меньше. Испытывая меньшее сопротивление можно и противовес расположить ниже, сократив длину троса с 2000 км до нескольких сотен километров. Вот с этого можно начать.

[ВадимZero]

1. Процесс добычи технологически несложен: спускаемый аппарат-шаттл просто летит через атмосферу и захватывает забортный газ, переводя его в сжиженное состояние и накапливая в баллоны, а затем поднимается назад, на орбиту и далее - к пункту назначения (Земле или Марсу).

Проблема только в том что только одну десятитысячную этой массы можно использовать как термоядерное топливо(гелий3+дейтерий) Остальное бесполезный водород который не в одном термоядерном реакторе(за исключением солнца) вы не сожгете. Скажем ваш шатл летящий на низкой опорной орбите Нептуна, будет забирать атмосферу на скорости 13км/с. А это 84,5 мегаджоуля на килограмм массы. Из него на топливо приходиться только 0.1 грамма, которые выделят при полном сжигании 34000 мегаджоуля энергии. Если взять суммарный кпд системы в 10%, то ЕРОИ добытого топлива получается в районе 40.
   Если с помощью тросовой системы понизить скорость улавливаемого вещества в два  раза, то ЕРОИ выростет до 160. Но лучше всего на мой взгляд, использовать селективное улавливание. Скажем поток проходящего газа облучать лазером с длинной волны настроенной на ионизацию дейтерия и гелия3, а ионны захватывать  магнитной системой.

[LonelyWanderer]

1. Процесс добычи технологически несложен: спускаемый аппарат-шаттл просто летит через атмосферу и захватывает забортный газ, переводя его в сжиженное состояние и накапливая в баллоны, а затем поднимается назад, на орбиту и далее - к пункту назначения (Земле или Марсу).

  Если с помощью тросовой системы понизить скорость улавливаемого вещества в два  раза, то ЕРОИ выростет до 160. Но лучше всего на мой взгляд, использовать селективное улавливание. Скажем поток проходящего газа облучать лазером с длинной волны настроенной на ионизацию дейтерия и гелия3, а ионны захватывать  магнитной системой.

Вряд-ли получится на такой скорости прохождения газов.