Газовые гиганты - источник термоядерного топлива

[sharp]

Исходим из допущения, что через несколько десятков или сотен лет удастся получить годный для коммерческого использования термоядерный реактор. Первоначально для термояда будет хватать топлива, добытого и произведенного на Земле, однако с ростом энергопотребления цивилизации, а так же в процессе освоения космоса неизбежно встанет вопрос о том, что именно космос должен являться источником топлива для термоядерной энергетики.
Традиционно звучат предложения о добыче топлива на Луне, но добыча на Луне - это граммы и даже миллиграммы добытого сырья на тонны переработанного грунта, и естественным образом возникает вопрос: почему бы не добывать сырье для термоядерного топлива хоть и дальше, но там, где оно сконцентрировано в свободном виде и в гигантских, практически неисчерпаемых количествах? Конечно, речь о газовых гигантах, в первую очередь о ближайшем к нам - Юпитере.

Чем это лучше добычи на Луне и других объектах?
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).

2. Относительная легкость развертывания. Используя группировку всего несколько сотен КА, можно будет полностью покрывать потребности цивилизации в энергии: достаточно, чтобы примерно раз в неделю очередной КА прибывал к Юпитеру, производил добычу и направлялся в обратный рейс. Таким образом, если полет в одну сторону занимает 2 года, требуется всего лишь 200 КА для непрерывного снабжения.
Тогда как для добычи ТЯ-топлива путем разработки Луны или любого твердого космического тела требуется развертывать на их поверхности мощную добывающую промышленность - тысячи сборщиков и десятки заводов для переработки - неизбежно выводя для этого огромные массы грузов с Земли. Причиной тому - крайне малые концентрации добываемых веществ.

3. Значительно повышаются возможности для колонизации планет и ресурсной разработки планет, а так же спутников Юпитера - за счет того, что решается проблема доступной энергии. Фактически это станет значительным шагом к тому, чтобы стать цивилизацией 2-го типа и полноценной космической цивилизацией.

Предлагаю обсуждать вопросы перспективности такой добычи и того, как наиболее оптимальным образом организовать процесс добычи и переработки.

Проблему собственно создания и введения в широкое применение термоядерного реактора предлагаю оставить за скобками, так как это предмет отдельного обсуждения в другой теме.

[sharp]

А разность гравипотенциалов крылышки то не сломит?

Не должна. На нейтронную звезду Юпитер не похож, вроде.

...кстати, а что именно Вы так думаете добывать?

Водород.

[sharp]

мысль гениальная ) у нас на орбите прямо рассадник шатллов.  Которые "просто" летают через атмосферу. Для Юпитера первая космическая - 43 а вторая 61 км/сек. Есть чем из атмосферы Юпитера разогнать "просто шатлл"?

Конечно, не рассадник, их придется произвести на Земле и запустить в космос. В перспективе - наладить производство составных частей КА полностью в космосе.

Вторая космическая Юпитера - только на первый взгляд проблема. Шаттл будет иметь термоядерный реактор в качестве энергетической установки, а некоторая часть добытых газов будет использоваться в качестве рабочего тела для разгона ионным или плазменным двигателем. Возможно - в отдельной разгонной ступени.
Зато соотношение орбитальных скоростей Юпитера и Земли таково, что, покинув Юпитер по рассчитанной траектории, шаттл может достичь Земли и выйти на ее орбиту, практически не расходуя на это энергию.

Аффтар вообще не понимает, что тот же гелий-3 в Лунном реголите содержиться из за накопления, принесенный солнечным ветром.

Вы, чукча, явно не читатель, а писатель. Перечитайте стартовый пост, а так же поинтересуйтесь концентрацией гелия-3 в лунном реголите. Прикиньте, сколько вам придется копать Луну прежде чем добыча выйдет хотя бы на самоокупаемость.

Конечно же столь редчайшие на Земле элементы

Водород на Земле содержится, главным образом, в составе воды. Используя ее для производства термояда, вы будете необратимо уменьшать ее запасы на Земле, постепенно высушивая климат. Кроме того, для снабжения топливом любых объектов на орбите вам придется производить запуски с Земли, расходуя на это топливо и загрязняя атмосферу.

[sharp]

Так системе Росси никакой Хелий3 и не нужен!

Если использовать протон-протонный цикл, то добыча хелия-3 действительно не нужна.

[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.

[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.

[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.

[sharp]

Да не взлетит ни один шаттл из юпитерианской атмосферы. И с Земли его поднять очень трудно, а тут нужно приложить в десятки раз больше энергии, причём непонятно какого происхождения.

Почему непонятно какого? Компактный термоядерный реактор на борту. В качестве рабочего тела использовать водород или гелий-4, закачанные из атмосферы. То есть, дейтерий и гелий-3 накапливаем как полезную нагрузку, остальное - как рабочее тело.
Для выхода на орбиту используем ЭРД с высокой большим расходом рабочего тела. Если корабль+полезная нагрузка весят 10 тонн, то всего 5 тонн р/т при скорости истечения 100 км/с будет достаточно, чтобы накинуть шаттлу 40 км/с скорости.

Если уж и создавать добычу на Юпитере, то корабли/механизмы и т.д. это осуществляющие должны постоянно там находиться, или в окрестностях, но никак не летать туда-сюда. Отправлять на Землю нужно специально созданный для этого транспорт, который не будет заниматься добычей.

Возможно, так и есть, в этом случае шаттлы должны курсировать между Юпитером и базой на одном из спутников (или орбите).

[sharp]

Компактный термоядерный реактор на шаттле?

Относительно компактный, массой около 5 тонн. Для часов и телефона тяжеловато, все-таки

[sharp]

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.

На Земле отношение тяги к весу вертолетного двигателя - около 20-30. В атмосфере Юпитера при давлении 1 бар плотность газа в 10 раз меньше земной, следовательно и тяга в 10 раз меньше.
Допустим, мы повысим мощность двигателя в несколько раз, и доведем соотношение до 10. То есть, каждый двигатель массой 2 тонны удерживает на себе 18 тонн веса платформы...

Каков вес одной платформы? Так навскидку, каркас, перерабатывающие мощности, реактор - не менее 10000 тонн, на удержание которых потребуется 560 двигателей. Мрщность одного двигателя будет равна не менее 30000 л.с, или 22 МВт, а совокупная мощность двигательных установок - 12 ГВт. С учетом КПД, вам нужен термоядерный реактор мощностью около 20 ГВт. И, даже если допустить, что он впишется в заявленную массу, вам придется расходовать 300 грамм/сек термоядерного топлива, или 25 тонн в сутки. И это только на удержание платформы на плаву. Скорее всего, это меньше, чем дневная выработка такой платформы. А при увеличении добычи и мощности реактора пойдет вверх и вес...

Про монгольфьер забудьте, при такой низкой плотности практически невозможно создать подъемную силу таким путем.

[sharp]

[ И тут я усомнился в целесообразности добычи гелия-3 на Юпитере вообще каким бы то ни было способом, что в атмосфере, что в экзосфере... Поднимать весь атмосферный воздух Юпитера, без предварительного выделения гелия-3  получается чистый энергетический проигрыш, если вспомнить о тамошней гравитации, впрочем, как и у любой планеты-гиганта]

Так и есть, затевать петрушку ради одного только гелия-3 нецелесообразно. Нужно либо добывать так же дейтерий и тритий, либо производить их из добытого водорода.

[sharp]

Энергия для покидания гравитационного колодца тоже солнечная от них.

Вопрос-то не в том, откуда брать энергию, а в том, чтобы тратить на весь процесс добычи меньше энергии, чем будет добыто.

[sharp]

Какого минимального размера должны быть панели солнечных батарей дабы обеспечить работу одного дрона-сборщика

Плотность солнечной энергии в районе Юпитера - 40 МВт на кв.км. С учетом КПД будем считать, что 10 МВт.

Т.е солнечная энергия могла бы добываться на орбитах близких к Солнцу от земной до меркурианской и ближе к Солнцу, а передаваться по сети трансиверов мазерным или лазерным излучением, в зависимости от КПД передачи и трансформации. Фактически в СС мог бы  наращиваться и поддерживаться рой Дайсона из СЭС и сети трансиверов.

Да нереально это, из-за рассеивания излучения. 1 млн км - предельная дистанция для такого рода передачи. При этом приемник может располагаться только на поверхности (ибо должен будет иметь непрерывную площадь в сотни кв.км).

[sharp]

А если не точечный? Вот вырастят 3-х километровый кристалл рубина или какого-то другого кристалла для мегалазера в вакууме и привед медвед.

Специалисты по лазерам утверждают, что КПД сильно падает с ростом диаметра луча.

Так 3-х километровый кристалл даст 3 км + те же 1.5 км по краям.

На самом деле нет, в формуле угла расходимости присутствует диаметр (в знаменателе), поэтому для толстого луча будет меньшая расходимость. Но КПД будет падать.

[sharp]

Надеясь на ИИ, вы сильно недооцениваете ЕИ. А он уже сгенерил 99% возможных идей и подходов. Когда ИИ появиться ему просто нечего будет изобретать, он сугубо сосредоточиться на допиливании старых идей.

Не обязательно поручать ИИ исследовательские функции. Если он сможет взять на себя управленческие - это будет уже прорывом и позволит отправлять в космос более сложные миссии. Как одна из стадий, которую требуется достичь - самовоспроизводящиеся роботы.