Долгосрочные перспективы ресурсного обеспечения технически развитой цивилизации

[pkl]

Что до прибрежной черты, то далеко не везде есть большие приливы.

Речь шла об океане и океанском побережье.

В открытом океане полно атоллов, там всё в порядке и с водой, и с ветром:

Для строительства энергонакопителей можно использовать такие вот атоллы. Правда, непонятно, как утилизировать вырабатываемую там энергию. Сажать энергоёмкие производства типа получения водорода?

при чём тут эффективность?

По минимуму, энергонакопитель должен сглаживать суточную неравномерность. Надо знать разницу между дневным и ночным потреблением мощности в энергосистеме. Каким должен быть оптимальный размер энергосистемы? При слишком длинных ЛЭП велики потери в проводах от тока, от короны, от трансформации.

Одним из преимуществ ГАЭС с ветронасосами является возможность их размещения практически где угодно, в т.ч. сравнительно недалеко от населённых пунктов, так что проблемы передачи энергии не будет. Объём же водохранилища рассчитывается исходя из суточного потребления, помноженного на продолжительность безветренных дней в году в даннной местности по результатам многолетних наблюдений. Думаю, для большинства территорий в мире такие данные уже есть. Да, в ряде случаев нужна поправка на испарение. На мой взгляд, запаса воды должно хватать на работу гидротурбин в течении двух месяцев штиля - нужно учитывать ещё и регламентно-профилактические работы ветряков, а также необходимость помогать соседям.

[pkl]

Как эффективно вести добычу, когда доставка чего-либо на астероид (как и доставка готовой продукции с астероида на Землю), возможна лишь в течении короткого периода раз в десятилетие - тоже не очень понятно.

Проблема рассматривалась применительно к марсианским экспедициям. Решение такое: экспедиционный комплекс несколько лет собирается на низкой околоземной орбите, затем поднимается на высокую и ждёт открытия астрономического окна. Как окно открывается, стартует к выбранной цели.

Двигатели, естественно, электроракетные.

Решение: электромагнитные ускорители массы. Пушки Гаусса или рельсотроны. Стрелять железной дробью, железо у нас и так есть, у нас хром и никель в дефиците.

Тут есть очень серьёзная техническая проблема. Оба типа электромагнитных ускорителей имеют сложно решаемые технологические сложности, которые пока не  позволяют их использовать для ускорения значительных масс до скоростей порядка нескольких км/с.

Для рельсотрона попросту не существует материала, способного сколько-нибудь эффективно противостоять дуговой эрозии при выстреле. Хоть какую-то стойкость имеет медь с серебряным покрытием, но даже такие направляющие выдерживают в лучшем случае десятки, сотни выстрелов, после чего приходят в негодность. Понятно, что такая стойкость направляющих делает рельсотрон практически непригодным для доставки промышленных колличеств металла с астероида. Ну и кроме того медно-серебряные направляющие требуют очевидным образом серебра, которого и на астероидах практически нет.

Рельсы должны быть, конечно, одноразовые и производиться из местных же материалов, благо при добыче никеля, хрома и т.п. количество побочных железа, алюминия и магния будет огномным. И пусть снашиваются - будем периодически менять.

Пушка Гаусса, хотя и не имеет проблем с эрозией направляющих, однако, для неё характерна другая сложность - неприемлемо низкий темп ускорения. Удельный магнитный момент насыщение железа при комнатной температуре  218 А м2/кг. Это значит, что при ускорении полем 5 Тл (довольно большое поле) пушка Гаусса будет сообщать железному снаряду около 1090 Дж/кг на ступень. Чтобы набрать с помощью пушки Гаусса скорость 3 км/с потребуется около 4128 таких ступеней. Так как каждый соленоид на 5 Тл тоже не совсем меленький, то конструкция в целом получится совершенно монструозной. Собственно из-за этого в современных проектах корабельных электромагнитных пушек речь практически всегда идет о рельсотронах, а не о пушках Гаусса (несмотря на нерешенную проблему эрозии направляющих в рельсотроне, которой вообще нет у пушки Гаусса). Попросту пушка Гаусса, ускоряющая снаряд до более-менее приличной скорости, получится неадекватно большой даже для эсминца.

Полагаю, для космоса, в условиях микрогравитации, такое ограничение не очень актуально.

[pkl]

Понятно, что такая стойкость направляющих делает рельсотрон практически непригодным для доставки промышленных колличеств металла с астероида.

pkl кажется подразумевал рельсу не в качестве доставщика грузов, а в качестве двигателя.

И это тоже. Можно стрелять металлическими чушками по Земле, в теплозащите. Посылки будут падать на неё подобно метеориту. Можно использовать рельсотрон в качестве двигателя межпланетного транспорта. 2 - 3 км/с - достигнутая величина.

[pkl]

Пошли в дело локомобили - тракторный движок на керосине или лигроине, и генератор. В 6 вечера заводили, в 10 выключали.
А водяные насосы от ветряков по Африке (южной) и Австралии во многих местах стоят. Даже брошенные хозяевами, исправно качают воду 50 лет без обслуживания, давая питьё антилопам и кенгуру.

Да, ими я тоже вдохновлялся. Считаю подтверждённым факт, что такие установки могут работать десятилетиями без ремонта и обслуживания.

[pkl]

А учитывая, что на месте нам доступен только одни ферромагнитный материал (собственно добываемый на астероиде сплав железа и никеля), то даже при скорости отбрасываемой массы 3 км/с (при ХС = 3 км/с) нам придётся выбрасывать более 60% добываемого никеля, что уже величина, мягко говоря, неприлично большая. А если скорость отбрасываемой массы ещё уменьшать - и совсем получится какой-то колхоз "Напрасный труд", когда большую часть добываемого никеля мы просто необратимо выбрасываем в виде реактивной струи. Причём даже ускоритель Гаусса до 3 км/с получается какой-то монструозной конструкцией, явно не годящейся на роль двигателя КА.

Подождите, а побочные металлы Вы куда собрались девать? Никеля там 20% от силы, остальное железо и проч.

[pkl]

МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ЧУШКИ из никеля, хрома и т.п., которые будут падать к нам сюда подобно метеоритам.

точно ... падать прямо будут в молочные реки с кисельными берегами, там  прямо будут закляться и тут де из этих рек будет доставать дамасскую сталь

Да не, просто на Землю.

[pkl]

Вертикальная ветротурбина, о которой мечтается Алексу АВ:
https://www.youtube.com/watch?v=d0MqbSjiiks
1,5 МВт мощности. Однако, мне они кажутся компактнее и гармоничнее турбин с горизонтальной осью вращения.

[AlexAV]

Подождите, а побочные металлы Вы куда собрались девать? Никеля там 20% от силы, остальное железо и проч.

Да не будет там никаких побочных металлов. От вещества астероида довольно просто отделить сплав железа и никеля (около 6% никеля), который без разделения и нужно будет доставлять на землю. Никаких иных металлов там не будет получаться вообще.

Железо и никель образуют непрерывный ряд твердых растворов и разделять их задача довольно нетривиальная. Простые физические способы тут не работают. Это в принципе можно делать через хлориды, карбонилы, водные растворы солей (скажем используя различие в произведении растворимости сульфидов или Fe(OH)3 и Ni(OH)2). Но всё это будет довольно сложным химическим производством, требующим огромного количества реактивов, которых на астероиде просто нет (ну может кроме использования карбонилов, да и то только на астероидах из углистых хондритах, хотя с учётом жестких условий синтеза карбонилов и низкой скорости этого процесса для многотоннажного разделения никеля и железа этот подход не очень годится). В общем разумных способов получения чистого никеля прямо на астероиде не очень видно, соответственно, видимо потребуется отправлять на землю весь сплав без разделения.

[AlexAV]

Вертикальная ветротурбина, о которой мечтается Алексу АВ:
http://www.youtube.com/watch?v=d0MqbSjiiks

Так понимаю, что аэродинамическая схема Дарье. Довольно неплохой вариант.

[Kaiserfrogling]

Так понимаю, что аэродинамическая схема Дарье. Довольно неплохой вариант.

https://en.wikipedia.org/wiki/Vertical-axis_wind_turbine
Очень даже плохой - из-за одного из самых низких КПД (10%)
Даже ветряная электростатика с 5-7% КПД выглядит интереснее, из-за простоты и очень низкой стоимости установки и ее обслуживания

[leon10010]

Всю колонну на жесткие сцепки.

  Вся колонна бампер в бампер. Передняя "паровозом " шла. Если что с ней случалось - в зад колонны.
 Бампера на одной высоте.

[Lieut]

Железо и никель образуют непрерывный ряд твердых растворов и разделять их задача довольно нетривиальная. Простые физические способы тут не работают. Это в принципе можно делать через хлориды, карбонилы, водные растворы солей (скажем используя различие в произведении растворимости сульфидов или Fe(OH)3 и Ni(OH)2). Но всё это будет довольно сложным химическим производством, требующим огромного количества реактивов, которых на астероиде просто нет (ну может кроме использования карбонилов, да и то только на астероидах из углистых хондритах, хотя с учётом жестких условий синтеза карбонилов и низкой скорости этого процесса для многотоннажного разделения никеля и железа этот подход не очень годится). В общем разумных способов получения чистого никеля прямо на астероиде не очень видно, соответственно, видимо потребуется отправлять на землю весь сплав без разделения.

Или разделять обратимой парогазовой реакцией
Fe + H2O = FeO + H2
Энергия Гиббса у реакции близка к нулю, т.е. состав газа после реакции это всегда смесь паров воды и водорода приблизительно в равных количествах. Разделяется парогазовая смесь охлаждением.
FeO отделяется от никеля (с кобальтом и другими электроположительными металлами) гравитационно в расплаве и далее реакцией с H2 снова восстанавливается до железа (а вода регенерирует).

Да, а железо использоваться на месте в первую очередь для строительства радиаторов, которых надо будет много, очень, очень много.

[AlexAV]

https://en.wikipedia.org/wiki/Vertical-axis_wind_turbine
Очень даже плохой - из-за одного из самых низких КПД (10%)
Даже ветряная электростатика с 5-7% КПД выглядит интереснее, из-за простоты и очень низкой стоимости установки и ее обслуживания

Это проблема в основном только классического ротора Савониуса. Теоретическая эффективность ротора Дарье в целом соизмерима с эффективностью горизонтальных схем (https://www.sibran.ru/upload/iblock/093/09360fb964f1ba7be295dc76f43d3efa.pdf ). Есть и другие достаточно высокоэффективные аэродинамические схемы вертикального типа, например ротор Угринского (c КПД до 46%, что хоть и меньше верхнего теоретического предела КПД ветрогенератора, т.е. 59,26%, но не радикально).

[AlexAV]

Или разделять обратимой парогазовой реакцией
Fe + H2O = FeO + H2

Тут термодинамику нужно аккуратно считать. Дело в том, что NiO и FeO образует непрерывный ряд твердых растворов. Активность NiO в твердом растворе в FeO будет много меньше единицы, а значит \( \Delta G \) реакции

Ni + H2O = NiO (раствор в FeO) + H2 будет на много ниже, чем \( \Delta G \) реакции
Ni + H2O = NiO (чистой) + H2, особенно при высоких температурах, когда влияние энтропийного члена на \Delta G оказывается более существенно.

С учётом, что разница \( \Delta H \) образования FeO и NiO не особо большая, то так с ходу не очевидно, что равновесная концентрация никеля над чистым никелем в фазе FeO будет достаточно низкой, чтобы такой метод отделения никеля был эффективным.

Ну и этот метод обогащения материала никелем в любом случае требует значительного количества воды, а значит пригоден только для добычи на астероидах из углистых хондритов (другие типы астероидного вещества воды практически полностью обычно лишены).

[Kaiserfrogling]

Теоретическая эффективность ротора Дарье в целом соизмерима с эффективностью горизонтальных схем

Теоретически человек может летать маша руками. Проблема лишь в цифрах - нужно махать 200 раз в секунду.
Эта же аэродинамическая теория говорит что все верно - ротор Дарье может иметь КПД сравнимый с современными вертикальными ветряками (40%). Проблема лишь в цифрах - необходимы ветра не менее 120-130 метров в секунду, какие к счастью есть лишь в Антарктиде

[MenFrame]

Проблема лишь в цифрах - необходимы ветра не менее 120-130 метров в секунду, какие к счастью есть лишь в Антарктиде

Ты когда ахинею закончишь писать? Даже сильные ураганные ветра которые унесут любой ветряк к чертовой бабушке редко достигает 60 м/с

[Serg53]

Для строительства энергонакопителей можно использовать такие вот атоллы. Правда, непонятно, как утилизировать вырабатываемую там энергию. Сажать энергоёмкие производства типа получения водорода?

Может быть лучше выращивать в атоллах быстрорастущую биомассу?

[Serg53]

Повторяю вопрос. Не могу найти технические характеристики ветродвигателя Д-18. Может быть есть у кого-то?

[Lieut]

Тут термодинамику нужно аккуратно считать. Дело в том, что NiO и FeO образует непрерывный ряд твердых растворов. Активность NiO в твердом растворе в FeO будет много меньше единицы, а значит ΔGΔG реакции

Ni + H2O = NiO (раствор в FeO) + H2 будет на много ниже, чем ΔGΔG реакции
Ni + H2O = NiO (чистой) + H2, особенно при высоких температурах, когда влияние энтропийного члена на \Delta G оказывается более существенно.

С учётом, что разница ΔHΔH образования FeO и NiO не особо большая, то так с ходу не очевидно, что равновесная концентрация никеля над чистым никелем в фазе FeO будет достаточно низкой, чтобы такой метод отделения никеля был эффективным.

Ну и этот метод обогащения материала никелем в любом случае требует значительного количества воды, а значит пригоден только для добычи на астероидах из углистых хондритов (другие типы астероидного вещества воды практически полностью обычно лишены).

Разница dH образования оксидов железа и никеля 28кДж/моль, более чем достаточно.
Ni₃Fe также весьма термодинамически более устойчив чем простой никель.

В обычных хондритах воды также есть пару %. Потери всегда будут, но воду мы же не один раз планируем использовать.

Придет выбирать, или из околоземных астероидов железные чушки с некоторой примесью никеля, или есть теоретическая возможность из основного пояса астероидов отправлять почти чистоникелевые чушки.

[ivanij]

Повторяю вопрос. Не могу найти технические характеристики ветродвигателя Д-18. Может быть есть у кого-то?

  Может быть, эта ссылка пригодится: http://gildiam.ru/Portals/0/doc/literature/Vetrodvigateli.pdf. перелистайте до стр. 18. вообще интересный материал по механизации небольших хозяйств. Он и двигатель, он же и генератор.
 Сравнительно недавно этим занимались в ВИЭСХе, предлагая аналогичные механизмы уже не для колхозов, а для фермеров. Но сейчас они, кажется, этим не занимаются. Вот их официальный сайт: https://viesh.ru/commercialize-dept/