Ядерная энергия в космонавтике

[Dem]

Так на Марс же лететь, само то.

Солнечные батареи той же мощности на порядок легче.
Тяжелее они становятся где-то за Юпитером.

[Maki]

Солнечные батареи той же мощности на порядок легче.
Тяжелее они становятся где-то за Юпитером.

То есть вся возможная польза от этого летающего реактора - крайне эпизодическая доставка нагрузки в зону от Сатурна до Плутона?
Однако, очень "штучный" получается буксирчик. И, соответственно, чертовски дорогой.

[OratorFree]

То есть вся возможная польза от этого летающего реактора - крайне эпизодическая доставка нагрузки в зону от Сатурна до Плутона?
Однако, очень "штучный" получается буксирчик. И, соответственно, чертовски дорогой.

Пока это просто слова. Особенно без приведения численных оценок. Что-то мне подсказывает, 1 МГВт для солнечных батарей в районе Марса, например, скорее всего нецелесообразное решение. Но самому лень считать, приму аргументы против моей интуиции если они будут в численной оценке. 

[Maki]

Пока это просто слова. Особенно без приведения численных оценок.

Ну эта оценка была вполне численной:

Солнечные батареи той же мощности на порядок легче.
Тяжелее они становятся где-то за Юпитером.

Насколько она обоснована - другой вопрос.

[Dem]

Пока это просто слова. Особенно без приведения численных оценок. Что-то мне подсказывает, 1 МГВт для солнечных батарей в районе Марса, например, скорее всего нецелесообразное решение. Но самому лень считать, приму аргументы против моей интуиции если они будут в численной оценке. 

Стандартная кремниевая платина - 0.18мм толщиной. 1000 м2 будут весить 180*2.33 - 420 кг.  Ну пусть ещё 80 кг проводов - полтонны.
Мощность на земной орбите - 400 кВт У Марса - вдвое меньше.
Т.е. мегаваттная установка на СБ для Марса - 2.5 тонны батарей ну и пусть ещё полтонны электроники. Реактор более чем на порядок тяжелее.

Ну а батарею можно сделать не 0.18 мм толщиной а 0.01 (как её раскладывать правда непонятно)

[Маска]

Стандартная кремниевая платина - 0.18мм толщиной. 1000 м2 будут весить 180*2.33 - 420 кг.  Ну пусть ещё 80 кг проводов - полтонны.

Удельная масса одного квадратного метра СБ работающих на МКС составляет 3,54 кг/м2.
Вот теперь умножайте на 1000.Как видим 500 кг превращаются в 3540 кг.
В момент развертывания удельная мощность с одного метра составляла 100 Вт/м2,КПД 7,6%.
В результате деградации общая мощность СБ МКС упала с первоначальных 124 кВт до теперешних 80 кВт.

[LV46]

Удельная масса одного квадратного метра СБ работающих на МКС составляет 3,54 кг/м2.

Батареи-то бородатых годов выпуска (и еще более бородатых технологий). Потому и тяжёлые. Современные полегче будут, вероятно, в разы.

В момент развертывания удельная мощность с одного метра составляла 100 Вт/м2,КПД 7,6%.

И эффективность у них смешная как для современности. Сейчас бытовые панели имеют КПД 20%

[Dem]

Удельная масса одного квадратного метра СБ работающих на МКС составляет 3,54 кг/м2.

500 кг - батареи, 3 тонны - крепёж, должный выдерживать ускорения при выводе с Земли. Нахрен не нужный в невесомости.
Поэтому нужно выводить аккуратно упакованные пластины и собирать в космосе. В невесомости пластины могут прямо на токоведущих шинах висеть, им больше ничего не надо.

[дерево]

500 кг - батареи, 3 тонны - крепёж, должный выдерживать ускорения при выводе с Земли. Нахрен не нужный в невесомости.
Поэтому нужно выводить аккуратно упакованные пластины и собирать в космосе. В невесомости пластины могут прямо на токоведущих шинах висеть, им больше ничего не надо.

Можно даже не собирать, а надувать батарею с напылёнными проводниками на полимер надуваемой формы и прикрепленными к ним небольшими пластинами.

Стандартная кремниевая платина - 0.18мм толщиной.

В таком случае мощность будет ~200 Вт/кг для земной орбиты и ~100 Вт/кг для марсианской при прямом преобразовании солнечного света в электроэнергию.


Ядерную ТЭС лучше сравнить с солнечной ТЭС. Обе требуют почти одинаковую тепловую машину и радиатор, отличаются лишь источником тепла: ядерный реактор или большое зеркало. В этой работе* на с.48 приводится значение ~0,15 кг/м² для надувного зеркала из материалов 70х годов, что с учётом формы зеркала даст >4000 кВт/м² тепловой мощности для земной орбиты и >2000 кВт/м² для марсианской, а с учётом сильного развития полимеров за последние пол века то ещё в несколько раз больше. Одновременно надувное зеркало может являться и радиатором, обеспечивая температуру <300 K для земной орбиты. Дают ли ядерные реакторы (без тепловой машины) подобные удельные мощности? И какие преимущества для полёта к ближайшим планетам у сложного высокотехнологичного реактора, созданного по секретным технологиям, создающего опасность начиная с самого старта (если взорвётся ракетоноситель и разбросает высоко обогащённое топливо) и продолжая в полёте, требующего дополнительной подготовки космонавтов для его эксплуатации, трудно изготовляемого на малую мощность (для быстрого создания дешёвого опытного образца в космосе для отработки на нём технологий, чтобы потратить меньше средств и времени на создание установки полной мощности), имеющего международные политические проблемы на фоне нераспространения ядерного и наверное создающего ещё разные проблемы, по сравнению с легко масштабируемой солнечной ТЭС с надувным зеркалом, которую уже давно можно было сделать маломощную (пусть в начале и с не наилучшими удельными параметрами) дешёвую (без траты десятилетий и миллиардов), легко отправляемую в космос?


*Там зеркала рассматриваются для прямого нагрева газа в реактивном двигателе, а не тепловой ЭС, но это принципиально не влияет на характеристики зеркала, даже уменьшаются требования к его прочности, так как при равной мощности у ионника в несколько раз меньше ускорение
[Popular Mechanics 1957 №03]   [Solar Rocket System Concept Analysis (1979)]

[Dem]

Можно даже не собирать, а надувать батарею с напылёнными проводниками на полимер надуваемой формы и прикрепленными к ним небольшими пластинами.

Всё равно как-то сложить при выводе надо.

В таком случае мощность будет ~200 Вт/кг для земной орбиты и ~100 Вт/кг для марсианской при прямом преобразовании солнечного света в электроэнергию.

Кремниевые батареи уже КПД до 25% дают. А многослойные - 40-47%

Ядерную ТЭС лучше сравнить с солнечной ТЭС. Обе требуют почти одинаковую тепловую машину и радиатор, отличаются лишь источником тепла: ядерный реактор или большое зеркало. В этой работе* на с.48 приводится значение ~0,15 кг/м2 для надувного зеркала из материалов 70х годов

Не надо забывать, что тепловой машине нужны ещё и радиаторы для сброса "отработанного" тепла. И дохрена теплоносителя. Т.е. хоть и дешёвая (и могущая быть произведена на месте) но тяжёлая.

[Майоров Виктор]

Специалистом по этой части не являюсь, однако Вики утверждает, что при повышении температуры преобразователя на 1С КПД падает на 0.5% (https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BE%D0%BB%D0%BD%D0%B5%D1%87%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%B1%D0%B0%D1%82%D0%B0%D1%80%D0%B5%D1%8F) (см. рис.).
Сможет ли пленочная конструкция излучить в космос избыточное тепло?

[Абака Тунде]

Ядерную ТЭС лучше сравнить с солнечной ТЭС.

Я просто замечу, что в настоящее время все работы по солнечным ТЭС свёрнуты в виду их неконкурентноспособности перед фотовольтаикой.

[николай теллалов]

все работы по солнечным ТЭС свёрнуты в виду их неконкурентноспособности перед фотовольтаикой

это странно
у солнечного стирлинга КПД выше фотовольтаиков

[anovikov]

Так дело же не в КПД, а в цене.

[николай теллалов]

тогда тут "диллема" вроде покупки обуви: взять ли подешевлее, которая развалится на втором году, или раскошелиться на нечто дорогое, которое прослужит не менее 20 лет.
но, понимаю
с экономическими "аргументами" спорить бессмысленно

[BlackMokona]

тогда тут "диллема" вроде покупки обуви: взять ли подешевлее, которая развалится на втором году, или раскошелиться на нечто дорогое, которое прослужит не менее 20 лет.
но, понимаю
с экономическими "аргументами" спорить бессмысленно

Так дешевле общий цикл, ЕРОИ у фотовальтоники сильно выше

[николай теллалов]

ЕРОИ

а, да
любимый показатель
при вычислении коего удобно взять только некоторые (прямые) факторы, а косвенными благоприятностями пренебречь

умолкаю

[Vadims]

Кстати, хотел бы полюбопытствовать:
В каких проектах Министерства Обороны РФ мог бы пригодиться такой буксир, и какие выгоды он мог бы дать нашему гражданскому хозяйству?

Инженерный журнал: наука и инновации   # 6·2019

Особенности построения и возможные применения
мощных ядерных энергодвигательных установок
перспективных космических аппаратов

ГНЦ ФГУП «Центр Келдыша»
МГТУ им. Н.Э. Баумана

http://engjournal.ru/articles/1889/1889.pdf

[OratorFree]

Доставка тяжелых КА на ГСО                          - 180 суток (1МВт)
Транспортировка ПГ на окололунную орбиту   - 120-180 суток (3-4 МВт)

Неторопливый буксирчик получается. ЖРД на два порядка шустрее.

[Vadims]

Доставка тяжелых КА на ГСО                          - 180 суток (1МВт)
Транспортировка ПГ на окололунную орбиту   - 120-180 суток (3-4 МВт)

Неторопливый буксирчик получается. ЖРД на два порядка шустрее.

Ввиду некоторых физических законов торопливость экономичных электроракетников существенно улучшается с расстоянием (вплоть до на Марс за 30-40 дней и т.д.).