Двигатель для межзвёздных перелётов

[vsevolodson]

Если доступные нам скорости только сотни км/с

Если доступные нам скорости только сотни км/с (или десятки), то лететь только к тем звёздам, что имеют синее смещение линий в спектрах и проходят в будущем достаточно близко к месту старта.

[Dem]

Да вы чё?!

С того момента процент U235 в уране упал в разы. Хотя если разрабатывать внесолнечный астероид - там его до половины может быть, если он свежий.

сли доступные нам скорости только сотни км/с (или десятки), то лететь только к тем звёздам, что имеют синее смещение линий в спектрах и проходят в будущем достаточно близко к месту старта.

Самая быстрая известная - Барнарда - имеет относительную скорость менее 150км/с. Если лететь не перпендикулярно к траекториям - то разгон не такой уж и большой нужен, хотя время вырастет в разы. Но для корабля поколений некритично, сколько именно поколений полёт займёт, если больше трёх.

[L_Pt]

Да вы чё?!

С того момента процент U235 в уране упал в разы. Хотя если разрабатывать внесолнечный астероид - там его до половины может быть, если он свежий.

Совершенно верно, тот природный реактор работал миллиарды лет назад, когда содержание U235 достигало ~3%. Против 0,7% в современном природном.
И то цепная реакция могла развиваться только в присутствии воды – замедлителя. В сухом состоянии, как в виде металла так и керамики, цепная реакция не идет. Реакторы на быстрых нейтронах работают при обогащении >15%.

[alex_semenov]

Откуда взялась мегатонна урана?
Я насчитал 200 000 тонн для миллионотонного корабля с "разумным" радиатором (3 км в диаметре) и 85 000 тонн для корабля с продвинутым (15 км в диаметре) радиатором.
Откуда миллион тонн?

По поводу "где брать". А почему не взять в гравитационной яме, если он здесь дешевле?
Да, придется его выкидывать из ямы (дополнительные расходы). Но если окажется, что выкидывать легче чем добывать на астероидах, то придется добывать  здесь и выкидывать из ямы. Я даже знаю как вкидывать. Это же метал!



Кстати.

До сих пор как раз 238-й уран недоиспользовался (хотя это наверняка временное явление)
Необходимость расходовать уран на военные нужды привела к тому, что из почти 2,5 млн тонн урана, добытых за всё время существования атомного сектора, более 600 тысяч тонн не были израсходованы в качестве топлива для АЭС.
http://atominfo.ru/news/air8588.htm



А вы думаете почему богатенькие америкосы  U-238-й использовался как балластный метал в пулях гатлинговских пулеметов на A-10?
То есть, если бы мы схватились раньше, то могли бы скупить лишний уран для 3 (ТРЕХ!!!) кораблей поколений мего проекта (так сказать)...

Вообще же…

Средняя концентрация урана в земной коре довольно велика – 3E-4 %. Это больше, чем, например, серебра (почти в 30 раз) или золота (примерно в 1000 раз). Его всегда довольно много, например, в гранитах – около 25 грамм на тонну. Немало его и в морской воде – примерно 3,4 мкг/л. В относительно тонком 20-километровом верхнем слое Земли содержится около 1E+14 т урана. Однако уран принадлежит к числу рассеянных элементов – лишь малая его часть сконцентрирована в рудных месторождениях с содержанием урана свыше 0,3%.
Тем не менее, ранняя добыча урана происходила из очень богатых руд. Так, уранинит из Конго (ныне – Республика Заир), использованный США при создании атомного оружия, содержал до 65% (по весу) чистой двуокиси урана. В настоящее время о таких рудах можно лишь мечтать, и к категории богатых относятся руды с содержанием урана свыше 0,3%. Руды с меньшим содержанием считаются бедными. Современным пределом экономической рентабельности целевой добычи урана (при цене до 130 долл. США/кг) считается величина от 0,001% до 0,5%.
В то же время экономическая целесообразность существенно зависит от того, является ли уран целевым продуктом добычи или же одновременным, либо побочным при комплексной переработке руд (как, например, при добыче фосфатов, золота, молибдена, ванадия, редкоземельных элементов). Добыча урана из морской воды с использованием имеющихся технологий обойдется примерно в 750 долл. США/кг и в обозримое время не имеет экономических перспектив.

http://www.atomic-energy.ru/photo/19380


Япония уже пробует извлекать уран из воды мирового океана. Через 200-500 лет человечество НЕИЗБЕЖНО будет добывать металлы из воды мирового океана. Будет ли и через 200-500 лет уран столь же востребован в энергетике как теперь? Ответ неоднозначный. Человечество ждут гигантские перемены.

В конце концов, даже если на астероидах или планетоидах не найдется урана в экономически выгодных концентрациях (речи уже не идет о редких богатых месторождениях созданных бактериями. Их уже все нашли и использовали) то есть еще надежда на Марс. Марс геологически близкая к Земле планета и вполне возможно там есть  породы, содержащие уран высокой концентрации. Транспортировать уран из гравитационной ямы Марса намного проще. Мало того что там меньше сила тяжести и разряженная атмосфера (пушечный способ доставки грузов на орбиту). Там есть тяжелые спутники, которые можно использовать как орбитальные тяговые локомотивы (за деталями - к Гансу).

В общем, вопрос об уране - сложный. Но не столь уж безнадежный.

[PavelB]

Про Японию вы метко подметили. Эта страна может длительное время добывать собственный уран и плутоний из Фокусимы из вод Тихого океана.

...
Япония уже пробует извлекать уран из воды мирового океана. Через 200-500 лет человечество НЕИЗБЕЖНО будет добывать металлы из воды мирового океана. Будет ли и через 200-500 лет уран столь же востребован в энергетике как теперь? Вопрос неоднозначный. Человечество ждут гигантские перемены.

В конце концов, даже если на астероидах или планетоидах не найдется урана в экономически выгодных концентрациях (речи уже не идет о редких богатых месторождениях созданных бактериями. Их уже все нашли и использовали) то есть еще надежда на Марс. Марс геологически близкая к Земле планета и вполне возможно там есть  породы, содержащие уран высокой концентрации. Транспортировать уран из гравитационной ямы Марса намного проще. Мало того что там меньше сила тяжести и разряженная атмосфера (пушечный способ доставки грузов на орбиту). Там есть тяжелые спутники, которые можно использовать как орбитальные тяговые локомотивы (за деталями - к Гансу).

В общем, вопрос об уране - сложный. Но не столь уж безнадежный.

[alex_semenov]

Блин, где Höðr  ухитрился довести модераторов до белого коления?
Кому-то в сердцах ляпнул что "пахал как негр"?
 
 

[alex_semenov]

Про Японию вы метко подметили. Эта страна может длительное время добывать собственный уран и плутоний из Фокусимы из вод Тихого океана.

Вы думаете эта ваша избитая шутка будет воспринята должным образом?


Кстати. К слову. Тупорылая атомная фобия как раз работает на экономию урана на земле … для будущих поколений космитов…  Чем резче будет сворачиваться атомная энергетика на Земле СЕЙЧАС, тем более дешевый уран здесь найдется через 500 лет.

Весь израсходованный сейчас уран (на пике демографического цунаме) будет потрачен  зря (жестоко, цинично, но верно). Все равно ситуацию (современный глобальный мир) он не спасет. Затянет и возможно сделает кризис цивилизации еще более жестким. Создаст массу проблем с радиоактивными отходами. Потому что современные ядерные реакторы - это гиперрасточительство. Так что я в общем то двумя руками за все это зеленое мракобесие...

[alex_semenov]

Как хранить 200 000 тонн урана?
А как вы себе представляете корабль массой в 1 миллион тонн и диаметром 3 км?
Сколько реакторов на нем будет?
Как они будут расположены так что бы радиаторы друг друга не грели?
Реакторов получится никак не меньше 100 (10 реакторов поперек 3 км - 300 м на радиатор одного реактора. Многовато…) Скорей всего под 1000 реакторов на приличном расстоянии друг от друга (~50-100 м)
Совершенно очевидно, что весь запас урана будет разбит на порции и распределен изначально если не в самих реакторах то рядом, готовый к очередной загрузке.
То есть в любом случае больше чем 300 тонн урана "в одром месте" не будет.
Кстати. При плотности 19 т/м3 300т U238 это меньше 16 м3. Куб со стороной 2.5 метра.
То есть это возможно вообще одна загрузка реактора.
Без всяких запасов.
Насколько это возможно? Не знаю. Но подкритические реакторы - вещь очень новая. Нехоженая.

[L_Pt]

Реакторов получится никак не меньше 100 (10 реакторов поперек 3 км - 300 м на радиатор одного реактора. Многовато…) Скорей всего под 1000 реакторов на приличном расстоянии друг от друга (~50-100 м)

А почему не один (два-три)? И почему именно подкритичный реактор?

[alex_semenov]

Кстати. Только сейчас досмотрел.



У родственного проекта из страны Незаходящей Демократизма The UP предусматривается 100 т сухой массы на 1 человека!…

http://homepage.mac.com/nancy_n_sven/Files/Ultimate.pdf

Насколько я понял это сухая масса. Без топлива…



Я же рассчитывал вложиться в 10 тонн. И лелеял мечту вообще о 1 тонне на человека…
Для сравнения. Орбитальная станция "Салют" на 2-3 человека имела массу ~20 тонн. То есть по 10 на человека. Это консервная банка без двигателей, полноценной СЖО и прочих сложностей. Но я рассчитывал на "коллективный эффект".

[alex_semenov]

А почему не один (два-три)?

Реактор должен быть в центре РАДИАТОРА. Махонький реактор в центре гигантского круглого (?) и плоского радиатора. "Махонький" это скорей всего цилиндр метров 10 в длину и 3-5 в диаметре. А радиатор диаметром 100-150 метров (надо конкретней считать).
Если я на глаз не ошибся, то теплоноситель надо гонять на 50-57 м. До края радиатора. Улавливаете почему?
Разумеется, лучше бы иметь 10-100 реакторов. Компактно. За одно меньше теневой защиты для жилых модулей. Но тогда получаться сверхдлинные каналы теплоотвода.
А жилые модули все равно надо как-то защищать от радиации космической. Так что решение очевидно.
Разбиваем на множество реакторов с радиаторами и выстраеваем как шестигранные соти вы гигантский диск 3 км в диаметре.

И почему именно подкритичный реактор?

Потому что U-238 не поддерживает цепной процесс. Значит делить его надо мощным потоком нейтронов из другой реакции. Есть несколько решений. Наиболее известное решение D+T амбиполярная ловушка  в центре банкета из  U238 (при Q<1).
Ценностей у подкритических реакторов целых 4.

1 Он безопасней (потому что подкритический)
2 Он работает на бросовом уране (U235 ему не нужен)
3 Он обеспечивает 100% выгорание ядерного топлива.
4. Он дожигает продукты распада (то есть одновременно и утилизирует радиоактивные отходы).
В общем, не реактор, а сказка!

[L_Pt]

А почему не один (два-три)?

Реактор должен быть в центре РАДИАТОРА. Махонький реактор в центре гигантского круглого (?) и плоского радиатора. "Махонький" это скорей всего цилиндр метров 10 в длину и 3-5 в диаметре. А радиатор диаметром 100-150 метров (надо конкретней считать).
Если я на глаз не ошибся, то теплоноситель надо гонять на 50-57 м. До края радиатора. Улавливаете почему?
Разумеется, лучше бы иметь 10-100 реакторов. Компактно. За одно меньше теневой защиты для жилых модулей. Но тогда получаться сверхдлинные каналы теплоотвода.
А жилые модули все равно надо как-то защищать от радиации космической. Так что решение очевидно.
Разбиваем на множество реакторов с радиаторами и выстраеваем как шестигранные соти вы гигантский диск 3 км в диаметре.

Считаете, это такая большая проблема сделать трубопроводы от электростанции до концов радиаторов длиной до 3 км?

И почему именно подкритичный реактор?

Потому что U-238 не поддерживает цепной процесс. Значит делить его надо мощным потоком нейтронов из другой реакции. Есть несколько решений. Наиболее известное решение D+T амбиполярная ловушка  в центре банкета из  U238 (при Q<1).
Ценностей у подкритических реакторов целых 4.

1 Он безопасней (потому что подкритический)
2 Он работает на бросовом уране (U235 ему не нужен)
3 Он обеспечивает 100% выгорание ядерного топлива.
4. Он дожигает продукты распада (то есть одновременно и утилизирует радиоактивные отходы).
В общем, не реактор, а сказка!

Но и ряд недостатков. В первую очередь – большую неравномерность тепловыделения в объеме реактора. Да, у них масштабируемость по этой причине плохая и придется делать много небольших реакторов.
И – гораздо худшие массовые характеристики. Нужен еще мощный источник нейтронов извне и значительные массы отражателей нейтронов.
Пункты 2-4 с успехом решаются в реакторах на быстрых нейтронах.

[Проходящий Кот]

....
 Потому что современные ядерные реакторы - это гиперрасточительство. Так что я в общем то двумя руками за все это зеленое мракобесие...

Да ладно. Вон Германия в связи с холодами запустила свои АЭС. Молча и без шума....

[Проходящий Кот]

......
Считаете, это такая большая проблема сделать трубопроводы от электростанции до концов радиаторов длиной до 3 км?
....

Это всё дополнительная масса. Короче, надо считать баланс....


Но это все-же не межзвездный корабль, а скорее космическая станция...
Кстати, очень масштабируемая....
 

[Okub62]

И почему именно подкритичный реактор?

Потому что U-238 не поддерживает цепной процесс. ...
1 Он безопасней (потому что подкритический)
2 Он работает на бросовом уране (U235 ему не нужен)
3 Он обеспечивает 100% выгорание ядерного топлива.
4. Он дожигает продукты распада (то есть одновременно и утилизирует радиоактивные отходы).
В общем, не реактор, а сказка!

Тогда почему бы не ториевый? http://npp.kiev.ua/stati/torievyj-tsikl-vybiraem-reaktor.html
Уже работы идут в этом направлении: http://www.pravda.ru/science/eureka/inventions/04-02-2011/1065663-torius-0/
Действительно, безопасней.

[L_Pt]

Тогда почему бы не ториевый? http://npp.kiev.ua/stati/torievyj-tsikl-vybiraem-reaktor.html
Уже работы идут в этом направлении: http://www.pravda.ru/science/eureka/inventions/04-02-2011/1065663-torius-0/
Действительно, безопасней.

За исключением физической стойкости металлического тория, что позволяет его использовать в реакторе именно в виде металла, а не керамики, во всех остальных отношениях он гораздо хуже урана.

[alex_semenov]

Считаете, это такая большая проблема сделать трубопроводы от электростанции до концов радиаторов длиной до 3 км?

Даже если и несложно, то это в любом случае ЛИШНЯЯ масса теплоносителя. То есть масса радиатора, по которой у нас все очень критично.
Если же мы распределим множество "маленьких" реакторов по сотам огромного шестигранника, то нам даже на провода к ионным двигателям тратится не надо. Тут же и расположим потребителя энергии. Распределим все двигатели по площади. Получится своеобразный тяговый парус к которому, кстати, можно жилой модуль подцепить на манер  полезной нагрузки парашюта. Тянуть не толкать…
Множество реакторов еще чем хорошо?  Часть из них будет все время на профилактике.
Все-таки работать они должны непрерывно столетиями!
Хотя тут, разумеется много зависит от неясных пока нюансов.
В любом случае есть пространство для маневра.
Выбора оптимума.

И почему именно подкритичный реактор?

В общем, не реактор, а сказка!

Но и ряд недостатков. В первую очередь – большую неравномерность тепловыделения в объеме реактора. Да, у них масштабируемость по этой причине плохая и придется делать много небольших реакторов.
И – гораздо худшие массовые характеристики. Нужен еще мощный источник нейтронов извне и значительные массы отражателей нейтронов.
Пункты 2-4 с успехом решаются в реакторах на быстрых нейтронах.

Я не силен в конкретных деталях реакторной техники. Но если реакторы на быстрых нейтронах так  хороши как вы говорите (особенно по пунктам 2-4) как и подкритические и даже лучше (по массе) то ради бога. Хотя, по пункту 2 - вы явно перегнули. Насколько я понимаю, хотя бы в момент запуска такой реактор все же должны иметь немалую концентрацию  U235 или плутония внутри себя.
Как они еще смогут работать? Откуда возьмутся нейтроны на поддержание цепной реакции и на наработку плутония внутри себя?

Но. Это уже тонкости.
В любом случае есть ряд возможных опций. Не важно каких.
Нам нужен реактор который бы выжигал все топливо без остатка (почти) и пережигал радиоактивные отходы (особенно средней активности) в малоактивные.  При этом топливом служил бы очень дешевый U238 или на худой конец торий. Так как топлива нужно очень много, то нужна некая супер-технология гораздо лучше той, что мы используем сейчас в атомной энергетике по наследству от военных.

[alex_semenov]

Тогда почему бы не ториевый? http://npp.kiev.ua/stati/torievyj-tsikl-vybiraem-reaktor.html
Уже работы идут в этом направлении: http://www.pravda.ru/science/eureka/inventions/04-02-2011/1065663-torius-0/
Действительно, безопасней.

За исключением физической стойкости металлического тория, что позволяет его использовать в реакторе именно в виде металла, а не керамики, во всех остальных отношениях он гораздо хуже урана.

Возможно. Но я хочу вот что сказать. Так как наш корабль огромен, то возможно нам не придется гоняться за суперлегкостью конструкции как это делают сейчас в случае космических реакторов массой всего в пару тонн.
Собственно сам реактор - не такая уж и тяжелая часть тяговой установки. Радиатор будет все равно тяжелее раза в 3.
 

[VimanaPro]

я хочу вот что сказать

Re: Представьте себе, что межзвёздный полёт возможен
« Ответ #294 : Сегодня в 23:23:07 »

[Dem]

Совершенно верно, тот природный реактор работал миллиарды лет назад, когда содержание U235 достигало ~3%. Против 0,7% в современном природном.
И то цепная реакция могла развиваться только в присутствии воды – замедлителя. В сухом состоянии, как в виде металла так и керамики, цепная реакция не идет. Реакторы на быстрых нейтронах работают при обогащении >15%.

Если отмотать на все 4.5 млрд лет - то u235 было больше в 2^6.5 = 90 раз. Правда и u238 было вдвое больше. Т.е. концентрация была за 30%