Годится ли ионный двигатель для звездолетов?

[SY]

В термохимическом цикле раскладываем воду на водород и кислород (КПД 40%-50%), далее это вместе с углекислым газам подаём в реактор с автотрофными водородобактериями, а ни собственно и производят пищевую биомассу.

Таким же способом можно получать метан - вершину цепочки последующего органического синтеза(этилена, пластиков, синтетического каучука).

[alex_semenov]

Вот тут вопрос. Возможно 10-20 кВт хватит для производства достаточного кол-ва калорий для человека, но не факт, что хватит для производства достаточного кол-ва кислорода. Хотя по теории должно срастаться, но могут быть нюансы.

Хаватит.
Система то замкнута! Если даже не хватит, есть технические средства. Чего-чего, а энергии у нас на борту много. 20 кВт/чел - это ТЕРМИЧЕСКОЕ ограничение, а не энергетическое.

Газы, по причине своего свойства быстро и незаметно куда-нибудь слинять, вообще будет большой проблемой для корабля поколений. Не напасёшься. А аварийные ситуации с утечками будут происходить за 1500 лет очень много раз. Но если считать потерю 1 т/год, то получается, вроде бы, не слишком много.

Тут надо разбираться. Но я не зря всю колонию запаковал в как можно более компактную "бочку". Что бы никаких переходов, длинных коридорв…

И ещё давайте возьмём ваши 25 кВт/чел и посчитаем бочку обитаемого отсека в качестве радиатора.

Я понял что люди читают форум по диагонали… Я уже второй раз указываю (то есть в третий по счету сообщаю) что 20 кВт/чел и был высчитан именно как термический предел для данной бочки!

В таком случае получаем объём ~16000 кубометров бочки на человека. Отсюда можно определять, насколько ажурна должна быть бочка чтобы уложиться в требуемые тонны на человека. Сколько их там у вас? Плотность воздуха ограничивает это значение в 16 т/чел. Но это в случае, если у вас сферическая бочка является надутым полиэтиленовым пакетом толщиной стенки в 1 мм.

Где-то кто-то лоханулся. У меня в МОЕЙ бочке получается 1 770 м3 на человека (в стендфордском торе 1 740). Плотность воздуха 1.225 кг/м3 то есть на человека  2200 кг.
Гм.. А про воздух я чуть-чуть забыл. Спасибо за эту подсказку (не все так ужастно как вы нарисовали) Придется мне к 20 тоннам добавить еще 2 тоны воздуха.

Кстати, можно посчитать допустимую потерю воздуха. Скажем давление за 1500 лет в отсеках может упасть на 1/3 (высокогорье).  Отсюда и считать утечку в год, в сутки….
Утечка обязательно будет. И считать надо не на 1500 а на 2000 лет. Мало ли что их ждет у цели?

Ой, корабль поколений укладывается только в диапазон между мегатоннами и гигатоннами! Какая "неожиданность"!
 

Не спешите…

[alex_semenov]

Кстати а можно ли использовать для подачи света в оранжереи световоды?

Но свет ведь всё равно придётся откуда-то брать.

Алекс, вы же знаете, что от вас отбиться куда тяжелей чем от других!
Придется брать!
Но его можно взять от ВНЕШНЕГО источника по отношению к объему бочки. 20 кВт/чел - это ограничение термическое. Если посчитать энергетические потребности колонии в долях от мощности двигателей, сами понимаете получим ноль-ноль-дым... Так что 5-и кратное увеличение затрат нас не сильно испугает. Нас пугает отвод тепла.
Вот почему я про световоды.  Если они нам годятся, то источник света можно расположить снаружи бочки и все его лишнее тепло в бочку не попадет.
Кстати, а если в качестве источника света использовать нечто, разогретое до 6000 К в вакууме (разумеется), какой КПД источника у нас получится?
Другая идея -использовать НЕЕСТЕСТВЕННЫЕ источники света. Красные лампы например. Узкополосные...
Вообще вы меня разозлили.   И я готов глубже лезть в этот вопрос. Раз пошли такая пьянка...

[AlexAV]

Таким же способом можно получать метан - вершину цепочки последующего органического синтеза.

Нет. Есть группа автотрофных водородобактерий которая может расти на смеси водорода, кислорода и углекислого газа. Естественно они при этом синтезируют всё гамму органических веществ необходимых для их жизнедеятельности.

Химически никто ничего синтезировать не собирается. Это заведомо безнадёжно. Только микробиологические методы.

[Андрей Курилов]

Тут надо разбираться. Но я не зря всю колонию запаковал в как можно более компактную "бочку". Что бы никаких переходов, длинных коридорв…

Тут вы обретаете другую проблему. Поверхность даже весьма чёрного обитаемого отсека при приемлемой температуре и почти идеальном внутреннем теплопереносе будет сливать примерно 300⁺⁵⁰_-50 Вт/м². Даже при 10 кВт/чел 10 тыс лбов будут создавать так или иначе 100 МВт паразитного тепла, что потребует уже 1/3 кв км площади эффективной поверхности обитаемого отсека. Масса такого обитаемого отсека даже при плотности воды будет уже 18 мегатонн. Это была одна из причин, почему я выбираю тороидальный бублик в качестве обитаемого отсека, а не компактную сферу или бочку.

[SY]

Цитировать (выделенное)
Газы, по причине своего свойства быстро и незаметно куда-нибудь слинять, вообще будет большой проблемой для корабля поколений. Не напасёшься. А аварийные ситуации с утечками будут происходить за 1500 лет очень много раз. Но если считать потерю 1 т/год, то получается, вроде бы, не слишком много. Тут надо разбираться. Но я не зря всю колонию запаковал в как можно более компактную "бочку". Что бы никаких переходов, длинных коридорв…

При многослойной оболочке с понижением давления к краю звездолета, скорость утечки через каждую последующую будет падать пропорционально давлению.
Часть атмосферы может храниться в твердых соединениях и жидкостях. Что-то теоретически образуется в реакторе, стабильные изотопы инертных газов после тысячи лет выдержки можно без опаски запускать в отсеки как заменитель азота. В катастрофическом случае азот можно заменить рабочим телом двигателя, а кислород восполнить из воды.

[SY]

Другая идея -использовать НЕЕСТЕСТВЕННЫЕ источники света. Красные лампы например. Узкополосные...
Вообще вы меня разозлили.

не злитесь все давно решено. Узкополосные светодиоды вполне годятся для многих культур.
http://forum.ponics.ru/index.php?PHPSESSID=0a3dbbde3f3139608eaf102f1e0bcefb&board=3.0

[AlexAV]

Другая идея -использовать НЕЕСТЕСТВЕННЫЕ источники света. Красные лампы например. Узкополосные...

Да собственно когда говорим о КПД 20% - это уже подразумевается (т.е. светодиоды и только узкими линиями). Если не светодиоды и широким спектром, то былj бы вообще 1%-5% .

[alex_semenov]

Кстати по ФАР и КПД растений относительно него. Цитата:

КПД фотосинтеза обычно выражают по отношению либо к падающей, либо к поглощенной растениями ФАР. Большинстве случаев листья работают с КПД меньше 5— 10 %, но у некоторых видов в особо благоприятных условиях он достигает 15 % (у С4-злаков 24 %).

Но кто хочет - ищет средства.

Можно ведь пойти по другой цепочке. Т.е. не через фотосинтетиков, а хемотрофов. Т.е. скажем так.
В термохимическом цикле раскладываем воду на водород и кислород (КПД 40%-50%), далее это вместе с углекислым газам подаём в реактор с автотрофными водородобактериями, а ни собственно и производят пищевую биомассу.

Да, такой вариант тоже возможен. Но "пищевая биомасса" - это слишком радикальный ход. Хотелось бы все же иметь огурчики, помидорчики, картошечку… "Пластиковая каша" (как и водоросли с тараканами) - это уже крайний случай. Мы же проектируем (пока что) что-то типа круизного лайнера а не эцих с гвоздями…

Кстати, я уже касался этого вопроса и делал оценки:

Эффективность фотосинтеза на солнечном свете составляет примерно 1%. При специально подобранном освещении можно добиться эффективности по эл-ству в ~10%.

Вот, я тоже эту красно-страшную оранжерею (не стал вырезать, ибо на другом уже листе) первым делом и вспомнил! 10% по электричеству фактически снимает все вопросы. А это действительно так круто на самом деле? Там действительно 10% по электричеству?
Ссылку не дадите где это фото взяли?

[alex_semenov]

Да собственно когда говорим о КПД 20% - это уже подразумевается (т.е. светодиоды и только узкими линиями). Если не светодиоды и широким спектром, то былj бы вообще 1%-5% .

Да, но я выше все энергозатраты и считал от 2-3%!!! Про 20 % я только мечтал (но не рассчитвал ничего).

[alex_semenov]

Тут вы обретаете другую проблему. Поверхность даже весьма чёрного обитаемого отсека при приемлемой температуре и почти идеальном внутреннем теплопереносе будет сливать примерно 300+50-50 Вт/м2. Даже при 10 кВт/чел 10 тыс лбов будут создавать так или иначе 100 МВт паразитного тепла, что потребует уже 1/3 кв км площади эффективной поверхности обитаемого отсека. Масса такого обитаемого отсека даже при плотности воды будет уже 18 мегатонн. Это была одна из причин, почему я выбираю тороидальный бублик в качестве обитаемого отсека, а не компактную сферу или бочку.

Гм... что-то вы тут странное говорите.
Хорошо. Я обязуюсь еще раз ПЕРЕСЧИТАТЬ совю бочку. Может действительно где-то нолик потерял? Но людей я отдельно  не считал, ибо 150 Ват/чел собственного тела на фоне 20 000 ват/чел всей системы (за которые тут спор) смотрятся смешно, согласитесь.

[AlexAV]

КПД фотосинтеза обычно выражают по отношению либо к падающей, либо к поглощенной растениями ФАР. Большинстве случаев листья работают с КПД меньше 5— 10 %, но у некоторых видов в особо благоприятных условиях он достигает 15 % (у С4-злаков 24 %).

Это первичный КПД образования органического вещества, а не КПД трансформации энергии в прирост биомассы, что сильно не одно и тоже. Большая часть этого органического вещества будет в дальнейшем разрушена в результате дыхания для покрытия внутренних нужд растения. Фактически в прирост биомассы у злаков уходит менее 3% ФАР, а в зерно менее 1%.

http://ej.kubagro.ru/2006/07/pdf/04.pdf

[alex_semenov]

Пересчитал.
Ошибок на порядки (потери нулей) нет.
Хотя разница чуть-чуть вылезла.

Вот сомтрите. Бочка - у нас скругленный цилиндр диаметром 350 м и высотой 230 м
Объем - пи()*350*350/4*230 = 22 128 593 м3. Но я выкидываю 20% (на скругления) и получаю 17 702 875 м3. Делю на 10 000 (человек) получаю 1 770 м3.
Тут все сходится.

Теперь считаем наружную поверхность бочки. Это боковая стенка цилиндра и две верхние круглые крышки:

2*пи()*350*230+2*пи()*350*350/4 =445 321 м2 (здесь скруглегия я не буду вычитать ибо тут поправка будет незначительной, но если хотите - считайте)

Далее. 10 000 человек потреблая по 20 000 Ват электроэнергии превращают это в 200 000 000 Ват тепла (собственное тепло тут учитывать глупо). Тут и оранжерея и техпроцессы. Все…
Теперь считаем поверхность радиатора с коэффициентом черноты 0.9, нагретым до 25 С (298 К) которая сольет эту мощность по С-Б. Я получил 496 980 м2
Получилось больше чем 445 000 м2.
Но не на порядки (оказывается изначально я считал на 10 кВт/чел и там было все с запасом).
Да, поверхности для 20 кВт/чел малость не хватает. Когда я перешел от 10 до 20 и забыл пересчитать (перепроверить)? Уже не помню.
То есть, надо поставить еще "пластинку" 160 на 160 м.
Без нее равновесная температура будет 34 С. Жарковато…

Хорошо. Электроэнергия не свет. Согласен. Но если я получаю только свет для теплиц,
я вполне могу добиться 20 кВт/чел тепла (и тут уже никак не меньше)!
Вы прекрасно ищите причины (я вам благодарен)
Но не ищите средства…

А они просто напрашиваются.
Ну посудите сами. Допустим у нас есть система мощных источников света с кпд 20%. При этом он нагревается до 1000 К (допустим). То есть 4/5 уходит на огромную температуру. Для отвода ЭТОГО паразитного тепла достаточно иметь отдельный контур очень небольшого но горячего дополнительного радиатора снаружи (да хоть полоска в стенке или крышке цилиндра, нагретая до 1000 К). Таким образом именно паразитное тепло мы исключили и остается только чистый свет (который точно превратиться в тепло и уж с ним надо мириться считая его)

Но если мы поместим и этот источник света внутрь нашей бочки и все паразитное тепло сольем в атмосферу бочки (тупо и бездарно) вместе со светом, то нам это паразитное тепло теперь придется все равно сливать со всем остальным  теплом, но через холодный радиатор нагретый до 298 К. То есть теперь  слить эту паразитку (когда она смешалась с остальной, охладилась) нам нужно иметь куда больший радиатор (что мы и считаем как неразрешимую якобы проблему). А зачем так ТУПО делать?
Нужно быть ИДИОТОМ чтобы так проектировать систему освещения теплиц.

[AlexAV]

Но если мы поместим и этот источник света внутрь нашей бочки и все паразитное тепло сольем в атмосферу бочки (тупо и бездарно)

Нормальная рабочая температура светодиода (<100 градусов, всё же полупроводник) и жилого помещения отличается не на столько, чтобы идти на такие усложнения.

[AlexAV]

Да, такой вариант тоже возможен. Но "пищевая биомасса" - это слишком радикальный ход. Хотелось бы все же иметь огурчики, помидорчики, картошечку… "Пластиковая каша" (как и водоросли с тараканами) - это уже крайний случай. Мы же проектируем (пока что) что-то типа круизного лайнера а не эцих с гвоздями…

М... Как бы совместить не совместимое...

А если перейти на мясную диету (т.е. пусть пластиковой кашей кролики с курами питаются)?

[alex_semenov]

Кстати, для колонии в Антарктиде наши термические проблемы по барабану. Что же в итоге получается?
15 кВт света  на питание колониста. То есть 75 кВт электроэнергии. Плюс 5 кВт на прочие промышленные нужды.
Итого 80 кВт/чел.
По меркам нашего мира это немыслимо. Поэтому там и не живут. Ну а если возникнет потребность? Скжем Антарктида останется последним местом где есть богатые источники полезных ископаемых?

[AlexAV]

По меркам нашего мира это немыслимо. Поэтому там и не живут. Ну а если возникнет потребность? Скжем Антарктида останется последним местом где есть богатые источники полезных ископаемых?

Импорт с большой земли.

В крайнем случае аквакультура в прибрежных водах плюс теплицы с естественным освещением.  Связываться с искусственным даже там - абсурд.

[alex_semenov]

Нормальная рабочая температура светодиода (<100 градусов, всё же полупроводник) и жилого помещения отличается не на столько, чтобы идти на такие усложнения.

Алекс, это пример. Я не зря сразу спросил про световоды. Если я собираюсь выносить тепло от светового источника наружу, то первая мысль - туда поместить и сам источник света. И лучшее что можно было бы сделать - нагреть нечто до 6000 К в вакууме... Получу солнечный спектр по-сути. И интересно, с каким КПД?
Тут вообще желательно напрямую получить свет из тепла (без промежуточного электричества).
Если световоды для  передачи куда нам хочется этого солнца внутрь не годятся, придется использовать старый добрый метод - окна и зеркала (как это собирались делать в стэндфордском торе).
Архитекторам приодеться поизголяться. А что делать?
Я уверен в итоге получится даже красиво (с определенного ракурса смотрящий будет видеть бесконечную зелень)…
Тут предлагали поместить оранжереи по переферии, а важную инфроструктуру в центр? Вот и прекрасно! Будут у нас "висячие сады" вокруг центрального "небоскреба". Все что пробъеться сквозь листву - будет утилизировано как "вечное дневное освещение" для кольцевых прогулочных дорожек.

А если перейти на мясную диету (т.е. пусть пластиковой кашей кролики с курами питаются)?

Типа как у чукчей? Сурово…  Нет, разумеется НАДО! Это даже неожиданно… Но растительная пища все равно же нужна. Хотя в качестве деликатеса…


В крайнем случае можно было бы вывести (генной инженерией) людей с биореактором вместо желудка. Тогда вообще никаких проблем! Вставил штепсель в розетку… Витаминами  закусил… Но все же хотелось бы найти человеческое решение…

[alex_semenov]

Импорт с большой земли. 
В крайнем случае аквакультура в прибрежных водах плюс теплицы с естественным освещением.  Связываться с искусственным даже там - абсурд.

Да понятно.
Но это если большая земля есть. Сохранилась. Или хотя бы с ней можно еще торговать (она не одичала настолько). А если все станет так плохо? Хотя это конечно уже особо искуственный таймлайн... авторский произвол....
Хотя... Нынче авторы и не такой маразм выдумывают же!

[Retired]

Нормальная рабочая температура светодиода (<100 градусов, всё же полупроводник) и жилого помещения отличается не на столько, чтобы идти на такие усложнения.

Плохо светик -  эффективный (по кпд) преобразователь электричество - свет (до 90% современные), но спектр очень раздражительный для человеческого глаза, но УФ - светики для теплицы - очень даже подходят. Моя дочь (увлекающаяся "биосферами) так зелень зимой в подвале растит -великолепно получается.