финикийский_торговец
Дык нет же окружающей среды, в которую можно выбрасывать тепло. Мне казалось, что это серьёзная проблема - скорость теплопроводности плюс площадь всяких штук для излучения лишнего тепла не ограничает ли возможности реактора?

Виктор Некрам, а на луне, в свою очередь, я бы не был так уверен в простоте отвода в почву тепла. На матушке Земле же не отводят тепло тупо в землю, разве нет? И что там с теплопроводностью лунного грунта ещё...

Лучистый теплообмен никто не отменял.
Ограничат в том смысле что налагают требования на площадь теплообмена (излучением). Я бы на вашем месте почитал про проект "Зевс" и как там это предлагается решать и отрабатываются решения на различным весьма непростых стендах.

На луне можно что-то и с отдачей в грунт придумать - но тоже с явным ограничением на мощность.
Т.е. в грунт у поверхности - а грунт уже излучением наружу.

Cogita
так именно они и перевели некорректно с русского технического на английский технический.

Любые эти ограничения - не абсолютные, а относительные. Т.е на тонну массы установки, на км2 площади грунта луны. Итд итп.

Матемаг
Почему? Физические свойства реголита, в т.ч. его теплопроводность, теплоёмкость и излучательная способность, известны, никаких аномалий в себе они не содержат. То есть проблемы отвода тепла не будет точно, будет задача – расчёта параметров (потребной площади, поперечного сечения трубок, длины, материала, теплоносителя) системы теплоотвода, которая бы в заданных условиях обеспечивала отвод заданного объёма тепла.

И да, ориентируясь на имеющийся опыт космических ядерных установок, можно ожидать тепловую мощность 10 кВт реактора на уровне 200 кВт. При том, что просто за счёт радиаторов в открытом космосе успешно отводили 150 ("Топаз"), ничего нерешаемого в указанной задаче я лично не вижу.

финикийский_торговец, ну дык я и интересуюсь, на мой дилетантский взгляд лучистый теплообмен не оч эффективен (по сравнению с любым другим теплообменом, ну, за исключением звёзд, хех). Там же типа должны быть просто титанических размеров... эм, как это называется? Короче, излучатели развешаны, причём между ними и реактором должен происходить очень быстрый теплообмен. Эта вся монструозная конструкция должна быть очень тяжёлой, разве нет?

ReznoVV
Погодь, это ритэги, а я уже в контексте ответа торговца про реакторы - настоящие, которые с топливом, раз уж его немного требуется и доставить не проблема. в АЭС теплообменником землю не используют же, верно? Вернее, используют (потому что нельзя не использовать, хех), но не как основной.

ReznoVV
Это пройденный этап с элементами Пельтье. Все новые проекты предлагают газовую турбину с КПД цикла порядка 30%.

Матемаг
10 кВт электрической мощность (как в проекте Kilopower, например) – это всё же скорее обычный реактор, а не РИТЭГ. Хотя конкретно в обсуждаемой новости пока что конкретное техническое решение и планируемая мощность не озвучены, 10 кВт – это просто пример того, что точно можно сделать на нынешних технологиях, и что планируют делать конкуренты.

Если вы без проблем и почти бесплатно можете набрать несколько миллионов тонн прекрасного теплоносителя, зачем вам заморачиваться с отводом тепла в грунт?

финикийский_торговец
О как! Интересно, не знал. Спасибо, надо будет почитать.

В стационарном режиме он не быстрый и не медленный. Он просто есть.

В случае длинной "цепочки" в передаче тепла растут температурные перепады и разности температур между "звеньями" "цепи" что либо задирает тмпературы в активной зоне, первом контуре (жидкометаллическом или же газовом - это детали), компрессоре и газовой турбине. заставляя решать непростые инженерные задачи. Преимущественно из материаловедения.

Либо при заданном потолке в массе и габаритах всего теплообменного заставит снижать температуру самых горячих частей ЯЭУ и тем самым снизить её термический КПД.
ReznoVV
"Зевс" по проекту - это сотни КВт.

ReznoVV,
О том и речь. У меня сомнения, инженерно решаемо ли оно, если не решалось в сколько-нибудь больших мощностях. Другое дело - мне сейчас подумалось, а нафига эти самые мощности? Ну тогда да, если станция на Луне будет потреблять немного, то никаких вопросов. Вернее, тогда другой вопрос: чем небольшая ядерная установка лучше солнечных батарей, которые, очевидно, есть более отработанная технология и которым теплоотвод не очень-то и нужен? Тем, что ядерная установка как раз ещё и греет?

финикийский_торговец
Вот именно про эти самые задачи у меня и есть сомнения. Просто я так не умею формулировать:)

Для запуска ряда технологических цепочек по использованию лунного вещества в строительстве базы, а не только привезенного.
Но всё это упирается уже в саму необходимость лунной базы.

Вот именно!
Цена ее постройки невероятно велика. Да, при отказе человечества от религий и рекламы - средства на такие научные опыты появятся.
Но вот назначение лунной базы непонятно. Опытов, которые нельзя проводить на Земле, но успех которых окупит лунную базу, физики пока не придумали. А больше и незачем

финикийский_торговец, о, а это интересно. А как собираются использовать лунное вещество? Есть какие-то наработки? Впервые слышу вообще о такое постановке вопроса.

Матемаг
Стены герметичных модулей базы из "лунного бетона" делать. Это ещё в 60-е по материальным и тепловым балансам считали и книжки в 1000 страниц выпускали.

финикийский_торговец
"Зевс" всё же пока не взлетел, а его реактор даже до стендов пока не добрался. Так что я консервативно сравниваю с уже летавшими "Топазами" и проходящим стендовые испытания Kilopower'ом.

Матемаг
В габаритах и весе, в первую очередь, особенно в случае масштабирования для обеспечения промышленной генерации. Солнечные панели МКС, когда были новыми, выдавали 120 кВт электрической энергии. При площади в полторы тысячи кв.м. и весе в десятки тонн. Да, современные плёночные решения компактнее и легче, но при наращивании мощности линейно растёт и размер, и вес конструкций. Ядерный реактор в этом смысле гораздо совершеннее, решения массами в сотни тонн уже генерируют единицы или десятки МВт.

Это вы у планировщиков лунных баз спрашивайте. Зачем они вообще нужны, зачем на них нужны люди, и какое производство там планируют запускать (а без производства это всё совсем-совсем бессмысленно, любые исследовательские задачи, не связанные с изучением самого человека, в космосе роботы решают лучше людей). Видимо, планируется именно большая потребная мощность, поэтому и реактор, а не панели.

trionix
Вот в условиях околунелевой гравитации много чего можно интересного исследовать. А вот на поверхности луны и мне неясно зачем.

ReznoVV
По частям - давно. Отдельно топливо(твэлы), каналы, элементы теплообменника и пр.

финикийский_торговец, а образцы из собранного грунта тоже делали? Любопытная тема.

ReznoVV
Я не уверен, что лунная база будет когда-нибудь на нашем веку нуждаться в "промышленной генерации". Что за промышленность там будет? Бетон промышленно производить? Дык это дело одноразовое, город на Луне всё равно содержать никто не будет, да и нафига?

Вы тоже не знаете, понятно:)

Не знаю. Но его хим. состав отлично известен.

финикийский_торговец, ну химсостава же недостаточно? Мало ли какие теории, надо же ещё на практике проверить, работает ль оно. В смысле, прежде чем разрабатывать реактор для промышленного превращения лунного грунта в бетон, надо бы проверить, а он точно норм превращаться в бетон будет, не возникнет ли ВНЕЗАПНОЙ проблемы, которая обесценит и проект бетона, и само строительство, и, что немаловажно, проект реактора, который больше нигде не пригодится?

Матемаг
Большинство исследований такого рода проводится на имитации реголита, благо, сделать её можно чуть ли не на любом силикатном заводе. Физико-химические свойства хорошо сделанной имитации совпадают с оригиналом (это проверяли, естественно) настолько, что расхождения не превышают погрешности измерения. И вот на таких имитациях проверяли разные технологии реголитного строительства, самой перспективной сейчас считается лазерное спекание (для которого как раз сравнительно много энергии надо). Там вполне серьёзные исследования проводились, с производством опытных образцов, полным циклом испытаний, выяснением несущей способности, теплопроводности и других сопроматовских параметров.

Опытное производство, вестимо. Без него базу строить бессмысленно, лучше потратить 5% её бюджета на отправку ещё пары луноходов, которые соберут сопоставимый объём научной информации, что и вся база. Да и производство, будем честны, автоматизировать проще, чем тащить туда космонавтов.

Я бы даже не был уверен, что авторы программы лунной базы это знают. Я бы ставил на то, что соображения национального престижа в этом вопросе перевешивают соображения рационального планирования.

Мне тоже неясно, но могу предположить, что там планируются опыты, для которых требуются очень большие массы оборудования. Настолько большие, что научиться получать металлы и прочее из лунных материалов и делать запланированное - дешевле, чем сделать оборудование на Земле и вывести в космос.

Вплоть до следовых количеств примесей? Достаточно.

Проблема в том, что земная индустрия опирается на "наследство" прошлых годов. Например при достатке электричества и недостатке ручного труда становится выгоднее получать металлы электролизом расплавов в вакууме. На Луне технология весьма годная, а на Земле стоимость вакуумирования установок начинает все осложнять.
Или подземное выщелачивание редких элементов. Без экологов и УК РФ - прекрасная технология.

финикийский_торговец
Ну физические же ещё свойства, размер пылинок и пр. Но я так понял по словам ReznoVV, что всё делали. Тогда звучит убедительно.

ReznoVV
Лучше бы Марсом поинтересовались, право слово. Хотя да, Марс дороже, а толку столько же в итоге. Не терраморфирование же Марса на серьёзных щах планировать!

Вообще, если подумать, то космос нужен только с научной точки зрения. Экономически оно нерентабельно. Разве что о выживаемости человечества поговорить, но действительно автономный хотя бы город на каком-нибудь Марсе - это...

Было бы неплохо терроформировать хотя бы часть Терры для начала.

Кстати, секрет Полишенеля:
"Зевс" нужен чтобы запитать свверхмогучий геосканер и получить с него местоположение всех бункеров в США и прочих местах.
+
Как буксир для обслуживания других спутников. На сдачу можно будет запитать новый тип плазменного двигателя и слетать к Луне и иным космическим телам нашей Солнечной системы и там тоже чего-нибудь поисследовать.

финикийский_торговец
Ну да. Но от здоровенного метеорита это не поможет. Т.е. наша дорогая Терра покамест единственный для нас шанс. Хорошо б иметь второй, но понятно, что будет это очень нескоро. Если будет.

Матемаг
На этой второй должны быть и все свои технологические цепочки для поддержания автономности.
СШК там... Или население от 100 млн как минимум.

финикийский_торговец, вот-вот. Нереальное оно в ближайший век. Думаю, населения можно по минималке и поменьше, но не более чем на порядок. Техноцепочки, опять же, не обязательно должны быть прям все, нужны только критические, невоспроизводимые так просто. Остальные, если вдруг Землю снесёт, уж раскорячатся и доделают, чтоб не помереть. Тут ещё вопрос не только про техцепочки, но и про ресурсы. Чтоб свои места добычи были.

Идея хорошая, но топить печи живыми экологами не популярно с 1945 года, а без того - не получится.

trionix

У нас проблема не с базовой генерацией, а с пиковой, в этом АЭСки вообще не помогут. Тут гидроэлектростанции нужны, или теплоэлектростанции, для стабилизации. Ну и плюс цена на электричество складывается далеко не только из стоимости генерации.

Марс без магнитного поля. Если только кабеля сверхпроводящее пробрасыаать.

Торговец твилечками
Звучит как план.

Помогут, если мощность АЭС будет по пиковой генерации, а для сглаживания - производства с большим энергопотреблением, способные уменьшать мощность. Например алюминиевые заводы - вне пика на полную, в пик - снижают токи на ваннах, только чтобы они не застыли.

Чем ядерный реактор лучше солнечных батарей? Тем что может работать и в темноте. А ночь на Луне 15 дней затем 15 дней день

Кстати, логично.

trionix
Это забивание гвоздей микроскопом. Именно энергосистема обслуживает нужды предприятий, а никак не наоборот. Какой смысл в подобном, когда гораздо проще ввести новые ТЭЦ и ГЭС, чем останавливать, а точнее замедлять производственные циклы?

В цене. Для ГЭС нет свободных рек. Их вред для экономики достаточно велик. ТЭЦ это постоянный подвоз топлива, его добыча, а значит коррупция и налоги на них.
В версии с алюминием, он становится едва ли не отходом от работы "балласта", он дешевеет, а дешевый алюминий пригодится во многих отраслях промышленности.
Балансом для АЭС можно построить и завод связанного азота, удобрения тоже нужны, а завод будет не очень большой по площади.

Вот интересно - а не вернутся ли к производству плутония? И под космическую, и под военную программу оно очень даже...

EnGhost
Её должны были уже решить введением новых газовых и парогазовых ТЭС, но там с газовыми турбинами не всё хорошо после 2014 сложилось. С ними традиционно не всё хорошо в СССР было всегда, потому что они для теплофикации не годятся, а потому всегда в загоне были.

trionix
Промышленности такое не интересно, они оборудование будут на 100% полностью окупать. И переменные режимы не идут на пользу никакому оборудованию.

Marlagram
Энергетического - уже.
Про военный сведений не имею, о под него нужны специальные наработчики с малой кампанией топлива, а их всех (известные мне и открыто известные с позиции запада) позакрывали.

И как выше написали, 14 суток - это 14 суток:
"Генеральный директор Роскосмоса Юрий Борисов сообщил, что разработка ядерной энергетической установки для лунной станции уже началась. Ранее Борисов отмечал, что компактный, надёжный и долговечный источник ядерной энергии на Луне необходим, поскольку лунная ночь длится около 14 земных суток и солнечные батареи не могут накопить необходимое для работы в течение всего этого времени количество энергии."

финикийский_торговец
Как вариант, в маховике можно хранить, там же вакуум. Посчитать надо, что выгоднее.

Торговец твилечками
Какой массы надо маховик отправить на луну?
Сама эта технология особого практического применения на Земле не имеет, хотя я её и рассматривал и по всем заявлениям она не лишена смысла. Однако везде речь шла о удельной емкости (всей системы с электромашиной) сравнимой с с емкость литиевого аккумулятора сравнимой массы. И предлагалось использовать его скорее как ИБП, чем аналог какой-нибудь ГАЭС.
Т.е. на 14 дней не годится.

финикийский_торговец
Зачем отправлять? Выплавить на месте.
Хотя постойте. Чтобы выплавить, нужна энергия. А для энергии нужен атомный энергоблок.
Замкнутый круг получается.
:))

Итак, нужно 14 дней выдавать скажем 200Квт.
Энергия... всего за 14 земных суток:
Е = 14*24*3600*200*1000 = 2,42E11 Дж.

Энергия вращения:
Ек = (Jω2)/2
где:
Ек - кинетическая энергия вращающегося тела, Дж
J - момент инерции тела относительно оси вращения, кг·м2
ω - угловая скорость вращения, рад/с = (Jω2)/2
где:
Ек - кинетическая энергия вращающегося тела, Дж
J - момент инерции тела относительно оси вращения, кг·м2
ω - угловая скорость вращения, рад/с

Пускай будет 10000 оборотов в секунду. Одного, множества роторов - пока не решил.

Тогда
J = 2Ек/(ω2) = 2*2,42E11/(3,14E4*3,14E4) = 4540 кг·м2

Один это блин, множество, пускай у них диаметр максимальный - 1 м. (ориентируясь на рабочие частоты вращения деталей турбин и удобства расчёта ради)

Момент инерции цилиндра:
J = mr^2

Тогда масса - 4540 кг.

С учетом прочего барахла - всего на 40 тонн +- выйдет.

Что может быть сравнимо с ЯЭУ, но добавьте ещё удвоенной мощности солнечные панели для работы и зарядки.

финикийский_торговец
Посчитать надо. Я тонн на пять рассчитываю.

Хранить в подвале и заряжать дешёвой ночной энергией. На сутки вполне нормально. Завтра постараюсь на две недели посчитать. Ещё по разрыву надо считать, если не лень будет.

"Зевс" в последней скромной итерации, НЯЗ - при массе в 20 тонн (это с системой охлаждения) должен выдавать 200 Квт.

Торговец твилечками
Только днем нужно ещё и что-то, что будет выдавать удвоенную мощность. Чтобы и работать и заряжаться.

Это очень ОЙ!
Подшипников на 600 тыс об/мин найти крайне непросто. Аэростатические "подшипники" бормашинок работают с массой ротора в первые десятки граммов.
Вторая проблема - перегрузка (центробежная сила) на ободе ротора, действующая как разрывающее усилие. Посчитайте его и удивитесь.
Идеи Гулиа про маховик из ленточки - не вполне ... безопасны. Он теоретик, и не понимает, что лопнувший ленточный маховик это летящая лента, режущая все краями на своем пути. Причем на скоростях около звуковой, материал ленты уже не значим, и тряпочка будет резать сталь и бетон, не то что живых рабочих.
Отдельный вопрос - как разгонять маховик, запасая энергию, и как его тормозить? Электромотор - генератор на такие скорости будет крайне сложно управляем. Это будет частотник не на транзисторах, а на генераторных лампах в лучшем случае.

финикийский_торговец
Тогда тягаться не стоит, если действительно 200 кВт нужно. Я думал оно тяжелее.

trionix
Магнитные на сверхпроводниках. На луну же летим? Кроме того надо подыграть затее с маховиком. Чтобы получить крайнее значение, а уже потом скепсисом от него откусывать лишнее.

trionix
Он на магнитном подвесе будет. Но с оборотами там перебор, его порвёт.

Торговец твилечками
Тогда скидывать радиус, но и там масса квадратично вырастет.
Иначе говоря, такой накопитель спокойно к 500 тоннам может уйти в реальности.

Главная проблема - такого на Земле не делали. Не забывайте, что любые аварии на лунной базе - полная гибель базы и людей. Это тут можно убежать или спрятаться в случае аварии, а на Луне ни того, ни другого.

trionix
База предполагается необитаемой. Но в любом случае на ней будет и резервное питание от солнечных панелей, и те или иные накопители. Реактор тоже может останавливаться - хотя бы ради перезарядки активной зоны или замены её целиком, что вероятнее.

На Земле не делали настолько грандиозного, промышленные попытки сделать аналоги бесперебойников на маховиках на магнитном подвесе я ранее встречал - но там всё скромно.

А зачем всё ещё морочиться с какими-то сложными системами сохранения энергии, если ядерные реакторы для космоса – вполне отработанная схема? Тем паче, речь про беспилотный запуск, прилунение и развёртывание. А на аварийный случай хватит и обычного РИТЭГа в качестве резервного источника питания, чтобы законсервировать базу и покинуть её экипажу его за глаза хватит.

Блин, шикарно на луне с ядерными и радиоактивными отходами. Просто выбрал место под помойку и складывай... Ну, прямо как реакторные отсеки от АПЛ в РФ в одном месте лежат.

ReznoVV
Ну, вдруг полетят на Луну европейцы, к тому моменту принявшие религию отрицающую применение греховной ядерной энергетики?
(Можно только термоядерную - например от Солнца).

ReznoVV
… есть православные освящённые реакторы?
Святая инквизиция против техноереси, смотрю, пожаловала.

Покайтесь, грешники! Иначе снизойдет на вас

Никто не говорил мне, что я гений инженерии? Так вот, таки да.
Итак, блин дырявый, толщиной 10 см, внешний диаметр 2 м, внутренний 1 м. Масса 7257 кг. При разумной частоте вращения 300 об/с обеспечивает на две недели мощность 26,646 кВт.
Можно поиграться размерами, чтобы снизить удельную массу, но здесь ещё вопрос разрыва. На разрыв считать всё-таки лениво.

ReznoVV
Поясню. Мы обсуждаем это, чтобы рассмотреть различные варианты, а затем выбрать из них наилучший. А ещё можно запасать непосредственно тепло. Хорошо это? Плохо? Надо посчитать и тогда мы узнаем.

финикийский_торговец
​Ея​ ослѣпительное сіяніе же.

Торговец твилечками
Мне вот всё же интересно, для каких целей вы всё это считаете? Если для космического аппарата, то как вы имея такой маховик на борту планируете управление аппаратом? А если для условий стабильного расположения на поверхности Луны, то куда из расчёт деваются потери на трении в подшипниках? Если рассчёт на пассивный магнитный подшипник, то он пока сильно в разработке, и если уж говорить о сверхпроводниках, то проще будет запасать в сверхъемких аккумуляторах полученных от сверхпроводников, чем в механике.

Луна имеет мощнейший электростатический заряд, накопленный на поверхности. Для запаса энергии нужно только разделить поверхность луны на кластеры с помощью диэлектрических изоляторов. Потом осталось снимать напругу за счёт разницы потенциалов между кластерами. Идеально - нарезать всю поверхность спутника по терминатору на равные доли и запитаться с противоположных долей + с солнечной стороны, - с ночной, но человечество ещё не готово к тому, чтобы осмыслить принять мои прогрессивные идеи.

Торговец твилечками
А спиц нет? Где подшипник? И почему 26,646 кВт а не 200 кВт (или больше), ведь сравниваем с реактором? Добавьте к массе ещё и источник энергии от которого и работают и заряжаются в 26,646*2 кВт.
Это всё ещё аккумулятор, причем не факт что лучше иного типа. А не источник энергии.

Кстати, у турбин паровых с прочностью у оснований лопаток всё сложно уже при диаметре ротора в 3 метра и частотой в 50 об/с.

Немцы вот такое недавно начали стоить смотря на свой ужас с неравномерным производством энергии "зеленой" энергетикой. Только нужен теплоноситель. Очень много теплоносителя. Воды там, например.

EnGhost
Для газовых турбин и МГД-генераторов опытные уже созданы.

Не-а, они же порвутся, здесь вопросов даже нет. Он полностью левитирующий, поддерживается магнитными полями снизу и с торцов по кругу. Структура может быть наподобие магнитиков на холодильник. Выемка, пластины: склеенные, спечённые, бандаж из сверхпрочных волокон, на которые космические лифты будут вешать.
Я сразу сказал, что на двести не подписываюсь. Не хватает двадцати шести – тащите реактор.

финикийский_торговец
Активные да, а вот насчет пассивных я честно говоря не слышал. Да и задачи все же тут разные, поскольку нестабильность зазоров подшипников в случае с газовыми турбинами не настолько критична, на мой взгляд.

Торговец твилечками
Любопытно что там с вибрациями в таком случае.

финикийский_торговец
Там на расчёт и стабилизацию магнитных полей поддержки левитации этого маховика будет тратиться энергии слишком много.

А в коллекторном двигателе что с вибрациями? А в ДВС 4-х цилиндровом? А в вентиляторе компьютерном (две катушки)? А здесь пластины поуже, чем ламели в электродвигателе будут. Отбалансировать, разогнать, а там поедет.

Торговец твилечками
В коллекторном двигателе с вибрациями всё плохо. Но там их на себя подшипники принимают. В двс всё тоже хреновато, и опять же подшипники. Вентилятор компьютерный - вновь на подшипниках.

Насколько я помню такую систему (без спиц и "центрального" подшипника) трудно сделать устойчивой - т.е. эффективно реагирующей на отклонения с их компенсацией. Но тут я мягко говоря не специалист.

финикийский_торговец
В пассивном режиме - имхо не возможно, вы настолько хорошо не отбалансируете маховик такой массы и размеров. С активной системой поддержания - можно, но энергии она будет выжирать больше чем сам маховик запасет.

Собственно поэтому в основном и используются системы с гидро- и газовыми- опорами. Несмотря на то, что системы магнитных подвесов ещё в 70-е разработаны и существуют, и даже имеют практическую реализацию на военных объектах.

EnGhost
Вопрос был про вибрацию. Так здесь вибрация, очевидно, будет меньше.