Иван Моисеев

ivan_moiseyev

Проблемы межзвездных перелетов

Иван Моисеев


Previous Entry Share Next Entry
Иван Моисеев
ivan_moiseyev

Энергия для межзвездного перелета

В своей последней статье я отметил, что "Двигатель для межзвездного корабля должен иметь тот же порядок мощности, что и вся мощность, потребляемая человечеством на сегодняшний день".
Более подробно. Расчеты показывают, что межзвездный перелет за приемлемое время может обеспечить термоядерный двигатель с относительно скромными параметрами: расходом массы (m) 10 кг/с и эффективной скоростью истечения продуктов реакции (v) 3*106 м/с. Мощность такого двигателя mv2/2 = 4,5*1013 Вт. А в 2013 году средняя мощность производства энергии в мире составила около 1,75*1013 Вт.

Сразу возникает аргумент о невозможности МП из-за запредельно большого энергопотребления. И также сразу возникает контраргумент о росте производства энергии, мол, когда дойдет до реального проектирования МП, энергии будет достаточно.
Посмотрим.
1860-2010

Если просто проэкстраполировать эту картинку на 2100 год, мы получим 2,35*1013 Вт, то есть, всего на треть больше.
Можно взять более картинку, не учитывающую медленное "стартовое" развитие:

1971-2011-t

Если ее экстраполировать, то результат лучше - 3,8*1013 Вт (в два раза больше, чем сегодня). И такой прогресс явно не решает проблему, а рассчитывать на Deus ex machina не приходится.
Поэтому ссылка на прогресс не работает. Я обычно использую иную аргументацию. Мы производим столько энергии, сколько в состоянии потребить. Возникнет потребность в большом количестве энергии – ее производство резко возрастет. А в качестве примера – привычные ЖРД. Мощность двигателей первой ступени РН "Союз" (7*109 Вт) составляет 5% всей электрической мощности Российской Федерации в 2014 г. Или непатриотично, но нагляднее - мощность двигателей первой ступени РН "Сатурн-5" (6*1010 Вт) – около половины электрической мощности России.

jrd

В целом, надо смотреть на уровень реалистичности предлагаемой конструкции двигателей для МП, а не на мировые тренды.
Информационным поводом для этой заметки послужила статья Fueling Icarus на сайте проекта "Icarus" 3 марта этого года.

Автор статьи Michel Lamontagne также рассмотрел энергетику межзвездного корабля на фоне общемирового производства энергии.

Lamontagne для примера берет двигатель на DD топливе с расходом 0,1 кг/с и тягой 100 т (что соответствует эффективной скорости истечения 107 м/с – очень оптимистично). Это определяет мощность 5*1012 Вт, однако автор ссылается на разные проекты, рассмотренные в рамках Icarus, от 1,5*1013 Вт до 3,0*1013 Вт и упоминает проект Daedalus с мощностью 4,8*1013 Вт.

Автор пишет: "Скептики вполне обоснованно могут решить, что проектанты звездолетов коллективно сошли с ума, особенно учесть постоянную работу двигателей на полную мощность в течение до 15 лет. Если брать цены 2014 года это стоило бы 8 триллионов долларов в год или 120 триллионов за весь полет. Там должен быть подвох где-то, не так ли?".

Подвох сразу раскрывается. Он заключается в разнице между стоимостью производства энергии, и стоимости использования энергии. В стоимость использования энергии входит стоимость создания и эксплуатации инфраструктуры распределения энергии - не сама энергии.

Lamontagne дает оценку стоимости дейтерия для межзвездного зонда. Он исходит из того, что "вполне возможно, даже вероятно, что спрос на дейтерий для производства электроэнергии на Земле в 2100 году будет нулевым. Поэтому стоимость дейтерия будет определяться его себестоимостью" (То есть, автор полагает, что термоядерная энергия будет мало востребована на Земле).
Lamontagne пишет (в моем вольном и сокращенном переводе):

В целом, надо смотреть на уровень реалистичности предлагаемой конструкции двигателей для МП, а не на мировые тренды.
Информационным поводом для этой заметки послужила статья Fueling Icarus на сайте проекта "Icarus" 3 марта этого года.
Автор статьи Michel Lamontagne также рассмотрел энергетику межзвездного корабля на фоне общемирового производства энергии.
Lamontagne для примера берет двигатель на DD топливе с расходом 0,1 кг/с и тягой 100 т (что соответствует эффективной скорости истечения 107 м/с – очень оптимистично). Это определяет мощность 5*1012 Вт, однако автор ссылается на разные проекты, рассмотренные в рамках Icarus, от 1,5*1013 Вт до 3,0*1013 Вт и упоминает проект Daedalus с мощностью 4,8*1013 Вт.
Автор пишет: "Скептики вполне обоснованно могут решить, что проектанты звездолетов коллективно сошли с ума, особенно учесть постоянную работу двигателей на полную мощность в течение до 15 лет. Если брать цены 2014 года это стоило бы 8 триллионов долларов в год или 120 триллионов за весь полет. Там должен быть подвох где-то, не так ли?".
Подвох сразу раскрывается. Он заключается в разнице между стоимостью производства энергии, и стоимости использования энергии. В стоимость использования энергии входит стоимость создания и эксплуатации инфраструктуры распределения энергии - не сама энергии.
Lamontagne дает оценку стоимости дейтерия для межзвездного зонда. Он исходит из того, что "вполне возможно, даже вероятно, что спрос на дейтерий для производства электроэнергии на Земле в 2100 году будет нулевым. Поэтому стоимость дейтерия будет определяться его себестоимостью" (То есть, автор полагает, что термоядерная энергия будет мало востребована на Земле).

Lamontagne пишет (в моем вольном и сокращенном переводе):

Быстрая охота по Интернет-магазинам  приведет нас к компаниям, продающих сжатый газообразный дейтерий примерно в $75 за килограмм (для лабораторных нужд). Таким образом, 70 000 тонн дейтерия для Икара будет стоить около $5 млрд. Следует ожидать, крупномасштабное производство снизит эти затраты.

Концентрация дейтерия в море 1 атом дейтерия на каждые 6400 атомов водорода. Большинство из них содержатся в полутяжелой воде, или один дейтерием (атомная масса 2), один кислорода (атомная масса 16) и один водорода (атомная масса 1). Таким образом, молекулярная масса полутяжелой воды составляет 19, и 70 000 тонн дейтерия потребует 1300000 тонн полутяжелой воды, извлеченные из 8000000000 тонн воды. Если мы будем накапливать дейтерий в течение 10 лет, то наш объект должен перерабатывать около 23 м3 воды в секунду. Для сравнения, речь идет о потоке воды, используемой для охлаждения одного среднего размера электростанции, будь то угольной или ядерной.

Таким образом, расходы на топливо представляются довольно незначительным.
Tags:

  • 1
"Мощность такого двигателя mv2/2 = 4,5*10в13 Вт. А в 2013 году средняя мощность производства энергии в мире составила около 1,75*10в13 Вт."
Непонятно такое сравнение. Одно дело - производство (и тут же потребление) энергии на всей планете и совсем другое дело иметь такое количество энергии на межзвездном корабле аккумулированной каким либо образом. И это не аккумулированная/отдаваемая энергия а потребляемая мощность.

"особенно учесть постоянную работу двигателей на полную мощность в течение до 15 лет." Энергия, это киловаты в час в обиходе, не трудно пересчитать в любые другие размерности.
Двигает в реактивном двигателе не мощность, а энергия.

Вообще-то ускоряет корабль отбрасываемое вещество.

Конечно, формула кинетической энергии проста - масса умножить на скорость отбрасываемого вещества в квадрате делить пополам :-) Эту энергию получает корабль, по этой же формуле, подставив массу корабля, вычисляем его скорость.

Цена дейтерия

Получается вообще мизер.
Осталось понять, как его запустить....

  • 1
?

Log in

No account? Create an account