|
Автор
|
Тема: Разработка АКС и перспективы космонавтики
|
RDA
Member
|
отправлено 12-12-2002 19:04
Баланс производства электроэнергии в мире (Бюллетень МАГАТЭ, 1997. Т. 39, № 1, с. 6):
Тепловые электростанции (уголь, нефть, газ)..... 63%
Гидроэлектростанции ............................................19%
Атомные электростанции ......................................17%
Геотермальные электростанции ............................0,5%
Солнечные, ветровые электростанции .................0,1%
Недостатки ТЭС: истощение мировых запасов ископаемого горючего (уголь, нефть, газ);
экологический вред, наносимый добычей, переработкой и транспортировкой огромных масс ископаемого топлива; сжигание атмосферного кислорода; нарушение геобиохимического цикла углерода в биосфере; загрязнение окружающей среды вредными выбросами (оксиды азота и серы, вызывающие кислотные дожди, токсичные тяжелые металлы, радиоактивные элементы); накопление газов, вызывающих парниковый эффект (двуокиси углерода, метана, оксида азота и галоуглеродов) достигло уровня, при котором глобальное изменение климата становится весьма вероятным; сжигание газа и нефти - это уничтожение потенциального сырья для химической промышленности.
Недостатки ГЭС: локальные изменения климата, вред сельскому хозяйству и рыбному промыслу, загрязнение вод. ГЭС могут успешно решать энергетические проблемы лишь отдельных стран и регионов на выгодных для этой цели горных реках (Швейцария, Норвегия, Грузия, Восточная Сибирь). ГЭС на полноводных равнинных реках требуют больших капитальных затрат, приводят к сезонно нестабильной энергетике и серьезным экологическим нарушениям.
Преимущества АЭС: высокая калорийность ядерного топлива (на 6 порядков выше, чем при сжигании химического топлива), малые затраты на добычу и транспортировку, независимость от атмосферного кислорода, независимость от геобиохимического круговорота углерода в биосфере.
Недостатки АЭС: нерешенные вопросы хранения и переработки больших объемов радиоактивных отходов; риск долговременного и широкомасштабного ущерба в результате аварии и при осуществлении террористических актов; риск, связанный с производством большого количества ядерных материалов, которые могут быть применимы при производстве ядерного оружия.
В середине 90-х гг. XX в был в качестве источника энергии было предложено использовать электроядерный бридинг - процесс, представляющий собой то же освобождение внутриядерной энергии, как и при делении ядер, но не в результате цепной ядерной реакции, а в отдельных актах взаимодействия высокоэнергичных ускоренных частиц с тяжелыми ядрами (уран, торий), - сочетание ускорителя частиц с подкритической ядерной системой. Неуправляемая цепная ядерная реакция, разрушившая четвертый энергоблок ЧАЭС в этом случае невозможна, однако остаются другие опасности: накопление радиоактивности, возможность радиоактивного отравления территории при диверсии.
Сами солнечные станции с экологической точки зрения практически безвредны, если не считать теплового загрязнения гигантских площадей, занятых концентраторами и преобразователями солнечного излучения. Однако для ее обеспечения требуется создать множество экологически опасных предприятий для производства (и воспроизводства) в большом количестве кремния, мышьяка, свинца, олова, меди, алюминия и т. д.
Недостатки наземных СЭС: слабый поток энергии( на 3-4 порядка меньше, чем при сжигании химического топлива); неравномерность производства энергии в течение суток, зависимость от сезона и погоды. Средний поток солнечной радиации на поверхности Земли на широте 40° составляет 0,3 кВт/м2, для сравнения - плотность солнечной радиации на орбите Земли (перпендикулярно потоку) составляет 1,4 кВт/м2. Для компенсации этих недостатков надо собирать солнечный поток с большой площади, отчуждая колоссальные площади (если потребуется эффективная замена тепловым и атомным электростанциям).
Достоинства СКЭС: увеличение плотности потока солнечной радиации, рассеивание фонового тепла в космос, отсутствие прямого контакта с земной природой. Однако существуют большие трудности. Кроме задач по увеличению кпд фотоприемников и необходимостью развертывания в космосе многокилометровых солнечных панелей, остается неясной проблема сжатия пучка излучения, который на расстоянии 36 тыс. км (ГСО) должен иметь поперечный размер не больше 10 км (предельный размер наземной антенны), при этом угол расходимости пучка не должен превышать 1'. Рассматриваются два варианта передачи энергии - по лазерному лучу или пучку СВЧ. КПД лазерных систем в лучшем случае составляет 15 - 20% (т.е. будет нагрев атмосферы), а СВЧ-систем - в перспективе до 90%. К тому же производство лазеров технологически сложнее. Но использование СВЧ вызовет ионизацию атмосферы. И в полном объеме влияние на атмосферу мощного пучка СВЧ неизвестна. Неизбежно будет какое-то влияние на птиц и насекомых, попадающих в запретную зону приемной станции, и на флору и фауну около нее. Каковы его последствия? Какой размер должен быть у зоны отчуждения? Не окажется ли отрицательное воздействие на экологию при передаче энергии через атмосферу превосходящим достоинства "экологически чистого" источника энергии?
|
Mimo_shel
Member
|
отправлено 13-12-2002 02:47
Спасибо за ссылку streamflow, кстати насчёт лазеров один товарищ совершенно серьёзно разрабатывал возможность снижения лобового сопротивления таким образом (товарищ не дурак, по другим вещам знаю), если найду его спрошу что получалось.
Насчёт теплозащиты, метеориты входящие в атмосферу по крутым траекториям долетают до земли !холодными! внутри, входящие же по пологим разрушаются (ничего не хочу сказать, просто всё не так очевидно). Снаряд будет находится в плотных слоях атмосферы 5-10 секунд не больше. После выхода на орбиту его вы буксируете дальше другим средством.
|
streamflow
Member
|
отправлено 13-12-2002 12:44
Mimo_shel>Спасибо за ссылку, streamflow, кстати насчёт лазеров, один товарищ совершенно серьёзно разрабатывал возможность снижения лобового сопротивления таким образом (товарищ не дурак, по другим вещам знаю), если найду его спрошу, что получалось.Спросите. Интересно, что получилось, каковы затраты энергии на эту операцию, каков возможный эффект, насколько снижается плотность и растет температура потока в обрабатываемой лучом лазера области потока(это, видимо, приведет не только к снижению сопротивления, но и тяги воздушно-реактивного двигателя, а, может быть, и к полной невозможности его работы), Mimo_shel>Насчёт теплозащиты, метеориты входящие в атмосферу по крутым траекториям долетают до земли !холодными! внутри, входящие же по пологим разрушаются (ничего не хочу сказать, просто всё не так очевидно). Тут кое-кто пытается отучить меня от этого слова . Однако, к сожалению, и в этом случае все достаточно очевидно. Итак, увеличение тепловых потоков на 4 порядка Вас не впечатлило? Метеориты, как и нормальные спускаемые аппараты, входят в атмосферу с той стороны, где ее плотность сначала ничтожна мала, а, затем, постепенно нарастает. На больших скоростях полета - малая плотность среды, на малых - большая, а тепловые потоки - средние и в критической точке, приблизительно такие, как у АКС при М = 12.5. Поэтому спускаемые аппараты, АКС и метеориты с крутыми траекториями приходят холодными внутри. Если траектория пологая, процесс торможения затягивается, и интегральный тепловой поток растет, иногда немерянно. Этот эффект давно известен разработчикам спускаемых аппаратов, они, с его учетом, оптимизируют траектории спуска по своим критериям, которые различны для абляционной ("Союз") и радиационной теплозащит (Шаттл). И именно поэтому Шаттл делает "змейку". А когда Вы выплевываете контейнер с такой скоростью не слишком далеко от поверхности моря, он с большой скоростью летит в самых плотных слоях атмосферы, а в вакууме - с гораздо меньшей скоростью, что неестественно и некрасиво. Поэтому на орбиту не может выскочить ничего лучше горячего окурка от него  .
|
Mimo_shel
Member
|
отправлено 13-12-2002 16:49
Вот насчёт метеоритов знаю хорошо, те что входят по крутой траектории просто не успевают нагрется внутри, всю атмосферу они пролетают секунды за 3-4, входящие по пологой траектории начинают прогреваться и взрываются. Но их никто не делает для этой цели, метеориты, корабль бы тоже меньше обгорел если его как-то прерпендекулярно сорвать с орбиты, но он бы разбился (теоретически, существующий просто развалится).
Далее, сколько процентов массы долетит не особо важно, в данном случае мы расходуем лишь энергию на Земле, которой много (АЭС рядом построим) , дорогостоящая пусковая установка там же. Сам снаряд - недорогой носитель, который служит лишь для доставки на промежуточную орбиту нагрузки, пусть он весит 100 тонн и сгорит на 90% - долетит 10.
(о конструкции этой штуковины стыдливо умолчу).
Причём на вашей ссылке, streamflow, есть пример использования космических пушек. Там снаряды с аппаратурой был запущены на 180 км. По-моему это очень неплохой результат для неприоритетной программы, причём чем больше сам снаряд, тем меньше на него оказывает влияние атмосфера, а там снаряды были не особо большие.
Только не подумайте что я такой ярый противник АКС, просто как мне кажется это не панацея.
Есть ещё вопрос, если АКС уже использует атмосферу в виде подъёмной силы, зачем ещё и двигатель двухрежимный?[Это сообщение редактировал Mimo_shel (изменено 13-12-2002).]
|
streamflow
Member
|
отправлено 13-12-2002 17:16
Mimo_shel>Вот насчёт метеоритов знаю хорошо, те что входят по крутой траектории просто не успевают нагрется внутри, всю атмосферу они пролетают секунды за 3-4, входящие по пологой траектории начинают прогреваться и взрываются. Но их никто не делает для этой цели, метеориты, корабль бы тоже меньше обгорел если его как-то прерпендекулярно сорвать с орбиты, но он бы разбился (теоретически, существующий просто развалится).Я писал несколько не об этом. Если тормозиться быстро, но с приемлемыми перегрузками, то интегральный тепловой поток будет меньше, чем, если тормозиться тоже полностью, но медленно, с существенно меньшими перегрузками. Mimo_shel>Далее, сколько процентов массы долетит не особо важно, в данном случае мы расходуем лишь энергию на Земле, которой много (АЭС рядом построим) , дорогостоящая пусковая установка там же. Сам снаряд - недорогой носитель, который служит лишь для доставки на промежуточную орбиту нагрузки, пусть он весит 100 тонн и сгорит на 90% - долетит 10.
(о конструкции этой штуковины стыдливо умолчу). При массовых перевозках все важно. Mimo_shel>Причём на вашей ссылке, streamflow, есть пример использования космических пушек. Там снаряды с аппаратурой был запущены на 180 км. По-моему это очень неплохой результат для неприоритетной программы, причём чем больше сам снаряд, тем меньше на него оказывает влияние атмосфера, а там снаряды были не особо большие. А какая там была начальная скорость - около 1.5 км/с? Напомню, что проблемы растут пропорционально кубу скорости. Кроме того, может снаряд был активно-реактивным? Mimo_shel>Только не подумайте что я такой ярый противник АКС, просто как мне кажется это не панацея. В отличие, например, от гильотины АКС действительно не панацея. Mimo_shel>Есть ещё вопрос, если АКС уже использует атмосферу в виде подъёмной силы, зачем ещё и двигатель двухрежимный? Какой двигатель - двухрежимный, и какая у него связь с подъемной силой?
|
Mimo_shel
Member
|
отправлено 13-12-2002 17:48
Как я понял собираются использовать двигатель использующий сначала воздух как окислитель, а потом этот же двигатель будет работать и в чисто ракетном режиме. Идея понятна, такой двигатель эффективнее в принципе, но его ведь нет как такового пока, сложно это. Атмосфера же уже используется в качестве подъёмной силы. Не лишняя ли это сложность. (Речь не идёт о первой ступени, а о той, что будет работать на высотах более 20 км)
|
streamflow
Member
|
отправлено 13-12-2002 18:01
Это Вы о каком носителе?
|
Mimo_shel
Member
|
отправлено 13-12-2002 18:05
Не имел в виду конкретный носитель, но дискуссии которые я просматривал вроде как-то это подразумевали, что без него как-бы никуда, что не кажется очевидным. (Носители-то пока гипотетические, в лучшем случае ОКР).
|
RDA
Member
|
отправлено 13-12-2002 18:19
Мимоидущему: Вы правильно заметили, что разработка и сооружение космической пушки стоит больших средств (намного больших, чем АКС). Космические пушки еще более критичны к своему географическому расположению, чем даже традиционные космодромы. При их сооружении придется учитывать движение тектонических плит (чем еще неприятно их строительство на Земле, кроме атмосферы). К тому же пушки, как и одноразовые ракеты, предназначены для обеспечения одностороннего грузопотока на орбиту. Ну и еще более острые проблемы с обеспечением грузопотока для оправдания разработки и сооружения этой конструкции.
|
ratman
Member
|
отправлено 13-12-2002 20:26
С пушкой все проще: задайтесь реальным ускорением и посчитайте необходимую длину. Тогда сразу все станет очевидно А если не станет, то учтите, что (с учетом полученной длины) траектория будет пологой. А если и после этого не станет, то на Авиабазе валяется старый топик (называется "Рельсы на орбиту") - там все написано Кажется, 1.5-2 км/с - практический предел для наземных разгонщиков. Да и то, непонятно, стоит ли возиться...
|
Mimo_shel
Member
|
отправлено 13-12-2002 22:48
А Спейс Шаттл - предел для космического самолёта? Пушка 1200 м/с - период Первой Мировой войны.
|
ratman
Member
|
отправлено 13-12-2002 23:41
Все, что я могу вам ответить:
http://airbase.ru/forum/3/725/index.htm
|
Mimo_shel
Member
|
отправлено 14-12-2002 00:39
ratman благодарю, там собственно и описаны две проблемы - разрушение (механическое) и то, что такая пушка малопригодна для вывода на орбиту современных спутников и космонавтов разумеется.
Но речь-то идёт о выводе радиоактивных отходов, которые мёртвые как колода и плотно упакованные.
|
streamflow
Member
|
отправлено 14-12-2002 12:25
Mimo_shel>Как я понял, собираются использовать двигатель, использующий сначала воздух как окислитель, а потом этот же двигатель будет работать и в чисто ракетном режиме. Умозрительные варианты за последние 40 – 45 лет предлагались разные, в том числе и с единым двигателем на всю траекторию разгона. Однако, хотя бы потому, что одноступенчатый аэрокосмический носитель на Земле в обозримом будущем нереализуем, естественно на вторую ступень поставить относительно простой и легкий водородно-кислородный ракетный двигатель без всяких заморочек, а с первой ступенью разбираться отдельно. По этому поводу Вы и остальные интересующиеся этим вопросом могут перейти на самое начало соседнего, самого крупного в истории сайта НК топика "Воздушно-реактивные двигатели для АКС", а потом пройтись по всем его 25 страницам . Mimo_shel>Идея понятна, такой двигатель эффективнее в принципе, но его ведь нет как такового пока, сложно это. Атмосфера же уже используется в качестве подъёмной силы. Не лишняя ли это сложность (речь не идёт о первой ступени, а о той, что будет работать на высотах более 20 км)? 1. Как я уже говорил, вторая ступень – чисто ракетная. Более того, без всяких крыльев и вообще всего того, что не является необходимым для ее функционирования.
2. Высота разделения ступеней определяется скоростным напором, при котором работает воздушно-реактивный двигатель и высотой маневра кабрирования АКС, предшествующего разделению ступеней. При числах Маха больше 7 таковым воздушно-реактивным двигателем в обозримом будущем может быть только скрэмджет (ГПВРД). Его рабочий скоростной напор лежит в диапазоне 50 – 75 кПа, что при скорости 4 км/с с учетом маневра кабрирования дает высоту разделения ступеней около 40 км или даже несколько выше, а никак не 20.
|
streamflow
Member
|
отправлено 14-12-2002 12:32
Mimo_shel>А Спейс Шаттл - предел для космического самолёта?Спейс Шаттл - это вообще не самолет, а ракетоплан. Mimo_shel>Пушка 1200 м/с - период Первой Мировой войны. Энергетика порохов, не считая смесевых, которые в пушках не могут употребляться, насколько я знаю, не изменилась кардинально. Конечно, можно изобретать всякие высокоэнергетичные жидкие метательные смеси, но все равно, скорость ударной волны при химическом энерговыделении меньше орбитальной.
| |
