Разработка АКС и перспективы космонавтики

>Во всяком случае, единственная действующая система с воздушным стартом использует в качестве первой ступени бомбардировщик B-52

Пардон - только не Б-52, а L-1011 Старгейзер.

CaRRibeaN>Пардон - только не Б-52, а L-1011 Старгейзер.

Да, конечно, но только это ничего не меняет по сути вопроса.

Экономически эффективная деятельность в космосе

Крупные космические проекты должны решать насущные земные проблемы. В условиях начинающейся необратимой деградации земной биосферы одной из таких проблем является захоронение и/или переработка радиоактивных материалов, получаемых в ядерных реакторах. В настоящее время эти материалы получаются в основном в реакторах ядерных электростанций.

Предлагается с помощью аэрокосмической транспортной системы выводить эти материалы на низкую околоземную орбиту, а затем, с помощью многоразовых челночных орбитальных буксиров с твердофазными ядерными двигателями доставлять их в одну из треугольных точек либрации системы Земля-Луна. В данном тексте не рассматриваются ни философские, ни чисто технические вопросы, связанные с этим предприятием. Производятся только некоторые оценки его экономической эффективности.

Годовое производство электроэнергии в мире – примерно 1.2*10⁷ ГВт-час, на 438 АЭС мощностью 350 ГВт – около 2*10⁶ ГВт-час. Производство электроэнергии 104 энергетическими реакторами США – порядка 5*10⁵ ГВт-час, то есть их производство составляет около 0.25 от мирового на АЭС. В США в год получается 2 000 тонн отработанных топливных сборок в год, накоплено за все предыдущие годы около 45 000 тонн. Значит, во всем мире в год производится порядка 8 000 тонн, а всего было накоплено порядка 180 000 тонн сборок ТВЭЛов атомных электростанций. Часть из них была переработана. Производился также оружейный плутоний. В итоге, по одним данным, в хранилищах осталось 200 000 тонн не переработанных ядерных материалов. По другим данным, в 1997 году в хранилищах при АЭС находилось около 90 000 тонн. Таким образом, сейчас не переработанных радиоактивных материалов в локальных и региональных хранилищах находится от 100 000 до 200 000 тонн. Годовое поступление – порядка 8 000 тонн. Через 10 лет в хранилищах будет не менее 120 000 тонн сборок ТВЭЛов.

По скандально известному контракту Минатома, обеспеченному законом, принятым Госдумой, за утилизацию 20 000 тонн не переработанных радиоактивных материалов должно быть заплачено 20 миллиардов долларов, по 1 000 долларов за килограмм.

Следовательно, даже при нынешних условиях для того, чтобы за 20 лет (срок эксплуатации первого поколения транспортной системы из многоразовых носителей) складировать в точке либрации все не переработанные ядерные материалы (в том числе и те, которые будут вновь произведены за это время) потребуется организовать грузопоток от 6 000 до 18 000 тонн сборок ТВЭЛов в год. По предварительным оценкам, уровня нижней его границы вполне достаточно для рентабельности такой транспортной системы. При этом материалы, складированные в космосе, при необходимости в дальнейшем могут перерабатываться на месте на специальном заводе для использования в первую очередь в реакторах перспективных межорбитальных буксиров и межпланетных кораблей.

К вопросу о безопасности существования хранилища: случайный метеорит в худшем случае вырвет или разрушит (и то вряд ли) один-два контейнера. Вероятность попадания контейнера или обломка ТВЭЛа в земную атмосферу с учетом того, что он должен для этого приобрести при ударе скорость не менее 800 м/с при попадании точно в лоб, а сама Земля занимает меньше 10^–4 угловой площади на окружающем точку либрации небосводе, чрезвычайно мала. От пересечения с траекторией какого-нибудь крупного объекта, что вообще м-то совершенно невероятно, хранилище можно увести немного в сторону. На мой взгляд, в итоге получится, что это многократно безопаснее, чем при попадании крупного метеорита в хранилище радиоактивных материалов на Земле. Все остальные опасности для такого хранилища, существующие на Земле, отсутствуют в точке либрации. Более серьезна опасность аварии носителя при выведении на орбиту, но и ее можно и должно минимизировать до приемлемого уровня.

Таким образом, показано, что существует возможность создания экономически эффективной многоразовой транспортной системы, обеспечивающей решение одной из насущных проблем современного человечества, и являющейся основой для последующей широкой его экспансии в космос, если подобная цель будет выбрана.

По поводу "парниковой катастрофы", что, на мой взгляд, имеет прямое отношение к перспективам космонавтики, можно посмотреть
здесь .

Streamflow>Крупные космические проекты должны решать насущные земные проблемы. Oдной из таких проблем является захоронение и/или переработка радиоактивных материалов, получаемых в ядерных реакторах.
Забудьте! Переработка и захоронение радиоактивных материалов на Земле дешевле, так что в обозримом будущем никто на это денег не даст. (Моя специальность - теплоэнергетика и ядерная энергетика.)200 000 тонн не переработанных ядерных материалов - это ничего по сравнении с другими отходами. Место для них всегда найдется.

Streamflow>Крупные космические проекты должны решать насущные земные проблемы. Oдной из таких проблем является захоронение и/или переработка радиоактивных материалов, получаемых в ядерных реакторах.
Забудьте! Переработка и захоронение радиоактивных материалов на Земле дешевле, так что в обозримом будущем никто на это денег не даст. (Моя специальность - теплоэнергетика и ядерная энергетика.)200 000 тонн не переработанных ядерных материалов - это ничего по сравнении с другими отходами. Место для них всегда найдется.

"А тогда, в 70-е, во Франции были выделены государственные деньги, запущена программа по переработке топлива. И вот что выяснилось: переработка одной тонны ОЯТ неизбежно сопровождается образованием 4,5 тонны высокоактивных отходов, 150 тонн жидких среднеактивных отходов и более 2000 тонн низкоактивных. Специалисты Всемирной информационной службы по энергетике (WISE) назвали установки по переработке отходов "установками по производству отходов". Выводы правительственной комиссии, которая была создана в 1998 г., однозначны: немедленно прекратить переработку отходов и перейти к прямой их утилизации." (Cм. здесь ).

По поводу экономической неэффективности переработки уже было написанов топике "НК" с аналогичным названием.

Так что безопасное хранение - это решение лучшее, чем переработка, поэтому оно стоит не менее, чем стоит эта так называемая "переработка". Просто надо осознать, что при удалении реакторных сборок в безопасное место, открытый ядерный цикл по экономическим и экологическим показателям становится эффективней псевдозамкнутого.

>Так что безопасное хранение - это решение лучшее, чем переработка, поэтому оно стоит не менее, чем стоит эта так называемая "переработка". Просто надо осознать, что при удалении реакторных сборок в безопасное место, открытый ядерный цикл по экономическим и экологическим показателям становится эффективней псевдозамкнутого.

А оно и без удаления дешевле. Если брать обозримый горизонт и не задумываться о 1000-х лет. Но ведь на 1000 лет никто инвестиции не сделает.

Разработка нового носителя требует очень большие деньги и чтобы оправдать их, нужно выводить на орбиту большие грузы.
Пример: Если разработка стоит 10 миллиардов долл., чтобы на каждый кг. пришлось 1000 долл на разработку, надо вывести 10000 тонн полезной нагрузки.
А где-то в И-нете эсть статистика сколько тонн выводятся сейчас в год ? Кто-то может сказать?

Если переводить в 'LEO'-тонны, то где-то 1000-1500 тонн в год. Это все-все-все, и пилотируемые, и сборка МКС, и средне и высокоорбитальные вместе с разгонниками. Из них где-то 1/3-2/5 - это наши, остальное 66 к 33 Штаты к Европе и прочим китайцам. В основном, конечно, из-за шаттлов ;-), хотя я их конечно взял не как 100, а как 20-25 тонн.

Потом, $1000/кг - не тот ориентир, товариши, который нам нужен . У нас УЖЕ есть Союз стоимость килограмма на котором - $500 . Включая ракету, топливо и услуги по пуску .

Почему однозначно увеличение доли ПН в массе носителя приведёт к удешевлению? Проще сделать носитель удобным и дешевым в обслуживании и не закладывать в него технологий которых нет. В НК я предложил Streamflow отдельную ступень для плотных слоёв атмосферы, он ответил что это увеличит эксплуатационные расходы. Эксплуатационные расходы на один рейс обычного самолёта гражданской авиации я думаю тысяч 100 долларов не больше (200 ч по 500 долл. билет). Разумеется можно сказать что современный авиалайнер - летающий примус по сравнению с космической техникой.

hcube>Потом, $1000/кг - не тот ориентир, товариши, который нам нужен . У нас УЖЕ есть Союз стоимость килограмма на котором - $500 . Включая ракету, топливо и услуги по пуску .

Это не так. Мозговая осада, ранее проведенная на этом форуме показала, что, как для "Союза", так и для "Протона", стоимость выведения на низкую околоземную орбиту составляет около 2500 $/кг. Причем эти данные относятся к чрезвычайно сильно деформированному и не являющемуся равновесным (деградирующему) российскому рынку. На западном рынке пусковых услуг, а именно их мы имеем в виду, говоря о многоразовых носителях, все удорожается, минимум в 3 - 4 раза. При указанных же выше условиях стоимость выведения на низкую околоземную орбиту описываемой системой должна составлять около 300 $/кг, то есть минимум на полтора порядка ниже сопоставимых современных данных.

Бродяга>Почему однозначно увеличение доли ПН в массе носителя приведёт к удешевлению?

Мимоходящий, увеличение доли ПН в массе носителя приведёт к удешевлению неоднозначно .

Бродяга>Проще сделать носитель удобным и дешевым в обслуживании и не закладывать в него технологий которых нет.

НУ, дык, в чем же дело? Делайте удобным и дешевым и не закладывайте .

Бродяга>Разумеется можно сказать что современный авиалайнер - летающий примус по сравнению с космической техникой.

А что такое "космическая техника"?. Если носители, то у Вас совершенно превратные представления, скорее дело обстоит противоположным образом .

Streamflow.
Сделал бы если денег бы дали, и не 200 миллиардов а миллиард-два.;) Но никто никому ничего не даст (никогда).:(.
Кстати если кому нужны материалы по Х15:


есть ещё, если надо.

Бродяга>Streamflow.
Бродяга>Сделал бы, если денег бы дали, и не 200 миллиардов а миллиард-два.;).

Ну, так 200 миллиардов предлагается заработать, а не взять у кого-либо. Взять надо гораздо меньше .

Бродяга>Но никто никому ничего не даст (никогда).:(.

"Никогда не говори никогда" .

Есть-то он есть, но вот отправить 10-килограммовую посылочку на орбиту за $5000 - почему-то такой услуги нет в прейскуранте...

Это напоминает спор "бабаяновцев" с "интеловцами". Первые: у нас быстрее и оптимальнее. Вторые: а у нас - есть...

Звиняйте! Союз кууда дешевле Протона!
Загибайте пальцы :
- чистое топливо - минимальные меры безопасности на старте
- вылизанная, но низкотехнологичная конструкция - никакой химической фрезировки и прочих панелей переменно толщины
- движки с низким давлением - можно делать чуть ли не на автомобильном конвеере, никакой экзотики в изготовлении.

Это относительно Протона . Так что я думаю, что 3.5 мегабакса - это вполне реальная стоимость. Союз - почти идеальная одноразовая ракета. Ему бы еще движки типа НК-33, но дефорсированные и упрощенные, соотвественно убрать перекись и оставить только керосин-кислород-гелий - будет полный рулез. 8-10 тонн на LEO в зависимости от глубины модификации.

Вот есть к примеру МАКС, чем этот проект плох? Или что-то вроде него. Модернизация ракет существующих хорошее дело, но они сделаны заведомо другим способом, значительная часть ракеты выбрасывается просто в любом случае и её из бумаги не сделаешь, что ставит ограничения по стоимости. Но многоразовая ступень должна быть на самом деле такой, а не одно- или двухразовой на 50%.

hcube>Звиняйте! Союз кууда дешевле Протона!

Но "Протон" куда крупнее, и по этой причине есть факторы в его пользу.

hcube>Загибайте пальцы :
hcube>- чистое топливо - минимальные меры безопасности на старте
hcube>- вылизанная, но низкотехнологичная конструкция - никакой химической фрезировки и прочих панелей переменно толщины
hcube>- движки с низким давлением - можно делать чуть ли не на автомобильном конвеере, никакой экзотики в изготовлении.

Все это так, но старт дорогой . Однако данные по относительным ценам не я придумал. Я вообще в формулировании окончательных цифр не участвовал. В мозговой осаде, в которой и Вы принимали участие, простым делением полученной в итоге стоимости запуска на полезную нагрузку (см. топик "Вопрос к TEvgу", с. 4 оглавления этого форума) легко получить: "Союз" - 2400 $/кг, "Протон" - 2600 $/кг. С учетом некоторой относительности понятия "стоимость" в современной России, я полагаю, что с легким сердцем эти данные можно округлить до 2500 $/кг.

Бродяга>Вот есть к примеру МАКС, чем этот проект плох?

Он не просто плох, он очень плох. Доказывать это я не буду, так не вижу стимулов. Кроме того, я делаю заключение, что Вы либо не читали предложенный теорминиум по АКС, либо делали это чисто для проформы.

Бродяга>Но многоразовая ступень должна быть на самом деле такой, а не одно- или двухразовой на 50%.

А вот это совершенно верно, только не ступень, а обе ступени.

Ну, не так уж он и крупнее . Союз - 350 тонн, Протон - 700. На первом 5 двигателей первой ступени, на втором - 6. Вот Ангара-3 с боковыми блоками на НК-33 и 'дефорсированием' по Старому могла бы посоревноваться с Союзом, бе 4 (из них 3 одинаковых) движка против 6 (из них 5 одинаковых). Плюс рулевые. А Протон - вряд ли. То есть он хорош, и хорош весьма... но Союз - проще. Единственно, сейчас его можно было бы сделать еще проще, с учетом накопленного опыта по движкам, системам управления, топливам и так далее.

может быть еще дешевле можно сделать, если применить планирующие блоки первой ступени. Не летящие на собственной тяге, а совершающие управляемый спуск. IMHO построить по одному грунтовому аэродрому с приводной системой на основных азимутах пуска обойдется дешевле чем ставить дорогие ВРД и дополнительные топливные баки на потенциально одноразовую ступень. Но, может, это большого выигрыща и не даст. Я бы попробовал сделать ограничено многоразовую ступень - то есть отлетала 10 раз по реальному состоянию - и на глубокую переборку, а то и в переплавку. Или на рефит в одноразовую путем снятия авионики.

hcube>Если переводить в 'LEO'-тонны, то где-то 1000-1500 тонн в год. Это все.
Если ориентироваться на общую стоимость 1000 долл/кг на ЛЕО, то здесь входит и стоимость носителей, и експлуатацонных расходов, и прыбиль, и т.д. Доля разработки может быть где-то не более 30 % (300 долл.) Значит 10 Гигабаксов надо распределить на 33 000 тонн! Если наш носитель заберет 50 % от всех существующих грузов - он окупится за 33000/660 = 50 лет. Экономистам это не понравится! Вывод: Делать новых носителей без существенного увеличения грузооборота НЕРЕНТАБЕЛЬНО.

200 000 тонн радиоакт. отходов в космос - я за! Но надо убедить политиков мира это сделать, а я лично не вижу как.

Streamflow Ну, так 200 миллиардов предлагается заработать, а не взять у кого-либо. Взять надо гораздо меньше.
Не меньше нескольких миллиардов.

Спасение боковушек прорабатывалось для носителя "Энергия", даже предполагалось спасение центрального блока, получалось кстати с боковушками. Но потом всё забросили по известным причинам.

Streamflow-у.
Читал я ваш теорминимум, но не значит это что я буду в него верить как в священное писание.:) Вы делаете упор на доле массы ПН, с этой точки зрения может и плох, а я вам говорю про эксплуатационные расходы и технический риск связанный с внедрением новых технологий. Все разработки носителей вроде Хотола были брошены именно исходя из этих соображений. У вас там например упоминается вопрос о теплозащите и ничего не сказано как его решать, тот же Х15 нагревался до 500 град. С., а Х15 не был "летающим водородным баком". Вы делаете упор на некий чудо-двигатель, эдак лет 5-7 назад я прочитал то же самое про двигатель Ролс-Ройс для Хотола (который вроде как существовал в природе уже), и где тот Хотол?
Потом вы можете дать примерные характеристики своего АКС, вес, полезную нагрузку, как оно должно выглядеть примерно?