Дотянуться до Урана.

По заявкам некоторых участников форума приступаю к описанию основных характеристик гелий-дайвера.

Модель атмосферы Урана

Для того, чтобы провести оценку характеристик уранианского дайвера SL II, эксплуатация которого должна обеспечить будущую глобальную энергетику необходимым количеством гелия-3, необходимо построить модель атмосферы Урана в окрестности температурного минимума, то есть там, где могли бы происходить полёты этого аппарата.

Известно, что атмосфера Урана примерно на 5/6 состоит из водорода, на 1/6 – из гелия, и 2 – 3% приходятся на метан и другие примеси. Минимальная температура 53 К достигается при давлении 10 кПа [1], выше и ниже температура становится больше. На уровне давления 100 кПа температура атмосферы равна 75 К [2], а на уровне 230 кПа – 100 К [1].

Известно, что давление (и плотность) изотермической атмосферы изменяются экспоненциально. Отсюда очевидно, что при аппроксимации температуры атмосферы по давлению в качестве параметра следует использовать логарифм давления. В окрестности экстремума любая гладкая функция описывается квадратичной зависимостью, поэтому для связи температуры и давления в окрестности температурного минимума можно записать:

T = a + b log²(p/p*)

Для атмосферы Урана а = 53 К, b = 22 К, p* = 10 кПа, и выражение становится следующим:

T = 53 + 22 log²(p/p*) (К) (1)

В точках p = 10 и 100 кПа эта аппроксимация даёт правильные значения температуры, при давлении 230 кПа расчётная температура равна 94 К, что также неплохо согласуется с имеющимися данными (100 К), особенно с учётом того, что эти параметры уже довольно далеки от экстремума, и квадратичная аппроксимация вполне может давать здесь заметную погрешность. Оценки показали, что реально при крейсерских полётах для сбора гелия-3 интерес представляют уровни атмосферы, где температура находится в пределах 53 – 70 К, Так что формула (1) даёт вполне адекватные результаты при её использовании в этих оценках.

Следует отметить, что в этих условиях в неконденсированном состоянии могут находиться только гелий, водород и неон [3], причем данных о наличии последнего в атмосфере Урана отсутствуют. Таким образом в окрестностях температурного минимума атмосфера Урана состоит только из водорода и гелия с массовым соотношением 0.845 : 0.155 [2]. Тогда её молекулярная масса будет равна m = 2.32 кг/кмоль, а газовая постоянная R = 3.58 кДж/К.


Литература

1. Планеты Солнечной системы. Уран. Планеты Солнечной системы. Уран
2. B. Palaszewski – Atmospheric Mining in the Outer Solar System. NASA/TM – 2006-214122, AIAA–2005–4319, http://gltrs.grc.nasa.gov/reports/2006/TM-2006-214122.pdf
3. Энциклопедия Кругосвет. Физика низких температур. http://www.krugosvet.ru/articles/13/1001321/print.htm

Streamflow> Литература
Streamflow> 1. Планеты Солнечной системы. Уран. Планеты Солнечной системы. Уран
Мне кажется, эта ссылка будет весомей:

PDF или GIF

Streamflow>> Литература
Streamflow>> 1. Планеты Солнечной системы. Уран. Планеты Солнечной системы. Уран
RD> Мне кажется, эта ссылка будет весомей:
RD> Chemical models of the deep atmosphere of Uranus
RD> PDF или GIF

Насколько я могу судить сходу, в этой статье рассматриваюся существенно более глубокие слои атмосферы Урана, чем окрестности температурного минимума.

Streamflow>> .... А оценить производительность подобного метода, количества энергии, потребной для извлечения гелия из этого супергеля, а также для отделения извлечённого гелия от всего остального, извлечённного оттуда же, наконец, стоимость этого супергеля при добыче сотен тонн гелия-3 и десятков миллиардов тонн всего остального?
Wyvern-2> В том то всё и дело
Wyvern-2> Энергопитание добычи лунного гелия можно полностью осуществить за счет солнечной энегии, причем самые энергоемкие процессы - экстракцию из реголита и затем адсорбера - производить ПРЯМЫМ НАГРЕВОМ, т.е. простейшим способом...

Ник, я последний раз включаюсь в обсуждение этого метода добычи гелия-3, и еще раз повторю, что всё, что было Вами сказано - просто слова.

1. Неясно в принципе, возможно ли это вообще. Если возможно, то неизвестно, за сколько времени может проходить диффузия гелия, водорода, кислорода...из миллиметрового или сантиметрового слоя реголита - 2 часа, 2 года или 2000 лет. Если в этих условиях она вообще будет заметна.
2. При одинаковых воздействиях абсорбер и поглощает и отдаёт захваченное по желанию. Странно.
3. Двадцатикилограммовый ровер, застилающий, а затем собирающий абсорбер с гектара за 2 часа - это, на мой взгляд, несколько смело.
4. Фабрика по экстракции из абсорбирующей плёнки и разделению абсорбированного...
5. Восстановление абсорбера - в каких количествах и из чего?

И это только, если вообще возможно получить заметное количество гелия-3 таким путём, что совершенно не очевидно.

А у птички в клювике апробированные за последние 70 - 100 лет методы, возможность и продуктивность которых давно известны.

Finita.

Streamflow> Ник, я последний раз включаюсь в обсуждение этого метода добычи гелия-3, и еще раз повторю, что всё, что было Вами сказано - просто слова.

Streamflow> А у птички в клювике апробированные за последние 70 - 100 лет методы, возможность и продуктивность которых давно известны.
Streamflow> Finita

Ну, прям даже не знаю
Я не сторонник добычи гелия3 на Луне - только уж твой проект просто откровенное прожектерство. До сих пор возле Урана ничего тяжлее пары сотен кило не летало - вот такие вот "апробированные за последние 70 - 100 лет методы, возможность и продуктивность которых давно известны"...

А пытаться защитить совершенно прожектерскиую идею, в которой вообще то кроме математики основанной на очень неполных данных ничего нет говоря, что "все остальное - просто слова" IMHO контрпродуктивно

А если представить себе ПЕРВОНАЧАЛЬНЫЕ ЗАТРАТЫ на организацию непрерывной транспортной цепи Земля-Уран-Земля с задержкой первой доставки коммерческого продукта минимум на 12 лет...и это без испытаний...
Луна это прожектерство..но Уран...

Ник

Streamflow> Насколько я могу судить сходу, в этой статье рассматриваюся существенно более глубокие слои атмосферы Урана, чем окрестности температурного минимума.
Предложу еще такую ссылку:

Streamflow>> Ник, я последний раз включаюсь в обсуждение этого метода добычи гелия-3, и еще раз повторю, что всё, что было Вами сказано - просто слова.
Streamflow>> А у птички в клювике апробированные за последние 70 - 100 лет методы, возможность и продуктивность которых давно известны.
Streamflow>> Finita
Wyvern-2> Ну, прям даже не знаю
Wyvern-2> Я не сторонник добычи гелия3 на Луне - только уж твой проект просто откровенное прожектерство. До сих пор возле Урана ничего тяжлее пары сотен кило не летало - вот такие вот "апробированные за последние 70 - 100 лет методы, возможность и продуктивность которых давно известны"...
Wyvern-2> А пытаться защитить совершенно прожектерскиую идею, в которой вообще то кроме математики основанной на очень неполных данных ничего нет говоря, что "все остальное - просто слова" IMHO контрпродуктивно
Wyvern-2> А если представить себе ПЕРВОНАЧАЛЬНЫЕ ЗАТРАТЫ на организацию непрерывной транспортной цепи Земля-Уран-Земля с задержкой первой доставки коммерческого продукта минимум на 12 лет...и это без испытаний...
Wyvern-2> Луна это прожектерство..но Уран...
Wyvern-2> Ник

"Проверив математические выкладки г. Цанковского, общество нашло, что они произведены верно и что идеи г. Цанковского правильны; но в денежной субсидии, которой домогался г. Цанковский для осуществления своего проекта, общество ему отказало на том основании, что прожектером не приняты во внимание все могущие возникнуть при осуществлении проекта трудности..." ©

"Я вообще отношусь к дайверу как к некой абстрактной технологической задаче, которая совершенно не обязательно должна быть реализована. Искусство для искусства. Просто как поэт пишет стихи, так и я кропаю что-то своё, и неважно, что будет дальше..." (с)

"Эстетическая красота проекта для меня многократно перевешивает его практическую реализуемость, так как я не верю, что современное человечество способно реально создать что-то подобное. Более того, к моменту, когда на повестку дня могла бы встать реализация подобного проекта, наиболее пассионарная часть людей на Земле, как я полагаю, будет вырывать остатки еще нерастраченных ресурсов под лозунгом урок: «Умри ты первый», а остальные как овцы пойдут на заклание.

Поэтому, физико-математическая эстетика и только эстетика – основной побудительный источник развития этого проекта." ©

И в отличие от г-на "Цанковского" я ни у кого ничего не прошу.

Streamflow>> Насколько я могу судить сходу, в этой статье рассматриваюся существенно более глубокие слои атмосферы Урана, чем окрестности температурного минимума.
RD> Предложу еще такую ссылку:
RD> Atmospheric temperature profiles of Uranus and Neptune

Спасибо.

Еще "The atmospheres of Uranus and Neptune"



У меня ссылка открывается без ошибки

Streamflow> Finita
Wyvern-2>> Ну, прям даже не знаю
Streamflow> Я вообще отношусь к дайверу как к некой абстрактной технологической задаче, которая совершенно не обязательно должна быть реализована. Искусство для искусства.

Проблема в том, что ДРУГИЕ это так воспринимают
Существует масса абстрактных идей намного более интересно-глобальных-например межзвездные перелеты. Вот туда бы твой энтузиазм...

Ник

Streamflow>> Finita
Wyvern-2> Wyvern-2>> Ну, прям даже не знаю
Streamflow>> Я вообще отношусь к дайверу как к некой абстрактной технологической задаче, которая совершенно не обязательно должна быть реализована. Искусство для искусства.
Wyvern-2> Проблема в том, что ДРУГИЕ это так воспринимают
Wyvern-2> Существует масса абстрактных идей намного более интересно-глобальных-например межзвездные перелеты. Вот туда бы твой энтузиазм...
Wyvern-2> Ник

1. На брудершафт мы не пили, поэтому обращение Вы я считаю гораздо более уместным.
2. Если "другой" ничего не понимает, то не имеет значения, как он может воспринять этот проект - всё равно воспримет ошибочно. Как и всё остальное. Однако, возможно, что эта проблема имеется только в связи с особенностями восприятия окружающей действительности врачом-психиатром (бывшим?).
3. Реализация этого проекта дала бы возможность человечеству выйти на новый уровень развития при прохождении точки бифуркации, которая будет иметь место в ближайшие десятилетия XXI века. Альтернатива - гибель цивилизации, и никаких межзвёздных перелётов.

Я уже слышу далёкий гул - топот лапок миллиардов леммингов, начавших свой финальный забег к высокому скалистому обрыву на берегу холодного полярного моря...

>Я не сторонник добычи гелия3 на Луне - только уж твой проект просто откровенное прожектерство. До сих пор возле Урана ничего тяжлее пары сотен кило не летало - вот такие вот "апробированные за последние 70 - 100 лет методы, возможность и продуктивность которых давно известны"...

Ник, я тебя не узнаю. Урановый проект более чем решаемый в техническом плане.
Другое дело что мне не хотелось бы давать термоядерную энергию в руки человечеству. Это примерно аналогично РГД в руках шимпанзе.
Привлекателен для меня проект созданием межпланетного транспорта. Есть у меня слабость к межпланетным перелетам.

Streamflow> 1. На брудершафт мы не пили, поэтому обращение Вы я считаю гораздо более уместным.

Перед тем, как неплохо с Правилами монастыря ознакомиться
Правила Авиабазы, №6
6. На форумах Авиабазы я стараюсь поддерживать дух своеобразного клуба. Наиболее близкий аналог - ФИДОшные эхоконференции. И, традиционно, в таких клубах не принято общение "на Вы". Это подчёркивает дистанционируемость от собеседника, которая чужда духу нашего общения. Как в своё время шутили в ФИДО, "у нас "на Вы" переходят в тех случаях, когда в реальном общении уже били бы морду".

Streamflow> Я уже слышу далёкий гул - топот лапок миллиардов леммингов, начавших свой финальный забег к высокому скалистому обрыву на берегу холодного полярного моря...

У шума в ушах много причин. Одна из самых распространенных - склероз сосудов головного мозга
Кстати, для того, что бы "защитить проект" имеющий альтернативное решение обычно начинают с разбора альтернативы - в .д.с. - добычи гелия3 на Луне....ну эт если не поэму пишутЬ

Ник

>>Я не сторонник добычи гелия3 на Луне - только уж твой проект просто откровенное прожектерство. До сих пор возле Урана ничего тяжлее пары сотен кило не летало - вот такие вот "апробированные за последние 70 - 100 лет методы, возможность и продуктивность которых давно известны"...
TEvg> Ник, я тебя не узнаю. Урановый проект более чем решаемый в техническом плане.
Несомненно решаемый (в отличии от тех же межзвездных перелетов)
Только получение гелия3, в случае его востребованности вообще, будет предприятием коммерческим, со всеми вытекающими оттуда законами и теми же правилами, что и добыча нефти или газа. так вот - первоначально, лет эдак 50, разрабатывали не самые богатые месторождения, а самые ДОСТУПНЫЕ.
Образно говоря - Уран это буровые в океане, а Луна - бакинские промыслы...

Ник

Уран более доступен чем Луна.
Дальше да, но не пофигу ли это в космическом пространстве?
Что легче возить перец из Индии по морю делая огромный крюк или на Верблюдах штурмовать Тибет и Каракорум?

Зато не Уране не надо лопатить миллионы тонн грунта. Это принципиальная разница.

Wyvern-2> Только получение гелия3, в случае его востребованности вообще, будет предприятием коммерческим, со всеми вытекающими оттуда законами и теми же правилами, что и добыча нефти или газа. так вот - первоначально, лет эдак 50, разрабатывали не самые богатые месторождения, а самые ДОСТУПНЫЕ.
Wyvern-2> Образно говоря - Уран это буровые в океане, а Луна - бакинские промыслы...
“Богатый” – это когда большие объемы добываемого сырья. А “доступный” – это когда минимальные затраты на добычу и транспортировку, а не “самый близкий”. Именно поэтому за золотом метались на Клондайк, а не пытались его рыть на “заднем дворе”.

Поэтому, несмотря на близость Луны – Уран – это доступней и богаче.

TEvg>Есть у меня слабость к межпланетным перелетам.

RD> “Богатый” – это когда большие объемы добываемого сырья. А “доступный” – это когда минимальные затраты на добычу и транспортировку, а не “самый близкий”. Именно поэтому за золотом метались на Клондайк, а не пытались его рыть на “заднем дворе”.

Думаю, что пока что-то в мире очень сильно не изменится денег больше чем на 25 лет не дадут. То есть за 25 лет нужно будет полностью отбить затраты. Уранианский дайвер успеет только если в первом же полете привезет гелия на сумму окупающую всю экспедицию.

В финансовом плане это авантюра - уверенность в возврате средств появляется только после привоза гелия на землю. А ведь гелий тут надо будет ещё и продать.

Всё. Если кто-то сможет оторвать от сердца NN миллиардов -рискнёт... Может быть обогатит своих детей. Если за четверть века технологии не поменяются.

Wyvern-2> Перед тем, как неплохо с Правилами монастыря ознакомиться

Давно знаком, но правила поведения устанавливаю для себя сам. В рамках уголовного и гражданского кодексов и т. п., а также с учётом принятых в данный исторический период представлений о приличиях

Wyvern-2> У шума в ушах много причин. Одна из самых распространенных - склероз сосудов головного мозга

А сколько причин бывает у глухоты? А у слепоты? А у...?

Wyvern-2> Кстати, для того, что бы "защитить проект" имеющий альтернативное решение обычно начинают с разбора альтернативы - в .д.с. - добычи гелия3 на Луне....ну эт если не поэму пишутЬ

Энергетические затраты при добыче гелия-3 на Луне после 15 (?) лет работы - 3000 - 5000 ГДж/г. На Уране после месяца моей работы - 90 ГДж/г. Простая оптимизация доведёт этот показатель, минимум, до 70 - 80 ГДж/г, а, может быть, и до существенно более низких уровней.

Wyvern-2>> Кстати, для того, что бы "защитить проект" имеющий альтернативное решение обычно начинают с разбора альтернативы - в .д.с. - добычи гелия3 на Луне....ну эт если не поэму пишутЬ
Streamflow> Энергетические затраты при добыче гелия-3 на Луне после 15 (?) лет работы - 3000 - 5000 ГДж/г. На Уране после месяца моей работы - 90 ГДж/г. Простая оптимизация доведёт этот показатель, минимум, до 70 - 80 ГДж/г, а, может быть, и до существенно более низких уровней.
Блин, откуда такие цифири?! А главное - при добыче на Луне понятно, откуда брать эти объемы энергии. А при добыче на Уране - непонятно, как лететь до него.
Я так еще расчета траектории не видел.

haleev> Думаю, что пока что-то в мире очень сильно не изменится денег больше чем на 25 лет не дадут. То есть за 25 лет нужно будет полностью отбить затраты. Уранианский дайвер успеет только если в первом же полете привезет гелия на сумму окупающую всю экспедицию.

Слава Богу что пока в мире ничего не изменится ни на какой Уран-Луну никто не полетит. Так что не переживайте.
А после изменений 25 лет - это будет не проблема. Хоть 125.

Streamflow> Энергетические затраты при добыче гелия-3 на Луне после 15 (?) лет работы - 3000 - 5000 ГДж/г. На Уране после месяца моей работы - 90 ГДж/г. Простая оптимизация доведёт этот показатель, минимум, до 70 - 80 ГДж/г, а, может быть, и до существенно более низких уровней.

Я уже попытался показать, что цифры ЭНЕРГОзатрат на добычу гелия3 на Луне - среднекосинусоплевковопотолочные Взяты из работы, где сравнивалась добыча угля открытым методом и гелия3
Простейшая оптимизация (придуманная мною по ходу написания поста) практически свела их к нулю.
Кроме того - вовсю идет оперирование ЭНЕРГОзатратами, и они "машинально" приравниваются к затратам вообще и , особенно, к ФИНАНСОВЫМ. Тем не менее НИОКР в энергозатратах не рассчитать!
А теперь попробуем представить себе объемы финансирования НИОКР по полетам к Урану цепочки многотонных дайверов без права на ошибку? Сколько Сатурн-Аполло стоил мы помним...представить себе сколько будет стоить сей анабазис, мягко говоря затруднительно

Ник
P.S. В приведенной выше ссылке есть и финансовый анализ:
ПРИМЕРНО при цене Не3 от $10Г/тонна он выгодней нефти, от $5Г - выгодней угля, дешевле $2Г - становиться выгодней всей энергетики в целом.

Wyvern-2>> Перед тем, как неплохо с Правилами монастыря ознакомиться
Streamflow> Давно знаком, но правила поведения устанавливаю для себя сам.

Такой стиль приводит, как правило, к общению самого с самим

Ник

Streamflow>> Энергетические затраты при добыче гелия-3 на Луне после 15 (?) лет работы - 3000 - 5000 ГДж/г. На Уране после месяца моей работы - 90 ГДж/г. Простая оптимизация доведёт этот показатель, минимум, до 70 - 80 ГДж/г, а, может быть, и до существенно более низких уровней.

Полл> Блин, откуда такие цифири?

По Луне - совсем недавно в этой теме приводились ссылки: 2400 и 5300 ГДж/г, с округлением данных и со сближением их к среднему значению и получается 3000 - 5000 ГДж/г, блин.

По уранианским данным ясно сказано: "после месяца моей работы - 90 ГДж/г."

Полл> А главное - при добыче на Луне понятно, откуда брать эти объемы энергии. А при добыче на Уране - непонятно, как лететь до него.

Вполне ясно. Основная проблема не в этом.

Полл> Я так еще расчета траектории не видел.

Ну и что, Вы - главный аудитор проекта?

Fakir> Ну в принципе всё, что по газовому составу, и прочие данные - по теплоёмкости, теплопроводности, и т.п.

Нашлось две писульки, попробуйте взять по ссылкам, если не получится — замылю. Содержание вам понравится.


Concentrations and isotopic abundances of the rare gases in lunar matter