Дотянуться до Урана.

Streamflow> Не страшно, 100 миллибар - это и есть 10 кПа.
Я знаю.
Пожалуй, ограничение “снизу” будет не только повышение температуры, но и облака. При давлении 0.7-1.3 бар (или если хотите 70-130 кПа) метан начинает собираться в облака (“The atmospheres of Uranus and Neptune” - Jonathan I. Lunine, стр. 232)
И оттуда же рисунок

Fakir> "За морем телушка - полушка, да рубль перевоз"
Ну, сколько можно повторять, что энергозатраты добычи и транспортировки гелия-3 из атмосферы Урана, меньше, чем прямые энергозатраты для организации его же добычи из лунного реголита. Это не считая непрямых затрат на всякие ЛБ и прочие ЛОСы и пр. муть..

Да и последствия для развития цивилизации несопоставимы. Уран решает энергетические проблемы цивилизации, а Луна – нет. Транспортная система для Урана делает относительно легкодоступной непосредственно для человека всю внутреннюю солнечную систему, а с лунной – она остается труднодоступной.

Fakir>> "За морем телушка - полушка, да рубль перевоз"
RD> Да и последствия для развития цивилизации несопоставимы. Уран решает...., а Луна – нет.

Да все решает сам термояд! И Уран и Плутон и черта лысого! Если хоть какая то термоядерная реакция даст энергетический + будет уже без разницы ГДЕ брать топливо.

Ник

Wyvern-2> Да все решает сам термояд! И Уран и Плутон и черта лысого! Если хоть какая то термоядерная реакция даст энергетический + будет уже без разницы ГДЕ брать топливо.
Все взаимосвязано. Если не откуда будет брать топливо для оптимальной термоядерной реакции, то нет смысла возиться с разработкой реактора.

А разница откуда брать топливо imho настолько же существенна, насколько в прединдустриальную эпоху был существенен такой фактор, как то, является ли столица страны портовым городом или нет. Imho он перестал быть существенным только с появлением развитой железнодорожной сети.

Еще любопытная ссылка.

Wyvern-2> Оппа! А сначала даже не всосал Понимаешь о чем я?

Мысли не читаю, а если читаю, то не признаюсь.

Факир:

Вот ещё: Mechanical properties of lunar soil: Density, porosity, cohesion and angle of in

Streamflow>> Пересчитал характеристики 3 вариантов дайвера по уточнённой модели атмосферы. Максимальные отклонения параметров оказались в пределах 2 - 3%. Итоговые результаты - удельный расход энергии при добыче гелия-3 остались прежними: 190 МДж/г при полётном числе Маха M = 1.0 и 110 и 90 МДж/г при M = 0.6.
Татарин> А зачем вообще нужна высокая скорость в "собирательном" режиме?

Вы правы, в "собирательном" режиме высокая скорость не нужна. Чем она выше, тем выше удельные затраты энергии. Это видно и из приводимых выше данных. Однако, дайвер - гиперзвуковой летательный аппарат, который должен иметь возможность выходить на орбиту и возвращаться с неё, что определяют его облик. И, поэтому он имеет ограничения по минимальной крейсерской скорости полёта. При числе Маха полёта ниже 0.6 аппарат у меня не "завязывается", по крайней мере при постоянной геометрии крыла. То есть, M = 0.6 при крейсерском полёте - это нижняя граница параметров и, одновременно, оптимум.

А тут ещё облака метана (конденсированная фаза) от RD При M = 0.6 и выбранных значениях основных конструктивных параметров дайвера давление атмосферы на крейсерском режиме полёта p = 67.5 кПа, и температура T = 67 К, что тоже является практически граничным значением. Облака начинаются при T = 70 К (по модели атмосферы p = 75 кПа).

Вывод: для дальнейшего снижения энергозатрат необходимо использовать изменяемую геометрию крыла.

RD> Пожалуй, ограничение “снизу” будет не только повышение температуры, но и облака. При давлении 0.7-1.3 бар (или если хотите 70-130 кПа) метан начинает собираться в облака (“The atmospheres of Uranus and Neptune” - Jonathan I. Lunine, стр. 232)
RD> И оттуда же рисунок

Умеете же Вы усложнить и так нелёгкую судьбу проектанта

RD> Еще любопытная ссылка.
RD> Google Books

ОК

>Вывод: для дальнейшего снижения энергозатрат необходимо использовать изменяемую геометрию крыла.

Зачем?? Пусть будут большие затраты и простая конструкция. А одним ВРД обойтись нельзя? Правда придется на сверхвуке летать.

RD>> Пожалуй, ограничение “снизу” будет не только повышение температуры, но и облака. При давлении 0.7-1.3 бар (или если хотите 70-130 кПа) метан начинает собираться в облака (“The atmospheres of Uranus and Neptune” - Jonathan I. Lunine, стр. 232)
RD>> И оттуда же рисунок
Streamflow> Умеете же Вы усложнить и так нелёгкую судьбу проектанта
Imho это говорит лишь о том, что аппарат должен быть готов к встрече с кристалликами метана. И что глобальная метеорологическая спутниковая сеть не будет лишним элементом добывающей системы. Да и ученым будет польза от такого мониторинга.

Wyvern-2>> Оппа! А сначала даже не всосал Понимаешь о чем я?
au> Мысли не читаю, а если читаю, то не признаюсь.

Дешифрую
А так ли необходимо греть реголит?

Ник

Реголит надо КОПАТЬ. На большую глубину.

au> Факир:
au> Вот ещё: Mechanical properties of lunar soil: Density, porosity, cohesion and angle of in

Спасибо, утянул
А в какой работе говорилось о выделении газов при "встряхивании"? Очень интересно, нигде такого не встречал.
И если попадётся на глаза - особенно интересуют тепловые параметры реголита.

Насколько я понимаю - на Луне из верхних слоёв гелий уже "выпарился" из-за воздействия солнечного света, остался только тот, что глубже.

Кстати, а как насчёт сбора Не3 из радиационных поясов Юпитера? Он по идее там должен быть достаточно высококонцентрированный - масса от "соседей" - Не4 и дейтерия отличается серьёзно.
Опускаться вниз не надо, расправил "крылышки" - ловушки и собирай себе...

И лететь недолго, не то, что к Урану.

Wyvern-2> Дешифрую А так ли необходимо греть реголит?

Необходимо. Копание отнимает кучу энергии и весь ресурс техники, так что любой плюс с нагрева — почти бесплатный. В отличие от, я считаю что проблема с Луной не в энергии на нагрев, а в ресурсе техники. За то я сказочника Кульчински как раз и не жалую, хотя если он физик-плазмист, это многое объясняет.

au> Необходимо. Копание отнимает кучу энергии и весь ресурс техники, так что любой плюс с нагрева — почти бесплатный. В отличие от, я считаю что проблема с Луной не в энергии на нагрев, а в ресурсе техники. За то я сказочника Кульчински как раз и не жалую, хотя если он физик-плазмист, это многое объясняет.

Лунными тракторами в их компании вроде больше Святославский занимается. Не знаю, кто он по основной специальности. Но, по-моему, про ресурс они вполне себе думают.

>>Вывод: для дальнейшего снижения энергозатрат необходимо использовать изменяемую геометрию крыла.
TEvg> Зачем?? Пусть будут большие затраты и простая конструкция. А одним ВРД обойтись нельзя? Правда придется на сверхвуке летать.

Так удельные энергозатраты - это целевая функция, к минимуму которой надо стремиться. При увеличении этого показателя примерно пропорционально будут расти мощность источника энергии - реактора, массы его, радиационной защиты, теплообменников, конструкции и ещё много чего по всему аппарату. И что будет, если потребная мощность увеличится в несколько раз? Разве упрощение конструкции - отказ от ТРДД, поворотного узла крыла и т. п. окупит эти издержки? Другой возможный вариант - увеличение в несколько раз числа дайверов для получения заданного потока гелия-3. Вряд ли это будет целесообразно, особенно учитывая трудности их доставки к Урану.

Я рассматривал и 4 варианта дайвера с ПВРД, но не до конца, так как стало ясно, что энергетические характеристики у них будут в разы хуже. Специально для Вас один из этих вариантов доведу до такого же состояния, что и варианты с ТРДД. Посмотрим на конкретных числах.

RD>>> Пожалуй, ограничение “снизу” будет не только повышение температуры, но и облака. При давлении 0.7-1.3 бар (или если хотите 70-130 кПа) метан начинает собираться в облака (“The atmospheres of Uranus and Neptune” - Jonathan I. Lunine, стр. 232)
RD> RD>> И оттуда же рисунок
Streamflow>> Умеете же Вы усложнить и так нелёгкую судьбу проектанта
RD> Imho это говорит лишь о том, что аппарат должен быть готов к встрече с кристалликами метана. И что глобальная метеорологическая спутниковая сеть не будет лишним элементом добывающей системы. Да и ученым будет польза от такого мониторинга.

Насколько я помню, постоянная изотермической атмосферы (длина, на которой давление меняется в e раз) равна h0 = RT/g. Для Земли эта величина в среднем равна 7.16 км, для Урана при T = 70 К - 27.5 км. Следовательно расстояние между уровнем крейсерского полёта дайвера (p = 67.5 кПа) и верхней кромкой метановых облаков (p = 75 кПа) составит около 3 км. Я думаю, его будет достаточно, чтобы не иметь проблем с метановым льдом в газозаборниках.

Господа!

А по поводу копания и выпаривания реголита - не будет ли правильнее перебраться на одну из 4-х тем, имеющихся на Авиабазе по данному вопросу? Сколько будет продолжаться этот злостный офтоп, г-да модераторы-литераторы?

Теплоёмкости и показатели адиабаты атмосферы Урана в диапазоне 4 – 1200 К

Оценка характеристик двигателей и объединённой с ними системы сепарации гелия-3 уранианского дайвера SL II требует проведения расчётов таких элементов и/или агрегатов двигателя и планера аппарата, как газозаборники, сопла, компрессоры, турбины, турбодетандеры и теплообменники. Для таких расчётов в первом приближении можно использовать выражения, выведенные для идеального газа, даже в том случае, когда отклонения в поведении газа от этой модели велики. Необходимо только определить для среднего по агрегату состояния газа значение его показателя адиабаты k, а в некоторых случаях и удельной теплоёмкости при постоянном давлении cp.

Ранее было показано, что в полетной зоне атмосфера состоит только из водорода и гелия с массовым соотношением 0.845 : 0.155. Её молекулярная масса равна m = 2.32 кг/кмоль, а газовая постоянная R = 3.58 кДж/К. Диапазон температур, в котором надо иметь соответствующие данные, составляет от 4 К до 1200 К.

Гелий является одноатомным газом, поэтому в его теплоёмкость вплоть до начала ионизации (которая начинается при температуре существенно выше 1200 К) вносит вклад только его поступательное движение. Поэтому можно считать, что его показатель адиабаты k постоянен во всём диапазоне температур и равен 5/3. Его удельная теплоёмкость при постоянном давлении cp во всём диапазоне принята постоянной и равной 5.20 кДж/(кгК).

Сложнее обстоит дело с соответствующими термодинамическими показателями водорода, который является двухатомной гомоядерной (состоящей из одинаковых атомов) молекулой. Теплоёмкость таких молекул определяется характеристиками её вращательного и колебательного движений. Известно, что при значениях температур ниже определённых происходит квантовое вырождение этих движений, и термодинамические показатели двухатомных молекул при низких температурах становятся такими же, как у одноатомных. Это происходит, когда температура двухатомного газа T оказывается ниже, чем, величина, равная ~ T'/3, где T' – характеристическая температура вращательного движения. Водород является единственной молекулой, характеристическая температура T' которого настолько велика (T' = 85 К), что квантовое вырождение по вращательным степеням свободы влияет на его термодинамические параметры в весьма широкой области температур вплоть до нормальной [5]. И именно в этой области температур должны работать основные агрегаты дайвера за исключением турбины и сопла внутреннего контура двигателя дайвера.

Далее, для молекул водорода возможны четыре спиновых состояния: одно – с нулевым ядерным спином (параводород с чётным значением спина) и три состояния с единичным ядерным спином (ортоводород с его нечётным значением). Термодинамические характеристики этих разновидностей водорода в широкой окрестности характеристической температуры вращательного движения T' заметно различаются. При T >> T' в равновесном состоянии отношение количества молекул параводорода к ортоводороду составляет 1 : 3. С уменьшением температуры это соотношение должно изменяться, и при T << T' равновесие почти полностью смещено к параводороду. Однако, вероятность изменения суммарного ядерного спина при столкновениях молекул очень мала, и переходов между орто- и пара-состояниями практически не наблюдается [5]. Поэтому принято считать, что и при низких температурах квазиравновесное распределение состояний молекул водорода остаётся таким, какое оно есть при нормальной температуре и выше. Зависимости степени квантового вырождения для гомоядерных молекул, нормированные по параметру T', являются универсальными для всех молекул с одинаковыми (чётными или нечётными) спиновыми состояниями.

Можно полагать, что в атмосфере Урана происходит обмен молекулами водорода из нижних, более тёплых слоёв, где равновесное отношение количества молекул параводорода к ортоводороду равно 1 : 3, и это же соотношение сохраняется и в том более низкотемпературном слое (T ~ 53 – 70 К), где должен происходить крейсерский полёт дайвера. Тогда по известным кривым зависимости вращательной теплоёмкости двухатомной гомоядерной молекулы с чётными и нечётными спиновыми состояниями [5] в соотношении 1 : 3 можно получить значения удельной теплоёмкости водорода при постоянном давлении cp в диапазоне температур от 20 К до 400 К, когда уже можно считать, что вращательные степени свободы этой молекулы полностью активированы. При этом для водорода величина cp изменяется от 11.0 кДж/(кгК) до 14.48 кДж/(кгК), а k от 5/3 до 7/5.

Далее начинаются активирование колебательных степеней свободы молекул водорода и медленный рост её теплоёмкости с одновременным снижением показателя адиабаты, что можно увидеть из данных [6]. Термодинамические показатели смеси водорода и гелия после этого легко считаются как сумма их показателей с учётом массового соотношения газов смеси. Выборочные результаты по показателю адиабаты k представлены в приведённой ниже таблице. Удельная теплоёмкость при постоянном давлении определяется следующим образом: cp = – 1)R, удельная теплоёмкость при постоянном объёме – cv = cp – R = – 1)R.

Таблица

Смесь 0.845 водорода и 0.155 гелия по массе

T(К) k
20 5/3
40 5/3
50 1.66
75 1.64
100 1.60
125 1.56
150 1.53
200 1.45
300 1.42
400 1.41
800 1.40
1200 1.39

Литература

5. Смирнова Н. А. Методы статистической термодинамики в физической химии. Глава 9. http://www.chem.msu.su/rus/teaching/smirnova/glava9.pdf
6. Hydrogen - Specific Heat Capacity. Hydrogen - Specific Heat

Streamflow> Гелий является одноатомным газом, поэтому в его теплоёмкость вплоть до начала диссоциации (которая начинается при температуре существенно выше 1200 К) вносит вклад только его поступательное движение.

Э-э?

Streamflow>> Гелий является одноатомным газом, поэтому в его теплоёмкость вплоть до начала диссоциации (которая начинается при температуре существенно выше 1200 К) вносит вклад только его поступательное движение.
Fakir> Э-э?

Значит, внимательно прочитали

Streamflow>>> Гелий является одноатомным газом, поэтому в его теплоёмкость вплоть до начала диссоциации (которая начинается при температуре существенно выше 1200 К) вносит вклад только его поступательное движение.
Fakir>> Э-э?
Streamflow> Значит, внимательно прочитали

Пойду. что ли гелий ПОДИССОЦИИРУЮ...

Ник

Streamflow>>>> Гелий является одноатомным газом, поэтому в его теплоёмкость вплоть до начала диссоциации (которая начинается при температуре существенно выше 1200 К) вносит вклад только его поступательное движение.
Wyvern-2> Fakir>> Э-э?
Streamflow>> Значит, внимательно прочитали
Wyvern-2> Пойду. что ли гелий ПОДИССОЦИИРУЮ...
Wyvern-2> Ник

Итак, прозвучавшая в шапито Сонной Лощины хохма имела успех.