Форум космопорта

[Плазма]

Ядерная энергетическая установка-это очень хорошо, но всё же есть минусы, хотя на первом этапе можно использовать и её.

Очень давно я додумался поставить две солнечные электростанции в противоположном направлении от Лунной базы расположенной на северном полюсе. Проводил рассчёты. Тогда меня смутил маленький КПД панелей. Но недавно узнал что американцы довели КПД до 43%. И обещали довести до 50%.
Я решил вернуться к теме.

На сегодняшнем техническом уровне и недалёком будущем реально построить такую электростанцию. Требуемое оборудование: Ангара-А5, ППТС+её модификация и лунный посадочный модуль.
Главное в строительстве электростанции-это то что строится она поэтапно и строительство может быть заморожено на долгие годы без ущерба на любом этапе строительства.

Рассчёты и последовательность работ.
1. Станция находится на северном полюсе Луны. Точные координаты требуется уточнить.
Средний радиус Луны=1737,10 км.
Длина дуги окружности Луны l=2pr=2*3.14*1737,10=10.908,988 км.
Если это число разделить на 360 градусов то получим, что длина дуги Луны в 1 градус=10.908,988:360=30,30 км.
Этой единицей легко пользоваться.
Я решил расположить одну электростанцию


на обращённую к Земле сторону, а другую на противоположную на расстояние 10 градусов, т.е 90-10=80 градусов с.ш.(Больше не стал, дальше будет понятней почему). Расстояние 10 градусов=10*30,30=303 км.

2. Создание кабеля соединяющего электростанцию и Лунную базу.
Требуется выбрать материал для кабеля. Я выбрал Алюминий.
Дальше для наглядности возникающих проблем приведу три варианта:
Радиус проводника
1. 1мм
2. 2мм
3. 3мм
Длина проводника:303.000 м.
Теперь вычислим V объём алюминия необходимого для изготовления одного кабеля по формуле V=P*r^2*l:
V1=3.14*(0,001)^2*303.000=0,95142 м^3

V2=3,14*(0,002)^2*303000=3,80568 м^3
V3=3,14*(0,003)^2*303000=8,56278 м^3
Теперь вычислим массу каждой модели проводника. Очень важный показатель. Плотност (p) алюминия=2700 кг/м^3
m1=0,95142*2.700=2568,834 кг
m2=3,80568*2.700=10.275,336 кг
m3=8,56278*2700=23.119,506 кг
Тут следует отметить, что это чистая масса алюминиевого провода: без диэлектрического изолятора и общей верхней оболочки.

Какой диэлектрик нужно выбрать и на сколько он увеличит массу провода я не искал и не рассчитывал, также как и оболочку. Но думаю что оболочку лучше сделать из углеродного волокна.
3. После того как сделана модель кабеля, возникла другая проблема(по этому рассчёт в трёх вариантах и ниже 80 градусов с.ш не пошёл)-удельное электрическое сопротивление.
Оно увеличивает потерю энергии при передаче на большое расстояние.

Единственный метод борьбы-увеличение радиуса проводника, увеличивающий площадь поперечного сечения. Но как видно из вышеуказаных рассчётов-тут же увеличивается масса. И для третьего варианта она уже критична для ракеты-носителя Ангара-А5 (НОО-25.000 кг).
Дальше рассчёт сопротивления.
Площадь поперечного сечения S=pr^2:
S1=3,14*1^2=3,14 мм^2
S2=3,14*2^2=12,56 мм^2
S3=3,14*3^2=28,26 мм^2

Следовательно общее сопротивление проводника длиной l=303.000 м равно R=p*(l/S). Удельное сопротивление p=0,028 Ом*мм^2/м.
Тогда сопротивление:
R1=0,028*303.000/3,14=2701,91 Ом
R2=0,028*303.000/12,56=675,47 Ом
R3=0,028*303.000/28,26=300,21 Ом
Как видите сопротивление всё еще велико. Надо думать...

Нерешённых вопросов как видите в этом проекте много.
4. Когда окончательный вариант кабеля будет готов, его сматывают в катушку, катушку в защитный контейнер, контейнер под обтекатель ракеты и запускают ракету. Катушка находится на определенной максимально высокой орбите.
5. Запускается ППТС(технические характеристики не привожу, они достаточны для выполнения задачи), зацепляет катушку и ташит её на безопасную Лунную орбиту.

Оставляет её там. Сам возвращается.
6. Когда нужное число катушек соберётся на Лунной орбите, запускается два аппарата-1ППТС(пилотируемый) и его беспилотный аналог. Летят к Луне. Подлетают к катушке, один держит-другой разматывает. Получается прямой длинный проводник на орбите. Потом пилотируемый корабль отсоединяется, а автоматический тормозится и сажает кабель на поверхность Луны. Пилотируемый летит назад.

7. Когда все кабели будут на поверхности Луны, запускаются грузовые беспилотные корабли с солнечными батареями. Они садятся в точке, где заканчивается кабель, т.е где то на 80 градусах северной широты.
8. После этого нужно отправить робота, который развернет и установит солнечные батареи и подключит к ним кабель.
9. Отправляется небольшой жилой модуль и сажается на северный плюс, в месте где сходятся два проводника.


В одном из них всегда будет электрический ток. Следовательно на базе он будет круглосуточно.
10. Отправляется первая экспедиция, для подключения модуля к электростанциям.

[Kuasar]

Просьба на будущее - не плодите кучу постов, пишите все мысли в одном.

Прилунять размотанный провод с орбиты - не самая удачная идея.
Даже если вы сможете полностью погасить горизонтальную скорость, при падении на поверхность провод порвется в сотне мест из-за высокой скорости падения и неровностей рельефа.
Если же горизонтальная скорость не будет погашена, то провод протянет по поверхности, он порвется, а ошметки изотрутся в пыль.

Чтобы снизить потери мощности из-за сопротивления в линиях электропередач используется высокое напряжение. Чем выше напряжение - тем ниже потери при заданной мощности.

[Плазма]

Думаю что прочная оболочка из углеродного волокна выдержит натя жение и падение.

[Kuasar]

Углеродное волокно прочное - не поспоришь. Но это не панацея от любых видов нагрузок.
Катушки с проводами все таки придется разматывать прямо на Луне

[Boo]

Плазма
1. Опять углеродное волокно... Вы его стоимость хоть посчитали?! Дешевле будет вёдрами солнечный свет с освещённой стороны пешком таскать.
2. При ценах доставки на поверхность Луны порядка 100 000 у.ё./кг нам будет всё равно, что доставлять - алюминий или серебро, разница по стоимости самого металла - ничто в сравнении со стоимостью доставки. А сопротивление-то разное.
Считайте всё заново, и желательно не только и не столько физику, сколько ДЕНЬГИ.

[Kuasar]

Для прокладки проводов от лунных электростанций нам не нужны земные провода. Можно прямо на Луне собирать валяющееся на поверхности метеоритное железо, сплавлять его в толстые токопроводящие шины и этими шинами прокладывать линию электропередач (ЛЭП).

Всю работу можно автоматизировать и выполнять под контролем оператора с Земли.

Отправляем на Луну простой лунный трактор с металлоискателем и электромагнитом снизу. Луноход катается по Луне, металлоискатель находит фрагменты железных метеоритов, электромагнит их собирает. Если электромагнит не выключать, то соберем и мелкие пылинки железа. Насобирали, например, тонну - поехали строить очередной участок ЛЭП.
Собранное железо потихоньку плавим и отливаем из него толстенные рельсы-проводники.
В качестве изоляторов для ЛЭП можно просто отливать на поверхности Луны "тумбочки" из расплавленного реголита - они будут как стекло.
Железные "рельсы" кладем на стеклянные "тумбочки" и свариваем их между собой при помощи изогнутых полос - для компенсации температурных колебаний.
Питание всего оборудования от солнечных батарей.
Плавильную печь можно сделать на основе солнечного концентратора.

Вообще очень странно, что современные проекты освоения Луны не рассматривают метеоритное железо в качестве практически дармового конструкционного материала, который там валяется прямо под ногами.
По моим оценкам в год на Луну выпадает 20 тонн метеоритов из которых около 5% - железные. Т.е. за год на Луне скапливается около 1 тонны железа. За последний миллион лет - 1 млн. тонн. или по 250 тонн на 1 кв.км
А если принять в расчет не 1 млн. лет лунной истории, а все 4,5 млрд. лет?

Да из собранного простым магнитом металла можно всю лунную базу построить.

[Плазма]

Конечно сопротивление разное, ведь диаметр проводов разный, в каждом из трёх вариантов.
Сделал рассчёт для оболочки из углеродного волокна-всё получилось, выдерживает нагрузки. Только третий вариант сдох-масса большая получилась. Про цены знаю. Слышал вариант из Академгородка,Новосибирск. Придумали Луноход, едет и спекает реголит под собой прямо в солнечные батареи. Дёшево. Только городов на Луне что то не видно.

[vasanov]

[Kuasar]

[Плазма]

Вот схема без углеродного волокна.
1.Пуск РН Ангара-А5. Доставляет робота и солнечные батареи. Робот собирает станцию. 2.Пуск РН Ангара-А5. Выводит самоходную катушку: представляет гибрид катушки,посадочного модуля и лунохода. 3. Пуск ППТС(РН-?),тащит катушку на Луну. 4. Катушка садится и робот присоединяет один конец провода к электростанции. Другой конец всегда на катушке, она едет к северному полюсу и разматывается.

[Плазма]

Что же касается цены, то: стоимость программы Фобос-грунт=5 миллиардам рублей. А для строительства двух электростанций требуется: 4 пуска РН Ангара-А5, 2 пуска РН типа Зенит(для ППТС), плюс цена оборудования. Всего получается 6 пусков. Умножаем 6*5=30 миллиардов рублей. МКС в год обходится дороже. (Про железо на Луне, идея тоже интересная. Думаю проблема в его собирании, рельеф Луны ужасный). Подума

[Boo]

Опять потеряли практически важнейший элемент: надёжность!
Где аккумуляторы?!
Что будет в ситуации, когда одна из электростанций только вошла в тень, а вторая ВНЕЗАПНО вышла из строя?
Опять же, для базы начального уровня дешевле будет провода доставить, в то время как для крупномасштабной колонии гораздо больше смысла имеет вариант с добычей и обработкой имеющихся на Луне полезных ископаемых - масса оборудования будет внушительной, но окупаемой при долгосрочном функционировании.

Кстати, а почему только 4 пуска "Ангары А5"? Это всего-то 8-10 тонн ПГ на поверхность Луны. Маловато будет... И на какой барабан нам при этом нужны 2 ППТС на лунной орбите?
Опять же, привлекаем несуществующую технику. Давайте ещё межорбитальный буксир с ЯРД в схему включим и РН "Вулкан" возродим для пущей кошерности.

[Плазма]

Да. Вы правы. Следует уточнить. Я виду речь исключительно о базе начального уровня. Так сказать чтобы закрепиться.
2ППТС нужны чтобы перетащить 2катушки с Земной орбиты на Лунную. Катушка сама улететь не может, слишком тяжёлая. Если сделать чтоб сама летела, то такую массу РН Ангара-А5 не потянет. Да техники которую я использую пока нет.(Жаль). А батареи будут, их спустят вместе с жилым модулем. Но это уже строительство самой Лунной станции.

[Boo]

[Плазма]

ППТС планируется делать в двух вариантах:грузовом автоматическом и пилотируемом. Я имел ввиду автоматический. Межорбитального буксира в ближайшее время не видать. Вариант с Прогрессом и Протон-М я не считал. Но могу предположить, что с ними еле-еле получится первый вариант, где радиус проволоки 1мм и сопротивление 2701 Ом.(Смотри выше). Да были бы деньги, можно и с этой техникой первый вариант сделать.

[Плазма]

Сделал рассчёт для провода радиусом 2 мм. Нашёл нужный изолятор. Если Протон-М ещё справляется с задачей, то Прогресс придётся модернизировать, вся его полезная нагрузка 2,5т должна составлять топливо.

[Boo]

[Плазма]

Зато стендовая модель РН Ангары уже в Плесецке на стартовой площадке. В следующем году запуск.

[Kuasar]

Предлагаю ракетоносители обсуждать в отдельной теме.

[Плазма]

К вопросу об использовании железа на Луне.
Провёл опыт. Взял камни от 1 до 4см. Высыпал в кучу, разровнял кучу в линию. Обвязал 1 камень проводом(5Вольт), положил на конец кучи. Индикатор на другом конце линии тока не показал. Максимальное расстояние где есть ток 4 см. Плюсы эксперимента:1.Камни не переплавлял. 2.Камни силикатные.(Большое сопротивление). Интересно было бы повторить опыт с железными метеоритами.