Химические двигатели для полета на четвертую планету требуют — как бы неожиданно это ни прозвучало — доставки туда ядерного реактора. Причем такого, которого пока нет у США и который проще всего разработать «Росатому». Вряд ли Москва и Вашингтон в ближайшее время смогут договориться по этому поводу. Так что реальное освоение Марса будет напоминать «американские горки» — не только взлетами и падениями, но и полной непредсказуемостью всей его траектории. Naked Science попробовал разобраться в деталях этой истории.
Чтобы надежно вернуться с Марса, надо добыть там топливо на обратную дорогу. А у нас пока ни базы, ни энергии для добычи топлива на месте. Как SpaceX будет выходить из этой непростой ситуации? / ©Wikimedia Commons
Затраты энергии на путешествие в космосе часто обозначают через «дельта V» — изменение скоростей, нужное, чтобы попасть из точки «а» в точку «б». В случае Земли для выхода в космос необходима «дельта V» 9,3-10 километров в секунду, а чтобы добраться после этого до Марса — 4,1 километра в секунду. Реалистично рассуждая, «дельта V» тут более 14 километров в секунду. Это огромная разница с ~11 километрами в секунду, нужными для полета на Луну. И главное: чтобы вернуться с Красной планеты, эти 14+ километров в секунду придется приложить дважды.
Значит, полеты к Луне — или к карликовой планете Церера в Поясе астероидов, потому что энергетические затраты в этих случаях примерно равные — будут принципиально отличаться от высадки на Марс. До Луны или Цереры можно дотянуть со своим запасом топлива, взятым на Земле, и даже вернуться. «С Марса выдачи нет»: тот, кто туда сел, уже не сможет взлететь с запасом топлива, полученным еще на Земле. Слишком уж большая для посадки на него нужна «дельта V»: точных расчетов пока нет, но, судя по всему, она съест всё (или почти всё) топливо. Следовательно, горючее и окислитель придется (и Илон Маск первый признает это) добыть на Красной планете, а это займет время — и, получается, вынудит построить базу.
Но даже если бы с Марса на Землю можно было вернуться без дозаправки, строить базу покорителям Марса все равно пришлось бы: Красная планета попадает примерно на одну линию (проведенную от Солнца) с Землей только раз в два года. Полет туда займет четыре месяца даже у Starship, а менее энерговооруженные средства доставки потребуют полгода. Значит, когда земной корабль высадится на чужой планете, возвращаться обратно будет уже поздно: Земля «уплывет» так далеко, что придется ждать ее нового сближения с Марсом — не менее 22 месяцев. Итак, строительство базы кажется неизбежным. Но это сотни тонн конструкций, а земной корабль столько доставить просто не сможет. Что же делать?
Обычно считается, что размещать людей — видимо, астронавтов, ведь, скорее всего, первыми (да и вторыми) там побывают именно они — на четвертой планете придется в укрытых толстым слоем грунта убежищах. Причина — в радиации: по данным «Кьюриосити», ее уровень там 0,23 зиверта в год. На Земле она составляет всего 0,0032 зиверта в год — в 72 раза слабее. Кажется логичным, что от ионизирующей радиации надо защищаться, ведь она опасна, не правда ли?
Шон О’Киф, бывший глава NASA, так и говорит: «У нас нет достаточных средств радиационный защиты, чтобы защитить человеческую жизнь там. Вы даже туда не долетите из-за нее, не то что обратно не вернетесь».
Но, чтобы разместить базу в грунте, нужны готовые герметичные конструкции, которые можно будет этим самым местным грунтом засыпать. Прозвучавшее не раз предложение «напечатать» стенки из марсианского реголита на 3D-принтере — увы, больше похоже на фантазию, чем на реальный план. Даже металлические стенки могут слегка пропускать газы. Стенки из грунта, даже в случае его термической обработки, неизбежно будут слишком «текучими». А ведь кислород и азот на четвертой планете — страшный дефицит, рисковать их потерей никто не будет.
Чтобы наладить производство топлива — метана и кислорода — в марсианских условиях, нужно как минимум полдюжины человек. Двое должны заниматься посменной работой по доставке водного льда снаружи. Ведь именно из водного льда, которого там очень много, придется брать кислород и водород — основу для дальнейшего получения метана. Еще двое должны следить за работой химической установки, перерабатывающей водное сырье на самой базе. Еще двоим надо подстраховывать первые две группы и обслуживать базу. Много людей при первой посадке иметь тоже нежелательно: им понадобится слишком много еды, скафандров и тому подобного.
База для полудюжины человек должна иметь размеры примерно как у Международной космической станции. Масса МКС — более 400 тонн. Марсианской базе сложнее будет получить электроэнергию: на орбите Красной планеты Солнце втрое тусклее, чем на околоземной. Средств получения энергии потребуется больше. Значит, масса местной базы может быть даже больше 400 тонн.
Но полезная нагрузка Starship — 100 тонн, от силы 150 тонн. Корабль не сможет доставить одновременно и герметичные модули для базы на шесть человек, и самих этих шестерых.
Здесь всплывает другое решение, которое часто описывали в научной фантастике, а теперь и в научпопе. Почему бы не послать на Марс с первым Starship роботов, которые как-то смогут построить базу из подручных материалов? В худшем случае просто опрокинув Starship условным домкратом в лежачее положение и обсыпав его грунтом для защиты от радиации?
Увы, эта идея основывается на систематически плохом информировании большинства землян о реальном уровне развития доступной им робототехники. Если мы будем принимать на веру то, что пишет пресса, то у нас уже есть роботы, активно исследующие другие планеты, — типа «Кьюриосити». На нашей планете активно ездят робоавтомобили, не нуждающиеся в водителе. А роботы в строительстве, промышленности и даже сборе яблок того и гляди оставят простых людей без работы.
Реальность заключается в том, что у наших роботов, во-первых, нет мозгов. От этого все, на что они способны, — выполнение заданных программистами алгоритмов, которые часто приводят к сбою в любой ситуации с непредсказуемо меняющимися факторами среды. Во-вторых, система передвижения наших роботов намного менее эффективна, чем у человека. Тот (если он тренирован) может без еды пробежать по бездорожью ногами 300 километров без остановки, а роботов, которые на такое способны, точно нет. Человек может карабкаться по горным склонам на километры, залезать на деревья и много чего еще. Роботов, которые в силах сотворить что-то подобное на нашем уровне, не существует. Степеней свободы у их манипуляторов намного меньше, чем у нас.
Да что там говорить: у нас до сих пор нет серийных роботов-пылесосов, которые могли бы подняться по лестнице. Не говоря уже о том, чтобы почистить себя сами. А если их не будет чистить хозяин, они быстро перестают работать. Еще хуже ситуация для роботов на других планетах. «Кьюриосити» в роботизированном режиме может проехать всего сотню метров, а потом останавливается и ждет ежесуточного набора команд с Земли.
Делает он это не потому, что операторам нечем больше заняться, а так как даже при столь архиконсервативном режиме работы земные марсоходы периодически въезжают в дюну, из которой не способны выбраться. Иногда это ведет не просто к потери времени, а к их гибели. Связанный с проектом «Кьюриосити» сотрудник Института космических исследований РАН Алексей Малахов говорит прямо: ожидать реально роботизированные (а не управляемые с Земли раз в сутки, в силу ограничений связи) марсоходы стоит не раньше, «чем подобные системы без каких бы то ни было ограничений приживутся на Земле». Иными словами, мы до всего этого просто не доживем.
Вывод: о строительных работах на Марсе силами автоматов надо сразу забыть. Сеансов связи раз в сутки и 100 метров аккуратной езды со скоростью улитки — как у «Кьюриосити» — никак не хватит для бульдозерно-экскаваторных работ на чужой планете. Лучшая иллюстрация этого — то, что за полвека исследований Марса максимальная глубина, на которую наши роботы его вскопали, так и не превысила 45 сантиметров.
Конечно, обсыпать грунтом какие-то модули легко смогут люди. Из опыта лунных экспедиций известно, что человек даже в неудобном скафандре и с простейшим шанцевым инструментом в силах накопать радикально больше и быстрее, чем любой созданный нами космический автомат. Но все равно получается, что базу придется строить первой же экспедиции землян, а никак не эффективным роботам, существующим пока только на страницах фантастических книг.
Если читатель задался вопросом, что же мешает использовать как базу беспилотный Starship, приземлившийся до пилотируемого, отметим: положить Starship на брюхо, чтобы обваловать его лежащим, теоретически можно. Однако обсыпать грунтом даже лежащий цилиндр высотой в девять метров и длиной в десятки метров для полудюжины человек сложная задача. К тому же на Марсе все же приличная сила тяжести, при укладывании набок корабль почти наверняка разгерметизируется или от удара, или от длительной деформации на неровностях грунта.
У нас получается классическая дилемма «курица и яйца». Без базы нельзя вернуть людей с Марса на Землю, но базу до Красной планеты не на чем привезти: не хватит полезной нагрузки самого корабля. Как выйти из ситуации?
Самой простой — и единственно реальный — путь предлагает ключевой разработчик Starship, Илон Маск. Он считает, что радиационная защита для астронавтов на Марсе вообще не нужна. А раз так, то не нужна и база: достаточно жить на борту «примарсившегося» Starship. Благо герметичного объема там более тысячи кубометров, как раз как на МКС.
Его позиция — одна из причин, почему обычно политкорректная западная пресса называет его корабль «более моральной катастрофой, чем ярким шагом в освоении космоса». Астробиолог Саманта Рольф (Samantha Rolfe) из Хартфордширского университета Великобритания так и пишет: «Я не уверена, что честно или этично ожидать от астронавтов того, чтобы они подвергли себя воздействию опасных уровней радиации, которая может принести им серьезные проблемы со здоровьем — или, еще хуже, смерть».
Однако астробиолог, как и процитированный выше глава NASA, неправ, а Маск — прав. Радиационная защита первой экспедиции на Марс в самом деле не нужна. Чтобы понять почему, надо выяснить не то, во сколько раз радиация в марсианской экспедиции выше земной, а то, какой ее уровень действительно опасен для Homo sapiens.
Итак: безопасный уровень радиации, по расчетам NASA и «Роскосмоса», равен 0,5 зиверта в год (а суммарный на всю карьеру астронавта — до 4,0 зиверта). Маск планирует доставить людей на Марс за четыре месяца, но мы будем консервативны и посчитаем, что у него не выйдет быстрее, чем за полгода. «Кьюриосити» летел туда без малейшей радиационной защиты именно полгода и насчитал по пути 0,33 зиверта. Еще год на Марсе — плюс 0,23 зиверта, с обратной дорогой выходит: 0,33+0,23+0,33=0,89 зиверта за два года, или заметно менее нормативных 0,5 зиверта в год.
Мы должны сделать оговорку. Цифры и NASA и «Роскосмоса» — расчетные, основаны на довольно сомнительной линейной беспороговой гипотезе. В научной литературе о ней прямо пишут так: «преднамеренно сверхконсервативная основа для стандартов радиационной защиты». Сверхконсервативная она потому, что делает пока ничем не доказанное предположение, что дозы радиации, не вызывающие лучевой болезни и иных подлежащих обнаружению симптомов, все равно как-то наносят вред здоровью — например, повышают риск рака.
Но доказательств этим опасениям нам не найти: ряд работ прямо показывают, что это не так, а низкие дозы радиации, меньше определенного порога, вообще не демонстрируют никакого вредного воздействия на организм.
Поэтому в реальности порог в 0,5 зиверта в год — предельно консервативный. Достоверно известен случай, когда человек получал по три зиверта в год многие годы подряд, но никакого вреда для здоровья от этого так и не было.
Да, есть примеры научных работ, в выводах которых написано: «Космические лучи нарушают умственные способности грызунов». Но если внимательно прочитать сам текст работы, то выясняется: грызунов подвергали воздействию 0,3 грея в виде ядер атомов титана-48! Между тем лишь ничтожная часть космических лучей состоит из настолько тяжелых (и поэтому глубоко проникающих) атомов. Большинство ядер в космических лучах — ядра атомов водорода, гелия (в десятки раз легче ядер титана), от силы — углерода (кратно легче ядер титана). Легкие ядра атомов интенсивно тормозятся в покровных тканях живых существ и почти не достигают мозга. Иными словами, подобные работы не очень корректны: они подвергают грызунов совсем не такому облучению, как в космосе.
Чтобы понять, насколько это некорректно, стоит напомнить: ядра атомов таких элементов, как титан, пересчитывают в дозу в зивертах, умножая в 20 раз. Попросту говоря, биологический эквивалент 0,3 грей из статьи про «вред космических лучей для здоровья» — примерно шесть зиверт. То есть речь о дозе, равной семи экспедициям на Марс подряд. Только несчастным грызунам ее «вкатили» не за 14 лет, как реальным путешественникам на Марс, а за считаные минуты. Будто мыши попали под близкий ядерный удар. Шесть зиверт, полученных за минуты, для большинства из людей действительно закончатся летальным исходом.
На этом фоне намного честнее выглядит работа российских ученых в Neuroscience, где крыс линии Вистар подвергли 860-дневному облучению, имитирующему типовую двухлетнюю экспедицию на Марс. Что важно, животных «бомбили» не одними только ядрами атомов титана, которых в космосе ничтожно мало, а реалистичным набором космических лучей — тем, что встречается в природе, из куда более легких частиц.
Правда, с вредом от радиации там ясности так и не возникло, поскольку обнаружить его в эксперименте не удалось. Вместо этого радиационное воздействие улучшило когнитивные возможности крыс в сравнении с контрольной группой. Хотя механизм этого улучшения неизвестен, авторы честно отмечают, что позитивные воздействия подобных доз радиации — включая антидепрессантное — открыли задолго до них.
Почему же тогда многие специалисты по космосу утверждают, что полеты на Марс для человека из-за радиации недоступны? Возможно, свою роль играет то, что ни NASA, ни «Роскосмос» сами лететь к Марсу не планируют, а попытки показать, почему такие планы SpaceX «опасны», — довольно типичная тактика в условиях, когда надо как-то оправдывать свое бездействие перед правительством и налогоплательщиками.
Хорошо, вопрос о том, строить ли базу на четвертой планете, решен. И без нее люди там вполне защищены по стандартам NASA, отчего обваловывать их жилища грунтом как минимум в первой экспедиции точно не надо. Значит ли это, что выжить будет просто?
Увы, нет. Причин — две. Во-первых, два года выживания в космосе без поставок с Земли объективно сложны. Да, экипажи МКС живут так уже два десятка лет. Но туда регулярно привозят воду и еду. А что делать марсианским колонистам?
Водяного льда на Красной планете, как недавно установили российские ученые из Института космических исследований РАН, даже у экватора как минимум сотни миллионов тонн. Получаемые при разложении воды кислород и водород понадобятся первой экспедиции туда, чтобы наработать метан и кислород для Starship.
Усилия на производство 1200 тонн топлива для Starship так велики, что даже «крошки» с топливного стола дадут достаточно воды и кислорода (второй — побочный продукт процесса получения горючего), чтобы участники экспедиции могли без проблем дышать пару лет. Ведь при дыхании мы потребляем всего килограмм кислорода в сутки, а воды выпиваем лишь пару литров.
Шесть человек за два года съедят примерно четыре тонны еды — столько ее можно закинуть в Starship без особых сложностей. Однако следует смотреть в будущее: следующие экспедиции потребуют намного больше людей, а те — намного больше еды. Следовательно, лучше задуматься и о самообеспечении.
В 1972 году в Институте биофизики РАН (Красноярск) построили герметичное помещение на 315 кубометров (14х9 на 2,5 метра) со стенами из нержавеющей стали. Интересно, что это примерно треть внутреннего объема Starship — тоже, кстати, построенного из нержавейки. В помещение заселили троих условных «космонавтов», поставили четыре отсека с микроводорослями и оранжереями. Водоросли поглощали выдыхаемый людьми СО2 и выделяли кислород, а оранжереи поставляли карликовую пшеницу (чтобы занимала меньше места), сою, салат, чуфу (источник растительного масла), картошку, редис, морковку, свеклу, капусту, огурцы и прочие укроп с луком.
Площадь под растения требовалась небольшая: оказалось, та же пшеница в оранжерее может давать до шести урожаев в год. Троим «бионавтам» доставалось по 300 граммов выращиваемых ими хлеба и 400 граммов овощей в сутки. 80% всего, что они ели, бралось именно из оранжерей, и только 20% животной пищи поступали с консервами. Эксперимент назывался «БИОС-3» и длился полгода (короткий популярный фильм о нем можно увидеть здесь). Его можно было продлить, но…
«Стало ясно, что продолжать его нет смысла: созданная в «БИОСе» замкнутая система жизнеобеспечения работает безукоризненно. Искусственно созданный конвейер по производству воды, кислорода и пищи сбоев не дает».
Это проверенное решение намного лучше подхода печально известного американского эксперимента «Биосфера-2», когда под куполом пытались воспроизвести полноценную экосистему. Бактерии и тараканы там неуместно размножились, и вся эта биота начала активно конкурировать за кислород с человеком: дышать внутри стало затруднительно. Избежать такого исхода просто: экосистема «БИОС-3» была простой, поэтому надежно контролируемой. Неудивительно, что Илон Маск не просто так читал советские материалы по космической отрасли: не приходится сомневаться, что он в курсе результатов «БИОС-3». И наверняка использует их на Марсе.
Итак, землянам на Марсе действительно понадобится база уже в первом полете. И ею, без вариантов, придется сделать сам корабль, который достигнет четвертой планеты. На нем придется построить фитотроны, как в «БИОС-3», а там будут колоситься пшеница и укроп. От углекислого газа избавит реактор Сабатье, а кислород станут получать из местной воды, которой там в избытке.
Тем не менее это не значит, что мы решили все проблемы и жизнь экипажа будет сказкой. Каждый день ему придется на транспортных платформах путешествовать за тонной-другой льда, вырубаемого из верхних слоев грунта, где он прикрыт лишь тонким слоем реголита. Эти куски придется растапливать в ваннах внутри Starship, а потом разлагать электролизом. Затем реактор Сабатье сделает из водорода, кислорода и углекислого газа местной атмосферы метан + кислород для двигателей Raptor.
И тут начинаются настоящие проблемы. Как показал бывший сотрудник NASA Роберт Зубрин в научной работе еще 2012 года, одна тонна метан-кислородного топлива процессом Сабатье получается при затрате 17 тысяч киловатт-часов. В эти 17 тысяч киловатт-часов на тонну топлива не входят энергозатраты на получение водорода и кислорода, без которого реакция Сабатье не пойдет. Килограмм водорода требует минимум 40 киловатт-часов, а для заправки Starship его нужны многие десятки тонн. Да и кислорода потребуется сильно больше 800 тонн. Чтобы успеть наработать 1200 тонн топлива за год, Starship понадобится, во-первых, более 20 миллионов киловатт-часов на реакцию Сабатье, а, во-вторых, около четырех миллионов киловатт-часов на добычу (и хранение при очень низких температурах) кислорода и водорода.
Кстати, вес нужного химического реактора по Зубрину — 50 килограммов на килограмм нарабатываемого топлива в сутки. Для наработки 1200 тонн топлива за год Starship потребуется установка, делающая не менее трех тонн топлива в сутки: то есть весом до 100-150 тонн. Допустим, оборудование для химического реактора Сабатье можно посадить при помощи беспилотного Starship заранее, где-то в районе высадки Starship пилотируемого. С трудом, но в его полезную нагрузку нужный химический реактор «влезет».
Но вот где взять примерно 25 миллионов киловатт-часов для наработки топлива? Самые совершенные фотоэлементы (на арсениде галлия) даже на экваторе Марса за год дадут около 500 киловатт-часов на квадратный метр. Понятно, что привезти с собой более 50 тысяч квадратных метров солнечных батарей — без которых 25 миллионов киловатт-часов не сделать — будет крайне сложно. Ведь они довольно много весят. А еще их надо как-то расставить на местности (плюс вес стоек и крепежа), соединить (плюс вес кабелей), убирать с них пыль (для чего отвлекать дополнительных людей, которых надо кормить, поить и так далее).
Значительно проще привезти на четвертую планету реактор с электрической мощностью в несколько мегаватт. Следовательно, придется отправить еще один пустой Starship (с атомным грузом). Зато реактора как раз хватит и на процесс Сабатье по наработке метана (если вести его круглые сутки), и на расщепление воды на водород и кислород, и на все остальные потребности экспедиции.
Но есть проблема: у SpaceX нет «атомных» лицензий, а в условиях США это значит, что работать над атомными реакторами не смогут. У NASA реакторов с электрической мощностью в мегаватты нет даже в проекте. Что-то отдаленно подобное есть в проектах у «Роскосмоса». Но состояние отношений между нашими двумя странами таково, что всерьез рассчитывать на российский реактор Вашингтону сложно.
Есть ли выход из этой ситуации? Пока только чисто теоретический. Можно попробовать отправить на орбиту Марса — а то и на его поверхность — дюжину Starship, каждый из которых доставит на поверхность чужой планеты по 100 тонн топлива. Но тогда для возврата людей туда придется безаварийно посадить больше десятка космических кораблей. Причем сажать их надо будет близко друг к другу, а это небезопасно. Сажать подальше нельзя: перекачка жидкого кислорода и метана на заметные расстояния на другой планете — сверхрискованное и материалоемкое занятие.
Даже если SpaceX справится с задачей, выйдет довольно дорого. Если хоть один из кораблей потерпит аварию, люди оттуда могут и не вернуться. Конечно, они могут еще много лет прожить на поверхности, питаясь растительной пищей из фитотронов и добывая местную воду. Но с точки зрения пиара такое решение точно не выглядит привлекательным. Полеты на Марс не могут быть дорогой в один конец.
Из всего этого следует довольно неожиданный вывод. Либо SpaceX придется создать свой атомный реактор многомегаваттной мощности, либо — учитывая степень неприязни между Россией и США — первая высадка на Красную планету превратится в какое-то совершенно невероятное приключение. Причем с непредсказуемым концом.
Комментарии
Кстати,о реакторе для Марса: у Великобритании старейший опыт в постройке и эксплуатации газоохлаждаемых углекислотных реакторов, чего больше нет ни у кого. Чем не вещь для Марса? Росатом вообще ничем особенным не владеет,что бы выделялось из мировой тенденции.
Не вещь для Марса они тем, что их реакторы были крайне неудачны даже в земных условиях (отчего и известный пожар на них) -- где воздух в 160 раз плотнее. В условиях Марса их Магноксы -- просто катастрофа. У них слишком малое обогащение по урану, то есть реакторы были бы недопустимо тяжелыми для космических условий.
Наконец, все упомянутое вами уже давно Британией утеряно. Эти люди вышли на пенсию, своей реакторной школы в англичан больше нет. Поинтересуйтесь, когда они последний раз сами построили реактор по своему проекту Некому строить.
"Росатом вообще ничем особенным не владеет,что бы выделялось из мировой тенденции."
В Росатоме вы разбираетесь так же, как в английской реакторной школе, простите.
Комментарий удален пользователем или модератором...
Давайте я вам еще раз объясню, надеюсь, в этот раз получится понятно.
Вы считаете, что на Западе все хорошо, а у нас все плохо. Рациональные аргументы в ваш мозг по этой теме не поступают, поскольку он экранирован этой верой. Поэтому любые разговоры с вами на эти темы бессмысленны. Вы не субъект дискуссии, и когда вы мне не полезны как ее объект, я и отвечать не буду. Сейчас понятно?
Мне кажется Вся эта шумиха вокруг Маска, вроде американской лунной аферы, потом просто заработают деньги и все сойдет на нет.
Вам кажется.
Никто на марс не полетит. Во первых это сильно сложно и затратно. Во вторых - ЗАЧЕМ? Кому надо, отправит марсоход и всё.
Или проще реально на луну сгонять, там те же условия для человека непригодные, что и на марсе, только всего пару дней лететь, а не 7 месяцев.
Ну и последнее - Маск пиарщик и балабол. Уж точно не он этим будет заниматься, а наса.
Он максимум машину бесполезную может запустить, для пиара, на это всё, и то с помощю наса.
Людей в космос запускает Россия, Китай и пиарщик
А ещё этот балабол производит и запускает больше спутников, чем весь остальной мир, вместе взятый
И управляет самой большой группировкой спутников в истории.
Причем каких-то несколько лет назад этого не было НИ-ЧЕ-ГО
"Никто на марс не полетит. Во первых это сильно сложно и затратно. Во вторых - ЗАЧЕМ? Кому надо, отправит марсоход и всё."
Вы не пробовали читать то, что комментируете? Поскольку нет, постольку я сделаю это за вас. Выше наглядно объяснено, почему марсоходы для исследования Марса неудовлетворительны. Про условия на Луне и Марсе -- вы опять не в курсе. Как, впрочем, и про Маска, НАСА, и все остальное.
Неплохая статья, непонятно только, при чем тут Росатом, особенно в нынешней политической ситуации :)
В мире только около 10% установленных энергетических реакторов имеют советское или российское происхождение.
У США огромный опыт в разработке и строительстве ядерных реакторов, а если рассматривать другие страны, то там их много пойдёт впереди Росатома в этой очереди: Великобритания, Франция, Япония, Южная Корея...
Но я лично не думаю, что Маск захочет связываться с АЭС, иначе у СпейсИкс уже была бы лицензия на работу с ядерными материалами :). Солнечные батареи принципиально доступнее и дешевле (с учётом стоимости разработки)
"непонятно только, при чем тут Росатом, особенно в нынешней политической ситуации "
В статье же написано: только у Росатома в разработке есть что-то похожее. Вот при этом.
"В мире только около 10% установленных энергетических реакторов имеют советское или российское происхождение."
Вот только США в XXI пока не ввели к эксплуатацию ни одного энергетического реактора, а Россия ввела -- и не один. 10% энергетических реакторов, о которых вы говорите -- это, в случае США, дела давно минувших дней, предания старины глубокой.
"У США огромный опыт в разработке и строительстве ядерных реакторов, а если рассматривать другие страны, то там их много пойдёт впереди Росатома в этой очереди: Великобритания, Франция, Япония, Южная Корея..."
Ни одна из этих стран в плане экспертизы в атомных реакторах в целом -- и тем более космических -- не находится не только впереди Росатома, но даже и на одной линии с ним. Поинтересуйтесь, когда последний реактор японской или британской разработки введен в строй. Или когда французы или американцы последний раз вводили в эксплуатацию ядерный реактор новой постройки. И за какие сроки и деньги. Ну или узнайте, сколько из этих "впереди" имеют работающий реактор на быстрых нейтронах, способный к воспроизводству (и тем более расширенному) топлива. Да, все так: правильный ответ "ноль", у всех кроме Росатома.
"Но я лично не думаю, что Маск захочет связываться с АЭС, иначе у СпейсИкс уже была бы лицензия на работу с ядерными материалами :)"
Нет, потому что эту лицензию получать крайне сложно.
"Солнечные батареи принципиально доступнее и дешевле (с учётом стоимости разработки)"
Нет, потому что масса солнечных батарей нужных для получения 25 млн квтч за год слишком велика в сравнении с массой ядерного реактора нужной мощности. Солнечные батареи в космосе можно использовать только там, где не нужно много энергии, либо на орбите Земли. На Марсе это крайне невыгодный вариант: резко ниже солнечная постоянная, половину времени ночь, пылевые бури, и т.д., и т.п.
Странно, что вы пропустили ссылку на статью Маска (по-моему на данном же ресурсе), где он говорит, что будущее энергетики за реакторами на быстрых нейтронах...)
Получается Маск действует как сценаристы Санта-Барбары - не продумывает дальше одной серии вперед? Пока сделаем Старшип, а там видно будет?
Делает то, на что у него сейчас есть ресурсы. Ну и, вопреки сложившемуся мнению, и СпейсИкс, и сам Маск очень скупы на информацию. Неизвестно, что они там продумывают
Я вот не понял, подлодки есть с атомным реактором, думаю и для Марса сделают, если захотят
Вы не поняли потому, что не представляете себе ядерную энергетику. Поэтому вам кажется, что водо-водяной реактор для ПЛ может работать на Марсе. А на Марсе во всем обозримом будущем водо-водяной реактор не сможет работать в принципе, никакой.
Вот поэтому сделать реактор для Марса США будет очень сложно. И чтобы успеть в этом десятилетии работать над ним им надо было начинать еще вчера.
на Вашу цитату: "А на Марсе во всем обозримом будущем водо-водяной реактор не сможет работать в принципе, никакой" --- пожалуйста, Александр, обоснуйте. Обоснуйте, почему на планете Земля может, а на планете Марс не сможет. Вопрос охлаждения второго контура опустим (в условиях Марса решается аналогично перспективных ЯЭУ для космических аппаратов, причем даже проще ввиду наличия силы тяжести... я привёл описание в ответе выше).
Увидел, что не я один подумал о реакторах АПЛ. Но, как и в моём случае, Вы не потрудились обосновать возражение. Вы упрекаете К. Петрова в том, что он не представляет себе ядерную энергетику. Однако, судя по Вашим утверждениям - Вы очень мало знаете о ней. И не хотите прислушаться к тем, кто знает больше.
Не обязательно первый контур должен быть водяной... если решение с застыванием (оно есть) ЖМТ позволит без риска засоров многократный пуск/останов реактора, то даже лучше, чем жидкостный.
"обоснуйте"
Водо-водяной реактор требует значительного объема легкой воды, и теплоотвода. Теплоотвод на Земле -- пруды-испарители, градирни. Думаю, очевидно, почему на Марсе это непрактично.
Значит, остается только теплоотвод радиаторами, верно? Сейчас таких реакторов нет, в т.ч. для АПЛ, но в теории сделать можно.
Но так делать никто не будет. Почему? Потому что эффективность охлаждения тут будет (в силу меньшей температуры теплоносителя) как минимум на порядок меньше, чем от ЖМТ-реакторов с высокой температурой активной зоны. Как раз из-за того, что излучение растет пропорционально четвертой степени от температуры. То есть радиатор условно говоря в 100 кв. м. для ЖМТ-реактора придется заменить радиатором минимум в 1000 кв. м. (на самом деле разрыв будет даже больше) для водо-водяного реактора.
Радиаторы для реактора и так большие нужны, даже для ЖМТ. Тут кто-то приводил наглядный ролик по "Нуклону": там радиаторов так много, что их приходится делать сложно раскладывающимися, иначе никак. А ведь Нуклон -- совсем не водо-водяной. То есть, то, что в ролике, надо умственно увеличить во много раз.
Плюс -- а точнее минус -- ЖМТ реактор работает при низком давлении в корпусе, а водо-водяной -- при очень высоком, от десятков атмосфер, то есть прочность нужна выше, намного выше, то есть реактор будет тяжелее даже без учета радиаторов. Если я верно помню, корпус ВВЭР весит где-то по 0,3 тонны на мегаватт мощности, но это потому, что ВВЭР громадной мощности, тут эффект масштаба помогает. Водо-водяные реакторы мегаваттных мощностей будут по весу корпуса совсем не 0,3 тонны на мегаватт, а заметно массивнее.
Вы выводите вопрос охлаждения второго контура за рамки обсуждения, но на деле, если мы хотим построить реалистичный реактор для марсианских условий, то именно этот вопрос будет ключевым.
"Не обязательно первый контур должен быть водяной."
А второй что же -- обязательно? Как вы будете отводить от него тепло радиаторами, отталкиваясь от 330 градусов теплоносителя? То есть, опять с переразмеренными радиаторами?
Александр, Вы просто не всё понимаете в устройстве реактора. РЖМТ и ВВР отличаются только теплоносителем первого (не второго!) контура. Никто не будет жидкий металл отправлять по второму контуру. Это должна быть жидкость. Вода или не вода или вовсе газ - решат конструкторы.
Вообще-то я уже раза три упомянул радиационные панели в качестве системы отведения тепла. Да. Вы правы, аналогичные нуклоновским. Но чтобы Вы знали: второй контур - система с ПЕРЕМЕННЫМ ДАВЛЕНИЕМ (давление не во всех точках системы одинаково) и давление в конденсаторе (по факту в радиационных панелях) меньше и потому не следует бояться их применить. Д, нуклоновские - раскладываются в космосе. Но то - космос. Здесь тоже можно раскладывающиеся, но сделать их проще и автоматике собрать на месте проще (проще обеспечить герметичность). Да, большие получатся. Но других вариантов отвода тепла там просто нет, ибо атмосфера разрежена. Можно, конечно интенсифицировать охлаждение путем установки механического компрессора (обдув немного уплотненным воздухом). Можно закопать в грунт - но автоматике-робототехнике это не под силу (не по уму), да и летом грунт прогревается больше +30, так что тоже вариант так себе. В любом случае альтернативы панелям охлаждения нет.
Далее - про реакторы: тут НЕ НУЖНЫ супертемпературы рабочей зоны. В АПЛ они для того, чтобы было выше давление пара, поскольку существующие АПЛ не на электрическом ходу. Реактор не только для вращения турбины генератора, но и для вращения вала винтов. К АПЛ полностью на электрическом ходу только пытаются прийти. Для генератора не нужно такое давление и такие температуры, нужной выработки ЭЭ можно достичь при той же тепловой мощности реактора изменением конструкции генерирующей части (тут и конфигурация турбины и объем рабочего тела второго контура, и низкая точка испарения рабочего тела второго контура и пр.).
Реактор с ЖМТ (если удачный) лучше тем, что компактней и легче.
Вопрос с охлаждением я вывел за рамки потому, что в другом ответе подробно сказал. Здесь - добавил.
Андрей, Александр вполне понимает устройство реакторов, поэтому в курсе, что никто никогда не планировал и не планирует ни первого, ни второго водяного контура для космических реакторов на основе воды. Почему -- см. выше.
Вот ничего не написано, про противометеоритную защиту!!!
Раз атмосфера, в 150раз слабее земной, то и степень опасности "метеоризма:) “, - выше.
Разгромят метеориты, всю базу(корабль), до отлёта???!!
Не???
Так то, марсоходы, вроде не разбиты метеортами...
Но кто знает, как выйдет с прилетевшими. Риск велик!!! Резервного корабля то нет, на месте!!!
"Не???"
Нет.
"Так то, марсоходы, вроде не разбиты метеортами...
Но кто знает, как выйдет с прилетевшими. Риск велик!!! Резервного корабля то нет, на месте!!!"
Вероятность поражения небесным телом естественного происхождения (его неверно называть метеоритом, потому что метеорит -- это только то, что упало на поверхность суши или моря) даже в космическом пространстве. где атмосферы нет вообще, крайне низка. Потому что космос огромен, и количество тел в нем ограничено. Гравитация Марса вдобавок слабее Земли, и это значит, что вероятность падения на него тел заметно меньше, чем у нас.
Про постройку базы роботами есть неплохая идея в книжке Саймона Мордена "No way". С роботами там не получилось, но ловкая фирма-подрядчик послала втихую бригаду зеков смертников. Зеки быстро и качественно построили хабитат, после чего были зачищены надзирателем. Потом уже прилетели астронавты.
А вообще всем любителям н.ф. и Марса всячески рекомендую трилогию Кима Робинсона "Марс". Обязательно к прочтению.
Вымышленный мир весьма далекий от научной фантастики. Да и написан скучно. Затянутая графомань которую читать стоит только большим энтузиастам Кима Стенли Робинсона. Ну или если снотворное уже не помогает. Описание на википедии читается гораздо лучше самой трилогии. Хотя бы потому что гораздо короче и тем избавлено от излишних деталей.
Книга для взрослых, вы правы. Мелким шрифтом и без картинок.
Танцующих розовых пони там и правда нет. Скажите, а вы точно уверены что "пренципал" пишется через "е"?
Маленькая дочка играла в розовых пони на смарте и изменила имя. Хз откуда она это взяла. Меня совсем не так зовут)
Про радиацию. Какие еще ядра атомов? Радиоактивное извуление состоит лишь из фотонов и различается их энергией.
Фотоны разных энергий это лишь одна из трех основных составляющих радиоактивного излучения. А именно гамма-лучи. Кроме которых есть еще и альфа и бета и нейтронное излучение. И это отложилось даже не с физики, а с уроков начальной военной подготовки. Военрук, вроде бы байки травил на уроках, а поражающие факторы ядерного взрыва до сих пор помню.
https://www.norao.ru/waste/radioactivity/radiation/
Почитал википедию. Был неправ)
С космическими лучами картина несколько иная - большую часть составляют протоны, меньшую - ядра атомов гелия.
http://nuclphys.sinp.msu.ru/enc/e083.htm
Знакомиться с основами вопроса можно начать вот здесь: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D1%81%D0%BC%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B5_%D0%BB%D1%83%D1%87%D0%B8
Если кратко: космические лучи содержат ядра атомов, и именно это основной источник радиационной угрозы в космосе.
Ядро гелия это ровно два протона )) Впрочем один протон вполне можно назвать ядром атома водорода. Из ядер состоят ГКЛ - галактические космические лучи, а солнечный ветер в основном протоны-электроны. По вашей же ссылке
--------------------------------------
По количеству частиц космические лучи на 92 % состоят из протонов, на 6 % — из ядер гелия, около 1 % составляют более тяжёлые элементы, и около 1 % приходится на электроны[4][5].
--------------------------------------
Если верить БРЭ (таб. 1) то:https://bigenc.ru/physics/text/4420856
Протоны в составе космических лучей -- это, в большинстве случаев, "ободранные" ядра атомов водорода.
В связи с чем возникает интересный вопрос - как определяют что "эти протоны - кого надо протоны" ))
Это хороший вопрос, но ответы на него пока только примерные. Первый такой: водорода 75% от массы всех элементов, то есть более 90% всех атомов Вселенной -- исходно водородные. Протоны же берутся только из атомов. Эрго, более 90% протонов -- должны быть такого происхождения. Второй ответ -- судя по скоростям протонов космических лучей, в основном они взялись из атмосфер звезд, в виде солнечного ветра и иных выбросов со звезд.
Но, конечно, для каждого конкретного протона судьбу не проследишь.
По спектру излучения. У каждого вещества свой "отпечаток" в спектре.
Понял, принял. Был неправ, признаю
По поводу создания реакторов не согласен с мнением автора. Тот же Маск взял специалистов вместе с их наработками, которые и позволили создать Мерлин. Всё возможно создать в кратчайшие сроки, необходимы лишь финансы
Мерлины -- это очень простой кислород-керосиновый двигатель с посредственными параметрами. Поэтому его и выбрали в начале пути компании. Рапторы так бы сделать не вышло, их СпейсИкс доводит уже несколько лет и до финиша не близко. Ядерный мегаваттный реактор для Марса делать ничуть не проще. За 4 года его сделать и испытать точно не выйдет.