Зачем в космосе жечь свечу

[Darth Sirius]

Для АМС как раз достаточно 100-1000 ватт. Ну допустим АМС у нас мощная и потребляет не менее 1 кВт электричества. КПД турбины считаем 0,4, КПД передачи тепла от коллектора рабочему телу - 0,8.

Киловаттную турбину с "КПД 0,4" вы НЕ сделаете - это устройство таких значений эффективности может достичь при мощности на 3 - 4 порядка большей. Реально будет 0,02.

На судах весь паровой привод малой мощности (10 - 30 л.с.) был не турбинный, а машинный, турбонасосы и турбогенераторы в основном делались от 500 л.с. и выше.

Плюс паросиловое хозяйство: в необслуживаемом режиме несколько лет оно НЕ протянет. Проржавеет (треснет от усталости если из нержавейки) трубка котла, как вы это себе представляете? 

А вообще, если речь о солнечной батерее, не проще ли сферической отсталой стране в вакууме насобирать старых транзисторов, повскрывать их и спаять в фотодиодном режиме  с линзочкой перед каждым - вот, ГОТОВАЯ солнечная батарея, на площади 2++ килоквадратныхметра киловатт можно снимать с любым запасом.

Нужно, чтобы ёмкость в тонну-две-три плавно выгорала в течение нескольких лет.

Считаем: теплотворная способность, допустим 120 МДж/кг (водород), тонна в наличии.

Всего имеем 120 ГДж энергии. Время расхода, ну пусть, 4 года = 4*365*24*60=126 144 000 с.

Одно поделить на другое, как раз киловатт и вылазит.

Но с "турбинками" с этого киловатта удастся снять только 10 - 20 ватт, с термопарой и то больше получится!

[vsevolodson]

Киловаттную турбину с "КПД 0,4" вы НЕ сделаете - это устройство таких значений эффективности может достичь при мощности на 3 - 4 порядка большей. Реально будет 0,02.

Простым гуглём нашёл множество опровержений этого.
Gas microturbines:

Typical microturbine efficiencies are 25 to 35%. When in a combined heat and power cogeneration system, efficiencies of greater than 80% are commonly achieved.

Micro gasturbine:

• Nominal mass flow: 20 g/s
• Pressure ratio: 3.0
• Power
  • Compressor: 3800 W
  • Turbine: 5083 W
  • Net mechanical output: 1180 W
• t-s polytropic efficiency
  • Compressor: 66 %
  • Turbine: 78 %
• Turbine inlet temperature: 1200 K
• Cycle efficiency
  • Without recuperation: 11 %
  • With recuperation: 20 %

Вообще, если рассмотреть всю цепочку:

• Коэффициент отражения коллектора - допустим 0,9.
• Коэффициент поглощения нагревателя - допустим 0,9.
• Коэффициент теплопередачи рабочему телу - допустим 0,8 (часть будет уходить снова в излучение, так как Т будет 2-3 тыс. градусов).
• Электрический КПД турбины - 0,3 (допустим 0,4 действительно много для малых турбин, хотя комбинированный цикл может давать до 0,6, но у нас страна - отсталая, по условию).

В итоге получим суммарный КПД 0,19, что сравнимо с КПД солнечных батарей

[Darth Sirius]

Да, научились делать 11 - 20% на киловатте. Снимаю шляпу.

Но. Приведенный ГТД есть двигатель внутреннего сгорания, а турбина в случае солнечного коллектора - внешнего. Разные циклы, и КПД надо считать/искать отдельно.

bob-у в его бак ставить можно (100 -200 ватт), вам в коллектор - непонятно.

[bob]

bob-у в его бак ставить можно (100 -200 ватт).

Современной электронике должно хватать, по идее. Если не размахиваться в громадьё. Пара фотиков с портативным компом и передатчиком, работающим раз в неделю от блока кондёров, не так уж прожорливы.

[vsevolodson]

Коэффициент теплопередачи рабочему телу - допустим 0,8 (часть будет уходить снова в излучение, так как Т будет 2-3 тыс. градусов).

А ведь эта проблема легко решается.

Т.е. излучению вполне можно отрезать обратный путь, оставив только возможность нагревать рабочее тело. Поэтому коэффициент теплопередачи рабочему телу можно взять за 1 - ошибки почти не будет. Соответственно чернота приёмника излучения тоже станет очень близка к 1. Тогда макс. КПД (если отражатель коллектора хороший и применяется двухконтурность) может быть 0,9 * 0,6 = 0,54 и более. Т.е. вполне на 50% можно рассчитывать. Солнечным батареям этот уровень недостижим.

[Dem]

Коэффициент-то растёт, только вот мощность падает - в мелкую дырочку много не пропихивается....

[vsevolodson]

Коэффициент-то растёт, только вот мощность падает - в мелкую дырочку много не пропихивается....

Свет вообще-то подчиняется статистике Бозе-Эйнштейна, а не Ферми-Дирака.

[Грехов Михаил]

Во первых, не имея собственного специализированного космического носителя, всегда можно поступить как Королёв и Глушко, собрав пакет из имеющихся. Это понятно.
Во вторых, при запуске АМС к удалённым объектам солнечной системы, не обязательно иметь сложную технику для производства траекторных расчётов и управления РН. Достаточно в нужный день по астрономическому календарю, в тёмную полночь, запустить пакет вертикально вверх. Так, чтобы он заметно не отклонялся от вертикали.
И, в третьих, самое интересное - это наиболее простые из возможных - двигательные и энергетические установкм самой АМС, не применяющие ядерных технологий и сложных систем управления.
Это и приводит к идее установки, которую можно условно назвать "свечой". И которая успешно нам заменит радиоизотопный источник питания, обогреватель аппаратуры и ионный двигатель малой тяги одновременно. (Допустим, что ритэги и нормальные солнечные батареи мы производить то ли не можем, то ли не хотим.)

Такого жуткого бреда по ракетно-космической тематике я ещё не слышал.

[Diivanych]

Такого жуткого бреда по ракетно-космической тематике я ещё не слышал.

А вы к какому бреду привыкли? Как по мне, так этот бред на много актуальней, прагматичней того что льётся со всех страниц в СМИ, да и тут на форуме.
У меня у самого много вопросов к автору. Например, вот это высказывание:

Темп сгорания топлива необходимо поддерживать так, чтобы его хватило на многолетний полёт. В пустоте можно даже пренебречь наддувом или насосами, чтобы их не делать и не ставить. Просто оставив горючее поступать в горелки... самотёком, постепенно испаряясь через микроскопическое отверстие в баке.

При таком подходе КПД будет ни в задницу. Нужно либо наддувать ёмкости, а это лишний металл, либо ставить топливные насосы, а это и металл и энергозатраты. Можно ещё ко многому придраться, но не это главное.

Наша Ганя балувана!

То, что можно делать за рубль, мы делаем за сто. Там где можно рискнуть, мы сто раз перестрахуемся, да ещё и батюшку норовим пригласить – железная отмазка. Вычислительные возможности современной кофеварки были пределом мечтаний в 60-х. Говорят, что первые Shuttle стартовали чуть ли не с перфолентами. На момент проектных разработок это был Hi-Tech. Почитайте отчёт Фейнмана об аварии «Challenger» обломки которого, как утверждают Кременьчужане, рухнули на пересечении проспекта 60 лет Октября и улицы Киевской. 

Раздутые штаты, отсутствие чёткого понимания цели, нивелирование личности в управлении проектом сводят на «Нет» всю программу. Вот один из примеров подобной бестолковщины.

http://ru.wikipedia.org/wiki/Мифический_человеко-месяц

Ведь топикстартер чётко обозначил, что речь идёт о беспилотном проекте. Риск минимальный. Главная опасность – засорение околоземной орбиты. Всё необходимое можно купить в соседнем супермаркете. Основная проблема – выход на околоземную орбиту. Для этого годятся штатные носители – вещь не дешёвая, но технология накатанная. Есть пример энтузиастов одиночек.

http://www.gazeta.ru/science/2011/06/06_a_3654849.shtml

Ребята немного не дожали, но принцип важнее.

Вы поймите главный посыл автора топика – всё намного проще и доступнее для тех, кто хочет (женщины не дадут соврать). 

[bob]

Такого жуткого бреда по ракетно-космической тематике я ещё не слышал.

Ну, если Вам конкретно эта идея не нравится, придумайте что-нибудь ещё. Рассмотрите проблему шире: я поставил задачу минимизировать применение высоких технологий в технике. Дал установку на размышления о даунгрейде вместо апгрейда. Обычно об этом думать не принято, поскольку не вяжется с расхожими представлениями о прогрессе. Ну, допустим, вернёмся "с космических высот на землю". Возьмите любой бытовой агрегат. Ну... холодильник, например. Сейчас это довольно сложная штука, напичканная микропроцессорами, ЖК-дисплеями, со всякими режимами и т.п. Но никто не мешает и сегодня произвести его так же, как сто лет назад: мотор, радиатор, трубки с фреоном и одно реле. Голая принципиальная схема. Да, это жрёт немного больше электричества, и, допустим, гробит озоновый слой (что ещё не лишне получше доказать). Однако, работу выполняет. Если бы сегодня собрать такой холодильник по себестоимости, он был бы не только раз в десять дешевле, но и заметно надёжнее современных образцов. Так вот, представьте себе, что кто-то Вам поставил задачу оптимизировать эту схему, близкую к принципиальной, до современных стандартов энергосбережения. То есть, нами руководит сейчас не рекламно-потребительская сторона продажи такого холодильника, заставляющая снабжать его убойным дизайном, наворотами, прибамбасами и обвешивать гаджетами, а его дешевизна-надёжность-полезность как собственно холодильника, а не предмета рыночных спекуляций и диких представлений об "удобстве", внушённых широкой публике. Он должен быть рекордно прост, надёжен и дёшев именно как холодильник, а не что-то ещё, без всяких функций, кроме одного режима охлаждения.

P.S. То есть, вот у Вас есть некое техническое устройство, и у него только одна функция, которой от него ожидают. И на нём две кнопки "вкыл." и "выкл." (вторую кнопку можно не делать, считаем, что однажды включившись, устройство должно работать в постоянном режиме до полного исчерпания ресурса, не нуждаясь в управлении или минимально нуждаясь в нём). Подход вполне логичный, но диаметрально противоположный всей логике современного конструирования.

[Dem]

Вообще, надо считать стоимость дизайна и хайтек-начинки отдельно. И тут будет видно, что доля дизайна в удорожании - 99%

[bob]

Вообще, надо считать стоимость дизайна и хайтек-начинки отдельно. И тут будет видно, что доля дизайна в удорожании - 99%

Отсюда довольно простой вывод: минус дизайн минус хайтек = плюс 99,9% практического выигрыша для функциональности.  То, что все так накинулись на идею, связано с тем, что технологический рост всем представляется ростом "прибамбасности-навороченности". Хорошо помню, как все разработчики софта в один голос стонали по поводу падения "фобоса" в грунт. Что вот, дескать, почему на этапе после отделения от носителя не было средств управления, почему не всё под контролем очень вумной проги (конечно же их разработки) и т.п. А когда я заметил что никаких прог не надо, надо уметь провода хорошо паять, на меня все зашикали, что я ретроград и противник внедрения хайтека. Ну, в принципе, это верно. Я принципиальный противник внедрения хайтека, но туда, где он не нужен. Если какая-то функция надёжнее реализуется электромеханическим реле, ставьте реле, не смейте ставить микросхему. Но просто это реле надо уметь некриво сделать и подключить, не перепутав полярности.
А идея заменить бортовую АЭС на ТЭС, объединённую с двигательной установкой малой тяги, вполне реальна. Ну, не нравится народу микротурбина (хотя контраргументы не вполне понятны, они все взяты из области, как будто я авиационный движок поставил), ну предложите МГД. Кстати, почему никто ещё не предложил МГД? Ну, не знаю, насколько МГД можно миниатюризовать, сейчас это довольно громоздкие штуковины, рассчитанные на промышленный размерчик...
http://ru.wikipedia.org/wiki/%CC%E0%E3%ED%E8%F2%EE%E3%E8%E4%F0%EE%E4%E8%ED%E0%EC%E8%F7%E5%F1%EA%E8%E9_%E3%E5%ED%E5%F0%E0%F2%EE%F0

[vsevolodson]

Если какая-то функция надёжнее реализуется электромеханическим реле, ставьте реле, не смейте ставить микросхему.

А если таких узлов наберётся в сложной системе (коей является АМС или космический корабль) сотни, то это будет уже весить немало. Полупроводниковые микросхемы значительно облегчили бы бортовой компутер Аполлона, например. Ещё неплохо выносить функционал в софт, нежели реализовывать аппаратной логикой. Найдена бага - перезалил софт (как на Куриозити) - и ладушки. Коряво спаенное реле не перезальёшь на расстоянии в гигаметры.

[bob]

А если таких узлов наберётся в сложной системе (коей является АМС или космический корабль) сотни, то это будет уже весить немало. Полупроводниковые микросхемы значительно облегчили бы бортовой компутер Аполлона, например. Ещё неплохо выносить функционал в софт, нежели реализовывать аппаратной логикой. Найдена бага - перезалил софт (как на Куриозити) - и ладушки. Коряво спаенное реле не перезальёшь на расстоянии в гигаметры.

А вот надо правильно делать софт. Чтобы не перезаливать. Перезаливка в космосе - это уже не рядовое ЧП, само по себе. Надежду на такие методы, с точки зрения технической дисциплины, вредно рассматривать как нормальную повседневную практику. Это за пределами производственной культуры. Даже на Земле. АМС это не гаджет, который перепрошил левой прошивкой, а если не получилось, пошёл в соседний сервис ругаться. Против применения бортовых компов на АМС я, кстати, ничего не имею. АМС это и есть комп, с некоей периферией.

P.S. Вот почему я всегда столь подозрительно отношусь к разработчикам и внедренцам СПО и вообще к попыткам что-то ещё автоматизировать: во первых потому, что я сам таким был, и хорошо знаю, что они любят бесконтрольно наворачивать стоимость и повсюду тащат за собой свою безалаберность, возведённую в освящённый метод - "сейчас сделаем абы как, ничего страшного, а потом выпустим патч, а потом ещё патч, авось вся кривота и распрямится".

[vsevolodson]

А вот надо правильно делать софт. Чтобы не перезаливать. Перезаливка в космосе - это уже не рядовое ЧП, само по себе. Надежду на такие методы, с точки зрения технической дисциплины, вредно рассматривать как нормальную повседневную практику. Это за пределами производственной культуры. Даже на Земле. АМС это не гаджет, который перепрошил левой прошивкой, а если не получилось, пошёл в соседний сервис ругаться. Против применения бортовых компов на АМС я, кстати, ничего не имею. АМС это и есть комп, с некоей периферией.

Это всё, конечно, верно, но возможность влезть в процесс on the fly всегда нужно оставлять для особых случаев. Коряво спаянное реле таковой возможности не даёт. Холодильник без кнопки выключения - тем более. Всё таки лучше иметь возможность ребутнуть бортовой компьютер АМС трижды помолясь, чем не иметь.

[bob]

Всё таки лучше иметь возможность ребутнуть бортовой компьютер АМС трижды помолясь, чем не иметь.

Каждая лишняя возможность - это источник непредсказуемых ошибок. Всегда лучше не иметь возможности при определённом запасе надёжности, чем поиметь её и сделать запас более неопределённым. Культура техники - это не делать лишних движений, и не давать возможности их сделать.

[vsevolodson]

Не согласен. Конкретный пример: возможность перезаливки софта и ребута на лету. Сама по себе она не внесёт никаких ошибок в штатный функционал, но может привести к сбою при использовании этой возможности. И всё таки надежда есть, если есть возможность, даже если она с определённой долей вероятности приведёт к полной потере АМС.

Не так давно при запуске одного из спутников перезалили топлива - многие помнят, наверное. Не будь ракета таким тупым бревном, она могла бы вывести таки спутник на рассчётную орбиту. Посему дополнительные возможности предохраняют от ошибок в штатном функционале до определённой степени.

[bob]

И всё таки надежда есть, если есть возможность, даже если она с определённой долей вероятности приведёт к полной потере АМС.

Ну и зачем нужна эта уступка психологии, зачем нужен этот костыль? Чтобы пометаться с надеждою, и сказать, что сделали всё, что могли? Инженер не должен уметь надеяться. Знаете, в древние времена прграммирования существовала конструкция выхода изнутри цикла по условию. То есть была возможность чо-нить вроде if ... goto ... засадить не в объявление цикла, а внутрь него. Для программера эта возможность, конечно, удобна, особенно для создания времянок. Но принципы структурного программирования запретили эту уступку халатности. Код становится непрозрачен и неотлаживаем.

Не так давно при запуске одного из спутников перезалили топлива - многие помнят, наверное. Не будь ракета таким тупым бревном, она могла бы вывести таки спутник на рассчётную орбиту. Посему дополнительные возможности предохраняют от ошибок в штатном функционале до определённой степени.

А вот не надо перезаливать топливо. И бревна в том эпизоде не ракета, а те, кто заправлял. Они бы и сообщение системы тестирования о переливе ещё скорее бы проигнорировали, как и собственный здравый смысл, когда заливали. То, что из гранёного стакана может выплеснуться через край, не значит, что стакан надо снабжать цифровым индикатором уровня с предупреждающей сиреной. Скорее как раз не надо, чтобы знали как свободу любить.  А то привыкнут надеяться на сирену, а она как раз и охрипнет.

[vsevolodson]

Как раз таки ваш подход вижу как уступку психологии - дескать "всё отлажено и полетит как надо". На деле всего предусмотреть нельзя, необходимо иметь запас гибкости. Это, конечно же, не отменяет тщательного тестирования системы. Я официально именуюсь "старший инженер-разработчик ПО", посему по своему опыту знаю, что оставлять возможность оперативного вмешательства всегда следует.

[bob]

Как раз таки ваш подход вижу как уступку психологии - дескать "всё отлажено и полетит как надо". На деле всего предусмотреть нельзя, необходимо иметь запас гибкости. Это, конечно же, не отменяет тщательного тестирования системы. Я официально именуюсь "старший инженер-разработчик ПО", посему по своему опыту знаю, что оставлять возможность оперативного вмешательства всегда следует.

Ну ладно. оставим возможность. Я сам лет надцать назад программист первой категории (потом завязал), и хорошо знаю, что такое автоматизация по русски. Поэтому так взъелся на "цифровой Союз" в своё время. Перефразируя известное изречение, я ничего не имею против разработчиков в целом, но в каждом из них я вижу замаскировавшегося программиста: лес рубят - щепки летят. (с)