Топливо будущего Гелий-3

Сб, 10/03/2015 - 21:40

Лунная промышленность

Лунный гелий-3 потребуется не раньше, чем через 20 лет. Но еще до первой его доставки предстоит проделать грандиозную работу. Начать нужно с геологоразведки. Она включает картирование лунной поверхности, выявление и оконтуривание участков с максимальным содержанием полезных компонентов, оценку удобства их эксплуатации. Работа должна сопровождаться исследованием геологического строения Луны, выявлением ресурсов для развития локального производства. В этой связи большое значение имеет ответ на вопрос о наличии там воды. В замороженном состоянии она может присутствовать в затененных кратерах на полюсах. Свидетельства тому есть. Необходима организация экспедиций и исследование образцов с соответствующих участков. Следующий шаг — проведение экспериментальных вскрышных работ и работ по десорбции летучих компонентов из реголита в условиях Луны. Далее — обустройство базы. Проектирование и испытание устройств, предназначенных для производства гелия-3. Чтобы обеспечить хотя бы подготовительную стадию всех работ, понадобится доставить на Луну сотни тонн машин и материалов.

Масштабные горные работы неизбежно вызовут к жизни целый ряд сопряженных производств. При переработке грунта и добыче гелия-3, выделяться будет не только он, но и еще — в еще больших объемах — и другие элементы, в том числе водород и углерод. Нетрудно будет наладить получение кислорода из силикатов. Это значит, что непосредственно на Луне можно организовать синтез топлива и окислителя для ракет-носителей. Лунный грунт богат титаном. Выплавка его позволит изготовлять тяжелые фрагменты конструкции и корпусов ракет прямо на Луне. С Земли придется доставлять только высокотехнологичные элементы. Необходимую для жизнедеятельности людей и некоторых технологических процессов воду также можно получать на Луне. Упомянутый Х.Шмитт описал уже спроектированный в США комбайн, предназначенный для извлечения гелия-3 и других летучих компонентов из поверхностного слоя лунного грунта.

Развертывание постоянных баз на спутнике откроет возможность пребывания человека не только для добычи гелия-3, но и для иных целей. Луна — самый экономичный космодром, который сделает доступным крупномасштабное исследование Солнечной системы. Там могут и должны быть развернуты системы контроля астероидной опасности, мониторинга и раннего предупреждения катастрофических явлений и событий на Земле, изучения дальнего космоса и многое другое, что сейчас даже трудно предвидеть.

Объективные трудности

Теоретически, легкий изотоп гелия-3 способен вступать в термоядерную реакцию с дейтерием. Соответственно, термоядерный синтез многие ученые считают потенциально безграничным источником дешевой энергии.
Экологическая чистота и энергетическая эффективность делают термоядерный синтез на основе гелия-3 непревзойденным источником энергии, однако на пути к достижению конечной цели существуют две фундаментальные трудности:
• изотопа гелия на Земле практически нет — менее одной миллионной доли от общего количества гелия на Земле. Он есть на Луне — в лунном грунте этот легкий изотоп содержится в изобилии. Но можно ли там организовать его добычу с последующей доставкой на нашу планету? Насколько это экономически целесообразно?

• пока отсутствует технология управляемого термоядерного синтеза. Задача не решена, несмотря на многолетние усилия даже для более простой реакции синтеза на дейтерии и тритии. Впрочем, прежде всего, нужно оценить, насколько реальна добыча и доставка гелия-3 с Луны в необходимых количествах и каковы в действительности там его запасы?

Как заявляет Александр Захаров — доктор физико-математических наук, ученый секретарь Института космических исследований РАН: «Я просто думаю, что есть дефицит в какой-то крупной технологической задаче. Может быть, из-за этого и возникли в последнее время все эти разговоры о добыче на Луне гелия-3 для термоядерной энергетики. Если Луна — источник полезных ископаемых, и оттуда везти этот гелий-3, а на Земле не хватает энергии… Все это понятно, звучит очень красиво. И под это легко, может быть, уговорить влиятельных людей выделить деньги. Я думаю, что это так». Но все дело в том, что сейчас на Земле нет технологии — и в ближайшие, как минимум, 50 лет не предвидится ее появления — сжигания гелия-3 в термоядерной реакции. Нет даже эскизного проекта такого реактора. «Космическая отрасль, естественно, заинтересована в таком крупном и дорогостоящем проекте, — считает Александр Захаров. — Но с точки зрения его практического использования абсолютно очевидно, что это преждевременно».

Чтобы реализовать проект «гелий-3», нужно создавать специальную программу дополнительных исследований Луны, запускать целую эскадру космических аппаратов, решать вопросы с добычей гелия-3, его переработкой… Это разорит страну почище всякой СОИ. «Я не хочу сказать, что Луна с научной точки зрения полностью закрыта — там остались и научные задачи, — подчеркивает Александр Захаров. — Но, как говорится, этим надо заниматься step by step, не забывая о других научных задачах. Как мне кажется, проблема гелия-3 для некоторой части влиятельного термоядерного лобби — новая ниша для реанимации и реализации профессиональных амбиций.
Об астрономических, а главное — неоправданных затратах труда и средств для добычи этого элемента на Луне говорят и пишут многие. По предварительным оценкам, для того чтобы получить тонну этого изотопа, необходимо переработать порядка 100 млн. тонн лунного грунта. Но, даже если доставить гелий-3 на Землю, неясно, что с ним делать. В настоящее время наиболее перспективным и осуществимым направлением термоядерной энергетики является развитие реакторов, работающих на изотопах водорода — дейтерии и тритии. Оба этих элемента находятся в практически неограниченном количестве в Мировом океане. Один из таких реакторов, Международный термоядерный исследовательский реактор — ИТЭР, уже строится во Франции неподалеку от города Кадараш.

Другие материалы рубрики


  • ...Возможность установки ветрогенераторов также зависит от климата, а конкретнее – от средней скорости ветра в данной местности. Трудно спрогнозировать, каковы будут скорость и направление ветра в определенный момент. Но если рассматривать большие временные промежутки, соизмеримые со сроком эксплуатации ветряка, то можно довольно точно сказать, что, например, в течение года в месте его установки будет 4000 часов со скоростью ветра более 4 м/с, что обеспечит гарантированную генерацию, условно говоря, 1000 КВт·ч в год. В частности, у нас средняя скорость ветра составляет около 5 м/с, что вполне пригодно для получения ветровой энергии, так как рекомендуемая скорость ветра для этих целей 4 м/с и более.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • Солнце — основной источник энергии на планете. В полдень на низких широтах плотность потока энергии солнечного излучения близка к 1 кВт/м²,, в среднем по освещенной части земного шара — 350 Вт/м². Потенциальный ресурс энергии огромен. Ей соответствует мощность 6,7∙1016 Вт. Теоретически КПД преобразования энергии может достигать 93%. Сейчас он составляет 10…30%. КПД определяет технический ресурс, равный произведению КПД на потенциальный ресурс.
    В настоящее время энергия солнечного излучения используется мало из-за относительно низких значений плотности потока энергии (100 — 1000 Вт/м²).
    Разрабатываются проекты создания солнечных энергосистем на геостационарной орбите с мощностью 1…10 ГВт. Передачу энергии на Землю планируется осуществлять при помощи мощных электромагнитных пучков на длине волны около 5…10 см.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • Нефте- и газодобыча уже в течение многих лет — ведущие отрасли российской экономики. В иные периоды они давали до 50% поступлений в федеральный бюджет. Это стало возможным только после введения в эксплуатацию крупнейших месторождений Западной Сибири. Поиск месторождений, ставших открытием века, стоил огромного труда. Основной вклад в него внесли сибирские геологи.
    Чтобы понять, где и как искать нефть, — а ее считают самым труднодоступным богатством планеты, — надо знать, как она образуется. В 1932 году была опубликована классическая работа основоположника советской нефтяной геологии Ивана Михайловича Губкина (1871-1939) «Учение о нефти», которая сыграла огромную роль в развитии представлений о происхождении нефти и формировании ее залежей. Он сформулировал четыре этапа образования нефтяных запасов, которые и сегодня лежат в основе научных воззрений о процессах нефтеобразования.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • Чтобы получать тепло из снега, дождя и, что реже, града, нужен АТМОТЕРМ. Это устройство относится к стационарным приборам для нагревания текущих сред, использующий при прохождении данного процесса тепловой эффект экзотермической реакции образования гидроксида кальция из СаО, которая проходит при утилизации снежного покрова на месте его образования.
    Область применения устройства – генерация тепловой энергии для обогрева стен жилых и нежилых помещений, используя атмосферные осадки.
    Исследуя решения в данной области, мы не найдем наверняка устройства, объединяющего в себе функции переработки атмосферных осадков и обогревателя, работающего без подвода электроэнергии, при этом являясь таким экономичным, как атмотерм (экономичность смотрите дальше). Решения, предлагаемые другими авторами (смотри ниже) имеют ряд недостатков: потребляемость большого количества электроэнергии, узкая направленность технологий – только утилизация снега или только генерация тепловой энергии, сложность устройства, лежащее в наличии большого количества комплектующих компонентов, таких как ИК-излучатели и другие подобные устройства.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • ...В современных ВЭС воплощено множество технических идей, отвечающих последним достижениям науки. Вот далеко не полный перечень уникальных систем и механизмов, обеспечивающих эффективную и безопасную работу ветроэлектростанций: система динамического изменения угла атаки (изменяет угол заклинивания лопастей, удерживая тем самым нужный угол атаки); система динамического регулирования скорости вращения ветроколеса в зависимости от нагрузки и скорости ветра (выбирает оптимальный режим работы); система управления рысканием  — электронный флюгер (поворачивает гондолу с ВЭУ по особому закону с учетом доминирующего направления ветра, его порывов и турбуленции); система оперативного регулирования магнитного скольжения асинхронного генератора (используются усовершенствованные асинхронные генераторы с ротором «беличья клетка»)...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5


  • В начале нового тысячелетия почти весь мир столкнулся с новой, весьма болезненной проблемой — истощением топливных запасов планеты. Ученые с каждого угла кричали, что через 30 лет на земле не останется ни капли нефти. Но прошло уже 10 лет, и эти крики понемногу улеглись. Были найдены новые месторождения в Саудовской Аравии, в России разведали новые, огромные запасы сибирской и заполярной нефти. Единственная проблема — добраться до них, но учитывая сегодняшнюю стоимость «черного золота» на мировом рынке, это не будет составлять особого труда.
    Но беда, как известно, не приходит одна. С топливной проблемой пришла проблема загрязнения окружающей среды обитания человека. Продукты сгорания бензина и дизтоплива стали настолько насыщать атмосферу Земли, что экологи забили тревогу. Их главный девиз — «Парниковый эффект!» К сожалению, они до сих пор не могут определиться, чем он грозит нашей планете — глобальным потеплением или новым ледниковым периодом. Впрочем, одно не исключает другое. Сначала довольно сильно потеплеет, арктические льды растают, опять понизят температуру, но настолько сильно, что 2/3 суши (по самым пессимистическим прогнозам) покроется снегом и льдом.
    Что же делать? Отказаться от автомобильного транспорта и вообще от использования нефти и нефтепродуктов? В данный исторический отрезок времени это даже не теория, а какая-то фантазия Гринписа, если не сказать больше. Но нам надо как-то сберечь природу и при этом не нанести вреда экономике, как в мировом масштабе, так и в масштабе отдельной страны. И тут, к огромной радости почти всех экологов (почему почти — будет сказано ниже) на мировую топливную арену семимильными шагами выходит новое горючее — биодизель.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • Экспоненциальный рост населения и истощение природных ресурсов заставляют ученых придумывать самые невероятные проекты по спасению планеты. Один из них — космические электростанции, передающие на Землю энергию Солнца посредством микроволнового излучения. Технология эта не столь фантастична, как может показаться на первый взгляд.
    Вполне возможно, что лет через тридцать на геостационарной орбите обоснуется группировка объектов, каждый из которых будет подозрительно напоминать «Звезду смерти». Необъятные зеркальные крылья, нечто вроде электромагнитной пушки и наземная приемная антенна километров десять в диаметре — так будет выглядеть система глобального энергоснабжения.
    Вернее, такой ее представляли конструкторы еще в 1970-х. И уже тогда это не было научной фантастикой! В связи с энергетическим кризисом американское правительство выделило $20 миллионов агентству NASA и компании Boeing на проработку проекта гигантского спутника SPS (Solar Power Satellite).



  • Теперь уже никто не сомневается, что в расстрельные 30-е годы прошлого века ничего прогрессивного в России существовать не могло. Старшее поколение стыдливо молчит, поскольку высказывать иную точку зрения ныне считается непатриотичным. А постперестроечное вообще не ведает, что в основе многих модных сейчас инновационных проектов лежат неосуществленные мечты почти восьмидесятилетней давности. Примером может служить история со сгущенным бензином.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • Ветры бывают самые разнообразные: это и дующий десятки минут легкий бриз, и глобальные ветра — но все они существуют за счет солнечного нагрева планеты. Важными факторами влияния на атмосферную циркуляцию воздуха являются разность обогрева между экватором и полюсами, а также вращение нашей планеты, называемое эффектом Кориолиса. Сезонные колебания в скорости и направлении ветра являются результатом сезонных изменений из-за относительного наклона оси вращения Земли к Солнцу, которое, в свою очередь, изменяет паттерны разности обогрева. Ежедневные различия в обогреве атмосферы вызваны различным нагревом локальных областей поверхности земли, например, суши и океана. Еще движение воздуха осложняется целым рядом факторов глобального масштаба, таких как вращение Земли, а также сушей, горными хребтами и холмами, растительностью, океанами, морями и озерами. Из-за трения о поверхность земли, растительность и здания скорость ветра возрастает с увеличением высоты над поверхностью земли.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4

  • При минусовой температуре проблемы с запуском двигателя гарантированы. Это знает каждый опытный автомобилист, которому не раз приходилось подолгу просиживать в холодном салоне, пытаясь завести автомобиль. А вот о причинах этих самых проблем думает далеко не каждый водитель. Еще до того, как температура опустится ниже нуля, важно сменить все жидкости в автомобиле на незамерзающие. Это касается моторного масла, охлаждающей жидкости, жидкости в бачке омывателя. Нужно тщательно смазать стартер и прочие системы мотора, от этого также зависит степень прилагаемых для запуска двигателя усилий в сильный мороз.