395

Ответ на пост «Большая марсианская проблема — энергия»1

Как же бесит когда журналисты пишут инженерные статьи. Читается легко, приятно, но только смысл на 80% дичь. Напишу как инженер, пусть местами непонятно, но ближе к истине.

Вся статья про обеспечение энергией колонии отталкивается от непонятных 90кВт на человека, "Подсчитано, что марсианской базе потребуется около 90 кВт на человека". По дальнейшему тексту статьи можно предположить имеется ввиду 90кВт непрерывно вырабатываемой энергии. Что бы вы понимали это примерно 50 газовых конфорок включенных одновременно, или костер к которому ближе чем на 1,5 метра не подойдешь. Куда столько энергии одному человеку - непонятно. При том в оригинальной статье на хабре, есть хотя бы ссылка на источник.  А источник французский сайт посвященный колонизации марса, и никто там ничего не считал, а прикинули на глаз. "В литературе мы также находим количественные общие оценки потребления электроэнергии для каждого жителя колонии. Показатель Mars Homestead составляет 90кВт / ч (для 12 жителей на начальном этапе); на промежуточном этапе в 150 человек мы достигаем 45 кВт / ч (Йоши Исикава, AAS 90-251)", или в оригинале "In the literature, we also find quantified overall assessments of electric power consumption for each inhabitant of a colony. Mars Homestead figure is 90kWe/p (for the early stage of 12 residents); at the intermediate stage of 150 people, we reach 45 kWe/p (Yoshi Ishikawa, AAS 90-251)".

Что они там такого кочегарить собрались на 90 кВт, не очень понятно. И вообще, в французской статье упоминается, что значительная часть энергии потребуется не в виде электричества, а тепла. А это совсем другой разговор, потому что КПД преобразования тепла в электричество в лучшем случае около 40%, в среднем порядка 30%, а для упомянутых "термоэлектрических генераторов с марсохода Opportunity" составляет около 5%. Остальные 60-70-95% тепловой энергии рассеиваются в атмосферу в процессе работы генераторов. Либо их можно использовать на отопление, как это делается на ТЭЦ. Таким образом все расчеты, касательно АЭС, предложенные автором статьи следует делить на 3, так как из заявленных 90кВт(нахуя так много?) электрическими нужно от силы 30%.

В СССР проводились разработки мобильных АЭС, одна из них Памир-630Д, базировалась на двух полуприцепах, согласно википедии масса более тяжелого 65тонн, а общая мощность установки 5МВт тепла и 600кВт электричества. При том что разработана она 35 лет назад, думаю сейчас можно и полегче сделать установку.

Так что не переживайте друзья, при использовании ядерной энергии, на Марсе хватит и тепла и электричества всем колонистам!

Исследователи космоса

19.1K поста48.8K подписчиков

Правила сообщества

Какие тут могут быть правила, кроме правил установленных самим пикабу :)

Вы смотрите срез комментариев. Показать все
54
Автор поста оценил этот комментарий

Куда столько энергии одному человеку - непонятно.

Выработка кислорода, растапливание льда для получения воды, обогрев, система вентиляции, другие системы жизнедеятельности (еда, туалет, душ, переработка отходов и т.д.) Плюс еще энергия на рабочие задачи типа постройка новых модулей, производство.  Как по мне весьма скромно посчитали, скорей всего это прям минимум для обеспечения жизнедеятельности организма.

раскрыть ветку (46)
15
Автор поста оценил этот комментарий

На МКС вроде как ~ 20кВт / человека. Но МКС не надо нагревать и выращивать еду.

ещё комментарии
25
Автор поста оценил этот комментарий

Чудак просто посчитал как будто он в квартире. Ему конечно тут не нужно ни 90 ни 45 киловатт. А там пипец в плане враждебности среды и чтобы в ней выжить нужна куча энергии. Но до него не доходит.

10
Автор поста оценил этот комментарий

Дано:

Объём МКС равен примерно 400м3.

Температура колеблется от +4 до -160°С.

И так меняется 15 раз в сутки. (количество облётов вокруг Земли)

Хороший слой термоизоляции эти перепады выравнивает.

Максимум энергии, что может МКС генерировать солнечными панелями - 32 кВт, (запомним).

Приборы потребляют относительно небольшие мощности. Детектор космического излучения потребляет 2 Вт, магнитометр – 5 Вт, счётчик микрометеоров – 2,5 Вт, масс-спектрограф – 17 Вт, аппаратура активного ретранслятора радиосигналов – 10 Вт и т. д.

Системы охлаждения МКС потребляют около 15кВт.

Экспертами по-разному оценивается мощность, необходимая для поддержания условий жизнедеятельности экипажа на борту. Обычно называют цифры от 500 Вт до 1 кВт на человека.

Таким образом 32кВт хватает на электронику, обогрев/охлаждение, и людей на орбите.

Теперь на Марсе.

Средняя годовая t на поверхности Марса -63°С. Даже на экваторе -80 - 125°С зимой, иногда -153°С, и до +35°С летом.

Зима и лето на Марсе почти вдвое длиннее, чем на Земле (округлим до двух).

И в 5500 раз длиннее, чем на орбите МКС, где зима и лето сменяются 15 раз в сутки.

32кВт необходимо для существования 2-5 человек в объёме 400м3 на орбите на МКС.

Вопрос: Сколько энергии нужно для того же объёма (400м3) на поверхности Марса?

Решение: 32кВт на текущее обеспечение электроники и жизнедеятельности.

Нагрев 1м3 воздуха на 1°С - нужно затратить энергию в 1кДж.

Плотность воздуха примерно равна 1,2 кг на 1м3.

Значит, для нагрева 1м3 воздуха на 1°С, необходимо потратить 1*1,2 = 1,2 кДж,

или 1200 Дж или 1200 вт.*с.

Час это 60*60 = 3600 секунд. Значение в Ваттах равно: 1200/3600 = 0,3333 Вт/ч.

400 м3 воздуха помещения * 0,3333= 133,32 Вт

0,13кВт/ч тепла надо чтобы нагреть воздух в помещении (400м3) на 1 градус.

На 80 °С ( средняя -63°С и + 17°С комфортная для человека) надо 0,333*80=26,65 кВт/ч

Пиковая (-153°С + 17°С комфортная) нужно 0,333*170=56,61кВт.

ответ: 32кВт постоянная нагрузка + 57кВт пиковая на обогрев = 89кВт.

И это для того же объёма, что  МКС - 400м3, не больше.

Само собой база больше должна быть.

раскрыть ветку (8)
0
DELETED
Автор поста оценил этот комментарий

Оукэй. А сколько энергии нужно на то, что бы из атмосферы (вроде больше не откуда) добыть кислород для дыхания? И сколько нужно энергии для добычи воды (хотя бы растопить еще не обнаруженные запасы)

0
Автор поста оценил этот комментарий
ошибочка вышла вы два раза сложили нагрузку при норн потр. и пик. это только нарев, тоесть разово потом надо только поддердивать температуру а жто зависти от телоизоляции и площяди купола.
0
Автор поста оценил этот комментарий

Температура колеблется от +4 до -160°С.

Температура чего? Обшивки корабля?

Хороший слой термоизоляции эти перепады выравнивает.

Здорово, что её можно установить на Земле и требуется гораздо меньше, так как там очень небольшие модули цилиндрической формы (минимум площади). Тащить эту теплоизоляцию на Марс - слишком геморно и долго и нужно постоянно, так как база будет расти.

Максимум энергии, что может МКС генерировать солнечными панелями - 32 кВт, (запомним).

Всё остальное читать нет смысла, так как МКС - не самостоятельная база и находится совсем в других условиях.

раскрыть ветку (5)
1
Автор поста оценил этот комментарий

1. Температура снаружи, и да она равна температуре обшивки (парадокс?)

2. Выравнивает краткосрочные перепады. Не существует теплоизоляции, которая бы удерживала температуру 600+ дней.

3. Рассчитывал по минимуму, из имеющихся данных. Если у Вас есть детальная инфа - буду рад. Какие ещё значимые условия не были мной учтены?

раскрыть ветку (4)
0
Автор поста оценил этот комментарий

1. Температура снаружи, и да она равна температуре обшивки (парадокс?)

Снаружи там вакуум, ты в курсе? Какая температура у вакуума?

раскрыть ветку (3)
1
Автор поста оценил этот комментарий

Обшивка МКС нагревается излучением Солнца, потом находясь в тени от Земли МКС остывает так же, посредством излучения. Утеплитель обшивки такие перепады выравнивает, насколько может. На Марсе температура обшивки равна температуре атмосферы (да, на Марсе она есть). Зимой 300+ дней она в районе -125°С. Никакая термоизоляция не спасёт. При чём тут вакуум? А летом, когда +35°С так же нужно тратить энергию, но уже на охлаждение. Вот и получаем, что 90 кВт не так уж и много.

Где тут вакуум? Разве что в финансах, на реализацию проекта.

Ну и в голове у Рогозина.

раскрыть ветку (2)
1
Автор поста оценил этот комментарий
Зимой 300+ дней она в районе -125°С. Никакая термоизоляция не спасёт.

Ну посмотрели бы, какая бывает термоизоляция, учли бы разреженность этой минусстадвадцатипятиградусной атмосферы. У вас расчеты такие, будто станция теряет тепла столько же, сколько производит. Она там проветривается что ли?

раскрыть ветку (1)
2
Автор поста оценил этот комментарий
Закладывать избыточную для нормального функционирования, но достаточную на случай форсмажоров мощность, вполне разумное решение.
4
Автор поста оценил этот комментарий

Подробнее вчитавшись в первоисточник, я заметил, что подразумевается затраты энергии на интенсивно развивающуюся колонию. То есть на стройку.

А вот выработка кислорода:

Потребление кислорода у здорового человека в среднем составляет 250 мл/мин = 0,015м3/ч.

Водощелочной электролиз характеризуется относительно высокими энергозатратами (ок. 4,5–5,5 кВт·ч/м3)( Т.е. два провода в воду и собирай пузырьки).

Итого 0,075кВт расходуется на выработку кислорода одному человеку.

Вентиляция - от силы 1кВт на всю колонию.

Расход энергии на отопление зависит на прямую от теплоизоляции, не думаю что марсианская станция будет продуваться как бытовка строителей. И опять же выработка электричества и тепла разные вещи.

Воду растопили один раз и гоняй по кругу, это не Земля где мы льем кубометры горячей воды в каналью.

раскрыть ветку (21)
5
Автор поста оценил этот комментарий

Кстати, советую поиграть в Oxygen not included. Понятное дело, что это игра и даже не симулятор, но даёт отличные представление какие системы нужны и как сложно всё это организовать. Одно тянется за другим и для банального сортира замкнутого цикла нужно выстраивать целую инфраструктуру. Ну и обеспечение энергией и получение кислорода там самое сложное.

0
Автор поста оценил этот комментарий

Итого 0,075кВт расходуется на выработку кислорода одному человеку.

Только нужно еще добыть лёд, привезти его, растопить, часть потратить на бытовые нужды и еду.

Вентиляция - от силы 1кВт на всю колонию.

Это с учетом фильтрации CO2?

Расход энергии на отопление зависит на прямую от теплоизоляции, не думаю что марсианская станция будет продуваться как бытовка строителей.

Продуваться не будет, но так как нормальный утеплитель занимает большой объем, а на месте его произвести проблематично, то скорей всего можно будет рассчитывать только на сведение к минимуму утечек тепла, но от влияния атмосферы защититься особо не получиться. Хотя если использовать ядерный реактор, то отработанную теплую воду можно пускать на обогрев.

Воду растопили один раз и гоняй по кругу

Фильтровать воду до питьевой очень геморно даже на Земле. Поэтому воду после употребления используют только как техническую и гонять по кругу не получиться никак.

раскрыть ветку (12)
3
Автор поста оценил этот комментарий

Фильтровать воду до питьевой очень геморно даже на Земле. Поэтому воду после употребления используют только как техническую и гонять по кругу не получиться никак.
После употребления воду можно использовать для выработки кислорода.

на то что бы нагреть лед с температурой -70 до воды +20 потребуется затратить 0.064кВт мощности на 1 литр в час. То есть в сутки будет производиться 375 литров теплой воды с 1кВт мощности.

1
Автор поста оценил этот комментарий

но так как нормальный утеплитель занимает большой объем

А зачем там "нормальный" утеплитель? Вгрызлись в скалу, заглубились, оставили буферную "подушку" между стенками герметичного и негерметичного блоков. Все! Через какое-то время встанет проблема отвода лишнего тепла, а никак не дополнительного обогрева.


Фильтровать воду до питьевой очень геморно даже на Земле

Да ладно :) Вы отстали от жизни эдак лет на 30. Без каких либо хлопот могу очистить воду от практически всех примесей даже на бытовом уровне, при этом все затраты будут на небольшую помпочку Eheim :) Нитрат чуток просочится, но у нас же система с замкнутым циклом - и эта вода пойдет на полив растений, которые этот нитрат с огромнейшим удовольствием сожрут. Впрочем и пить её можно без проблем, содержание соотвествует санитарным нормам для водопроводной воды.


Меня всегда поражало, что даже на наших кораблях ВМФ (на том же Кузе, например) вода хранится в баках и строго нормируется. При том что американцы с начала 80-х во всю используют на своих кораблях осмотические фильтры и там пресной воды завались, хоть каждый час душ принимай.

раскрыть ветку (10)
1
Автор поста оценил этот комментарий
Ну да. Только даже на МКС воду, выделенную из отходов,не пьют.
раскрыть ветку (1)
0
Автор поста оценил этот комментарий

Так я когда-то даже по телевизеру смотрел как космонавты показывали бутылочку переработанной из мочи и смачно отхлебывали.

0
Автор поста оценил этот комментарий

На кораблях новой постройки (00-х годов и далее) именно что фильтры обратного осмоса используются, поэтому раковинами и душем можно воспользоваться в любое время, а не на пару часов в сутки.

Автор поста оценил этот комментарий

всю используют на своих кораблях осмотические фильтры и там пресной воды завались

Потому что вода после осмоса слишком сильно очищена (грубо говоря). Если пить такую воду, что очень скоро наступят проблемы с водно-солевым балансом.

раскрыть ветку (6)
1
Автор поста оценил этот комментарий

Минерализовать для питьевых целей после очистки - проблем никаких.

раскрыть ветку (4)
Автор поста оценил этот комментарий

Ну тем не менее почему-то возят воду с собой. Значит не так всё просто.

раскрыть ветку (3)
2
Автор поста оценил этот комментарий

Просто, не потянули в СССР массовое производство мембран. Да и зачем если по уставу

Солдат обязан стойко и мужественно переносить все тяготы и лишения военной службы

Напомнить что в СА банный день был в субботу, а в казарме душевых не было как класса?

раскрыть ветку (2)
Автор поста оценил этот комментарий

Я думаю там скорее дело в том, что корабль рассчитан на длительное плавание и возможно там такой размер фильтров, что их невыгодно таскать с собой + запас. А экипаж там сотни людей. Ну и вопрос ремонтопригодности всего этого в открытом океане.

раскрыть ветку (1)
1
Автор поста оценил этот комментарий

Ты серьёзно думаешь что на весь поход воду тянут исключительно в танках? А технологии дистилляции были недоступны советскому ВМФ?
Дистилляторы были, есть и будут, на любом более менее крупном судне.

1
Автор поста оценил этот комментарий

Во тупыые, а они то и не знают!
Слово реминерализатор вам что-то говорит? Одной кассеты хватает лет на 10, и собственно там ничего особого нет, в земных условиях достаточно загрузить известняковой крошкой. На Марсе залежи известняка врядли будут, но найти породы содержащие кальций и магний не проблема.
И, кстати, вы в курсе что, например в Питере, жесткость воды в центральных районах почти как из осмоса? Ничего, никто еще не помер.

Автор поста оценил этот комментарий

Я кстати другие данные нашел:

Электролизом воды называется физико-химический процесс, при котором под действием постоянного электрического тока дистиллированная вода разлагается на кислород и водород. В результате разделения на части молекул воды, водорода по объему получается вдвое больше, чем кислорода. Эффективность электролиза такова, что из 500 мл воды получается около кубометра обоих газов с затратами около 4 квт/ч электрической энергии.

раскрыть ветку (6)
0
Автор поста оценил этот комментарий

Я, конечно, извиняюсь, но вроде дистиллированная вода - диэлектрик. Что ещё за ток в ней?

раскрыть ветку (1)
0
Автор поста оценил этот комментарий

Не стопроцентный. И смысл не в прохождении тока через воду, а в химической реакции катод - вода и анод - вода.

0
Автор поста оценил этот комментарий

Попробуй пересчитать в кВт на человека

раскрыть ветку (3)
0
Автор поста оценил этот комментарий

Теперь нужно посчитать сколько человек потребляет кислорода:

В среднем в минуту совершается 15 - 16 вдохов, следовательно, всего лишь за минуту через органы проходят 8-9 л, за час – около 500 л, за сутки – 12 000 л или 12 кубометров воздуха.

Кислорода в воздухе 20,9%, то есть в сутки потребляется примерно 2.51 кубометра. Итого на выработку кислорода на одного человека в сутки уйдет 10 квт/ч.

Это с учетом, что человек не нервничает и не испытывает нагрузок.

раскрыть ветку (2)
0
Автор поста оценил этот комментарий

Однако. То есть, человек вдыхает смесь азот-кислород, а выдыхает азот-углекислый газ? Усваивая все 100% кислорода? ))

раскрыть ветку (1)
0
Автор поста оценил этот комментарий

нет конечно. Всего 4%, в выхлопе 16% О2 и 4% СО2

1
Автор поста оценил этот комментарий

Выработка кислорода, растапливание льда для получения воды, обогрев, система вентиляции

Все перечисленное сводится к одному-двум пунктам. Работает аппаратура, тепло от нее отводится на обогрев, воду вообще можно днем на солнце топить (если не близко к полюсам сидеть), вентиляция до экстренных случаев работает на конвекции.

(еда, туалет, душ, переработка отходов и т.д.)

Еда это не обязательно шашлык на костре, на космической станции кушают комнатное.

В туалете вообще можно снимать тепловую энергию с биологических отходов и их переработки. Что касается душа, а почему не джакузи то? На космической станции эту проблему вполне экономно решили, можно и потерпеть немного.

Но что самое интересное - на Марсе почти нет асмосферы. А это значит, что теплопередача теплопроводностью остается только на пятне контакта с землей. Еще есть тепловое излучение, но оно слабо и легко устраняется. Если человек на Марсе станет на что-то с низкой теплопроводностью и обернется в фольгу, то он умрет от перегрева. Ночью. В бездействии.

Что угодно стоящее на ножках при накрытии фольгой на Марсе автоматически превращается в термос. Что вы там собрались обогревать?

Плюс еще энергия на рабочие задачи типа постройка новых модулей, производство.

На ранних этапах это делается на Земле и доставляется в готовом виде. При этом гравитация втрое слабее земной значительно упрощает многие задачи. Там где на Земле нужен например погрузчик, на Марсе три человека взяли и понесли.

0
DELETED
Автор поста оценил этот комментарий
Вы собрались пить воду с ледняков Марса? Фильмы типа Прометей и др. не смотрели?
раскрыть ветку (3)
2
Автор поста оценил этот комментарий

Если человек решился отправиться на другую планету, то выпить водичку из льда в грунте - вообще не проблема)

2
Автор поста оценил этот комментарий

А что, питьевую воду всю с Земли тащить??? Так она не золотая выйдет, а бриллиантовая!

1
Автор поста оценил этот комментарий

Вскипятил и готово

Вы смотрите срез комментариев. Чтобы написать комментарий, перейдите к общему списку