Синтез ракетного топлива прямо в космосе (без претензии на строгую научность).

[-immo-]

Господа (и дамы).

Всем известно, что самым эффективным ракетным топливом ныне является жидкий водород + жидкий кислород. Да, бериллий и фтор — ещё лучше, но бериллий дорогой, да и достаточно нежидкий.

Однако, проблема жидкого водорода в его хранении в вакууме. Он требует криогенных баков, потому как довольно активно выкипает. Плюс вторая проблема: плотность жидкого водорода. Он очень легкий и занимает просто кучу места. А стоимость доставки на орбиту — это не только вопрос массы, но в случае водорода ещё и объема. Пока эта проблема остро не стоит, но люди пока и не возят жидкий водород на орбиту.

А так, в обтекатель той же ракеты «Ангара-А5» (самая большая, что есть у РК ныне в эксплуатации) влезает всего-то ничтожные 5.5 тонн водорода.

Однако, сейчас активно развивается ещё и метановое направление, когда топливом выступает жидкий метан и жидкий кислород окислителем. У метана с плотностью всё намного лучше, чем у водорода, а горит он хоть и хуже, но тоже норм.

Это было вступление, а теперь вопрос.

Представим, что у нас есть мощный источник энергии в космосе (например, строящийся атомный реактор для орбитального тягача «Зевс»).

Вполне очевидно, что в плане соотношения масса/плотность/цена доставки для пары водород-кислород на орбиту вполне выгодно возить воду, а не сжиженные газы, и уже там её разлагать на компоненты. Тем более, что вода и кислород на орбите лишними не бывают.

Действительно, воду в баках в вакууме хранить куда проще, чем водород (да и кислород тоже).

Но как быть в случае пары метан-кислород?
(Сейчас начнётся наивняк, потому что я не химик. Спасибо за понимание).

Насколько рабочим выглядит процесс: электролиз воды плюс реакция водорода с графитом (?) для получения метана?

Или есть какие-то более выгодные по энергии, выводимой массе и объёму, разумные способы получения метана и кислорода из некриогенных веществ без особых отходов (какие-то полимеры, возможно)?

В идеале — вообще из твёрдых)

Спасибо, что прочитали мой непрофильный бред.

[-immo-]

Немножечко добавлю ещё.

Атомный реактор «Зевса» по проекту будет иметь тепловую мощность в 1МВт (про электрическую ничего не говорят).

Орбитальный тягач предназначен для полётов между орбитами разных планет(что следует из названия). Однако, двигатель работает только в процессе разгона и торможения. Остальное время (а для Марса это 6-7 месяцев) реактор в целом простаивает и так-то бесполезен. Однако, ядерному топливу наплевать, что он бесполезен, оно работает в любом случае.

То есть, мы имеем, по факту, огромную лишнюю тепловую и электрическую мощность, которую можно использовать на производство топлива (дада, как Ностромо в «Чужом»).

Но из чего же лучше всего делать метан и кислород (и водород для самого «Зевса» тоже)?

Может быть, есть какой-то полимер, который удачно разлагается на метан и кислород, при этом максимально тяжелый и плотный?

[Сержл]

бред очень профильный, к Вам могут сильно присмотреться.

[-immo-]

бред очень профильный, к Вам могут сильно присмотреться.

Вся информация из открытых источников)

[-immo-]

Ещё чуточку накину.

Может быть, на эту роль годятся какие-то специфические гидраты метана, способные существовать при не очень высоком давлении, но пусть и с низкой температурой?

Просто по теме гидратов выдача наглухо забита теориями заговора и всякой ересью про мамонтов в вечной мерзлоте.

Я так понимаю, они ещё и разлагаются эндотермически, что можно использовать для сжижения получаемых газов (или нельзя?)

Есть что-то толковое почитать по их физико-химическим свойствам? Спасибо.

[Авас Петяев]

В гидратах метана слишком много воды: 5,75 моль воды на 1 моль метана ( https://en.wikipedia.org/wiki/Methane_clathrate ), потому возить жидкий метан выгоднее.
Если же пофантазирвать о производстве топлива в космосе, то надо искать сырье на Луне или на астероидах. Например, если найти где-нибудь карбонат кальция, то, имея источник энергии, можно превратить его в карбид кальция и кислород, а уже из карбида через ацетилен, гидрированием получить этан или этен для топлива. Только вот на Луне карбоната кальция пока не нашли, а те минералы, что там нашли, для производства топлива не годятся.

[-immo-]

В гидратах метана слишком много воды: 5,75 моль воды на 1 моль метана ( https://en.wikipedia.org/wiki/Methane_clathrate ), потому возить жидкий метан выгоднее.

Так вода — это хорошо! Электролиз, и имеем кислород как окислитель, плюс водород, как тоже топливо для ядерного «Зевса». Элону Маску продаём метан+кислород. Водород оставляем себе.

Метан-то в космосе без окислителя тоже не нужен совсем. А на 1 метан надо 2 кислорода для горения. Получается, что воды в гидратах даже маловато немного.

[Авас Петяев]

Вода для синтеза топлива и для других нужд понадобится в любом случае, но только возить ее с Земли слишком дорого. Тут приходится согласиться с писателями-фантастами, что без добычи льда на астероидах при освоении Солнечной Системы не обойтись. Что же касается перевозки с Земли гидрата метана, то возить отдельно сжижженый метан и воду все равно много проще и дешевле.

[Сержл]

Элону Маску продаём метан+кислород. Водород оставляем себе.

как говориться, всё лучшее...

[-immo-]

Вода для синтеза топлива и для других нужд понадобится в любом случае, но только возить ее с Земли слишком дорого. Тут приходится согласиться с писателями-фантастами, что без добычи льда на астероидах при освоении Солнечной Системы не обойтись.

Это даже не оспаривается, но без Марса мы не научимся добывать на астероидах ничего. Виной тому — их микрогравитация и сложность высадки на астероиды чего-то большого и тяжелого. Большинство астероидов — это просто очень рыхлая куча слипшихся камней. Нам нужно научиться садить на них что-то действительно тяжёлое с большой инерцией, не разрушая структуры. Или же как-то сшивать и армировать эти «кучи» заранее.

Для этого есть прекрасное место, уникальное в нашей системе. Это Марс. А именно Фобос и Деймос над его экватором. До Марса долететь много проще, чем догнать астероид, а орбита вокруг Марса стабильна, и потому там можно долго и упорно тренироваться в астромайнинге.

Если вы не знаете, зачем КНР и США так рвутся к Марсу, то на самом деле именно за этим.

Но вернемся к химии. Вода — идеальна, если иметь атомный реактор на орбите. Разлагай не хочу, получай окислитель и гадкий слишком лёгкий и летучий водород, который поднимать с Земли геморрой. Ведь чем больше бак, тем выше сопротивление воздуха при старте, тем мощнее надо движки и больше топлива на взлёт.

Однако, почему метан, а не тот же графит? Водород из воды, углерод в графите, нет? Не получится метан?

Или, может быть, всё-таки какой-то полимер или олигомер, даже не очень стабильный, где есть сразу и Н, и О, и С в нужной пропорции? Чтоб хватило на метан (1С+4Н), но осталось и на окисление (2О) при его разложении.

Не бывает такого, да?

ПС может ещё серы напихать? Или азота? Их можно потом вернуть обратно на Землю не очень дорого.

[-immo-]

Элону Маску продаём метан+кислород. Водород оставляем себе.

как говориться, всё лучшее...

Всё лучшее за деньги. Для полёта на Луну Элона надо 16 (прописью: шестнадцать) стартов с Земли для дозаправки. И отправки ОДНОГО Старшипа.

И каждый ему стоит по себестоимости 50 (пятьдесят) миллионов долларов минимум. Итого 800 миллионов на круг! 56.5 миллиардов рублей. В 2020 году весь бюджет Роскосмоса был 176 миллиардов. Оп!

Может быть, проще под него АЗС построить?
Страна-бензоколонка — звучит плохо. Но! Космическая бензоколонка, да ещё и единственная на орбите — это гешефт.

[-immo-]

Что же касается перевозки с Земли гидрата метана, то возить отдельно сжижженый метан и воду все равно много проще и дешевле.

А почему, кстати? Титановый бак на 40 атмосфер имеет стенки в 4мм всего. Ну, если он сферический, что, безусловно минус по форм-фрактору для ракетного обтекателя.

Но зато метангидрид содержит прям всё, что нам надо на орбите. И вроде как терпит до -4С без разложения, что легко осуществимо. И плотность 0.9кг на куб.дм. Это очень даже неплохо и много лучше водорода, хотя и хуже метана с кислородом, но не так сильно. Плюс, можно долго хранить и не очень проблемно охлаждать, как сжиженный метан и кислород. В космосе на низкой опорной орбите так-то не холодно, а наоборот — жарко. Охлаждаться можно лишь излучением, конвекции же нет.

И это не -164С для метана, -183С для кислорода и не жуткие -252С для водорода. -4С на орбите поддержать вполне легко, хотя любое сферическое тело там так и норовит разогреться до +80С в итоге.

Но без водорода, и РЕАЛЬНО тысяч тонн водорода, у нас не получится дальний космос и астромайнинг.

[pirazol]

Вроде уже пора эту тему во флудилку(прям "соревновательный" бред какой-то) ...

[ximi]

Представим, что у нас есть мощный источник энергии в космосе (например, строящийся атомный реактор для орбитального тягача «Зевс»).

Тогда только ионный двигатель ..без вариантов.

[ximi]

Вполне очевидно, что в плане соотношения масса/плотность/цена доставки для пары водород-кислород на орбиту вполне выгодно возить воду, а не сжиженные газы,

Очевидно что это глупость ....

Но без водорода, и РЕАЛЬНО тысяч тонн водорода, у нас не получится дальний космос и астромайнинг.

Для дальнего космоса химические двигатели не подходят ...только ионные !

[-immo-]

Для дальнего космоса химические двигатели не подходят ...только ионные !

Не только ионные, но и атомные, например. Причём, они даже лучше, ведь работают на водороде, а он лёгкий, классно ионизируется и отлично разгоняется. И работает эффективней аргона и ксенона.

Но так и вот! Водород! Как его возить на орбиту в больших количествах, если он 72кг на кубический метр в жидком состоянии?

[chemister]

В космосе летают ресурсы - астероиды и кометы. Их можно перерабатывать либо напрямую в выбрасываемую массу (испарением, ионами), либо в хранимую форму - электролиз воды до водорода и кислорода. Для дальнего полета проще переоборудовать астероид - и защита от космического мусора и сырье.

[Nickolas]

...либо в хранимую форму - электролиз воды до водорода и кислорода.

Интересно, а при наличии мощного источника радиации, можно ли использовать для этих целей радиолиз и насколько он эффективен?

[bigM]

Интересно, а при наличии мощного источника радиации, можно ли использовать для этих целей радиолиз и насколько он эффективен?

"мощный" это сколько?

[Nickolas]

"мощный" это сколько?

Да без разницы. Просто интересно, если есть, допустим, мощный радиоактивный источник и вода, то что проще делать электролиз (а для этого нужно сперва получить электричество) или радиолиз? Насколько радиолиз воды эффективен для практических целей?