Виманы и ртуть, или как нам обустроить лунный рейх

[antihydrogen]

В качестве развития разговора про энергоснабжение базы на полюсе Луны хочется поговорить про материальные ресурсы, которые есть на дне вечно затененных кратеров.

Про то, какие там вещества, мы знаем благодаря самопожертвованию зонда LCROSS, который в 2009г. раздолбался о дно кратера Кабео в 100 км от южного полюса Луны, перед этим успев проанализировать состав облака, образовавшегося при падении его собственного разгонного блока за несколько минут до этого.

Так вот, в выброшенном материале обнаружилось около 150 кг воды и … 12 кг ртути. Содержание воды в грунте кратера – около 5 процентов по весу, а ртути – около 0.3%, то есть всего на порядок меньше. Результат несколько неожиданный, хотя и предсказывавшийся некоторыми теоретиками. Дело в том, что легкая молекула воды, попавшая на Луну, с большой долей вероятности улетучится в космос. Тяжелый атом ртути такой возможности не имеет, у него слишком маленькая скорость даже при дневных температурах, так что вся ртуть, выпарившаяся из поверхности Луны при излияниях лавы и падениях метеоритов, в конечном итоге оседает в холодных полярных кратерах.

По оценкам, суммарное количество воды в полярных кратерах – порядка миллиарда тонн. Ртути, соответственно, там должно быть десятки миллионов тонн. Для сравнения, выявленные ресурсы ртути на Земле – около 700 тысяч тонн, а годовая добыча – порядка тысячи тонн. Возникает, однако, вопрос– зачем вообще кому-то может понадобиться ртуть в таких неимоверных количествах?!

Вот, оказывается, зачем нацисты улетели на Луну! Ртуть же, как всем известно, используется в двигателях виман. (на всякий случай уточню – это шутка)

Прежде чем предаться размышлениям по этому поводу, можно помедитировать на то, какие еще летучие вещества обнаружил LCROSS в выбросе (в молярных процентах от количества водяного пара, водяного пара было выброшено около 50 кг, остальное – в форме льда):

Сероводород 16.75%
Аммиак 6.03%
Двуокись серы 3.19%
Этан 3.12%
Углекислый газ 2.17%
Метиловый спирт 1.55%
Метан 0.65%

В грунте эти вещества вовсе не обязательно содержатся в той же пропорции, поскольку в газовую часть облака внесло вклад не только то вещество, что было выброшено ударом (около трех тонн), но и то, что выпарилось из передвинутого и нагретого ударом грунта, оставшегося на поверхности (несколько сот тонн). Помимо всего вышеперечисленного, в газовом облаке обнаружилось 120 кг молекулярного водорода и 40 кг угарного газа. Оба этих вещества крайне летучие, и их содержание в грунте не может превышать несколько десятитысячных по массе.  Так что скорее всего они высвободились из большой массы нагретого грунта.

Если судить по температурам кипения веществ, наиболее надежные данные по содержанию в грунте таблица дает для метанола. Похоже на то, что среди лунных колонистов алкоголизм будет считаться не болезнью, а точным следованием инструкции по технике безопасности… Ведь этиловый спирт лучшее средство от отравления метанолом. А симптомы похмелья позволят не обращать внимания на запах сероводорода и аммиака, и меньше тревожиться из-за симптомов отравления тяжелыми металлами...

Плавно перейдя таким образом от научно-популярной к научно-фантастической части поста, зададимся вопросом – можно ли собрать из этих четырех букв слово «вечность»? есть ли возможность использования каких-либо из этих материалов для производства чего-то полезного на месте или для экспорта?

В качестве потенциально ценного экспортного товара обычно называется вода. Характеристическая скорость доставки груза на низкую околоземную орбиту с Луны гораздо меньше, чем для доставки с Земли (да, мы в глубокой гравитационной яме). На НОО воду можно превратить электролизом в топливо для дозаправки ракет на орбите или крупных спутников, переправляемых на геостационарную орбиту (например, орбитальных солнечных электростанций).

Если использовать торможение о земную атмосферу, перелет «поверхность Луны –> НОО» требует Δv=2.3 км/с. Сравните с 9.3 км/с для «поверхность Земли –> НОО». А масса топлива зависит от Δv экспоненциально…

Из попутных летучих материалов (см. таблицу выше) можно синтезировать высококипящее ракетное топливо - пару НДМГ/АТ. Из аммиака и кислорода (полученного электролизом воды) можно синтезировать AT (тетраоксид диазота), а из аммиака и метанола – диметиламин, из которого синтезируют НДМГ.

Но конечно самый волнительный вопрос – для чего можно использовать ртуть. Все таки есть в этом что-то обидное – огромный, уникальный, легко извлекаемый ресурс, который как бы и не нужен. Первое что приходит в голову – построить огромный зенитный телескоп с параболическим зеркалом из жидкой ртути в медленно вращающейся тарелке.

Большой зенитный телескоп. Диаметр 6 метров. Кликабельно.

Еще припоминается, что ртуть используется в качестве рабочего тела во многих моделях ионных двигателей. Собственно, ртуть второе по популярности рабочее тело ионника после ксенона.

Восставшие космические колонии просто обязаны будут назвать свой флагманский ртутный ионолет «We are the champions». И тогда земному правительству придется проводить ДЕМЕРКУРИЗАЦИЮ …

- Вас посетила полиция каламбуров. Пока без штрафа, но впредь будьте аккуратнее. -

Извините, но оскорбление чувств поклонников группы «Квин» законом не запрещено. И прошу внести в протокол, что древнеримского бога Меркурия я не упоминал.

При 4К ртуть становится сверхпроводником. Температура в самых холодных местах кратеров на южном полюсе – 35К, на северном – вообще 26К. Охлаждение до 4К в таких условиях не является задачей грандиозной сложности. Но не очень понятно, как эту самую сверхпроводимость можно использовать. Сверхпроводящее кольцо можно применять для хранения энергии. Но удобнее для этой цели накапливать жидкие водород и кислород, которые при таких температурах можно хранить неограниченно долго без потерь.

Самый … механистический вариант применения ртути - утяжелитель/герметик/припой. Вообще, процесс крупнотоннажной добычи летучих я вижу так: по дну кратера раскатывается несколько гектаров прозрачного пластика. По краям листов прокладываются трубы с хладагентом, а сверху края заливаются ртутью. Ртуть застывает и герметизирует подлистовое пространство. Дальше, система зеркал, установленная на вале кратера, где вечный свет, пускает зайчика на эту площадку. Летучие выпариваются из грунта. Самые летучие отводятся в газообразном виде, менее летучие намерзают по краям на трубы с хладагентом. По исчерпанию площадки, пластик сворачивается, намёрзший лед обдирается с труб. ПРОФИТ.

Возьмем, например, кратер Шеклтона, расположенный прямо на южном полюсе. Расстояние между вершиной вала и холодным дном по прямой (в смысле, по наклонной диагонали) составляет всего около десяти километров. Так что область вечного света и область вечной тьмы можно соединить канатной дорогой без промежуточных опор. Для этого потребуется всего десяток тонн троса… Ладно, что-то я отошел от главной темы, так что на этом закончу.

Comments

[fonzeppelin.livejournal.com]

Ну, ртуть вообще достаточно хороший теплоноситель... так что и на роль хладагента она сама вполне себе подходит)

[antihydrogen.livejournal.com]

Забавно, но ртуть использовалась в качестве теплоносителя на первых ядерных реакторах на быстрых нейтронах (американском Clementine и советском БР-2). Оба реактора пришлось остановить спустя всего несколько месяцев работы, из-за неожиданной проблемы: из прохудившегося реактора прямо на пол начали хлестать струи радиоактивной ртути. Так выяснилось, что горячая ртуть растворяет даже сталь...

[aikr.livejournal.com]

А если сделать керамические трубы?

[2born.livejournal.com]

О, не знал, спасибо!

[volodymyr sharun (from livejournal.com)]

Ртуть - металл. Металлы не умеют растворять. Это свойство совсем другого класса веществ.

Ртуть может ускорять какие-то процессы. Конкретно в случае БР-2 - коррозию стенок.

[livejournal.livejournal.com]

Здравствуйте! Ваша запись попала в топ-25 популярных записей LiveJournal волжского региона (http://www.livejournal.com/ratings/?rating=ru_volga). Подробнее о рейтинге читайте в Справке (https://www.dreamwidth.org/support/faqbrowse?faqid=303).

[2born.livejournal.com]

Неизменно восхищаюсь полетом вашей мысли, я так не умею:)))

Спасибо!

[antihydrogen.livejournal.com]

Вы очень вежливо сформулировали мысль "Да вы бредите, коллега!" :D

[b1ameb1aze.livejournal.com]

По ходу прочтения возник вопрос: откуда брали данные о том, что "извлекаемые запасы ртути на Земле – около 100 тысяч тонн, а годовая добыча – порядка одной тысячи тонн."?

[antihydrogen.livejournal.com]

Из какой-то старой энциклопедии. Сейчас посмотрел - в современных источниках говорят о разведанных запасах 280 тысяч тонн, и потенциальных - 700 тысяч тонн.

[twincat.livejournal.com]

(робко) а может, ртутные канаты отливать?

[antihydrogen.livejournal.com]

А вы шутник, однако

Из невключенного в пост

[antihydrogen.livejournal.com]

Кстати, о зеркалах. В старину для зеркального покрытия использовали твердую амальгаму олова (две части олова на одну часть ртути). Правда, олова на полюсах Луны не обнаружилось. Но благодаря тому, что там вакуум, можно использовать такие материалы, которые на Земле для данных целей не используются по причине высокой химической активности. Например, амальгама лития LiHg, содержащая 3.4% лития по массе, остается твердой вплоть до температуры 600С.
https://books.google.ru/books?id=OEMXBQAAQBAJ
Литий правда придется везти с Земли, но его нужно мало.

Но есть потенциально полностью локализованный вариант – амальгама натрия NaHg2 (5.4% Na по массе). Ее температура плавления – 360С, так что дневную температуру должна выдержать. Получают ее электролизом водного раствора хлорида натрия с ртутным катодом. Ну а натрий можно получить из реголита… как-нибудь. Самый практичный для условий Луны вариант, который я нашел в литературе - пропускание сквозь измельченный базальт сверхкритического пара при давлении 600 атмосфер и температуре 450С. http://basalt.today/images/Ablesimov-Kak-rastvorit-bazalt.pdf
В этом случае силикаты натрия и калия уходят с с флюидом и могут быть получены из конденсата.

----------------------------------

Выкинул я этот кусок потому, что амальгама - слишком малая часть массы зеркал, чтобы имел смысл ее производить на Луне. А приличное стекло из лунных пород не сделать. Вот человек очень хотел придумать способ, и как-то не очень хорошо получилось: http://taniwha.org/~bill/Landis.pdf

[cr-it.livejournal.com]

Прокопать каналы, заполнить ртутью. Лунный флот - грузы возить.
В кратерах - озера. Пляжи для туристов.

[mrhru.livejournal.com]

Аттракционы всякие, типа "топить урановые ломы в ртути".

[three-l1.livejournal.com]

Провода делать из ртути можно для местного потребления. И даже какие-то конструкции.

[antihydrogen.livejournal.com]

Конструкции точно не получится. Твердая ртуть слишком непрочная и плотная.

[eldhenn]

> суммарное количество воды в полярных кратерах – порядка миллиарда тонн.
> Ртути, соответственно, там должно быть десятки миллионов тонн.
> промышленно извлекаемые запасы ртути на Земле – около 700 тысяч тонн
> а годовая добыча – порядка тысячи тонн

Промышленно извлекаемые запасы ртути на Луне - 0 тонн, годовая добыча - 0 тонн.

[antihydrogen.livejournal.com]

Вас это радует?

[freedom_of_sea.livejournal.com]

из ртути можно печатать конструкции в тени

[freedom_of_sea.livejournal.com]

наличие аммиака очень радует. Я думал на луне нет азота, а его нужно много

[insane-reader.livejournal.com]

Ртутный шлюз.
Вместо откачки воздуха перед выходом заполняем шлюз с машинами и людьми в скафандрах ртутью. Естественно всё должно быть прочным ибо жидкая ртуть не вода. Урановые галоши и урановый балласт очень желателен. Ртуть заполняет шлюз и вытесняет воздух в соответствующую ёмкость, которая закрывается, когда весь воздух в неё уходит. Затем ртуть сливается и откачивается в свой резервуар. Остаётся такая мелочь как пары ртути в воздухе из шлюза, частично это решаемо, можно налить лёгкую нетоксичную жидкость на поверхность ртути, чтобы подавить её испарение при откачивании воздуха. Такая мелочь как остатки паров и капель ртути внутри шлюза могут смутить замершую от восторга публику, но не такого скромного милейшего знатока вселенских знаний, как Ваш покорный слуга. Греем шлюз, но оставляем холодной колбу-сборник посредством подведённой к ней системе охлаждения, предусмотрительно теплоизолированной от остального объёма шлюза нашими мужественными монтажниками, в конечном итоге ртуть должна собраться в колбе. Процесс может занять время. Поэтому есть др. вариант одна стена будет холодильником и пары ртути будут на ней замерзать. А пока граждане и машины разгуливают на лунном пленэре спец.робот будет отскребать металлическую ртуть от стены(есть ли ртутифобные материалы?).

[ardelfi.livejournal.com]

Напомню один маленький пустячок про ртуть. На ней делали хорошие турбины в старые добрые времена. Солнечный коллектор + ртутная турбина = очень много энергии in situ. В вики есть статья: Mercury vapour turbine. Есть книжка 1961 года: Study of mercury binary cycles for nuclear power plants.

Цитата:

The Electrical Year Book, 1937,[2] contained the following description of a mercury vapour turbine operating in commercial use. "The advantage of operating a mercury-vapour turbine in conjunction with a steam power plant lies in the fact that the complete cycle can be worked over a very wide range of temperature without employing any abnormal pressure. The exhaust from the mercury turbine is used to raise steam for the steam turbine. The Hartford Electric Light Co. (U.S.A.) has a 10,000kW turbo-generator driven by mercury vapour, which reaches the turbine at (470°C)."

Упоминается турбина мощностью 40МВт в 1950. Для Луны высокая температура на выходе облегчает охлаждение излучением, а десяток мегаватт позволяет себе позволять очень многое. Также ртуть для ЭРД может быть одним из первых коммерческих экспортных материалов с Луны на ГСО. Ядерный буксир на той же ртути может летать между ГСО и Луной. Новая нефть (почти) -- как танкер на мазуте.

[antihydrogen.livejournal.com]

Спасибо! Не знал про ртутные турбины

[insane-reader.livejournal.com]

Ртуть можно использовать в капельных радиаторах, испарения соберутся над полюсом в ртутные облака. Зашумели лунные дожди....