![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
antihydrogenВ 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.
![[identity profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/openid.png){kind=small}
no subject
Date: 2018-03-16 08:13 pm (UTC)no subject
Date: 2018-03-16 08:29 pm (UTC)no subject
Date: 2018-03-16 08:32 pm (UTC)no subject
Date: 2018-03-16 09:04 pm (UTC)no subject
Date: 2018-03-16 09:22 pm (UTC)Спасибо!
Date: 2018-03-16 09:22 pm (UTC)Re: Спасибо!
Date: 2018-03-16 09:35 pm (UTC)На самом деле, соображаю я неплохо, но очень медленно:)))))))
no subject
Date: 2018-03-16 09:36 pm (UTC)no subject
Date: 2018-03-16 09:49 pm (UTC)no subject
Date: 2018-03-16 10:11 pm (UTC)У ртути есть еще недостатки: большое сечение поглощения тепловых нейтронов, она дорогая, ядовитая и летучая. Впрочем, ее сейчас используют в качестве мишени в ускорительных источниках нейтронов, но тоже не без проблем https://tnenergy.livejournal.com/41633.html
no subject
Date: 2018-03-16 10:11 pm (UTC)no subject
Date: 2018-03-16 10:26 pm (UTC)no subject
Date: 2018-03-16 10:43 pm (UTC)no subject
Date: 2018-03-16 10:45 pm (UTC)no subject
Date: 2018-03-16 10:47 pm (UTC)https://books.google.ru/books?id=Jk03DwAAQBAJ&pg=PA540&lpg=PA540&dq=ртуть+мировые+запасы&source=bl&ots=WdPB9QroiA&sig=KUuCN9UI7HrUQsFPSqu4xC6BR38&hl=ru&sa=X&ved=0ahUKEwiKucHb7_HZAhVLOpoKHeYJBvoQ6AEIVzAF#v=onepage&q=ртуть мировые запасы&f=false
no subject
Date: 2018-03-16 10:52 pm (UTC)Хотя к тому времени запасы на земле будут иметь такую концентрацию металла, что и эта цена за трансмутацию может оказаться приемлемой.
no subject
Date: 2018-03-16 11:11 pm (UTC)Вот отсюда видно что добыча ртути на текущую дату должна действительно быть около 1-2 тыс. тонн в год (10-20% от пика добычи), как вы написали в первом комменте. А вот извлекаемые резервы должны быть меньше чем 100 тыс тонн. См страницу №47, верхний график.
https://www.geographie.uni-wuerzburg.de/fileadmin/04140600/WR_BKGR/Heft28__1_Frimmel.pdf
Т.е. ртуть как доступный металл приближается к концу своего производственного цикла. И учитывая геологические особенности формирования - новые большие и богатые месторождения вряд ли будут обнаружены, если дальним потомкам не повезет с вулканизмом. Добывать ее на Земле будут впредь как металл-спутник и в относительно небольших количествах.
Эту картину подтверждают данные USGS
https://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/mercury/
Последняя доступная оценка - на 2014 год = 94 тыс тонн мировых резервов (то что можно извлечь по их классификации).
После 2014 данные о мировых запасах не публикуются (видимо нет достоверной информации достаточной для оценки)
В итоге ваш первый коммент был очень близок в целом к последним доступным достоверным данным которые мне удалось найти, потому и заинтересовался источником.
Так что в общем ртуть на луне в перспективе может быть интересна и в чистом виде.
no subject
Date: 2018-03-16 11:37 pm (UTC)no subject
Date: 2018-03-16 11:44 pm (UTC)Из невключенного в пост
Date: 2018-03-17 12:05 am (UTC)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
no subject
Date: 2018-03-17 03:31 am (UTC)В кратерах - озера. Пляжи для туристов.
no subject
Date: 2018-03-17 07:15 am (UTC)no subject
Date: 2018-03-17 08:11 am (UTC)Ртуть может ускорять какие-то процессы. Конкретно в случае БР-2 - коррозию стенок.
no subject
Date: 2018-03-17 08:18 am (UTC)Аттракционы всякие, типа "топить урановые ломы в ртути".
no subject
Date: 2018-03-17 08:27 am (UTC)> 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.