Выбор редакции

Небольшой апдейт к "Ядерной реальности космических баз"

Год назад у меня был пост про различные проекты ядерных энергоустановок для обеспечения энергией будущих местообитаний человека на других планетах. И вот появились некоторые новые мысли, которыми можно дополнить прошлогодний пост.

Речь пойдет про южный полюс Луны, который с высокой достоверностью содержит довольно приличные по объему запасы воды в вечно затененных кратерах. В то же время "вечная затененность" отсекает простое использование солнечных батарей, которые при прочих равных выигрывают у ядерных источников электроэнергии с разгромным счетом. Однако, хорошо известно, что рядом с вечно затемненными кратерами располагаются и "пики вечного света". Мне всегда было интересно, насколько "вечным" является свет на этих пиках, насколько они велики, насколько сложной и дорогой будет в целом солнечная электростанция, которую там можно будет построить.


Район южного полюса луны, снятый японской станцией "Кагуйя" с обозначенными пиками вечного света. Эти же точки обсуждаются в тексте ниже.

Первый ответ на эти вопросы найти не сложно - пики “вечного” света, примерно десяток которых разбросаны в пределах 100 км от южного полюса, освещены не 100% времени. Для лучшей локации, расположенной на ободе кратера Шеклтон Солнце светит в течении 86% лунного года, а целом же “вечно освещенными” считают площадки, где Солнце светит больше 70% времени.

Однако за этим знанием встает более животрепещущий вопрос: а какова максимальная длительность периодов тени? Если солнечные панели на орбите земли уже имеют весовую отдачу в 100+ ватт на килограмм массы, то лучшие литий-ионные аккумуляторы космического исполнения - 100 ватт*час на килограмм массы. Уже через час аккумуляторы сравняются по весу с солнечной электростанцией, отдающей такую же мощность, через сутки превзойдут ее в 24 раза, а через неделю вес солнечной батареи окажется ошибкой округления на фоне веса АКБ. А тем временем на экваторе Луны ночь длится 2 земных недели…



Солнечные батареи UltraFlex космического аппарата InSight, имеющие весовую отдачу в 80 Вт/кг на орбите Земли.

Здесь легко ввести весовой критерий: если взять, к примеру проект лунной АЭС от NASA Fission Surface Power System (FSP) с полезной мощностью в 40 кВт и весом в 5800 кг, то просто солнечные панели будут легче примерно в 10 раз (с учетом веса поддерживающих конструкций: энергомассовое совершенство панелей дано для невесомости). Однако в условиях хотя бы суточных затмений FSP окажется уже в два раза легче, чем ВИЭ-электростанция.



Рендер АЭС FSP на Луне - сам реактор закопан в грунт, из которого торчит только большой радиатор-излучатель сбросного тепла

Теперь можно возвратиться к первому вопросу: какова длительность тени на пиках “вечного” света? Спасибо kiri2ll, который заметил, что эти данные появились на википедии, которая ссылается на статью 2010 года по моделированию освещенности южного полюса Луны. Исследователи отмечают две точки - “A” на ободе кратера Шеклтон и “B” на горной гряде в 10 километрах от этого кратера. Точка “А” освещена 81% времени в течении года, точка “B” - 82%. Однако затемнения этих кратеров происходят по разному - на ободе Шеклотона Солнце максимально отсутствует в течении примерно 90 часов, а в худшем лунном дне (который длится 28 земных) освещенность этой точки падает до 44% времени. Безымянному кряжу неподалеку от Шеклтона повезло больше (точнее может повезти будущим колонистам) - максимальная непрерывная длительность тени всего лишь 24 часа, хотя в худший месяц затененность составляет 56%, и включает в себя 12 дней, когда солнце выглядывает совсем не надолго, затем снова скрываясь на период от 12 до 24 часов.

Точка “B” при этом является местом с самым “вечным” светом на Луне, а совместно с расположенной в 5 километрах точкой A обеспечивает вообще 94% времени засветки Солнцем.



На этой диаграме показано моделирование освещенности в течении 6 месяцев (т.е. 6 лунных дней). Каждая точка показывает направление на солнце и его высоту (отрицательную относительно идеального горизонта) для периода в 1 земной день. Светлые цвета означают освещенность в течении всего дня, темные - что пик находится в тени какое-то время.

В отличии от ситуации расположения солнечной батареи на экваторе, где понадобится сверхтяжелый аккумуляторный бэкап, масса солнечной электростанции, размещенной в точке “B” и питающей поселение внутри кратера Шеклтон хотя бы сравнима с ядерной электростанцией, и теоретически дополнительный вес может окупиться за счет ухода от возни с радиационно-опасным объектом и за счет исключения расходов на разработку лунной АЭС. Но не спешите.



Топографическая карта окресностей южного полюса Луны. Круг до 80 градусов имеет диаметр 560 км, кратер Шеклтон, на ободе которого расположен сам южный полюс имеет диаметр 21 км. Как видно, по вертикали район южного полюса очень изрезан.

Есть еще одно соображение - дистанция. На картах может показаться, что между дном кратера Шеклтон и точки “В” рукой подать, на деле же между ними больше 20 км по горизонтали и 5(!) километров подъема. Даже здесь, на Земле, прокладка ЛЭП на такое расстояние по такой местности - крайне неприятное мероприятие, которого стараются избежать всеми силами. На Луне же, как мне кажется, этот момент ставит крест на красивой идее запитки “вечным светом”, во всяком случае в для поселения внутри кратера Шэклтон в обозримом будущем.



Карта NASA. где на южный полюс наложены основные дороги г. Хьюстон и нарисованы точки "вечного света"

Отсюда можно сделать вывод: несмотря на относительно положительные для солнечной энергетики цифры по освещенности пиков вечного света, любая серьезная активность в местах залежей водяного льда на Луне потребует ядерных энергоисточников, как минимум на начальном периоде.

НОВОСТИ ПО ТЕМЕ