Frage:
Wie machbar ist es, Isotope von Helium oder Wasserstoff von den Gasriesen zu ernten?
Shuhao Cao
2013-07-17 02:28:10 UTC
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Die Gasriesen in unserem Sonnensystem haben reichlich Helium und Wasserstoff. Ist es möglich, diese Ressourcen dort zu ernten? Hat die NASA Pläne, eine dauerhafte Basis im Weltraum zu errichten, um diese Ressourcen zu ernten?

Ich denke, dieser NASA-Artikel könnte Sie interessieren: http://permanent.access.gpo.gov/gpo59861/20150009496.pdf
Jupiter hat "Flüsse aus flüssigem Metallwasserstoff" - wahrscheinlich nicht so einfach, diese zu erschließen, selbst wenn man nah genug dran wäre und entkommen könnte, um die Geschichte zu erzählen.
Vier antworten:
#1
+7
Seventythird
2014-02-23 19:18:30 UTC
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Die NASA hat sich tatsächlich mit dem Abbau der Gasriesen befasst. http://mdcampbell.com/TM-2006-214122AtmosphericMining.pdf In diesem Dokument werden einige der Methoden beschrieben, die sie möglicherweise anwenden, ob sie wollen oder nicht Dies ist keine andere Frage.

Sie erwogen Bergbaumethoden für Uranus aufgrund seiner relativ geringen Windgeschwindigkeiten (im Vergleich zu Jupiter, Saturn und Neptun wie Aerostaten, "Schauflern" und riesigen atmosphärischen Kreuzern.

Die Aerostate würden einfach in der Atmosphäre schweben, Gas absorbieren und die nützlichen Isotope extrahieren. Wenn ich mich recht erinnere, würde der Aerostat von einem Kernreaktor angetrieben, der die aufgenommenen Gase als Brennstoff verwendet. Dann würde ein Sammelschiff Kommen Sie und sammeln Sie die seltenen und wertvollen Gase für die Rückkehr in die Umlaufbahn, wo sie mithilfe von NEP (Nuclear Electric Propulsion) oder NTP (Nuclear Termal Propulsion) zur Erde (oder anderswo im Sonnensystem) zurückgeführt werden. Das Problem hierbei war, dass unabhängig davon Wie niedrig die Windgeschwindigkeit von Uranus im Vergleich zu anderen Planeten ist, ist immer noch ernst Starke Winde (obwohl diese an Geschwindigkeit verlieren können, je höher die Atmosphäre ist, aber je höher Sie werden, desto niedriger ist der Druck, desto weniger Gas können Sie aufnehmen und desto weniger 3-He können Sie produzieren).

Die Schaufler würden genau das tun, was ihr Name andeutet, sie würden in die Atmosphäre eintauchen und das Gas "schöpfen", die nützlichen Teile extrahieren und den Rest verwerfen, dann würden sie in die Umlaufbahn zurückkehren und das Gas in NTP abschicken oder NEP-angetriebene Frachtschiffe. Hier erkannten sie, dass der Bau vieler Schiffe, die zu sehr atmosphärischen Hochgeschwindigkeits-Wiedereintritten fähig sind und unzählige Zeit ertragen müssten, äußerst schwierig, wenn nicht unmöglich (mit der aktuellen Technologie) sein würde.

Die atmosphärischen Kreuzer sind vielleicht die Science-Fiction-Methode, um Material von einem Planeten zu ernten, von dem ich seit langer Zeit gehört habe. Diese Fahrzeuge wären gigantische Kreuzer, die für immer durch die Atmosphäre von Uranus fliegen und riesige Mengen an Gas aufnehmen und die wertvollen Isotope für den Transport zu einer Orbitalstation mit einem kleineren Kreuzer speichern, auf dem meines Wissens tatsächlich auf der Kreuzer während er flog. Das Problem, das sie hier erkannten, war, dass es fast unmöglich sein würde, ein so großes Schiff zu bauen und es auf einen anderen Planeten zu schicken (oder es sogar vor Ort zu bauen).

Alles in allem kamen sie also auf einige Ziemlich interessante Ideen, aber ich fürchte, wir sind noch ziemlich weit von der Entwicklung der eigentlichen Technologie entfernt. Schön zu wissen, dass die NASA sozusagen ein echtes "Traumteam" hat. Es scheint ihre Aufgabe zu sein, sich die verrücktesten, aber auch interessantesten Dinge auszudenken.

Was für eine unglaubliche Reihe von Ideen. Ich hoffe, wir haben im Laufe der Zeit die richtigen Fortschritte in der Materialwissenschaft, um Schiffe zu bauen, die diese Wiedereintritte überleben können.
#2
+6
gerrit
2013-07-17 04:55:31 UTC
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Es gibt Studien zum Bergbau im Weltraum, aber nicht für die Gasriesen. Die äußeren Planeten sind massiv. Sehr massiv. Dies bedeutet, dass sie sehr große Schwerkraftbohrungen haben. Alles vom Jupiter zu heben wird extrem energieintensiv sein, es auch vom Jupiter zur Erde zurückzubringen. Derzeit ist dies also der Bereich der Science-Fiction.

Was den zweiten Teil Ihrer Frage betrifft: nicht von den äußeren Planeten; Dies ist, wenn überhaupt, viel zu weit entfernt, als dass die NASA (oder eine andere Raumfahrtbehörde) konkrete Pläne für eine dauerhafte Basis hätte. Die NASA hatte früher ein Institut für fortgeschrittene Konzepte, in dem die Leute dafür bezahlt wurden, über Dinge zu theoretisieren, die derzeit unmöglich sind, aber selbst dort glaube ich nicht, dass sie den Abbau der äußeren Planeten studiert haben. Es ist einfach nicht machbar. Der Abbau anderer Ressourcen im Weltraum wie Asteroiden, Luna oder der inneren Planeten ist jedoch für Machbarkeitsstudien erreichbar, obwohl die NASA derzeit keine konkreten Pläne hat.

Könnte es ein * begrenztes * Potenzial geben, eine Schaufel als Teil der Verlangsamung eines Fahrzeugs zu verwenden, um in eine Umlaufbahn um Jupiter zu gelangen. (Ich weiß, dass die Verwendung von Reibung mit Jupiters Atmosphäre vorgeschlagen wurde.) Offensichtlich wäre dies nur für die lokale Verwendung kleiner Mengen und nicht in naher Zukunft, aber die Idee scheint nicht * wild verrückt * zu sein.
@gerrit - Ihre letzte Aussage ist etwas falsch. Die NASA hat und untersucht Bergbauaktivitäten im Weltraum.
@ernestopheles Bergbau im Weltraum, ja, aber nicht die äußeren Planeten. Asteroiden, der Mond, * vielleicht * die inneren Planeten. Aber nicht die äußeren Planeten, wie die von * Gasriesen * ausdrücklich erwähnte Frage.
@ernestopheles Ich habe meine Antwort geändert, um die Unklarheit darüber anzusprechen, ob das OP nur die äußeren Planeten oder den Weltraum im Allgemeinen meinte.
Schnelle Hinzufügung: Das Gravitationspotential an der Oberfläche von Planeten (auch von schweren) ist ähnlich groß wie die Potentialdifferenz der Sonne zwischen Planeten. Die Bewegung im gesamten Sonnensystem ist also ähnlich schwierig, aber es sind Gravitationshilfen möglich. @PaulA.Clayton Die Verwendung aerodynamischer Kräfte in einer Gravitationsschleuder wird ernst genommen (obwohl dies noch nicht geschehen ist). Http://en.wikipedia.org/wiki/Gravity_assist#Limits_to_slingshot_use
@gerrit Ja, Sie haben recht. Gute Änderung.
@AlanSE Ich dachte an Aerobraking, das auch einen bescheidenen Teil der Atmosphäre erntete. Das geerntete Material würde lokal verwendet (d. H. Beim Gasriesen) und nicht zur Erde zurückgebracht. Wie nützlich dies wäre, scheint fraglich.
#3
+4
s-m-e
2013-07-17 22:16:05 UTC
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Ich weiß, dass es theoretisiert wurde, Isotope des Helium- oder Wasserstoffraums zu ernten, einschließlich Studien für / von der NASA.

Tatsächlich hat die NASA den Abbau von Himmelskörpern, einschließlich anderer Planeten, untersucht und tut dies immer noch. Der Studienbericht "Space Resources" (NASA SP-509, 1992) ist zu einem Klassiker geworden. Es finden Sie hier http://www.nss.org/settlement/spaceresources/library.htm Ein weiteres Beispiel für eine aktuellere Studie ist das RAP-Konzept (Robotic Asteroid Prospector). Dies wird derzeit untersucht: http://www.nasa.gov/directorates/spacetech/niac/2012_phase_I_fellows_cohen.html

Es sollte jedoch beachtet werden, dass diese Studien in erster Linie gelten zu Monden, Asteroiden und inneren Planeten, während Gasgians als nicht im Detail untersucht.

Das ist der Abbau des Mondes, der Asteroiden, der raumnahen inneren Planeten. OP fragte nach den Gasriesen, die nicht abgedeckt sind. Daher ist Ihre Antwort sachlich falsch.
Entsprechend korrigiert. Es ist sowieso eine interessante Aufgabe, Sachen von Gasriesen zu ernten. Ich sollte mich darum kümmern ...
#4
+2
HopDavid
2014-05-27 03:36:35 UTC
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Erde zu Jupiter Hohmann: $ V _ {\ infty} $ abgehende Erde 8,8 $ \ frac {km} {s} $, $ V _ {\ infty} $ Annäherung an Jupiter 5,6 $ \ frac {km} {s} $, Hyperbolische Periapsgeschwindigkeit am Jupiter (0 km Höhe) 60 $ \ frac {km} {s} $ , Reisezeit 2,7 Jahre

Erde zu Saturn Hohmann: $ V _ {\ infty } $ Abfahrt von der Erde 10.3 $ \ frac {km} {s} $, $ V _ {\ infty} $ Annäherung an Saturn 5.4 $ \ frac {km} {s} $, hyperbolische Periapsgeschwindigkeit bei Saturn (0 km Höhe) 36 $ \ frac {km} {s} $ , Reisezeit 6 Jahre

Erde nach Uranus Hohmann: $ V _ {\ infty} $ abgehende Erde 11,3 $ \ frac {km} {s } $, $ V _ {\ infty} $ nähert sich Uranus 4.7 $ \ frac {km} {s} $, hyperbolische Periapsgeschwindigkeit am Saturn (0 km Höhe) 22 $ \ frac {km} {s} $ stark>, Reisezeit 16 Jahre

Erde zu Neptun Hohmann: $ V _ {\ infty} $ abgehende Erde 11,6 $ \ frac {km} {s} $, $ V _ {\ infty} $ nähert sich Neptun 4 $ \ frac {km} {s} $, hyperbolische Periapsgeschwindigkeit am Saturn (0 km Höhe) 24 $ \ frac {km} {s} $ , Reisezeit 31 Jahre

Zahlen stammen von Hohmann.xls wh Ich gehe von kreisförmigen, koplanaren Bahnen aus. Da die Umlaufbahnen geneigt sind, wären die tatsächlichen $ V _ {\ infty} $ höher.

Die Auslösezeiten und $ V _ {\ infty} $ allein machen es schwierig, diese Ressourcen zu erreichen. Aber die Geschwindigkeiten, die benötigt werden, um Gas aus diesen tiefen Schwerkraftbohrungen zu schöpfen, sind die wirklichen Showstopper. Wie andere bereits erwähnt haben, sind diese massiven Planeten schwer zu verlassen.

In Bezug auf $ \ Delta V $ gibt es engere mögliche Wasserstoffquellen. Die polaren Kältefallen unseres Mondes haben möglicherweise reichhaltige Ablagerungen von $ NH_3 $ und $ H_2O $ - oder vielleicht auch nicht - wir wissen immer noch nicht viel über diese Regionen. Eine weitere mögliche Wasserstoffquelle sind kohlenstoffhaltige Asteroiden mit erdähnlichen Umlaufbahnen.

Was Helium betrifft, sind mir außer dem, was wir auf der Erde haben, keine zugänglichen Ablagerungen bekannt. Es wird angenommen, dass sich im Mondregolith etwas Helium befindet, aber Sie müssten viel Regolith für eine kleine Menge Helium verarbeiten.

Wofür möchten Sie das Helium verwenden?

Das Helium-3 sollte zur Erzeugung von Strom in situ durch Kernfusion verwendet werden. Es wurde ganz kurz auf Seite 3 des Papiers erwähnt, auf das ich in meiner Antwort verwiesen habe.


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