Perseverance -- proszę o wyjaśnienie

[stefan4]

> Perseverance ma m.in. sprawdzić, [...] czy możliwe jest wykorzystanie dwutlenku węgla z atmosfery
> do produkcji tlenu. Będzie on kiedyś potrzebny do oddychania oraz uruchomienia silników statku,
> którym załoga będzie wracać na Ziemię.

Ja z tego zrozumiałem, że Perseverance sprawdzi, czy da się podróżować z samym paliwem bez utleniaczy, a dla zdobycia energii na drogę powrotną wykorzystywać tlen miejscowy zawarty w dwutlenku węgla.

Ale to przecież tak nie może być! Łączenie tlenu z węglem jest silnie egzotermiczne, czyli wydziela wiele energii, dlatego na przykład ognisko grzeje. Wobec tego wydobycie tlenu z dwutlenku węgla jest równie silnie endotermiczne, czyli wymaga dostarczenia takiej samej ilości energii. Skąd ją brać? Będą spalać paliwo z Ziemi z udziałem tlenu z Ziemi, żeby uzyskać tlen miejscowy?

[w11mil]

Radiacja słoneczna na Marsie ok. dwa razy słabsza niz na Ziemi a więc nie jest tak źle. Stawiamy szklarnie na marsjańskim równiku i po jakimś czasie mamy tlen (kartofle gratis!).
Trzeba jeszcze postarac się o wodę (ogniwa paliwowe?), uporządkować sikanie i robienie kupy przez kolonistów, (trochę azotu będzie w na miejscu -ui.adsabs.harvard.edu/abs/2003IJAsB...2..217M/abstract)

[kalllka]

Ueee, takie zgnilaki? Przesz w filmie sprzed ładnych kilku lat już to wykorzystali.
Przydałoby 11milemu uruchomić troszku wyobraźni, zamiast lunochodem, po autorskim pomyśle jeździć.

[stefan4]

w11mil:
> Radiacja słoneczna na Marsie ok. dwa razy słabsza niz na Ziemi

Tak. Mars jest jakieś 1.53 raza dalej od Słońca niż Ziemia. 1.53^2 ≈ 2.35. Więc promieniowanie słoneczne jest 2.35 raza słabsze. Oś Marsa jest nachylona o 25° do ekliptyki, podobnie jak na Ziemi (23°), więc pory roku powinny tam następować podobnie jak u nas

[kornel-1]

stefan4 napisał:


> > Perseverance ma m.in. sprawdzić, [...] czy możliwe jest wykorzystanie dwu
> tlenku węgla z atmosfery do produkcji tlenu. Będzie on kiedyś potrzebny do oddychania oraz uruchom
> ienia silników statku, którym załoga będzie wracać na Ziemię.

[...]

> Wobec tego wydobycie tlenu z dwutlenku węgla jest równie silnie endote
> rmiczne, czyli wymaga dostarczenia takiej samej ilości energii. Skąd ją brać?
> Będą spalać paliwo z Ziemi z udziałem tlenu z Ziemi, żeby uzyskać tlen miejsco
> wy?

[neuroleptyk]

kornel-1 napisał:

>
> Energię do odzysku tlenu z CO2 można wziąć z paneli słonecznych ("mamy czas, ma
> my czas...") lub z reaktora jądrowego, lepszego zapewne niż w Kosmosie 954 ("ma
> my czas, mamy czas...").
>
> To, co jest bez sensu w tym opisie, to sugestia, że do takiego sprawdzenie możl
> iwości pozyskania tlenu z CO2 jest potrzebny lot próbnika na Marsa. Technologię
> można sprawdzić i w ziemskich warunkach, wystarczy znać ciśnienie i skład atmo
> sfery na Marsie. A te znamy.
>
> Kornel

Myślę że jest potrzebna też znajomość irradiancji w danym miejscu i sezonie, szczególnie dla paneli, które nie śledzą pozycji Słońca oraz efekt zapylenia paneli - ze względu na jakieś ramy czasowe

[kornel-1]

neuroleptyk napisał:

> Myślę że jest potrzebna też znajomość irradiancji w danym miejscu i sezonie, sz
> czególnie dla paneli, które nie śledzą pozycji Słońca oraz efekt zapylenia pane
> li - ze względu na jakieś ramy czasowe

Dla paneli słonecznych, nie reaktora.

Promieniowanie słoneczne na Marsie tez jest znane ok. 590 W/m2 dla słońca w zenicie (Ziemia 1000 W/m2)

Do wyprodukowania tony tlenu potrzeba 12,5 MJ energii (tyle wynosi entalpia tworzenia 1 t CO2). Raczej powinniśmy redukować CO2 do CO odzyskując tylko połowę tlenu - bo co zrobić z powstającą sadzą? W takim procesie potrzeba 18,5 MJ energii.
Teoretycznie ;-)
Można przyjąć sprawność całego procesu odzysku i magaznowania tlenu jako 25%.

Jak się komuś chce, to niech policzy powierzchnię paneli słonecznych tak aby w ciągu pół roku uzyskać niezbędną ilość tlenu.

k.

[neuroleptyk]

kornel-1 napisał:

>
> Promieniowanie słoneczne na Marsie tez jest znane ok. 590 W/m2 dla słońca w zen
> icie (Ziemia 1000 W/m2)

Coś mi się nie zgadza ~590 W/m^2 to będzie 1366/(1,524 Au)^2 588 W/m^2, ale nie na powierzchni.
Część będzie zaabsorbowana lub rozproszona przez atmosferę.

I=I0*e^(-𝜏*1/cosθ) θ - kąt zenitalny

agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1029/1998JE900017
Specifically, we suggesthat opacities in the
absence of dust storms are typically 0.4-0.6 and only rarely
below 0.3.

590 W/m^2 *e^-0,3 ~437 W/m^2

przy 45 stopniach ~386 W/m^2
przy 60 stopniach ~324 W/m^2
przy 70 stopniach ~245 W/m^2


> Jak się komuś chce, to niech policzy powierzchnię paneli słonecznych tak aby w
> ciągu pół roku uzyskać niezbędną ilość tlenu.

Trzeba sprecyzować warunki

[kornel-1]

At the Earth’s surface, with the Sun directly overhead at local noon (clear dry atmosphere), the solar irradiance is reduced to about 1000 W/m2 (1000 watts per square metre). This value is highly variable depending upon such things as the amount of dust and water vapor in the atmosphere.

At local noon on Mars, with Sun directly overhead, the solar irradiance is 590W/m2 (590 watts per square metre).

Sunlight on Mars – Is There Enough Light on Mars to Grow Tomatoes?

k.

[neuroleptyk]

kornel-1 napisał:

> At the Earth’s surface, with the Sun directly overhead at local noon (clear dry
> atmosphere), the solar irradiance is reduced to about 1000 W/m2 (1000 watts pe
> r square metre). This value is highly variable depending upon such things as th
> e amount of dust and water vapor in the atmosphere.
>
> At local noon on Mars, with Sun directly overhead, the solar irradiance is 590W
> /m2 (590 watts per square metre).
>
> Sunlight on Mars – Is There Enoug
> h Light on Mars to Grow Tomatoes?
>
> k.

Trzeba wziąć 1366 W/m^2 tyle wynosi TSI dla Ziemi
Wartość 590W/m^2 powiedzmy się zgadza tzn. 588 W/m^2 ale implikuje, że atmosfera Marsa ma zaniedbywalny wpływ - argument bo jest bardzo rozrzedzona w stosunku do ziemskiej ? A koncentracja aerozoli?.

[kornel-1]

neuroleptyk napisał:

> Trzeba wziąć 1366 W/m^2 tyle wynosi TSI dla Ziemi
> Wartość 590W/m^2 powiedzmy się zgadza tzn. 588 W/m^2 ale implikuje, że atmosf
> era Marsa ma zaniedbywalny wpływ - argument bo jest bardzo rozrzedzona w stosun
> ku do ziemskiej ? A koncentracja aerozoli?.


Przecież linkowałem.
Jeszcze raz:
Above the Earth’s atmosphere the solar irradiance is slightly more than 1300 W/m2 (1300 watts per square metre). The Earth’s atmosphere is not perfectly transparent to sunlight and about one quarter of the Sun’s light is absorbed or scattered before it reaches the surface.

At the Earth’s surface, with the Sun directly overhead at local noon (clear dry atmosphere), the solar irradiance is reduced to about 1000 W/m2 (1000 watts per square metre). This value is highly variable depending upon such things as the amount of dust and water vapor in the atmosphere.

At local noon on Mars, with Sun directly overhead, the solar irradiance is 590W/m2 (590 watts per square metre).
All the above measurements are taken with the incident light perpendicular to the absorbing surface. If the sunlight falls on the surface at an angle, less energy will be incident (per square metre) on the surface.

k.

[neuroleptyk]

kornel-1 napisał:


> At local noon on Mars, with Sun directly overhead, the solar irradiance
> is 590W/m2 (590 watts per square metre).
> All the above measurements are taken with the incident light perpendicular to t
> he absorbing surface. If the sunlight falls on the surface at an angle,
> less energy will be incident (per square metre) on the surface.
>

Page not found

Mam wątpliwości, że 590 W/m^2, bo 588 W/m^2 to jest TSI Marsa - nawet jeżeli +/- 10W/m^2
Nawet jak do wcześniejszych obliczeń dodamy światło rozproszone

f - bezpośredni strumień na powierzchnię
f+fs, - suma bezpośredniego i rozproszonego.
f+fs/fs ~5,4 z fotografii zakładając gamma 2.2 - delta ~2.33 EV między cieniem wysięgnika.
f+fs= 1,23*f czyli przy małym 𝜏 = 0,3 liczonym wcześniej to wciąż jest 538 W/m^2 , gdy podają typowe wartości 𝜏 0,4-0,6
358 W/m^2 przy 𝜏 = 0,5 - to wymaga 1,62*f dla 380W/m^2

Pomijając te obliczenia jaki jest argument, że nie ma praktycznie straty ?

[neuroleptyk]

www.researchgate.net/publication/256334925_Solar_radiation_on_Mars

strona 25

dla 𝜏 = 0,5 i θ = 0 ~530W/m^2
dla 𝜏 = 0,1 i θ = 0 ~580W/m^2

Gh = Gbh + Gdh

interesuje na Gh - czyli po mojemu f+fs

[kornel-1]

neuroleptyk napisał:

> www.researchgate.net/publication/256334925_Solar_radiation_on_Mars
>
> strona 25
>
> dla 𝜏 = 0,5 i θ = 0 ~530W/m^2
> dla 𝜏 = 0,1 i θ = 0 ~580W/m^2
>
> Gh = Gbh + Gdh
>
> interesuje na Gh - czyli po mojemu f+fs


Archeologia marsjańska :) Popatrzyłeś, z którego roku ta praca? Trzydzieści lat minęło ;-)


Table 1. Solar Irradiance Reaching a Surface Located at the Spirit Landing Site
Local time: 12AM, θ = 0 θ°, F = 592 W/m/2

Źródło:

Fast and accurate estimation of solar irradiance on Martian slopes


k.

[neuroleptyk]

kornel-1 napisał:


>
>
> Archeologia marsjańska :) Popatrzyłeś, z którego roku ta praca? Trzydzieści lat
> minęło ;-)

Ale co to za argument z tym wiekiem? Szybkie zmiany istotnych warunków na Marsie?

Zakładałem średnie wartości - 1,524 Au a Ty podajesz mi dla 15°S i Ls 330° z pracy na temat irradiancji na nachyleniach - 15° 𝜏 = 0,3
Jeżeli Mars jest bliżej Słońca niż 1,524 Au gdy θ = 0, to nie widzę tu jeszcze nieścisłości - z wykresu na stronie nr. 22 dla Ls-330° `~610 sW/m^2 na górze atmosfery
Przy bezpośrednim strumieniu d= 462 W/m^2 𝜏 = 0,3 - z Tabeli nr1, to daje 623,6 W/m^2 na górze atmosfery.


The total solar irradiance equation image on a given unit surface with slope angles (θ, ψ) can be split in three distinct parts: direct incoming flux from the sun equation image, scattered flux by dust in the Martian atmosphere equation image, reflected flux from the neighboring terrains equation image. Hereinafter, we assume that the fluxes equation image0, equation image0 and equation image0 on a Martian horizontal surface are known. These fluxes can be calculated for instance by two‐stream fast radiative transfer models

[kornel-1]

neuroleptyk napisał:

> Ale co to za argument z tym wiekiem? Szybkie zmiany istotnych warunków na Marsie?

Raczej zmiany w wiedzy o Marsie :)

k.

[neuroleptyk]

kornel-1 napisał:

> neuroleptyk napisał:
>
> > Ale co to za argument z tym wiekiem? Szybkie zmiany istotnych warunków
> na Marsie?
>
> Raczej zmiany w wiedzy o Marsie :)
>
Ukryta teza , że nasza wiedza się znacząco zmieniła w tej kwestii.
Są miejsca na Marsie, gdzie będzie więcej niż 592 W/m^2, jak i te gdzie będzie mniej - trzeba wpierw ustalić co rozumiemy przez przytoczoną wartość - minimum, maximum, średnia? Ja zakładałem że mowa o 1,524 Au , więc to nie wygląda na zmianę wiedzy lecz założeń, albo braku zgody w tej sprawie.

Pomijając ten wątek, średnie dobowe wartości będą wszędzie dużo niższe .

[kornel-1]

neuroleptyk napisał:

> Page not found

Jakiej strony nie możesz znaleźć? Pomogę.


k.

[neuroleptyk]

neuroleptyk napisał:

>
> 590 W/m^2 *e^-0,3 ~437 W/m^2
>
> przy 45 stopniach ~386 W/m^2
> przy 60 stopniach ~324 W/m^2
> przy 70 stopniach ~245 W/m^2
>

To jest tylko bezpośredni strumień, tj. strumień rozproszony i odbity jest tutaj pominięty.
Te wartości są dla płaszczyzny, która jest zawsze ustawiona prostopadle do promieni - urządzenie "śledzące pozycję Słońca"

[majka_monacka]

neuroleptyk napisał:


> Te wartości są dla płaszczyzny, która jest zawsze ustawiona
> prostopadle do promieni - urządzenie "śledzące pozycję Słońca"

Warto wziąć pod uwagę temperaturowy współczynnik sprawności ogniw PV. W temperaturach marsjańskich sprawność wzrośnie o kilkadziesiąt procent.

[kornel-1]

kornel-1 napisał:
> Jak się komuś chce, to niech policzy powierzchnię paneli słonecznych tak aby w
> ciągu pół roku uzyskać niezbędną ilość tlenu.

Częściową odpowiedź daje artykuł (popularny): Solar Power is Never Going to Work on Mars, and Everybody Knows It (2019)

1. This is the solar energy that reaches the Martian surface, at the equator at noon on a cloudless, duststorm-less day. That figure is 593 W/m2.

2. [...] we must produce about 2,500 kg of propellant per day. [...] a prototype ISPP (In-Situ Propellant Production) plant which produces 1kg/day of propellant using 700 watts of power. If we take that number and multiply it by 2500, we get 1.75 Megawatts of power.

3. To calculate the area of solar panels needed, we’ll use a simplified equation:
Area = Total Energy Needed / Peak Solar Irradiance on Martian surface / efficiency of solar panels / Solar Irradiance ratio. Area = ~42,000 m2

Wniosek:
Nuclear energy is the only answer.

Kornel

[neuroleptyk]

Peak Solar Irradiance on Martian surface
This is the solar energy (in watts per square meter) that reaches the Martian surface, at the equator at noon on a cloudless, duststorm-less day. That figure is 593 watts / sq. m

Jeżeli interesuje nas chwilowe maksimum, to nie występuje ono na równiku.

Maksimum występuje dla Ls 249°, 23°S
Nad atmosferą 718 W/m^2
Na powierzchni 676 W/m^2 , 𝜏 = 0,3

Zrobiłem jeszcze małe porównanie zgodności obydwu publikacji

Irradiancja dla Ls 330°, 𝜏 = 0,3
Ze starszej publikacji.
Nad atmosferą 616 W/m^2
Na powierzchni 580 W/m^2,
Czyli różnica 2% między 592 W/ m^2 z nowszej publikacji
Dodatkowa różnica wynikająca z przyjęcia innej stałej słonecznej <0,5 %

[neuroleptyk]

kornel-1 napisał:


> 2. [...] we must produce about 2,500 kg of propellant per day. [...]
> a prototype ISPP (In-Situ Propellant Production) plant which produces 1kg/day o
> f propellant using 700 watts of power. If we take that number and multiply it b
> y 2500, we get 1.75 Megawatts of power.
>
> 3. To calculate the area of solar panels needed, we’ll use a simplified equa
> tion:
> Area = Total Energy Needed / Peak Solar Irradiance on Martian surface / efficie
> ncy of solar panels / Solar Irradiance ratio. Area = ~42,000 m2
>
> Wniosek:
> Nuclear energy is the only answer.
>
> Kornel

Autor zakłada 1100 t paliwa.

Jeżeli metan jako paliwo i Is = 370 s w próżni i dv = 7800 m/s do Księżyca i Mars bez atmosfery.
Przy x tonowym statku właściwym + (zbiornik na zatankowanie i napęd - 10% masy paliwa)

15 t -> 143 t
30 t -> 286 t
60 t- > 572 t

jeżeli wodór - Is = 450 s

15 t -> 98 t
30 t -> 195 t
60 t -> 390 t

[neuroleptyk]

Te obliczenia są sknocone, ale mam nowe i jak będzie zainteresowanie to przedstawię.

[kornel-1]

neuroleptyk napisał:

> Te obliczenia są sknocone, ale mam nowe i jak będzie zainteresowanie to przedst
> awię.

Nie przejmuj się. Ja myślę, że taniej wysłać dwa statki na Marsa (w tym jeden traktowany jako cysterna) niż budować fabrykę paliwa/utleniacza na Marsie.

Kornel

[neuroleptyk]

kornel-1 napisał:

> neuroleptyk napisał:
>
> > Te obliczenia są sknocone, ale mam nowe i jak będzie zainteresowanie t
> o przedst
> > awię.
>
> Nie przejmuj się. Ja myślę, że taniej wysłać dwa statki na Marsa (w tym jeden t
> raktowany jako cysterna) niż budować fabrykę paliwa/utleniacza na Marsie.
>

Jeżeli założymy, że na powrót na Księżyc ~100 t, w tym ~50t statek + "cysterna" + silniki, wymaga np. 1000t, to ile wymaga, by wysłać z Ziemi na Marsa x10 razy tyle? 1000t paliwa wymaga na LEO np. 5 x 200 t, 10x100 t itd. i niestety 1000t dodatkowego nie wystarczy, tzn. opakowanie i silniki też do tego muszą być doliczone...

Jeżeli mają się odbywać regularne loty na Marsa w dwie strony, to solidna baza i tak będzie konieczna, no chyba, że lecą tam by popatrzyć zapalić i odlecieć. Jeżeli 1m^2 PV będzie miał masę 10kg, to 100tys m^2 będzie ekwiwalentem paliwa na jeden powrót.

[kornel-1]

neuroleptyk napisał:
> Jeżeli 1m^2 PV będzie miał masę 10kg, to 100tys m^2 będzie ekwiwalentem paliwa
> na jeden powrót.


Jeżeli.

Co do wyliczeń ilości paliwa, to w przedstawiony powyżej artykuł linkuje do innego: How SpaceX will Refuel on the Surface of Mars

Jak widać, podstawą do produkcji paliwa/utleniacza jest reakcja:
CO2 + 2 H2O => 2 O2 + CH4 (paliwo + utleniacz)

Kluczowe więc będzie znalezienie wody na Marsie.

Alternatywnie: można przetransportować na Marsa lekki wodór. Wówczas:
CO2 + 4 H2 => CH4 + 2H2O (paliwo)
CO2 => CO + 1/2O2 (utleniacz)

k.

[neuroleptyk]

kornel-1 napisał:

> neuroleptyk napisał:
> > Jeżeli 1m^2 PV będzie miał masę 10kg, to 100tys m^2 będzie ekwiwalente
> m paliwa
> > na jeden powrót.
>
>
> Jeżeli.
>
> Co do wyliczeń ilości paliwa, to w przedstawiony powyżej artykuł linkuje do inn
> ego: How SpaceX will Refuel on the Surface of Mars
>
> Jak widać, podstawą do produkcji paliwa/utleniacza jest reakcja:
> CO2 + 2 H2O => 2 O2 + CH4 (paliwo + utleniacz)
>
> Kluczowe więc będzie znalezienie wody na Marsie.
>
> Alternatywnie: można przetransportować na Marsa lekki wodór. Wówczas:
> CO2 + 4 H2 => CH4 + 2H2O (paliwo)
> CO2 => CO + 1/2O2 (utleniacz)
>
.
LOX/LH2 450 s
LOX/CH4 docelowo ->382 s Raptor
en.wikipedia.org/wiki/CO2_rocket
280 s

Np. Dv = 10000 km/s dla 1t wymaga 8,6 t paliwa o Is = 450 s i 37 t o Is 280 s

[neuroleptyk]

Chodzi chyba o CO a nie CO2

[neuroleptyk]

ntrs.nasa.gov/citations/19910014990

czyli do 300 s

[kornel-1]

kornel-1 napisał:

> Alternatywnie: można przetransportować na Marsa lekki wodór. Wówczas:
> CO2 + 4 H2 => CH4 + 2H2O (paliwo)
> CO2 => CO + 1/2O2 (utleniacz)

Udało się pozyskać nieco tlenu (5 g w ciągu godziny) wg ostatniej reakcji:
Kolejny wielki sukces NASA. Łazikowi Perseverance udało się wydobyć tlen z atmosfery Marsa

Więcej na temat technologii tutaj: MOXIE.

Kornel

[w11mil]

Tu jest link do polskiego pomysłu na beztlenową rakietę powrotną

www.youtube.com/watch?v=Zj_PXabgbEI