Top.Mail.Ru
? ?
entries friends calendar profile Previous Previous Next Next
don_beaver
don_beaver
don_beaver
О научной достоверности в «Курьере-619»
Как всегда, вокруг новой книжки возникли вопросы и разгорелись споры. Читатель пишет:
«Прочитал Ваше последнее произведение, Курьер 619. Очень понравилось! Вопрос заключается в работоспособности гальванического элемента с электродами из платины и титана с электролитом из серной кислоты. Ведь не один из данных элементов с ней не реагирует, возможно титан, но только при нагревании.
Я ему ответил так: «Да, вопрос интересный. При написании книги я посмотрел на таблицу электрохимических потенциалов и выбрал металлы поинтереснее на разных концах таблицы. Но насчет химической реагенности я глубоко не копал. Ну, будем считать, что это были сплавы с доминированием титана и с платины, и активных компонент в сплавах было достаточно для эффективной батареи».
Но может кто-то захочет что-то добавить на эту тему?

На сайте http://fantasy-worlds.org/lib/id32026/ какой-то «доктор» из Украины стал обзывать меня последними словами за «физическую неграмотность», заявляя что космический корабль в вакууме остывать не может, потому что «космос - это один большой термос». Ему там ответили вполне разумно, но меня самого заинтересовало: а, действительно, как быстро остынет корабль в космосе? Я, честно говоря, не считал темпы остывания «Солнечного зайца», положившись на интуицию физика (она у меня немного отличается от интуиции термос-пользователей, потому что я знаю, как быстро остывает Земля ночью при ясном небе, как замерзали астронавты «Аполлона-13» и как слабо светит Солнце возле Юпитера). И вот я залез в таблицу (Удельная_теплоёмкость, вики) и нашел, что теплоемкость такого металла как алюминий (вполне хороший металл для корабля) – примерно 1000 джоулей на кг и на градус. Пусть наш корабль (который перевозил 400 тонн груза) весит 1000 тонн. Для того чтобы он остыл на 30 градусов – с 300 до 270 (то есть с комнатной температуры до заморозков), у него надо отнять 3*10^10 джоулей энергии. Потом я залез в статью (вики, Абсолютно_чёрное_тело) и нашел, что «абсолютно чёрное тело при T= 100 K излучает 5,67 ватта с квадратного метра своей поверхности”, а так как это излучение растет как T^4, то при 300К получим излучение в 460 ватт с кв.м. Известно, что на орбите Земли солнечное излучение дает 1353 ватт на кв.м. Возле Юпитера эта величина будет в 25 раз меньше – 54 ватт на кв.м. Если учесть, что корабль остывает во все стороны, а греется Солнцем только с одной, то итоговыми 27 ватт на кв.м. по сравнению с излучаемыми 460 ватт с кв.м. можно пренебречь. Ватт – это джоуль в секунду. Пусть корабль имеет площадь корпуса в 1000 кв. метров. Тогда он будет излучать примерно 400 киловатт энергии (то есть нагревом от тел двух подростков можно смело пренебречь). Это как 400 электрических плиток! За сколько вакуум возле Юпитера «высосет» тепло из корабля? За 3*10^10/4*10^5=75000 секунд или 21 час. Совсем неплохо подтверждается моя интуиция. Если я где ошибся – расчет был разовый, укажите. Отмечу, что возле Земли, где 1353>460, главная проблема – в перегреве. Так что, отправляясь на околоземную орбиту, берите шорты и вентилятор, а полетите к Юпитеру – тулуп и электрический камин.
P.S. верно отметили, что 1353 тоже надо делить (для сферы на 4), так что перегрев возле Земли будет скорее локальным - с солнечного боку.

Tags: ,

57 comments or Leave a comment
Comments
From: (Anonymous) Date: June 12th, 2021 12:27 am (UTC) (Link)
Алюминий не является абсолютно чёрным телом.
Совсем наоборот:
https://incoll.ru/primenenie/tablitsa-koeffitsientov-izlucheniya-materialov.htm
don_beaver From: don_beaver Date: June 12th, 2021 01:22 pm (UTC) (Link)
У алюминия взята теплоемкость. Какой он (и корабль) по альбедо - не указано.
(no subject) - (Anonymous) - Expand
(no subject) - (Anonymous) - Expand
(no subject) - (Anonymous) - Expand
prividen From: prividen Date: June 12th, 2021 01:47 am (UTC) (Link)
Где-то будут существовать и термически равновесные орбиты?
serge3leo From: serge3leo Date: June 12th, 2021 01:55 am (UTC) (Link)
Честно говоря, в прикидке не учтены:
1. Альбедо поверхности, поверхность блестящего и красивого корабля излучает на порядок меньше, чем чёрное тело;
2. Качество ЭВИ теплоизоляции корабля, температура излучающей поверхности на порядок меньше 300K (скажем, среднепотолочная современная теплопроводность 0,03 мВт/м*К и толщина 20 мм при ΔT = 300°K обеспечат теплопотери 0,5 Вт/м²).

Edited at 2021-06-12 02:14 am (UTC)
From: (Anonymous) Date: June 12th, 2021 03:08 am (UTC) (Link)
1. Автору уже указали на эту проблему в его теплотехническом расчёте. Алюминий - совсем не чёрное тело:
https://incoll.ru/primenenie/tablitsa-koeffitsientov-izlucheniya-materialov.htm

2. Да, полиуретан и полиизоцианурат давно применяют в космонавтике для теплоизоляции:
https://incrediblepolyurethane.com/how-polyurethane-foam-made-the-space-shuttle-possible/
https://dura-foam.com/resources/foam-roofing/nasa-shuttle-fuel-tank/

По-русски:
http://logicpir.ru/articles/kosmicheskiy-uteplitel/
Игорь Ромуальдович Шидловский, начальник лаборатории теплоизоляционных и теплозащитных покрытий завода «Прогресс» в 1981-1997 гг., вспоминает: «PIR (теплоизоляция на основе пенополиизоцианурата) стал безальтернативным материалом для теплоизоляции топливного бака ракеты-носителя. Материал позволял сохранить необходимый температурный режим для газов, находящихся внутри отсеков бака в жидком состоянии — минус 183 °C для жидкого кислорода и минус 253 °C для жидкого водорода — в жесточайших условиях механических перегрузок и динамического нагрева во время запуска корабля».
(no subject) - (Anonymous) - Expand
(no subject) - (Anonymous) - Expand
(no subject) - (Anonymous) - Expand
blackdoc From: blackdoc Date: June 12th, 2021 05:23 am (UTC) (Link)
Там serge3leo добавил, но ИМХО прекрасное посЫлание народа учить школьную физику...
rempi From: rempi Date: June 12th, 2021 07:02 am (UTC) (Link)
У Земли далеко не факт что перегрев будет, т.к. баланс зависит от соотношения обращенной к Солнцу поверхности к общей площади. Для сферы это соотношение 1/4, тепловое равновесие достигается при потоке 338 Вт/м2 и температуре 278 К.
al_berezin From: al_berezin Date: June 12th, 2021 12:17 pm (UTC) (Link)
Перегрев у Земли — это факт. См. МКС. Космический корабль на орбите Земли должен вращаться, иначе его будет перегревать с одного бока. Поэтому МКС вынуждена охлаждаться с использованием радиаторов.
(no subject) - (Anonymous) - Expand
chupin From: chupin Date: June 12th, 2021 01:36 pm (UTC) (Link)

Титан-платиновая батарея

Ну кстати да. Я как химик тоже сразу подумал, что какая-то не та гальваническая пара. В тексте говорится о медь-цинковой батарее Вольта. Цинк очень реакционоспособный материал, его окислы рыхлые и не препятствуют дальшейшей реакции. Титан тоже очень реакционоспособный, но причина его использования в качестве конструкционного материала примерно та же, что и у алюминия — оксид титана образует очень плотную плёнку на поверхности, которая препятствует дальнейшим реакциям. Так что из титана, наверное, не удастся сделать батарею. Разве что добавки какие-то ввести в раствор, которые будут препятствовать формированию оксидной плёнки. Но в этом случае есть обратный риск — получить взрывную реакцию, потому что титан без своей оксидной защиты очень активный металл, на самом деле.
+++++++++++++
В серной кислоте слабой концентрации (до 0,5–1% ) титан и большинство его сплавов стойкие даже при температуре раствора до 50–95° С. Стоек титан и в более концентрированных растворах (10–20%-ных) при комнатной температуре, в этих условиях скорость коррозии титана не превышает 0,005–0,01 мм/год. Но с повышением температуры раствора титан в серной кислоте даже сравнительно слабой концентрации (10–20%-ной) начинает растворяться, причем скорость коррозии достигает 9–10 мм/год. Серная кислота, так же как и соляная, разрушает защитную пленку диоксида титана и повышает его растворимость.
http://www.chemicals-el.ru/chemicals-722-1.html

Edited at 2021-06-12 01:37 pm (UTC)
chupin From: chupin Date: June 12th, 2021 01:42 pm (UTC) (Link)

Re: Титан-платиновая батарея

Там на второй странице по этой ссылке есть список веществ, с которыми титан вроде как реагирует:

+++++++++++++++++++
Главный «враг» титана – плавиковая кислота (HF). Даже в 1%-ном ее растворе скорость коррозии титана очень высока, а в более концентрированных растворах титан «тает», как лед в горячей воде. Фтор – этот «разрушающий все» (греч.) элемент – бурно реагирует практически со всеми металлами и сжигает их. Не может противостоять титан кремнефтористоводородной и фосфорной кислотам даже слабой концентрации, перекиси водорода, сухим хлору и брому, спиртам, в том числе спиртовой настойке йода, расплавленному цинку.

+++++++++++++++++++

Поэтому было бы прикольно попытаться сделать платино-титановую батарею на кока-коле 😁 Там как раз фосфорная кислота.
v1adis1av From: v1adis1av Date: June 13th, 2021 04:58 pm (UTC) (Link)
Коэффициент теплового излучения полированного алюминия при 300 К равен 0.025 (Физические величины, 1991, с. 780), т.е. некрашеный алюминий будет остывать при равных условиях в 40 раз медленнее, чем абсолютно чёрное тело. Поверхность того же "Аполлона-13" — полированная нержавейка (КТИ=0.13...0.20 при 300 К, там же, с.784). Чтобы резко ускорить остывание, корабль надо покрасить цинковыми белилами (КТИ=0.95 при 300 К, почти как абсолютно чёрное тело).
don_beaver From: don_beaver Date: June 13th, 2021 06:24 pm (UTC) (Link)
Поговорим про альбедо "Солнечного зайца". Алюминий был взят для оценки теплоемкости; близкую теплоемкость имеет и сталь и прочие металлы. Вряд ли космические корабли в 23 веке будут делать из полированного монометалла, так что альбедо - это вопрос совершенно отдельный от материала корабля. Всерьез обсуждать весовую экономию на покраске корабля 23 века я не могу.
Никто из нас не специалист в кораблях 23 века, но в свете высказанных мыслей и проведенных оценок, и если исходить из принципа энергетической оптимальности, то космический корабль, который оперирует недалеко от Солнца и имеет активный реактор внутри, логично сделать эффективно охлаждающимся - то есть, черным. Таким, например, был перегревающийся сверхзвуковик Lockheed SR-71 "Blackbird", который я не раз рассматривал в музее. Одновременно, было бы логично сделать корабль с одной стороны зеркальным (белым), чтобы если корабль был близко к солнцу, то мог повернуться к нему зеркальной стороной, эффективно остывая всеми другими черными сторонами. Естественно, если корабль надо нагреть на солнце, сэкономив на электрообогреве, - то надо повернуть его черной стороной к солнцу. По такой логике, среднее альбедо "Солнечного зайца" будет невысоким, хотя зеркальные плоскости, видимые на фото в книжке, у него будут.
(Deleted comment)
don_beaver From: don_beaver Date: June 15th, 2021 10:32 pm (UTC) (Link)
То, что каждый наш выбор меняет Вселенную - это очевидный факт. Другое дело, что далеко не все наши поступки меняют её заметно. Но вот Иван Царевич, выбирая одну из трех дорог, заметно менял будущее. Илон Маск, начитавшись фантастических книжек, решительно перекраивает космонавтику и собирается строить марсианские города. А ведь кто-то издал эти книжки? Вот пусть лично у вас сегодня есть выбор: остаться на своей прежней работе, или стать издателем (или редактором). Ваш выбор - это выбор между двумя будущими, между двумя историями - в одной, грубо говоря, Маска нет, а в другой - есть.
Все что сделано в книжке - описано три варианта развития будущего, которые появляются из-за двух точек разветвления (поцелуй и пощечина). Они совершенно равноправны до выбора, и лишь наш выбор заставляет одну Вселенную умереть, а другую реализоваться. Будьте аккуратнее со своими выборами!

Edited at 2021-06-15 10:33 pm (UTC)
don_beaver From: don_beaver Date: June 30th, 2021 04:30 pm (UTC) (Link)
Читатель пишет:
"Есть, увы, одна большая ошибка в сюжете, герои одновременно летят вместе с астероидом (безымянным?!) около Земли и в 100 млн км. Советую автору сгладить этот момент. Насчет боеголовки, тут выскажусь как профессионал-ракетчик (Военно-инж. акад. им. А.Ф. Можайского) есть такая и гораздо мощнее, В сотни раз".
Подробнее: https://www.labirint.ru/books/804855/

Тут читатель поспешил с выводами (сам признался, что прочитал за два дня). В 100 миллионах км герои были в момент их обнаружения (первой связи с Землей). Через четыре дня они оказались возле самой Земли, близко к астероиду. То, что при ускорениях 1g можно пролетать всю Солнечную систему за неделю, и долетать от Марса до Земли за 4 дня, не укладывается в наших головах, которые привыкли к современным медленным инерционным полетам. Я, конечно, на компьютере не моделировал полет от Юпитера к Земле, но на бумажке ускорения, скорости и времена полета считал, и хронология в книге отлажена достаточно уверенно.

P.S. Астроид зовется Челябинск, но так как он исчез из-за соударения с Землей, то это редко упоминается.
57 comments or Leave a comment