Примеры техники в роботовладельческом обществе

Рассчитаем для нескольких металлов теплоту Q по формуле 1 для двух видов нагрева – от температуры Т₂ = 203 К и от температуры Т₂ = 1000 К. Температура 203 К (-70⁰ С) взята как средняя температура поверхности кометы из исследований зондом «Фили» с космического аппарата «Розетта» поверхности кометы Чурюмова-Герасименко, находящейся на расстоянии от Солнца 555 млн км [26]. Близкий результат получил зонд «Даун» при дистанционном измерении температуры на поверхности астероида Веста, которая составляет 240–270 К [22, 30]. Температуру 203 К я взял для расчётов как самую неблагоприятную. Более благоприятная температура на поверхности астероидов вблизи Солнца, в частности у Икара вблизи перигелия температура поверхности достигает 1000 К [30]. Поэтому температуру в 1000 К я взял для расчётов как самую благоприятную.

Прежде чем приступать к расчётам необходимо уточнить поступающую от Солнца мощность излучения W₀, указанную в таблицe 1, поскольку значительная часть её будет теряться при преобразовании света в электрическую энергию, а потом обратно в свет.

W = W₀ × a × b × c × d = W × 0,15 × 0,85 × 0,96 × 0,04 (2)

W – мощность излучения прожектора при работе прожектора от солнечной батареи площадью 1 м², а – КПД преобразования солнечной энергии в электрическую в солнечной батарее, b – КПД зарядки-разрядки аккумулятора, c – КПД инвертора, преобразующего постоянное напряжение в переменное, d – КПД вольфрамовой лампочки. а взято минимальное, в современных солнечных батареях КПД составляет 15–40 % [33]. b и c взяты по данным компании ЮСТ [21]. d взято по данным сайта [28]. Будем также считать, что рассеяние в разреженном инертном газе, заполняющем сферы на КПД влиять не будет. Все лучи, исходящие из вольфрамовой лампы, многократно отражаясь от внутренних блестящих стенок сферы, в которой она находится, рано или поздно выйдут через отверстия в сфере и трубки. Частоты спектра поглощения разреженного газа, заполняющего сферы, не совпадают со спектром излучения лампы, поэтому поглощения света наблюдаться не будет, и оно на КПД влиять не будет. Под коэффициентами полезного действия в формуле 2 подразумеваются отношения соответствующих потребляемых или излучаемых мощностей к соответствующей мощности, поступающей извне или от узлов предыдущего этапа работы преобразователя. Результаты расчётов мощности излучения прожектора по формуле 2 размещены в таблице 1.

В своём изобретении [24] я не учёл потерь мощности излучения при отражении света от расплавленного металла, которые значительны. Потребляемая мощность W₁ будет равна

W₁ = W × (100 % – k) (3)

Здесь k – коэффициент отражения, (100 % – k) – доля поглощённого света. k равен для иридия 60–70 %, для родия и рутения 75–80 %, для железа 56–58 % [6, 29]. Доля поглощённого света для индия в видимой области 4,70–5,83 % [2]. Для расчётов берётся самый максимальный k, результаты расчётов помещены в таблицу 2.

Далее рассчитаем по формуле 1 теплоту, необходимую для нагрева до температуры плавления и плавления 10 см³ металла для железа как наиболее типичного метеоритного металла и для редких металлов родия, иридия, индия и рутения. Эти металлы выбраны, поскольку имеют самый маленький объём добычи на Земле. Для каждого металла рассчитываются две теплоты: Q₁ – для нагрева до температуры плавления от температуры 203 К и плавления металла и Q₂ – для нагрева до температуры плавления от температуры 1000 К и плавления металла. Результаты расчётов помещены в таблицу 3.

Далее из таблиц 2–3 найдём время t₁, необходимое для расплава 10 см³ металла аппаратом с плоской батареей площадью 1 м² и запишем результат в таблицу 4. Расчёт для таблицы 4 произведём по формуле

t₁ = Q₁ / W₁ (4)

Поскольку для орбиты Меркурия температура поверхности астероида Т₁ выше, то для него, исходя таблиц 2–3 рассчитаем время плавления t₂ по формуле

t₂ = Q₂ / W₁ (5)

Результаты расчётов для орбиты Меркурия занесены в таблицу 5. Следует отметить, что маловероятно обнаружение астероида состоящего из значительного количества редкого металла. Так на 1 тонну вещества метеорита содержится серебра и золота по 5 граммов, платины 20 граммов [8]. Но состав большинства астероидов не изучен, поэтому не будем заранее разочаровываться.

Теперь необходимо оценить теплопотери при распространении тепла по металлу астероида от места плавления, исходя из формулы Фурье [20, 31]:

q = – λ grad T (6)