Тренажеры МКС

[krazzzer.livejournal.com]

На Международной Космической станции есть куча тренажеров, чтобы космонавты держали себя в спортивной форме  - велотренажеры, беговая дорожка и прочее.

Используются ли они для выработки электричества? Там же любая энергия пригодится...

Comments

[sanitareugen.livejournal.com]

Есть, безусловно. Никель-водородные, держащие электропитание "тёмную" половину витка. Но речь не об их отсутствии, а о том, что такой генератор напрямую включать в сеть нецелесообразно. Вариант с работой на зарядку малого аккумулятора, подключаемого при надобности к сети, разумеется, не единственный. В принципе, возможна схема с усложнённым преобразователем, согласующим напряжение на выходе генератора, усилие нагрузки на педалях (у нас всё же главная цель - дозированная физическая нагрузка, а никак не энерговыработка), напряжение в сети питания МКС и энергопотребление, и он, вполне вероятно, окажется легче буферной батареи - но невесомым не будет (или, если уж придираться к терминам - не будет иметь нулевую массы).
Такое решение имеет третью степень невозможности (первая - "невозможно в принципе", как вечный двигатель; вторая - "нереализуемо технически", как башня в 10 км высотой; третья - "нецелесообразно экономически").
Попробуем подтвердить расчётом. Основная затратная часть будет - доставка грузов на МКС, и стоимостью самой аппаратуры пренебрежём. Это позволит сравнивать массу в расчёте на выход энергии для разных вариантов, неглижируя стоимостью вывода 1 кг на орбиту, она выносится за скобки, как общий множитель.
Такие генераторы существуют. Это, например, "солдат-мотор" ПЗУ-5М (или его гражданский вариант Э-348М). Он давал до 30 ватт при массе в 3 кг (только генератор, без сиденья для солдата и аккумулятора, на который он работал. Положим, что выработка может быть увеличена до 50 ватт, а в "космическом исполнении" масса генераторной части (включая преобразователь и, при необходимости, буферную батарею) сократится до 1 кг.
Полагая экипаж МКС в 6 человек, причём вырабатывать энергию они могут по часу в сутки каждый, получим в сутки 300 ватт-час. Для получения такой энергии понадобится вывести 1 килограмм.
В то же время солнечные батареи включают в себя 4 пары "крыльев", каждое из которых отдаёт до 32.8 кВт (т.е. всего в 548 раз большая мощность, а с учётом того, что "космонавт-мотор" работает 1/4 часть времени суток, а солнечные батареи примерно 1/2, получает, что его вклад в дучшем случае составить 0.01% общего потребления). Масса "крыла", по сообщению NASA, 2400 фунтов (1087 кг), то есть с килограмма выведенном массы съём энергии составляет (также принимая 50% "светлого времени") 360 ватт-час. То есть экономически это на 20% выгоднее.
Более тщательный расчёт, без сделанных в пользу "космонавт-мотора" допущений, вероятно, сделает экономическое превосходство традиционной схемы не 20%-ным, а двух- или трёхкратным.

[krazzzer.livejournal.com]

Вы посчитали вес космического "солдат-мотора", но не учли, что он не на пустом месте ставится - он ставится на месте фрикционного элемента, который тоже что-то весит, потому как пару сотен ватт должен рассеивать.

Поэтому разница в весе будет мала.

Другой вопрос - фрикционный элемент наверняка имеет настройки на разное усилие, что необходимо для тренировок.
В случае с солдат-мотором это либо редуктор добавлять, либо несколько обмоток, которых можно подключать-отключать. А это все может стать проблемой - именно это, а не сложность подключения к бортовой сети.

В своем время на станции "МИР" выбило всю электросеть. На всякий случай такой мотор-генератор должен был бы быть. И тут неважно превосходство традиционной схемы.

[sanitareugen.livejournal.com]

Полагаете трубка с прижимом весит столько же, сколько система из двух обмоток и магнитопроводов?

[krazzzer.livejournal.com]

Нет, конечно.
Но она все равно что-то весит и разница в массе между торсионным элементом и генератором не будет больше пол-кило.

[sanitareugen.livejournal.com]

Повторяю. Реальный генератор на 30 Вт весит 3 килограмма. В "космическом исполнении" будет легче, но вряд ли удастся снизить хотя бы до 1 кг.
Что до полукилограммового "торсионного элемента" - я ни разу не разбирал тренажёр, и даже с чертежами не ознакомился, но торсион - это стержень, работающий на кручение. Полукилограммовый стальной стержень длиной 10 см имеет диаметр 2.8 см, и на его кручение понадобится усилие в несколько тонн.
Вы уверены, что там именно такой?

[krazzzer.livejournal.com]

Я опечатался - фрикционный (в других местах писал правильно, а тут задумался видно).

И скорее всего тормозить будет турбинкой в жидкости. То есть с полкило этот элемент весит, и заменять его на 1 кг - это всего дополнительные 500 гр в космос вывести. И получаем аварийно-резервный источник питания, пусть и слабенький.

[sanitareugen.livejournal.com]

Ну, если турбинка - то тоже не фрикционный. А гидродинамический. Фрикционный трение использует. Вот, скажем, в велосипеде тормоз в задней втулке - фрикционный. И не полкило. Ну и если мы минимизируем массу под космос, так что мотор втрое облегчили - может, и этот элемент облегчат?
А что до аварийного источника - 30-ваттный мотор даст за час работы 30 ватт-час. При этом ёмкость на килограмм у литий-полимерных аккумуляторов до 150 ватт-час, для одноразовых до 500 ватт-час (литиевых с тионил-хлоридом), для воздушно-литиевых до 1800 ватт-час. Так что этот килограмм лучше потратить на батарейку, она заменит 16 часов работы космонавта (а в сломавшейся станции у него занятие найдётся, помимо крутить педали), или даже 60 часов (ценой расхода кислорода и при некоторых проблемах с подключением нагрузки).

[krazzzer.livejournal.com]

Я знаю, что такое фрикционный. Но я не знаю, что именно ставят в тренажеры, и предложил пару вариантов.

А генератор - он в любом случае совсем не то, что аккум. Тут именно "на всякий случай". И никакого саморазряда или деградации. И разница в массе будет не кило (я ж уже не раз писал) - а дай бог, чтобы пол-кило вышло.

[sanitareugen.livejournal.com]

Ну, конкретный прибор я предложил. Три килограмма. То, что в "космическом исполнении" он будет в килограмм - это допущение в Вашу пользу, в действительности на Вас лежит обязанность предъявить такой генератор. Равно и полукилограммовый тормозящий элемент.
Что до "случаев" - то на случай выхода из строя части батарей надо их рассредотачивать, на случай восстановления "замороженной" станции лучше привезти батареи с собой, а на случай погасшего Солнца закладываться излишне.
Вообще, это пример расточительной экономии. Наподобие идеи об экономии топлива посредством полётов на дирижаблях.