«Наутилус» – атомная подводная лодка?

[Кериса]

В обсуждении выкладок команды Жюля Верна (вот тут) народ задавался вопросом, а не мог ли «Наутилус» быть атомной подводной лодкой. Увы и ах, ничем другим он просто не может быть. Никакие самые совершенные электрические батареи не могут обойти закон сохранения энергии.

Доказательство

Считаем энергетический баланс.
Энтальпия образования хлорида натрия – 407 кДж на моль. Пусть у батареи КПД 100% (что, конечно, невозможно). Тогда каждые 23 грамма (1 моль) металлического натрия дадут нам 407 кДж (на самом деле меньше, но примем эту величину в качестве оценки сверху).

Очень хорошая и продвинутая на начало 20 века подводная лодка «Акула» имела следующие характеристики:
Водоизмещение – 370 т (у «Наутилуса» 1500 т)
Мощность двигательной установки – 900 л.с.
Максимальная скорость – 11.5 узлов (у «Наутилуса» 50 узлов)
Источник: shipandship.chat.ru/neptun/011.htm

Это значит, что мощность моторов «Наутилуса» никак не может быть меньше 4500 л.с. или 3.31 МВт (1 лошадиная сила = 735.5 Вт).

Чтобы обеспечивать эту мощность, батареи должны ежесекундно тратить по 3310/407 моль/сек натрия = 8.13 моль = 187 грамм.
Сутки крейсерского хода – 16.16 тонн натрия вынь да положь. А «Наутилус» рассекал без дозаправки месяцами.

Что такое 16 тонн натрия?
Средняя плотность металлического натрия – 0.971 г/куб.см = 971 кг/куб.м. 16.16 тонн натрия займут объем 16.6 кубических метров. Машинное отделение «Наутилуса» в длину составляет 20 метров, причем половину этого пространства занимают батареи, а половину – машины, вращающие винт корабля. Даже если все пространство в поперечном сечении «Наутилуса» и длиной 10 метров занимает натрий, его хватит только на 31 сутки. И это – граница сверху с большим запасом.
Химическая энергия просто не в состоянии обеспечить такую энерговооруженность, какую демонстрировал «Наутилус» в романе. Только атомная.


Другое дело, что в середине 19 века работающий атомный реактор создать было невозможно. Для этого мало открыть радиоактивность – нужно иметь теорию строения атомного ядра с протонами и нейтронами, иметь понятие цепной реакции и главное – научиться обогащать уран изотопом 235U, поскольку на природном уране реактор работать не будет. Эту технологическую задачу решили всего несколько стран, бросив на решение огромные силы, средства, и потратив на все про все несколько лет.

Не вписывается «Наутилус» в нашу реальность

@темы: матчасть, 20 тысяч лье под водой

Comments

[ray_nort]

"Наутилус" и атомарины заметно превосходит. По глубине погружения абсолютный рекорд у "Комсомольца", чуть больше километра. И то такая лодка была единственной, и после ее гибели тип "Плавник" больше не строили, так и не смогли определить, то ли она из-за ошибки экипажа погибла, то ли из-за конструктивных просчетов. Да и по скорости то же самое - у "золотой рыбки" рекордная 45 узлов. В общем, Немо использовал топливо, которое у нас пока не открыли

[Кериса]

ray_nort, ну, 45 узлов – это почти 50, на пределе возможного сходится
А вот с глубиной погружения да. Но тут уж не в топливе дело, а в прочности корпуса.

[ray_nort]

Кериса, еще и в способности лодки с этой глубины подняться, преодолевая давление. Т.е. нужна большая мощность двигателей и рули глубины, способные держать такую нагрузку.

[Кериса]

ray_nort, огромная мощность двигателей (и вообще силовой установки) нужна и для того, чтобы опорожнить балластные цистерны при всплытии с такой глубины. Ведь придется работать против чудовищного давления в тысячу атмосфер! А дальше уж лодка и сама всплывет, при достижении положительной плавучести.
Возможно, мы об одном и том же говорим, только разными словами

[momond]

Пришлось погуглить, что такое энтальпия. Мы это точно в школе проходили? Физика и я, мы местами плохо совместимы, механика еще туда-сюда, а термодинамика - ой.
Ты не могла бы объяснить вот это место

Чтобы обеспечивать эту мощность, батареи должны ежесекундно тратить по 3310/407 моль/сек натрия

? Я попыталась понять самостоятельно, и мне не удалось. Я понимаю, что я выгляжу как полная идиотка, но почему ты делишь мегаватты на килоджоули, не учитывая их соотношение?

[Кериса]

momond, ну смотри.
Предположим, что мощность двигателей "Наутилуса" составляет 3.31 МВт. В романе это не упоминается, но по аналогии с другими подводными лодками образца Первой мировой войны можно сделать вывод, что меньшей она быть не могла, иначе "Наутилус" не смог бы разгоняться до 50 узлов и всплывать с глубины 16 (ну, пусть даже 10) км.
3.31 МВт = 3310 кВт
Зададимся вопросом – сколько натрия потребуется, чтобы обеспечить такую мощность?

При образовании 1 моль хлорида натрия выделяется 407 кДж = 407 кВт·сек (при 1 атм. и 25°С). 1 моль натрия весит 23 грамма. Значит, "сжигая" 23 грамма натрия, мы получим 407 кДж.
Сжигая 23 грамма натрия в секунду, мы получаем мощность 407 кВт (при КПД батарей 100%). А нам надо не 407, а 3310 кВт, а значит, мы берем не 1 моль натрия, а 3310/407 = 8.13 моль = 187 грамм.
А дальше умножаем 187 грамм в секунду на количество секунд в сутках (60·60·24 = 86 400 сек) и получаем 16 157 кг.

Понятно, что это расход не постоянный, а при непрерывном быстром движении, но в романе было немало эпизодов, где "Наутилус" неделями шел на высокой скорости.
Для сравнения, дальность хода дизельных субмарин образца Первой мировой войны составляла 1000-1200 миль = 1800-2200 км. Керосин по теплотворной способности ничем не хуже натрия. Так что на самых лучших химических батареях "Наутилус" без дозаправки должен проходить примерно столько же плюс/минус лапоть. А не 20 тысяч лье!

[momond]

407 кДж = 407 кВт·сек

- вот, теперь понятно! Потому что я нашла таблицы перевода с МВт в час и меня там заело. Кстати, интересная задачка получилась. Да, на натрии далеко не уплывешь. Придется допустить, что капитан Немо (был Марией Кюри) открыл распад урана и добывал именно его - уран, не распад. Натрий, ха! Это была деза для полковника Спенсера, нам ли не знать

[Кериса]

momond, ты будешь смеяться, но жидкий натрий является отличным теплоносителем первого контура атомного реактора
nuclearfactor.ru/energy/aes/79-260.html

Вообще, интересно получается. Вряд ли Немо мог изобрести все в одно рыло, но что, если у его продвинутого папаши была не менее продвинутая научная лаборатория? Открыть радиоактивность они спокойно могли, для этого нужны только соли урана, фотопленка (уже была в то время) и толика везения. И если в "Таинственном острове" Жюль Верн помог Сайресу Смиту с богатейшими залежами полезных ископаемых, то почему бы нам не помочь Немо и компании с обогащенным ураном? Гулять так гулять
А потом сотрудники лаборатории поумирали от лучевой болезни и рака, а кто не успел, того убили англичане во время Мятежа. И остался Даккар один-одинешенек со своим реактором. Возможно, под конец они даже поняли про опасность облучения, и Даккар сделал противорадиационную защиту. Иначе экипаж "Наутилуса" вымер бы не за 15-20 лет, а гораздо раньше.

[momond]

Кериса, меня рвет на части. С одной стороны, с воплем "аааа, физика!" мне хочется убежать далеко-далеко. С другой стороны, кажется это безумно интересно.
сотрудники лаборатории поумирали от лучевой болезни и рака, а кто не успел, того убили англичане во время Мятежа - даже не поняли, что там была лаборатория, чай не все полковники контрразведки, а от индусов и вовсе никто не ожидал. Золота и драгоценных камней там не было, интереса не представило. Может и вовсе было замаскировано под - эээ, под что оно там могло быть замаскировано, чтоб свои не совались? А, под фотомастерскую Старый раджа страшно увлекался новомодным изобретением, аж всем надоело уже.
Пошла читать про натрий, надеюсь понять.

[Кериса]

momond, а те простые английские солдаты, что разнесли лабораторию с реактором, тоже быстро поумирали от лучевой болезни, но никто этого не понял – подумали, что от ужасного климата и возможно каких-то местных паразитов. И все, кто потом забредал в развалины, тоже потом тяжело болел и возможно умирал (если копался там долго). И местные смекнули, что в развалинах – обиталище злых духов, или же старый раджа наложил на них страшное проклятье, и перестали туда лазать.
А если реактор соорудили в нижних (подземных) ярусах дворца, окруженным метровыми каменными стенами, то за пределы этих ярусов радиоактивное заражение и не распространялось, все было очень локально.


Но я уже не буду переделывать "Черного тигра" под эту версию Если бы Красновский разломал им атомный реактор, скорая смерть ждала бы всех обитателей "Наутилуса" без исключения.

[momond]

Кериса, не надо переделывать. Просто реальностей текста больше, чем одна.
Слушай, у меня еще замечание было по "Черному тигру", его сюда или лучше в личку? Там типа "автор, вы неправы", но вполне возможно, что я очиталась или не заметила чего-то очевидного, со мной бывает.

[Кериса]

momond, да можно и сюда, почему нет.

[momond]

Кериса, вот смотри. 20 глава. Наутилус идет по Босфору на глубине 2-2,5 метра. К сожалению, не могу прямым цитированием - у меня текст в фб2, а оттуда не копируется. Далее "Я услышал ...стон металла у себя над головой - неведомая сила выворачивала легкий бортик, огораживающий палубу...". Потом "Сеть, протянутая на глубине 40 метров". Но как? Если от поверхности воды до палубы подлодки меньше 2 метра, как она может бортиком зацепиться цепь проставленную ниже? То ли где-то опечатка, то ли я чего не догоняю.

[Кериса]

momond, "Наутилус" идет по Босфору на глубине в 2 метра до местечка Бейкоз. Там судно, которое они выбрали своим проводником, сворачивает к пристани.

цитата 1

Через двадцать минут курс «Наутилуса» ожидаемо изменился на северо-северо-восточный, и я вздохнул с облегчением. Но еще через двенадцать минут мы не повернули западнее – напротив, отклонение к востоку все нарастало. На карте в этом месте располагалось местечко Бейкоз с пристанью и причалами. Неужели наш лоцман шел к берегу?
В крайней тревоге я вскочил на ноги и заметался по салону. Как предупредить капитана Немо? Знает ли он, что мы идем неправильным курсом? Что нам делать, если судно встанет на якорь? Не сядем ли мы на мель?
Пол ощутимо качнулся у меня под ногами, и стрелка манометра показала нарастающее увеличение глубины. Рев чужого двигателя стал тише, он ослабевал с каждой минутой. «Наутилус» замедлял ход и одновременно опускался на дно. Я понял, что капитан Немо уже знает о возникшей проблеме, и немного успокоился.

Субмарина опускается на дно и заглушает моторы. Теперь им придется идти в Черное море самостоятельно. Немо приходит в библиотеку, берет сборник лоций и пытается рассчитать курс с учетом возможности придонного противотечения (которое в Босфоре действительно есть). Дальше они идут вслепую.

цитата 2

Снова заработал двигатель, и «Наутилус», дрогнув, оторвался от каменного дна. Медленно, будто ощупью, мы двинулись на северо-запад. Глубина здесь превышала пятьдесят метров, так что не было опасности, что мы наткнемся на какое-либо судно. Я смотрел то на стрелку манометра – сорок метров глубины, потом тридцать пять, и на показания лага. Двенадцать узлов относительно воды! Реальная наша скорость могла быть на треть больше или меньше.
Через десять минут мы стали плавно забирать севернее, следуя повороту Босфора. К счастью, в этом месте ширина пролива увеличивалась до полутора миль, и я не опасался, что мы сядем на прибрежную мель. Сначала «Наутилус» двигался строго на север, потом стал отклоняться к северо-востоку. Здесь берега пролива снова сближались на расстояние в полмили, и я невольно сжал кулаки.
Внезапно раздался резкий металлический лязг, и субмарину ощутимо тряхнуло.

Ну, и натыкаются на сеть

[momond]

Ну так я и знала. Вот это место

«Наутилус» замедлял ход и одновременно опускался на дно

проскочило мимо меня. Равно как и

«Наутилус», дрогнув, оторвался от каменного дна. ... Глубина здесь превышала пятьдесят метров

Застряли в голове эти 2, 5 метра и все. Внимательней читать надо.

[Кериса]

momond, ничего страшного, бывает