September 21st, 2012

кактотак

Стационарные КА-накопители и лунная база (часть 2)

Предыдущая часть здесь

frame
Кликабельно

.картинка Yo
 Кликабельно

Первые лунные колонисты вряд ли смогут сразу же начать полномасштабное производство ракетного топлива и прочих важных продуктов из лунного сырья. Вначале надо будет доставить и развернуть необходимое оборудование. Соответственно, резко возрастают первоначальные затраты на открытие лунной базы. Избежать этого, можно, если на стадии развертывания базы её снабжение осуществлять поставками необходимого сырья с Земли без использования ракетных аппаратов на участке прилунения грузов. Такие простые вещества, как вода, содержащая нужные на базе кислород и водород, углеводороды, алюминий, титан и другие металлы, многие химические реагенты для лунных заводов не нуждаются в мягкой посадке на поверхность Луны. Главное,  что бы после жесткой, ударной посадки эти вещества можно было бы легко собрать и аккумулировать для последующего использования.

На анимационных схемах показаны такие возможные способы безракетного прилунения грузов, посылаемых с Земли. Показано три варианта использования ловушки грузов. Коллектор грузов размещен на лунном ровере и может маневрировать, выдвигаясь в расчетную точку встречи нисходящего поток вещества. Прием сырьевого потока может осуществляться под различными углами к поверхности. В качестве ловушки грузов могут использоваться различные устройства, самые простые из которых представляют собой камеру с буферным веществом (вода, углеводороды, реголит и т.п.), которая оснащена аэродинамическим окном, обеспечивающим одностороннюю проницаемость окна  в камеру торможения. Буферное вещество поддерживается во вспененном состоянии, для гашения ударных волн и вибраций. Прочие устройства рассматривать здесь нет необходимости – их наличие подразумевается по умолчанию.

При скорости входа в ловушку потока вещества в интервале 2700-2900 м/с на каждый 1 кг поглощенного груза достаточно около 10 кг воды, используемой в качестве буферного вещества и теплового аккумулятора, что бы температура  камере торможения не поднялась выше 100°С.  Захват 100 кг груза, таким образом, требует запаса буферного вещества в камере торможения массой 1 тонна при массе конструкции ловушки и ровера тоже около 1 тонны. Разумеется, при наличии на ровере дополнительного теплового аккумулятора, масса захватываемого груза растет без увеличения сухой массы коллектора груза. А поскольку, поток сырья на базу может быть таков, что приводит к образованию растущих запасов воды, то потенциал перехвата грузов у легковесного ровера значительно возрастает – можно говорить о поглощении до 1 тонны грузов за сеанс.  

На первой анимационной схеме показан перехват потока вещества, который движется по эллиптической окололунной орбите. Перехват осуществляется в перигее, который в данном варианте должен быть на минимальной высоте от лунной поверхности. Это обеспечивается установкой коллектора грузов на возвышенности лунной поверхности,  с таким рельефом, что бы была возможна соответствующая касательная траектория грузового трека. Эта схема удобна возможностью многократного использования межорбитальных буксиров. Здесь используется тип траектории – выход на орбиту спутника Луны.

В других схемах тоже возможно многократное использование межорбитальных буксиров, но не полностью. Грузовыми контейнерами придется пожертвовать из-за большой крутизны траектории спуска – сбрасывать их на полигоны, находящиеся в безопасном удалении от базы. Но здесь используется тип орбиты – попадание в Луну, это самый экономичный тип траектории достижения Луны.

Что дает предлагаемая схема снабжения лунной базы? Самая очевидная выгода – увеличение массы груза доставляемого на поверхность Луны. Исчезают затраты ракетного топлива на гашение скорости при посадке и, соответственно, увеличивается доля полезной нагрузки в межорбитальном буксире, отправляемом с околоземной орбиты. Дополнительно к этому устраняются посадочный блок с его двигателями. Это не только увеличивает массу доставляемого на луну груза, но сокращает расходы на величину стоимости этого посадочного блока, а это значительная величина. В настоящее время, доставка грузов на Луну традиционным способом мягкой посадки на ракетах, доходит до 100 млн.долл. за 1 тонну. Приблизительная оценка выигрыша по увеличению массы груза из-за сокращения доли топлива дает двукратное снижение стоимости, а с учетом вероятной стоимости посадочного блока, можно ожидать итоговое снижение стоимости доставки в 4-5 раз как минимум.

В целом же, экономический эффект будет большим, благодаря тому, что за счет создания на лунной базе недорогих запасов ракетного топлива, посадочные модули, доставляющие на Луну смену персонала базы, могут не содержать запасы топлива на последующий старт к Земле. Этот эффект может быть расширен за счет организации на окололунной орбите топливозаправочной станции, обслуживающей модули идущие на посадку (снабжение орбитальных «АЗС» осуществляется лунными челноками, за счет ресурсов базы). В этом случае, на только пилотируемые корабли, но и автоматические аппараты, несущие грузы в виде приборов и оборудования, должны иметь запас топлива только для перехода с облётной траектории на орбиту спутника Луны, так как дозаправка на окололунной орбите обеспечивает последующую посадку. Соответственно,  заправка на базе модулей, возвращаемых на Землю, устраняет многоступенчатость посадочно-взлетных  модулей.

Доставка на базу 3D-принтеров, которые могут производить широкий спектр продукции из сырья, доставляемого предлагаемым способом, включая сами же 3D-принтеры (есть такой проект у разработчиков устройств объемной печати), дает основании утверждать,  что открытие первой лунной базы может состояться значительно раньше, чем планировалось.

Продолжение следует.


rolik22
Стационарный КА-накопитель сырья для лунной базы

P.S. До конца месяца буду на отдыхе. Интернет-связь будет проблемная, поэтому не обещаю участия в дискуссиях по теме лунной базы и взаимных ответов по френдованию. "Потерпите" уж, "дорогие россияне"!