alboros (alboros) wrote,
alboros
alboros

Category:

Потенциальная и кинетическая энергия астероидов – новый источник энергии КА-накопителей воздуха

Краткий набросок параметров околоземного орбитального накопителя атмосферных кислорода и азота, использующего потенциальную энергию астероидов из группы сближающихся с Землей (АСЗ).
Для примера используем данные по астероиду 2000 SG344. Его возможный диаметр 20-89 метров. Возможная масса 8400-1480000 тонн.

Начальная скорость отправки КА к астероиду с орбиты высотой 400 км – 3256 м/с.
Скорость «причаливания» к астероиду – 113 м/с.
Время пребывания на астероиде – 8 суток.
Скорость отправления КА к Земле – 187 м/с.
Скорость вхождения КА в атмосферу Земли – 11133 м/с.
Продолжительность миссии – 354 дня.

Mission Trajectories Table

Column headings described below


(2000 SG344) Min. delta-V
Parameters
Min. Duration
Parameters
Total Mission delta-V (km/s) 3.556 5.973
Total Mission Duration (d) 354 114
Outbound Flight Time (d) 145 49
Stay Time (d) 8 8
Inbound Flight Time (d) 201 57
Launch date (YYYY-MM-DD) 22.04.2028 22.07.2029
C3 (km2/s2) 1.737 3.009
Departure Vinfinity (km/s) 1.318 1.735
Earth Departure dV (km/s) 3.256 3.314
dV to Arrive at NEA (km/s) 0.113 1.067
dV to Depart NEA (km/s) 0.187 1.592
Earth return dV (km/s) 0.000 0.000
Entry Speed (km/s) 11.133 11.214
Depature Declination (deg) -8.950 -22.493
Return Declination (deg) -5.933 22.663
NHATS Trajectory Solution ID 890465 2046

These data were computed on 2012-01-06 using the latest available orbital parameters.

Согласно проекту, КА доставляет на астероид контейнер для реголита и механизмы загрузки контейнера реголитом в течение 8 суток. Масса КА с пустым контейнером составляет 5% полностью загруженного КА. Масса КА без реголита 0,5 тонн. Масса с грузом - 10 тонн.

Упрощенно затраты энергии на старт КА с астероида к Земле составляют 174,845 МДж [(10000 кг х (187 м/с)2)/2]. При вхождении в земную атмосферу кинетическая энергия КА составляет 619 718, 445 МДж [(10000 кг х (11133 м/с)2)/2].  Таким образом, энергия на выходе в 3544 раза превышает энергию на входе (619 718, 445 МДж / 174,845 МДж). Конечно, из энергетического выигрыша следует вычесть затраты на запуск пустого КА (~11200 м/с), которые приблизительно в 20 раз меньше результата из-за меньшей массы КА при запуске, что все равно дает 1900% прироста на затраты (энергоинвестиции). И весь этот прирост происходит в течение 354 суток с момента "вклада" в космический энерго-банк.

На следующих этапах "распиливания" астероида, когда на его поверхность будут высажены модули переработки реголита в конструкционные материалы и ракетное топливо, и 3D-принтеры для распечатки контейнеров и агрегатов новых КА, "выплаты" вкладчикам космического энерго-банка превысят проектную отметку в 350 000 %. И какой уважающий себя капиталист не рискнет ради таких замечательных прибылей? Карл Маркс отмечал безумную активность и бестрашие капиталистов при 300%, а здесь норма прибыли запредельна :-)

При вхождении в верхние слои атмосферы на высоте в диапазоне 95-100 км, КА-накопитель, благодаря гиперзвуковому диффузору поглощает первую порцию воздуха, притормаживается (на 120-150 м/с) и переходит на эллиптическую орбиту (воздух акумумулируется в баке хранения реголита). После нескольких витков (с захватом воздуха) его орбита становится круговой. За счет накопленного воздуха масса КА возрастает на 4 тонны.  Воздух сепарируется на кислород и азот. С этой низкой орбиты КА переходит на круговую высотой 350-400 км. На этот переход КА затрачивает около 6% своей массы, в том случае если используется водородно-кислородное топливо. Запас водорода доставляется орбитальным заправщиком. Он равен 0,7% стартовой массы КА на орбите накопления воздуха.

При наличии в реголите магния, кальция и/или лития, атмосферный азот, накопленный коллектором, может использоваться с порошками металлов как ракетное топливо (при многократном избытке азота). Аналоги таких двигателей с металлическими порошками в качестве горючего были созданы в СССР еще в прошлом веке. Компоненты такого космического топлива вырабатываются на перерабатывающей реголит орбитальной станции. Буксир-заправщик использует это топливо.

В итоге всей операции к орбитальной станции на высоте 350-400 км доставляется груз массой до 13142  кг (13500 кг – 858 кг), как результат запуска КА массой 500 кг. Реголит перерабатывается на кислород, кремний, металлы. Продукты переработки используются в качестве сырья 3D-принтеров для изготовления КА и агрегатов комических электростанций, а так же частично в качестве топлива ракетных двигателей, использующих порошковые кремний, магний и алюминий как горючее. За счет полученных вещественно-энергетических ресурсов производятся новые запуски грузовых КА к астероиду 2000 SG344 и аналогичным объектам. Обороты расширяются до полного вычерпывания вещества разрабатываемой группы астероидов. Затем деятельность переключается на новые объекты добычи ресурсов из группы АСЗ.

В продолжении настоящей статьи будет дан более детальный анализ затрат и выигрыша рассмотренной схемы.



Частный сектор экономики уже осознал потенциал рынка астероидных ресурсов и готов его осваивать. Такие компании как Planetary Resources (за которой стоит разработчик и сооснователь поисковой системы «Google» Ларри Пейдж), а также Deep Space Industries вкладывают миллионы долларов в развитие новых технологий, которые помогут получить доступ к природным ресурсам астероидов. В условиях отсутствия федерального регулирования и независимости от правительственных источников финансирования, эти компании могут гораздо быстрее добиться успеха.

«Я думаю, это будет золотым веком новой космической гонки», - говорит Левиски, президент и «главный космический шахтер» компании «Planetary Resources». - «Вместо двух соперничающих сверхдержав, здесь уже десятки, может быть даже сотни, конкурирующих предпринимателей.»
Tags: $100/kg, low-cost access to space, profac, астероиды, инновации, орбитальные АЗС, революция цен, частный космос
Subscribe

Posts from This Journal “астероиды” Tag

  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 1 comment