Техника - молодёжи 1999-09, страница 15

ЗАВТРАШНЕГО Д Н Я

руемые ракеты, а также межорбитальные корабли для быстрой транспортировки персонала с околоземной на окололунную орбиты с двигателями большой тяги, использующие кислородно-аплюминиевое или кислородно-кремниевое топливо. Грузовые перевозки между орбитами осуществляются с помощью электроракетных двигателей (ЭРД) малой тяги с энергоустановками большой мощности. В качестве последних предполагались либо солнечные энергоустановки (модульные СЭУ с газотурбинным замкнутым циклом при мощности модуля 750 кВт), а также лег-

ИМПОРТ

кие солнечные батареи (СБ) пленочного типа (например, на подложке из железа, мощностью до 10 МВт), либо еще более мощные ядерные установки (до 50 МВт) Однако сегодня все эти двигатели и энергоустановки находятся на начальной стадии разработки.

Для более быстрого начала работ по ЛЭС желательно дальнейшее сокращение уровня ее мощности, что снизит грузопотоки на околоземную орбиту.

Предполагается, что мини-ЛЭС будет развернута уже после создания пионерной лунной базы с персоналом 6—8 человек, при этом не потребует орбитальной инфраструктуры на окололунной орбите. Грузовые и пилотируемые лунные ракеты должны быть одноступенчатыми многоразовыми аппаратами на трассе «околоземная орбита — поверхность Луны — околоземная орбита» Это удовлетворяет новым, более

Монтаж лунной энергостанции. Цифрами обозначены: 1 — луноход; 2 — солнечная энергоустановка; 3 — излучающее полотно; 4 — рулон; 5 — стойка.

жестким, требованиям по незасорению космического пространства, включая поверхность Луны.

Поскольку на лунной базе уже будет освоено производство из лунного сырья материалов для агрегатов лунного энергоизлучательного комплекса (ЭИК) — железа, кремния и алюминия, получаемый в больших количествах избыточный попутный кислород может использоваться в качестве окислителя для заправки транспортного космического аппарата (ТКА) в обратный рейс. На околоземной орбите ТКА заправлет-ся метаном в оба конца, а кислородом только на прямой рейс. После посадки и разгрузки он заправляется кислородом, достаточным для старта с Луны и возвращения пустого ТКА на околоземную орбиту. Таким образом, попутно решается проблема создания одноступенчатого космического аппарата для кольцевого рейса с весьма большим запасом скорости (до 12 км/с).

Уровень мощности мини-ЛЭС, определяющий массу ее энергоизлучательного комплекса и, следовательно, требуемого производственного оборудования, должен быть минимальным. Однако имеются ограничения снизу, не позволяющие принять мощность, например, 5 МВт, как на первой АЭС в Обнинске. При умеренных размерах передающей системы, близких к габаритам СБ такой мощности, диаметр приемного устройства на Земле превысил бы 100 км (что явно нереально).

Первые ЛЭС даже при больших — по масштабам наземных электростанций — мощностях будут заведомо убыточными, по крайней мере, — до мощностей в несколько десятков миллионов кВт, и неконкурентоспособны. Поэтому принята ЛЭС с диаметром ЭИК 10 км, где масса еще приемлема (16 тыс. т), а мощность уже достаточно велика (600 МВт за 28-суточный цикл).

Основной целью мини-ЛЭС является отработка энергопередачи на столь большие дальности (400 тыс. км) и главное — демонстрация практичес

кой реализуемости этой системы, безопасности ее эксплуатации и экологической чистоты. Это крайне важно для убеждения обывателя, госчиновников и коммерческих структур (потенциальных инвесторов).

ЛЭС состоит из передающего энергоизлучательного одноканального комплекса, расположеннного на обращенной к Земле стороне Луны, пассивного плоского ретранслятора на геостационарной орбите и приемной выпрямительной антенны на Земле (рек-тенны). Все эти элементы круглой формы в плане и имеют диаметр, соответственно, 10, 1 и 10 км. Энергоизлуча-тельный комплекс производит выработку электроэнергии на СБ, преобразование ее в СВЧ-излучение, формирование острого луча на передающей антенне, выполненной в виде фазированной антенной решетки (ФАР), и наведение на отражатель, направляющий его на ректенну. В ректенне осуществляется преобразование микроволнового излучения в постоянный ток, выдавемый потребителю.

Длина волны 5,7 см, что разрешено Международным советом по электросвязи для использования в промышленности. Электронная система управления лучем обеспечивает его безынерционное наведение на отражатель или на ректенну.

Дистанционная передача энергии СВЧ-лучом является высокоэффективной в энергетическом отношении. Луч от ФАР непосредственно к ректенне идет практически без потерь (т.н. КПД передачи в свободном пространстве составляет 99,99998%). Отражатель же перехватывает лишь часть энергии (около 13%), однако общий КПД в течение земных суток все еще высок (42%, не считая потерь на преобразование).

При электрической мощности всех СБ 10,5 млн кВт в лунный полдень и, соответственно, 5,2 млн кВт на выходе из ФАР, средняя мощность на выходе из ректенны за 14-суточный лунный день составит 1,3 млн кВт, что уже приемлемо для промышленного использования в энергоемких производствах, например, при электролизе для получения водорода или алюминия. За 28-суточ-ный лунный цикл «день-ночь» средняя мощность составит 0,65 млн кВт.

Уровень воздействия на ионосферу над ректенной в несколько раз ниже допустимого по условиям электрического пробоя. Вне охранной зоны он не превышает разрешенной для населения дозы микроволнового облучения (что гарантирует экологическую чистоту и безопасность).

Особое значение для снижения общей массы энергоизлучательного комплекса и потребных грузопотоков оборудования, а также простоты монтажа при отсутствии на Луне необходимой инфраструктуры имеет выбор схемы и конструкции СБ и ФАР. В ИЦ им.Келдыша и Московском радиотехническом институте РАН в ходе работ по «Лампе» предложена схема «излучающего полотна», в которой элект-рогенерирующие элементы СБ и ФАР