Техника - молодёжи 2002-01, страница 13
Юрий ЕСЬКОВ, член-корреспондент Академии космонавтики имени К.Э. Циолковского ^^МНИЧЕГО НЕВОЗМОЖНОГО ■ ■■ 10ОО и 10ОО т. В дал ь- I ■ нейшем изготовле-I ■ ние их (как и сверх-I | чистого кремния) в космосе тоже можно будет рассмотреть, но на этом, первом, этапе они доставляются с Земли. Собственно лунное производство, которое и обсуждается далее, должно обеспечивать выработку 25 (а с учетом возможности изготовления опор — 30) тыс. т железа. Конечно, было бы идеальным изготовить на месте вообще все, но — опираясь на реальные технологии — технологическое оборудование, а также компоненты жилого комплекса и инфраструктуры космодрома в основном доставляются с Земли. Это осуществляется двухзвенной грузовой ТКС (см. «ТМ», № 4 за 2001 г), все космические аппараты которой работают на лунном топливе. В качестве видов топлива ЛР приняты двухкомпонентные: кремний + кислород и алюминий + кислород. Окислитель — жидкий (криогенный) кислород — перед подачей в камеру сгорания охлаждает околокритическую часть сопла и стенки камеры, после чего, вместе с порошкообразным горючим — кремнием, подается в камеру сгорания. Аналогично устроен и двигатель (условно — ЖРД) на компонентах алюминий + кислород, где горючее — также порошкообразный алюминий. Кислород используется и как рабочее тело электроракетного двигателя межорбитапьного буксира. Незначительное количество кислорода используется также в жилом комплексе. Количественной характеристикой эффективности такой ТКС является отношение массы доставленного на поверхность Луны груза Мгр к массе лунных то-плив ЛР и МБ — Млт (с учетом многоразовое™ ЛР и МБ, в том числе затрат на транспортировку рабочего тела МБ на окололунную орбиту с помощью ЛР). Приняты следующие параметры ТКС: массы ЛР и МБ — по 200 т (заправленные); «сухие» массы — 20 и 40 т, соответственно; мощность СБ МБ — 10 МВт; масса СБ — 20 т. Баллистические энергозатраты в двустороннем рейсе ЛР — 4 км/с и МБ — 16 км/с. Удельный импульс тяги ЖРД Л Р — 250 с (скорость истечения струи из сопла — 2,5 км/с); удельный импульс ЭРД — 8000 с. При этих предпосылках выявилось, что для доставки массы полезного груза в 1 т Мпг на поверхность Луны с околоземной орбиты суммарная масса топлива Млт (включая топливо — рабочее тело ЭРД МБ) составит 6 т; то есть Млт / Мпг = 6. Функционирование ЛЭС по полной программе возможно только после того, как будут развернуты наземные прием-но-преобразовательные антенны (рек-тенны), выведен на геостационарную орбиту отражатель-ретранслятор массой примерно 70 т и завершено создание собственно лунного энергоизлуча-тельного комплекса (ЭИК), жилого комплекса и лунного космодрома. РЕСУРСЫ ПОЗВОЛЯЮТ. Собственно лунное производство состоит из ряда «заводов», сильно различающихся как по типу и номенклатуре исходных продуктов и полуфабрикатов, так и по конечному продукту. Основной исходный составляет 36%, а доля самого ильменита в реголите — 10%. Существенное повышение доли железа в исходном сырье достигается обогащением — магнитной обработкой реголита. Это предопределяет и структуру заводов, и масштабы переработки сырья, исходя из того, что из ильменита, полученного обогащением реголита, извлекается на отдельном заводе только железо (полуфабрикат для ЭИК); все остальное отправляется в отходы. Ракетное топливо (криогенный кислород и порошкообразные кремний и алюминий) — полностью готовый продукт — производится на другом заводе. Детально производство железа здесь не рассматривается. Предполагается, что железо восстанавливается из ильменита водородом (при 800°С), а из получившейся воды электролизом выделяется кислород. Оставшаяся твердая двуокись титана сбрасывается в отвал (возможно, в карьер, где добывался исходный реголит), газообразный кислород — в атмосферу (разумеется, можно предусмотреть дальнейшее использование всех «отходов», но нужно посчитать, оправдает ли ожидаемый эффект усложнение конструкции; в конце концов, отвалы могут подождать, а кислорода у нас будет даже много); водород же после электролиза возвращается в замкнутый контур к началу процесса. Для «запуска» процесса определен- «Безжелез-ный» реголит ' Г' Газообразный SIF< тт + - Твердые фториды Твердые фториды
SI ГоП А| Соединения Na, Саидр. Ракетное топливо 2. Структурная схема завода ракетного топлива. материал завода №1 (лунное сырье) — базальтоподобный реголит в сильно раздробленном виде (диаметр частиц — 0,1 — 0,3 мм). Химический состав реголита, кислорода — 41%, кремния — 21 %, алюминия — 7%, железа — до 13% (в среднем — 10%); кроме того, в его состав входят в заметных количествах кальций и магний (8 и 6 %, соответственно, а также ряд других элементов). С точки зрения лунного производства сырье имеет следующие особенности. 1. Почти на 70% реголит представляет собой «лунное ракетное топливо» (хотя и с неоптимальным, с точки зрения ЖРД, соотношением окислителя и горючего). 2. Большая часть железа, являющегося основным массообразующим элементом ЭИКа (передающей антенны) сосредоточена в ильмените (титанистом железняке FeTiOs), где доля железа ное количество водорода доставляется с Земли в составе компактных соединений, удобных для космической транспортировки (вода или гидрид калия). Производство железа будет осуществляться на заводе №3 (рис. 1). Для производства потребных 30 тыс. т железа необходимо 90 тыс. т ильменита, для чего, в свою очередь, объем переработки исходного реголита должен составлять свыше 900 тыс. т. При массе «хвостов», оставшихся после извлечения ильменита (800 тыс. т), и доле топлива 70% общая масса лунного топлива может составлять свыше 560 тыс. т. Если оценивать долю топлива для доставки и смены персонала базы в 10% от общего его количества, то реальный располагаемый объем топлива только для грузовых перевозок составит более 500 тыс. т. Это позволит доставить на поверхность Луны оборудование заводов, жилого комплекса и космодрома общей массой до 85 тыс. т. Как показали предваритель ТЕХНИКА-МОЛОДЕЖИ 1 ' 2 0 0 2 13 |
