Для чего нам в окрестностях Земли нужна Луна и база на её поверхности? (2)
Как мы выяснили в первой части статьи, селениты способны соорудить своеобразный Perpetuum Mobile. Ну, не вечный, а только тысячелетний или более того, если экономно тратить энергию, накопленную Луной в гравитационном поле Земли. И в самом деле, система выглядит как классический PM - есть не просит, только обычную лунную воду подливать надо, а энергия растет в геометрической прогрессии - запустили селениты, к примеру, однотонный корабль, а он облетел Землю, разогнался чуток в перигее, и при возвращении к Луне, используя полезную нагрузку в качестве разгонной «струи», разгоняет другой корабль, теперь массой в 3,4 тонны. И если дальше систему раскручивать, то так можно и всю Луну на дрова по бревнышку разобрать. Разумеется, пока в этом практического смысла нет, а вот излишки лунного вещества и кинетической энергии селениты вполне могут с выгодой продавать землянам. Выгода двусторонняя - селенитам нужны готовые продуты и технические изделия что бы индустриализацию на Луне провести, а землянам нужны орбитальные ускорители из потоков лунного вещества, что бы за три цента можно было в космос грузы доставлять. Правда, землянам для полного счастья нужно еще патенты на кинетические прямоточные двигатели приобрести - без этого не смогут они использовать разгонные потоки из лунного вещества для запуска своих космических кораблей. Но и с покупкой патентов проблем не должно быть - деньги у земных банкиров и их карманных правительств еще водятся. В общем, если кому-то что-то еще непонятно в технических деталях, то в коментах где-нибудь в укромном уголке можно ликбез продолжить. А теперь вернемся к рассмотрению ранее запланированных тем.
В предыдущем обзоре вариантов развертывания гравитационно-кинетической КТС (и системы космической обороны на её основе) мы обещали рассмотреть перспективы применения КА с космическими воздушно-реактивными двигателями (ВРД) И.А. Меркулова.
Ну, так вот, напомню некоторым с короткой памятью, что космический воздушно-реактивный двигатель И.А.Меркулова - это все тот же прямоточный кинетический реактивный двигатель, который стал прототипом моего запатентованного прямоточного кинето-реактивного двигателя. Основное отличие двигателей в том, что КА с двигателем Меркулова в качестве рабочего тела используют атмосферный воздух, а КА с двигателем Майбороды используют заранее приготовленное в виде корда рабочее тело, что позволяет разгонять КА за пределами атмосферы со всеми вытекающими из этого выгодами. Использование корда вместо воздуха минимум в 4 раза увеличивает удельную энергоемкость рабочего тела, а так же снимает проблему «теплового барьера» при разгоне КА. Перечень выгод и преимуществ большой, поэтому пока ограничимся двумя пунктами.
Внеатмосферный прямоточный двигатель конечно эффективнее атмосферного, однако это не отменяет использование двигателя Меркулова в качестве одного из элементов эффективной КТС для космической обороны планеты. Вот краткая справка. Меркуловым А.И., разработан способ применения прямоточных реактивных двигателей в качестве космических воздушно-реактивных двигателей для разгона космических летательных аппаратов в верхних слоях атмосферы до скорости V=15-18 км/с (50-60 М) с целью осуществления межпланетных перелетов или для других целей, например сокращения времени перелета в околоземном пространстве [в т.ч. для укоренной в два раза доставки ядерных зарядов на другой континент - А.М.] (Известия Академии Наук СССР, ЭНЕРГЕТИКА И ТРАНСПОРТ, 1965. Проблема космических воздушно-реактивных двигателей, И.А.Меркулов, с.159-172).
В отличие от известных в то время воздушно-реактивных двигателей, двигатель Меркулова не нуждался в химических источниках энергии, так как мог полностью обеспечиваться запасом кинетической энергии инертного рабочего тела в том случае, если работа двигателя совершалась при скорости КА начиная с 30-40 М. Рассмотрим это на примере работы двигателя КА, летящего в верхних слоях атмосферы со скоростью 11 км/с. Космический ВРД Меркулова основан на полном торможении входящего воздуха - после диффузора воздушный поток затормаживается до дозвуковой скорости и практически вся кинетическая энергия переходит в тепловую. Часть энергии безвозвратно теряется в диффузоре, но как показал И.А.Меркулов, при росте скорости воздушного потока удельные потери энергии сокращаются и снижаются до приемлемых уже при 8 тыс. м/с. Поток воздуха, при скорости входа 11 тыс. м/с на каждый 1 кг при торможении выделяет в камере «сгорания» 60,5 МДж тепла. Потери составляют 7,865 МДж. В камеру из бортовых запасов КА подается дополнительное рабочее тело (дополнительная масса), например, водород. Если пропорция 1 к 1, то в итоге 52,635 МДж тепловой энергии распределяются на 2 кг рабочего тела, которые истекают из сопла со скоростью 7255 м/с.
Захват 1 кг воздуха на скорости 11 тыс. м/с создаёт тормозной импульс 11000 кг∙м/с. Выброс 2 кг смеси воздуха и инертной дополнительной массы вещества со скоростью 7255 м/с создаёт импульс тяги равный 14510 кг∙м/с. Разница импульсов деленная на добавочную массу из бортовых запасов КА даёт значение удельного импульса космического ВРД: 3510 м/с. Результат скромный, но, во-первых, он изменяется в сторону увеличения значения удельного импульса по мере разгона КА; во-вторых, здесь не используется химическое топливо, которое нужно специально готовить, а может использоваться любое удобное вещество, которое в готовом виде можно получить из естественных запасов на Луне или астероидах.
По мере разгона КА повышается удельный импульс его ВРД. На скорости 15 тыс. м/с, он вырастает до 4786 м/с. Согласно оценкам И.А.Меркулова значение импульса может быть больше (5880 м/с), но мы ограничимся результатами упрощенных расчетов.
Второй пункт не менее важен т.к. прямое использование лунной воды в качестве рабочего тела космического ВРД, без предварительного разложения её на водород и кислород на несколько порядков уменьшает массу оборудования, необходимого для производства лунного ракетного «топлива». Можно обойтись без тяжеловесных электрогенераторов, преобразующих тепловую энергию в электрическую, а так же без не менее тяжеловесного электролизного оборудования трансформирующего электрическую энергию в химическую. Таким образом, двигатель Меркулова обеспечивает предельно короткий путь трансформации потенциальной и кинетической энергий лунного вещества в тепловую, а тепловой в кинетическую энергию КА.
Теперь рассмотрим, что из себя должен представлять селенитский КА с космическим ВРД Меркулова, который предназначен для достижения скорости в перигее земной орбиты 13000, 16000, 18000 и 20000 м/с (11 тыс. км/с КА уже имеет). Если кпд принять равными 0,87, то при суммировании (интегрировании) минимальных приращений скорости, оцениваемых по формуле Циолковского, получаем следующие результаты:
при V= 13 км/с конечная масса КА равна 59% стартовой массы;
при V= 16 км/с конечная масса КА равна 31% стартовой массы;
при V= 18 км/с конечная масса КА равна 21% стартовой массы.
при V= 20 км/с конечная масса КА равна 15% стартовой массы.
Здесь еще следует учесть характеристическую скорость КА, необходимую для его запуска с Луны на геоцентрическую орбиту. Космический ВРД так же будет иметь в несколько раз большую массу, чем аналогичный ракетный двигатель. Однако, за счет использования ВРД с высоким давлением в камере «сгорания», можно добиться уравнивания массы ВРД с массой ракетного двигателя. И.А. Меркулов не исключал такой возможности. Следует так же учесть рост массы конструкции КА из-за необходимости разгона в относительно плотных слоях атмосферы, требующей применения теплозащитных оболочек. В результате, масса конструкции КА с 8% возрастет до 12-14% стартовой массы. Однако, с учетом конечной скорости и одноступенчатости КА с ВРД - это очень хороший результат. Он годится для организации экспедиций к дальним планетами.
Такие же КА с космическими ВРД будут очень эффективны на орбитах вокруг Юпитера и Сатурна. Например, если при облете Юпитера со второй космической скоростью в перицентре (59,5 км/с) космический корабль потратит на рабочее тело для работы ВРД 81% своей первоначальной массы, то в результате он достигнет скорости 101 км/с в перицентре орбиты, а при выходе из сферы действия Юпитера его скорость равна 81,4 км/с. Для достижения такого результата без прямоточного кинетического ВРД требуется полуфантастический газофазный ЯРД со скоростью истечения рабочего тела около 50 км/с. При расходе 85% стартовой массы КА достигнет в перицентре скорости более 108 км/с, а на выходе из сферы действия Юпитера - 91 км/с. Космический корабль, летящий к астероиду со скоростью почти в 100 км/с - это как раз то, что нужно для системы противоастероидной защиты Земли. Однозначно, что если кто-то думает иначе, то он криптоагент андромедян. Или есть варианты по идентификации?
Продолжение следует
В предыдущем обзоре вариантов развертывания гравитационно-кинетической КТС (и системы космической обороны на её основе) мы обещали рассмотреть перспективы применения КА с космическими воздушно-реактивными двигателями (ВРД) И.А. Меркулова.
Ну, так вот, напомню некоторым с короткой памятью, что космический воздушно-реактивный двигатель И.А.Меркулова - это все тот же прямоточный кинетический реактивный двигатель, который стал прототипом моего запатентованного прямоточного кинето-реактивного двигателя. Основное отличие двигателей в том, что КА с двигателем Меркулова в качестве рабочего тела используют атмосферный воздух, а КА с двигателем Майбороды используют заранее приготовленное в виде корда рабочее тело, что позволяет разгонять КА за пределами атмосферы со всеми вытекающими из этого выгодами. Использование корда вместо воздуха минимум в 4 раза увеличивает удельную энергоемкость рабочего тела, а так же снимает проблему «теплового барьера» при разгоне КА. Перечень выгод и преимуществ большой, поэтому пока ограничимся двумя пунктами.
Внеатмосферный прямоточный двигатель конечно эффективнее атмосферного, однако это не отменяет использование двигателя Меркулова в качестве одного из элементов эффективной КТС для космической обороны планеты. Вот краткая справка. Меркуловым А.И., разработан способ применения прямоточных реактивных двигателей в качестве космических воздушно-реактивных двигателей для разгона космических летательных аппаратов в верхних слоях атмосферы до скорости V=15-18 км/с (50-60 М) с целью осуществления межпланетных перелетов или для других целей, например сокращения времени перелета в околоземном пространстве [в т.ч. для укоренной в два раза доставки ядерных зарядов на другой континент - А.М.] (Известия Академии Наук СССР, ЭНЕРГЕТИКА И ТРАНСПОРТ, 1965. Проблема космических воздушно-реактивных двигателей, И.А.Меркулов, с.159-172).
В отличие от известных в то время воздушно-реактивных двигателей, двигатель Меркулова не нуждался в химических источниках энергии, так как мог полностью обеспечиваться запасом кинетической энергии инертного рабочего тела в том случае, если работа двигателя совершалась при скорости КА начиная с 30-40 М. Рассмотрим это на примере работы двигателя КА, летящего в верхних слоях атмосферы со скоростью 11 км/с. Космический ВРД Меркулова основан на полном торможении входящего воздуха - после диффузора воздушный поток затормаживается до дозвуковой скорости и практически вся кинетическая энергия переходит в тепловую. Часть энергии безвозвратно теряется в диффузоре, но как показал И.А.Меркулов, при росте скорости воздушного потока удельные потери энергии сокращаются и снижаются до приемлемых уже при 8 тыс. м/с. Поток воздуха, при скорости входа 11 тыс. м/с на каждый 1 кг при торможении выделяет в камере «сгорания» 60,5 МДж тепла. Потери составляют 7,865 МДж. В камеру из бортовых запасов КА подается дополнительное рабочее тело (дополнительная масса), например, водород. Если пропорция 1 к 1, то в итоге 52,635 МДж тепловой энергии распределяются на 2 кг рабочего тела, которые истекают из сопла со скоростью 7255 м/с.
Захват 1 кг воздуха на скорости 11 тыс. м/с создаёт тормозной импульс 11000 кг∙м/с. Выброс 2 кг смеси воздуха и инертной дополнительной массы вещества со скоростью 7255 м/с создаёт импульс тяги равный 14510 кг∙м/с. Разница импульсов деленная на добавочную массу из бортовых запасов КА даёт значение удельного импульса космического ВРД: 3510 м/с. Результат скромный, но, во-первых, он изменяется в сторону увеличения значения удельного импульса по мере разгона КА; во-вторых, здесь не используется химическое топливо, которое нужно специально готовить, а может использоваться любое удобное вещество, которое в готовом виде можно получить из естественных запасов на Луне или астероидах.
По мере разгона КА повышается удельный импульс его ВРД. На скорости 15 тыс. м/с, он вырастает до 4786 м/с. Согласно оценкам И.А.Меркулова значение импульса может быть больше (5880 м/с), но мы ограничимся результатами упрощенных расчетов.
Второй пункт не менее важен т.к. прямое использование лунной воды в качестве рабочего тела космического ВРД, без предварительного разложения её на водород и кислород на несколько порядков уменьшает массу оборудования, необходимого для производства лунного ракетного «топлива». Можно обойтись без тяжеловесных электрогенераторов, преобразующих тепловую энергию в электрическую, а так же без не менее тяжеловесного электролизного оборудования трансформирующего электрическую энергию в химическую. Таким образом, двигатель Меркулова обеспечивает предельно короткий путь трансформации потенциальной и кинетической энергий лунного вещества в тепловую, а тепловой в кинетическую энергию КА.
Теперь рассмотрим, что из себя должен представлять селенитский КА с космическим ВРД Меркулова, который предназначен для достижения скорости в перигее земной орбиты 13000, 16000, 18000 и 20000 м/с (11 тыс. км/с КА уже имеет). Если кпд принять равными 0,87, то при суммировании (интегрировании) минимальных приращений скорости, оцениваемых по формуле Циолковского, получаем следующие результаты:
при V= 13 км/с конечная масса КА равна 59% стартовой массы;
при V= 16 км/с конечная масса КА равна 31% стартовой массы;
при V= 18 км/с конечная масса КА равна 21% стартовой массы.
при V= 20 км/с конечная масса КА равна 15% стартовой массы.
Здесь еще следует учесть характеристическую скорость КА, необходимую для его запуска с Луны на геоцентрическую орбиту. Космический ВРД так же будет иметь в несколько раз большую массу, чем аналогичный ракетный двигатель. Однако, за счет использования ВРД с высоким давлением в камере «сгорания», можно добиться уравнивания массы ВРД с массой ракетного двигателя. И.А. Меркулов не исключал такой возможности. Следует так же учесть рост массы конструкции КА из-за необходимости разгона в относительно плотных слоях атмосферы, требующей применения теплозащитных оболочек. В результате, масса конструкции КА с 8% возрастет до 12-14% стартовой массы. Однако, с учетом конечной скорости и одноступенчатости КА с ВРД - это очень хороший результат. Он годится для организации экспедиций к дальним планетами.
Такие же КА с космическими ВРД будут очень эффективны на орбитах вокруг Юпитера и Сатурна. Например, если при облете Юпитера со второй космической скоростью в перицентре (59,5 км/с) космический корабль потратит на рабочее тело для работы ВРД 81% своей первоначальной массы, то в результате он достигнет скорости 101 км/с в перицентре орбиты, а при выходе из сферы действия Юпитера его скорость равна 81,4 км/с. Для достижения такого результата без прямоточного кинетического ВРД требуется полуфантастический газофазный ЯРД со скоростью истечения рабочего тела около 50 км/с. При расходе 85% стартовой массы КА достигнет в перицентре скорости более 108 км/с, а на выходе из сферы действия Юпитера - 91 км/с. Космический корабль, летящий к астероиду со скоростью почти в 100 км/с - это как раз то, что нужно для системы противоастероидной защиты Земли. Однозначно, что если кто-то думает иначе, то он криптоагент андромедян. Или есть варианты по идентификации?
Продолжение следует