Какая польза от буксира с ядерным источником энергии на орбите вокруг Луны? Часть 3
Продолжение статьи " Какая польза от буксира с ядерным источником энергии на орбите вокруг Луны? Часть 2"
Итак, мы установили, что в качестве рабочего тела ЭРД, орбитальные накопители помимо воды и кислорода, а также веществ, доставляемых с Земли, могут использовать магний и кальций, извлекаемые из реголита на борту накопителя.
Данные по типам рабочего тела для варианта с доставкой его с Земли приведены в таблице.
Наиболее перспективными рабочими телами для ЭРД в условиях Луны, являются магний и кальций. Обычно в качестве рабочего тела в ЭРДУ используется ксенон, висмут, можно использовать ртуть, т.е. вещества, с большой атомной массой. Вместе с тем, в РКК «Энергия» испытывался электроракетный двигатель с литиевым рабочим телом мощностью 500 кВт, на котором были получены вполне удовлетворительные характеристики. Разработчики указывают, что замена лития на магний (содержание в реголите 4,6-5,8% или в среднем 89 кг/м3 грунта) или кальций (7,9-10,7% или в среднем 150 кг/м3 грунта), добываемые на лунной базе, не приведет к заметному ухудшению тяговых и энергетических характеристик, так как потенциалы ионизации этих металлов близки. Вместе с тем, экономия затрат на выведение и транспортировку 8-9 т рабочего тела с земной орбиты на окололунную будут существенны. В лунном грунте эти вещества содержатся в достаточном количестве и, в среднем, их совокупная доля составляет 12,5%. Таким образом, при использовании Mg и Ca в количестве 1/8 от массы реголита, поступающего на борт накопителя со скоростью входа 1680 м/с, удельный импульс ЭРД должен быть равен 13440 м/с. В этом варианте 87,5% массы, поглощенной накопителем, в том числе до 40% кислорода, остаются на борту КА.
Для использования электроракетного двигателя с рабочим телом на основе Mg и Ca мощностью 500 кВт, достаточно использовать пару ЯЭУ «Эльбрус-400/200», с незначительным форсированием мощности каждого из них. Масса буксира с двумя ЯЭУ «Эльбрус-400/200» должна быть около 23000 кг. За 1 год работы орбитальный накопитель поглотит 699 тонн реголита и после переработки и расхода Mg и Ca в количестве 87 тонн, создаст запас сырья массой 612 тонны. Доля О2 в этом запасе достигает 245 тонн, что в 11 раз превышает массу орбитального накопителя. К этой массе окислителя добавляется масса ракетного горючего в виде порошкообразных кремния и алюминия. Всего масса накопленного сырья, за возможные двадцать лет работы ЯЭУ «Эльбрус-400/200», составит 12240 тонн, что 530 раз превышает массу орбитального накопителя лунного вещества. Большая часть этой массы вещества, переработочного в ракетное топливо, может направляться на низкую околоземную орбиту и использоваться для вывода грузов с Земли в космос по схеме Еськова-Флорова, а также для доставки грузов с НОЗ на НОЛ при помощи бустеров, а затем на лунную базу. При таком способе транспортировки грузов на лунную базу возможно десятикратное снижение расходов.
Продолжение следует.
Итак, мы установили, что в качестве рабочего тела ЭРД, орбитальные накопители помимо воды и кислорода, а также веществ, доставляемых с Земли, могут использовать магний и кальций, извлекаемые из реголита на борту накопителя.
Данные по типам рабочего тела для варианта с доставкой его с Земли приведены в таблице.
Наиболее перспективными рабочими телами для ЭРД в условиях Луны, являются магний и кальций. Обычно в качестве рабочего тела в ЭРДУ используется ксенон, висмут, можно использовать ртуть, т.е. вещества, с большой атомной массой. Вместе с тем, в РКК «Энергия» испытывался электроракетный двигатель с литиевым рабочим телом мощностью 500 кВт, на котором были получены вполне удовлетворительные характеристики. Разработчики указывают, что замена лития на магний (содержание в реголите 4,6-5,8% или в среднем 89 кг/м3 грунта) или кальций (7,9-10,7% или в среднем 150 кг/м3 грунта), добываемые на лунной базе, не приведет к заметному ухудшению тяговых и энергетических характеристик, так как потенциалы ионизации этих металлов близки. Вместе с тем, экономия затрат на выведение и транспортировку 8-9 т рабочего тела с земной орбиты на окололунную будут существенны. В лунном грунте эти вещества содержатся в достаточном количестве и, в среднем, их совокупная доля составляет 12,5%. Таким образом, при использовании Mg и Ca в количестве 1/8 от массы реголита, поступающего на борт накопителя со скоростью входа 1680 м/с, удельный импульс ЭРД должен быть равен 13440 м/с. В этом варианте 87,5% массы, поглощенной накопителем, в том числе до 40% кислорода, остаются на борту КА.
Для использования электроракетного двигателя с рабочим телом на основе Mg и Ca мощностью 500 кВт, достаточно использовать пару ЯЭУ «Эльбрус-400/200», с незначительным форсированием мощности каждого из них. Масса буксира с двумя ЯЭУ «Эльбрус-400/200» должна быть около 23000 кг. За 1 год работы орбитальный накопитель поглотит 699 тонн реголита и после переработки и расхода Mg и Ca в количестве 87 тонн, создаст запас сырья массой 612 тонны. Доля О2 в этом запасе достигает 245 тонн, что в 11 раз превышает массу орбитального накопителя. К этой массе окислителя добавляется масса ракетного горючего в виде порошкообразных кремния и алюминия. Всего масса накопленного сырья, за возможные двадцать лет работы ЯЭУ «Эльбрус-400/200», составит 12240 тонн, что 530 раз превышает массу орбитального накопителя лунного вещества. Большая часть этой массы вещества, переработочного в ракетное топливо, может направляться на низкую околоземную орбиту и использоваться для вывода грузов с Земли в космос по схеме Еськова-Флорова, а также для доставки грузов с НОЗ на НОЛ при помощи бустеров, а затем на лунную базу. При таком способе транспортировки грузов на лунную базу возможно десятикратное снижение расходов.
Продолжение следует.