Видео-концепт к патентам на способ работы орбитального КА-накопителя «Орбитрон»
Click to viewКонцепт работы орбитального КА-накопителя «Орбитрон» с искусственной подачей накапливаемого вещества при помощи многоразовой суборбитальной ракеты
Подаваемый в орбитальный коллектор газ заключен в газ-холдер - тонкостенную цилиндрическую оболочку из сверхпрочного полиэтилена (предел прочности 1,8ГПа, запас прочности принят трехкратным). Давление газа - 1-10 КПа. Длина оболочки - 100-1000 м. При необходимости могут использоваться держатели газа протяженностью 10-20 тыс. м. Плотность газообразного рабочего тела - 0,01 кг/м3. Масса оболочки - 6-10% массы газа (вместе с тем, экономически выгодными могут быть и газ-холдеры, у которых масса больше массы удерживаемого газа).
Оболочка одноразовая - разрушается ударной волной (в анимации условно показана неразрушаемой). Теоретически возможно использование многоразовых оболочек.
Стоимость материала оболочки 15 долл./кг. Динамическое давление, оказываемое потоком газа на плоские участки конструкции коллектора, находится в пределах 3-30 бар.
Для уменьшения массы оболочки желательно использовать газы с высокой молекулярной массой при температуре близкой к точке их замерзания в смеси с аэрозолями. При помощи газ-холдеров выгодно создавать на пути КА-накопителей (орбитальных коллекторов) концентрации из следующих газов: кислород, аргон, пропан, бутан, дифтордихлорметан, бороводороды, силаны, гексафторид серы, тетрагидрид свинца, гексафторид урана и т.п.
На видео-схеме суборбитальная ракета-носитель поднимает свернутую оболочку на заданную высоту, где её разворачивают и наполняют газом из микробалонов, прикрепленных к оболочке (ракета возвращается на стартовую площадку). К моменту достижения наивысшей точки подъема, оболочка максимально наполняется. В точке остановки подъема включаются коррекционные двигатели, размещенные равномерно вдоль оболочки, чтобы обеспечить зависание на заданной высоте, которая соответствует высоте орбиты КА-накопителя. Время зависания - 3-5 секунд. В таком положении оболочка образует газонаполненный канал на пути орбитального коллектора.
КА-накопитель, оснащенный гиперзвуковым диффузором, пробивает тонкую мембрану на торце цилиндра газ-холдера (слева на кадре видео), проходит внутри трубы, собирая встречный газ с аэрозолем, и выходит с противоположного (правого в кадре) конца трубы, пробивая торцевую мембрану. Диаметр оболочки больше диаметра КА и поэтому масса оболочки не захватывается коллектором и не пополняет орбитальные запасы вещества.
При захвате газа, коллектор теряет часть кинетической энергии. Восстановление затраченной энергии производится за счет двигательной установки с электроракетными двигателями (уд. имп. 16000-32000 м/с). Энергоснабжение ЭРД осуществляется при бортовой солнечной электорстанции, состоящей из бескаркасных тонкопленочных солнечных батарей (уд. мощность 2-5 кВт/кг) с центробежной системой раскрытия и стабилизации. В моменты забора газов из газ-холдеров, пленочные батареи свернуты в рулоны. После прохождения газового канала, батареи фотоэлектрических преобразователей раскручиваются и работают до следующей встречи с суборбитальным газ-холдером.
UPD для тех, кто не в теме.
Специалисты НАСА возлагали большие надежды на систему PROFAC в деле освоения Луны и Марса. Однако, реализацию системы заморозили из-за необходимости использования ядерного реактора на низковысотном коллекторе воздуха (высота его орбиты 105-120 км, при требованиях безопасности размещать ядерные комплексы выше 800 км). Теперь предложена модернизированная система орбитальных коллекторов, которая может быть реализована, с учетом имеющегося задела за 3-5 лет. Дорога на Луну и к Марсу открыта. Но технический уровень специалистов упал, до уровня инженеров одной межгалактической цивилизации - умеют эксплуатировать старые звездолеты, но не умеют их строить и даже перестали понимать как они работают и что можно улучшить в их работе (Isaac Asimov, Foundation?). Таковы дела на этой планете...