Краткое описание: Проект КТС «Орбитрон»
Краткое описание: Проект космической транспортной системы «Орбитрон»
Александр Майборода, компания AVANTA Consulting.
КТС «Орбитрон» предназначена для малозатратной доставки компонентов ракетного топлива и технологического сырья на орбитальные автоматические заправочные станции (АЗС), космические аппараты (КА) и производственные платформы. Цена доставки составит 5-10% от уровня текущих цен вывода грузов на низкую околоземную орбиту.
Проект защищён патентами: US 8882047 B2, EP2390188 (Great Britain, Germany, France), RU2398717, 99230 (Украина), ЕАПО 017577 (Беларусь).
История вопроса.
Прототипом КТС «Орбитрон» является орбитальный КА-накопитель газов PROFAC, предложенный Стержем Деметриадисом в 1959 году. Орбитальный КА-накопитель атмосферного кислорода разрабатывался в США и СССР, как важный элемент малозатратного обеспечения топливом группировок космических аппаратов и обеспечения свободы маневра КА в космосе. Однако, система PROFAC предусматривала использование бортовой ядерной электростанции при очень низкой высоте орбиты (120 км) и, по причине международного запрета размещения ядерных устройств на орбитах с высотами ниже 800 км, НИОКР по системе PROFAC были прекращены.
Суть проекта.
КТС «Орбитрон» - модификация системы PROFAC, которая обеспечивает эффективную работу орбитального КА-накопителя газов на высоте более 800 км в варианте с ядерным реактором, и на высотах 200-300 км в варианте с солнечными батареями. Запатентована в США, Великобритании, Германии, Франции, России, Украине, Беларуси.
КТС состоит из двух частей. Первая часть космическая, орбитального базирования, вторая часть аэрокосмическая, наземного базирования.
Орбитальная часть - спутник или орбитальный коллектор, снабженный гиперзвуковым диффузором-сборником газов, системой их охлаждения и накопления, а также энергодвигательной установкой на основе электроракетных двигателей (ЭРД) и бескаркасной системы тонкопленочных солнечных батарей с центробежным способом развертывания и стабилизации.
Аэрокосмическая часть - суборбитальные многоразовые ракеты-носители (СМРН), использующие ракетные двигатели для «гашения» суборбитальной скорости и последующей безударной посадки. Аэрокосмическая часть предназначена для создания на пути перед орбитальным коллектором газонаполненного канала, «дорожки» или трека с повышенной концентрацией вещества (0,01-0,1 кг/м3), по сравнению с окружающим безвоздушным пространством. Для создания газового канала используют цилиндрические газ-холдеры, изготовленные из относительно недорогого высокопрочного тонкопленочного материала, например, высокомолекулярного полиэтилена. Масса газ-холдера равна 6% массы газа.
Газ-холдеры поднимаются на высоту орбиты коллектора посредством СМРН, наводимых противоспутниковой системой, где наполняются газом и разворачиваются (на длину 100-1000 м), а затем точно позиционируются при помощи группы микродвигателей. Коллектор пробивает торцевую мембрану газ-холдера, проходит канал с газом, собирая его гиперзвуковым диффузором, и выходит из канала, пробивая вторую торцевую мембрану. Оболочка разрушается ударной волной, а система микродвигателей спускается на Землю, собирается, проходит обслуживание и используется повторно.
Орбитальный коллектор, захватывая газ, получает тормозной импульс и изменяет орбиту, например, переходит с первоначальной круговой орбиты на высоте 300 км, на эллиптическую, с перигеем на высоте 200 км. В перигее на его пути снова создается горизонтальный газовый столб, захватывая который, коллектор переходит на круговую орбиту с высотой 200 км. С этой круговой орбиты, за счет малой тяги ЭРД, питаемых от электрических аккумуляторов, коллектор по спиральной траектории поднимается и переходит с круговой орбиты высотой 200 км на круговую орбиту высотой 300 км. На этой высоте он стыкуется с межорбитальным КА, в который перекачивается аккумулированное вещество. Здесь же раскручивают рулоны тонкопленочных солнечных батарей и производят зарядку аккумуляторов. По завершению зарядки солнечные батареи сворачиваются, и коллектор становится готовым к повторению цикла.
Во время спирального подъема производится реконструкция поверхности гиперзвукового диффузора в целях устранения эрозии. Поверхность обновляется за счет плазменного напыления металлов и/или применением технологии 3D-печати металлом. Объем реконструкции незначителен, т.к. давление при захвате гиперзвукового потока составляет всего 3-30 атм., а нагрев длится 0,01-0,1 сек.
СМРН, благодаря небольшой характеристической скорости, имеет запас топлива, достаточный для «гашения» ракетными двигателями суборбитальной скорости при спуске и безударной посадки. Например, СМРН на базе 1-й ступени РН «Зенит-2», при запасе топлива необходимого для возвращения за счет двигателей, доставит на высоту 300 км до 126 т груза, что в 9 раз больше полезной нагрузки РН «Зенит-2» при меньших затратах на пуск. Вместе с тем, для начала коммерциализации проекта достаточны СМРН с грузоподъемности около 100 кг.
Простейший вариант КТС «Орбитрон» снижает цену доставки грузов на орбитальную станции до 5% от средней действующей, что видно в формуле ценообразования:
где Ц - цена доставки на орбитальную станцию; СРН - стоимость ракеты; СО - стоимость стартового и прочего обслуживания РН, К - количество пусков РН; М - масса полезного груза РН.
Для условной одноразовой ракеты Ц = 10 000 долл./кг, при условии, что СРН = 7 млн. долл., СО = 3 млн. долл., К = 1; М = 1000 кг.
Для варианта системы «Орбитрон» с многоразовыми суборбитальными РН, Ц = 411 долл./кг, при условии, что К = 10, СРН = 7 млн. долл.; СО = 3 млн. долл., М = 9000 кг.
К этой величине добавляется амортизация орбитального КА-накопителя, которая в зависимости от грузопотока и рабочего ресурса может находиться в пределах от 10 до 500 долл./кг и не увеличивает результирующую цену вывода грузов на орбиту свыше 1000 долл./кг. Вместе с тем, при цене доставки сырья ниже 3000 долл./кг, по расчетам Сибирского отделения РАН, становится рентабельным производство пленочных фотоэлектрических преобразователей на орбитальных технологических модулях для наземных потребителей, что открывает доступ на рынок солнечных батарей с объемом продаж больше 100 млрд. долл. в год. В совокупности с услугами по дозаправке межорбитальных бустеров, доставляющих КА на ГСО, объемом 5 млрд. долл./год, и дозаправке буксиров, необходимых для реализации планов ряда стран по созданию ССЭС, обеспечивается доходность достаточная для коммерциализации проекта КТС «Орбитрон».
Инвестиции первого этапа R&D проекта «Орбитрон»
Этапы рабочего процесса:
эскизное проектирование;
•компьютерное моделирование процессов;
•изготовление демонстрационной модели коллектора; стендовые испытания, доработка;
•изготовление коллектора в версии микроспутника для орбитальных испытаний, доработка.
Разработка модели франчайзинга.
Поддержание действия зарубежных патентов (ЕС и США) и завершения процесса получения новых патентов в США: 11 тыс. долл. в 2015 году.
Требуемые ресурсы: денежные средства в сумме 40 млн. руб. (1-й этап длительностью 1 год).
Продажи
Компания AVANTA Consulting планирует по завершению первого этапа вести торговлю лицензиями в странах, в которых запатентована технология «Орбитрон», и торговать франшизами в других странах, а также производить (используя подрядчиков) и продавать расходные материалы, оборудование наземной части и ключевые агрегаты орбитального коллектора для установки на КА заказчиков.
Видео-приложение
Александр Майборода, компания AVANTA Consulting.
КТС «Орбитрон» предназначена для малозатратной доставки компонентов ракетного топлива и технологического сырья на орбитальные автоматические заправочные станции (АЗС), космические аппараты (КА) и производственные платформы. Цена доставки составит 5-10% от уровня текущих цен вывода грузов на низкую околоземную орбиту.
Проект защищён патентами: US 8882047 B2, EP2390188 (Great Britain, Germany, France), RU2398717, 99230 (Украина), ЕАПО 017577 (Беларусь).
История вопроса.
Прототипом КТС «Орбитрон» является орбитальный КА-накопитель газов PROFAC, предложенный Стержем Деметриадисом в 1959 году. Орбитальный КА-накопитель атмосферного кислорода разрабатывался в США и СССР, как важный элемент малозатратного обеспечения топливом группировок космических аппаратов и обеспечения свободы маневра КА в космосе. Однако, система PROFAC предусматривала использование бортовой ядерной электростанции при очень низкой высоте орбиты (120 км) и, по причине международного запрета размещения ядерных устройств на орбитах с высотами ниже 800 км, НИОКР по системе PROFAC были прекращены.
Суть проекта.
КТС «Орбитрон» - модификация системы PROFAC, которая обеспечивает эффективную работу орбитального КА-накопителя газов на высоте более 800 км в варианте с ядерным реактором, и на высотах 200-300 км в варианте с солнечными батареями. Запатентована в США, Великобритании, Германии, Франции, России, Украине, Беларуси.
КТС состоит из двух частей. Первая часть космическая, орбитального базирования, вторая часть аэрокосмическая, наземного базирования.
Орбитальная часть - спутник или орбитальный коллектор, снабженный гиперзвуковым диффузором-сборником газов, системой их охлаждения и накопления, а также энергодвигательной установкой на основе электроракетных двигателей (ЭРД) и бескаркасной системы тонкопленочных солнечных батарей с центробежным способом развертывания и стабилизации.
Аэрокосмическая часть - суборбитальные многоразовые ракеты-носители (СМРН), использующие ракетные двигатели для «гашения» суборбитальной скорости и последующей безударной посадки. Аэрокосмическая часть предназначена для создания на пути перед орбитальным коллектором газонаполненного канала, «дорожки» или трека с повышенной концентрацией вещества (0,01-0,1 кг/м3), по сравнению с окружающим безвоздушным пространством. Для создания газового канала используют цилиндрические газ-холдеры, изготовленные из относительно недорогого высокопрочного тонкопленочного материала, например, высокомолекулярного полиэтилена. Масса газ-холдера равна 6% массы газа.
Газ-холдеры поднимаются на высоту орбиты коллектора посредством СМРН, наводимых противоспутниковой системой, где наполняются газом и разворачиваются (на длину 100-1000 м), а затем точно позиционируются при помощи группы микродвигателей. Коллектор пробивает торцевую мембрану газ-холдера, проходит канал с газом, собирая его гиперзвуковым диффузором, и выходит из канала, пробивая вторую торцевую мембрану. Оболочка разрушается ударной волной, а система микродвигателей спускается на Землю, собирается, проходит обслуживание и используется повторно.
Орбитальный коллектор, захватывая газ, получает тормозной импульс и изменяет орбиту, например, переходит с первоначальной круговой орбиты на высоте 300 км, на эллиптическую, с перигеем на высоте 200 км. В перигее на его пути снова создается горизонтальный газовый столб, захватывая который, коллектор переходит на круговую орбиту с высотой 200 км. С этой круговой орбиты, за счет малой тяги ЭРД, питаемых от электрических аккумуляторов, коллектор по спиральной траектории поднимается и переходит с круговой орбиты высотой 200 км на круговую орбиту высотой 300 км. На этой высоте он стыкуется с межорбитальным КА, в который перекачивается аккумулированное вещество. Здесь же раскручивают рулоны тонкопленочных солнечных батарей и производят зарядку аккумуляторов. По завершению зарядки солнечные батареи сворачиваются, и коллектор становится готовым к повторению цикла.
Во время спирального подъема производится реконструкция поверхности гиперзвукового диффузора в целях устранения эрозии. Поверхность обновляется за счет плазменного напыления металлов и/или применением технологии 3D-печати металлом. Объем реконструкции незначителен, т.к. давление при захвате гиперзвукового потока составляет всего 3-30 атм., а нагрев длится 0,01-0,1 сек.
СМРН, благодаря небольшой характеристической скорости, имеет запас топлива, достаточный для «гашения» ракетными двигателями суборбитальной скорости при спуске и безударной посадки. Например, СМРН на базе 1-й ступени РН «Зенит-2», при запасе топлива необходимого для возвращения за счет двигателей, доставит на высоту 300 км до 126 т груза, что в 9 раз больше полезной нагрузки РН «Зенит-2» при меньших затратах на пуск. Вместе с тем, для начала коммерциализации проекта достаточны СМРН с грузоподъемности около 100 кг.
Простейший вариант КТС «Орбитрон» снижает цену доставки грузов на орбитальную станции до 5% от средней действующей, что видно в формуле ценообразования:
где Ц - цена доставки на орбитальную станцию; СРН - стоимость ракеты; СО - стоимость стартового и прочего обслуживания РН, К - количество пусков РН; М - масса полезного груза РН.
Для условной одноразовой ракеты Ц = 10 000 долл./кг, при условии, что СРН = 7 млн. долл., СО = 3 млн. долл., К = 1; М = 1000 кг.
Для варианта системы «Орбитрон» с многоразовыми суборбитальными РН, Ц = 411 долл./кг, при условии, что К = 10, СРН = 7 млн. долл.; СО = 3 млн. долл., М = 9000 кг.
К этой величине добавляется амортизация орбитального КА-накопителя, которая в зависимости от грузопотока и рабочего ресурса может находиться в пределах от 10 до 500 долл./кг и не увеличивает результирующую цену вывода грузов на орбиту свыше 1000 долл./кг. Вместе с тем, при цене доставки сырья ниже 3000 долл./кг, по расчетам Сибирского отделения РАН, становится рентабельным производство пленочных фотоэлектрических преобразователей на орбитальных технологических модулях для наземных потребителей, что открывает доступ на рынок солнечных батарей с объемом продаж больше 100 млрд. долл. в год. В совокупности с услугами по дозаправке межорбитальных бустеров, доставляющих КА на ГСО, объемом 5 млрд. долл./год, и дозаправке буксиров, необходимых для реализации планов ряда стран по созданию ССЭС, обеспечивается доходность достаточная для коммерциализации проекта КТС «Орбитрон».
Инвестиции первого этапа R&D проекта «Орбитрон»
Этапы рабочего процесса:
эскизное проектирование;
•компьютерное моделирование процессов;
•изготовление демонстрационной модели коллектора; стендовые испытания, доработка;
•изготовление коллектора в версии микроспутника для орбитальных испытаний, доработка.
Разработка модели франчайзинга.
Поддержание действия зарубежных патентов (ЕС и США) и завершения процесса получения новых патентов в США: 11 тыс. долл. в 2015 году.
Требуемые ресурсы: денежные средства в сумме 40 млн. руб. (1-й этап длительностью 1 год).
Продажи
Компания AVANTA Consulting планирует по завершению первого этапа вести торговлю лицензиями в странах, в которых запатентована технология «Орбитрон», и торговать франшизами в других странах, а также производить (используя подрядчиков) и продавать расходные материалы, оборудование наземной части и ключевые агрегаты орбитального коллектора для установки на КА заказчиков.
Видео-приложение
Click to view