Тезисы доклада (съезду ...)
ЛУННАЯ И ИНОПЛАНЕТНЫЕ БАЗЫ - НОВЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ
СОЗДАНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ
Тезисы
В докладе рассматриваются новые возможности создания и эксплуатации лунной и инопланетных баз, которые открываются благодаря новым прогрессивным средствам транспортировки грузов, как на базу, так и с базы на орбитальные станции. Излагаются методы малозатратной доставки на базу ракетного топлива, необходимого для возвращения персонала на Землю, воды и другого сырья, необходимого для функционирования базы и её дальнейшего развертывания, а также снабжения окололунной (инопланетной) орбитальной станции ракетным топливом в целях дозаправки КА, которые совершают посадку на базу и/или возвращают персонал и продукцию базы на Землю.
В настоящее время, благодаря принтерам объемной или 3D-печати создание лунной базы упрощается - теперь большая часть грузов, доставляемых в район развертывания базы, может быть не сложными техническими изделиями, а сырьем, которое представлено веществами не боящихся ударных перегрузок и высокотемпературного нагрева. С учетом доставки на базу простых сырьевых компонентов ракетного топлива, а не готовых сложномолекулярных продуктов, основной грузопоток будет представлять собой сырьевой материал, а доля готовых сложных технических изделий будет незначительной.
Эта структура поставок даёт возможность существенно снизить затраты на этапе строительства базы т.к. открывает возможность осуществлять снабжение поставками необходимого сырья с Земли без использования ракетных аппаратов на участке прилунения грузов. Такие простые вещества, как вода, содержащая нужные на базе кислород и водород, углеводороды, многие химические реагенты для лунных производственных комплексов, алюминий, титан и другие металлы не нуждаются в мягкой посадке на поверхность Луны. Главное, чтобы после жесткой, ударной посадки эти вещества можно было бы легко собрать и аккумулировать для последующего использования. Требуемое решение обеспечивает проект налунных (напланетных) аппаратов-накопителей сырья, подаваемого с околоземной орбиты межорбитальными буксирами. Первые предложения в этом направлении даны в конце 80-х годов прошлого века (патент US 4775120). Однако, большая громоздкость предложенной системы стала основным препятствием на пути её реализации.
В плане снижение массы и габаритов лунного или напланетного коллектора сырья (НКС) эффективным решением стало изобретение с патентным номером RU 2385275, которое обеспечивает сокращение массы и габаритов НКС до приемлемого уровня. Инновационный вариант НКС может иметь массу менее 1 тонны, что позволяет доставить его на Луну, карликовые планеты и астероиды существующими ракетами-носителями. Прямая передача потока сырья с лунной орбиты в НКС увеличивает в несколько раз массу груза, спускаемого с орбиты (за счет запасов топлива необходимого для мягкой посадки) и, соответственно, многократно увеличивает грузоподъемность разгонных блоков (РБ) или межорбитальных буксиров (МБ), отправляемых с околоземной орбиты. Например, на МБ, использующих криогенное кислородно-водородное топливо, в 2-3 раза увеличивается доля груза доставляемого на Луну, а на МБ с двигателями на высококипящем топливе доля груза возрастает в 3-4 раза.
На основе того же изобретения RU 2385275, а так же RU 2451631, к Луне может быть выведен аналогичный аппарат-накопитель сырья, но орбитального базирования с массой 3-5 тонн. Орбитальный коллектор сырья (ОКС) предназначен для захвата двух типов потоков грузов: направляемых как непосредственно с Земли так и с поверхности Луны.
Грузопоток с Луны, в свою очередь, также подразделяется на два типа: первый - это грузы земного происхождения, следующие транзитом через лунную базу, что имеет смысл на стадии развертывания базы, и второй - грузы лунного происхождения, например, вода. Эти грузопотоки создаются посредством ускорителя масс нового типа, который имеет собственную массу в пределах полутора тонн. В докладе показывается, что современные промышленные насосы высокого давления (6500-10000 бар) со скоростью выброса струи 1200-1700 м/с, представляют собой готовую основу для струйного ускорителя масс (СУМ), более перспективного, чем рельсотроны по массогабаритным, мощностным, ресурсным и прочим важным показателям. СУМ за 1 год работы при электрической мощности около 100 кВт способен перебросить до 2000 тонн воды, водных растворов и других жидкостей в низкоорбитальную группировку ОКС. Для создания струй, устойчивых в вакууме, используются переохлажденные жидкости с добавками антифризов и гелеобразователей, которые перебрасываются из СУМ в ОКС с холодной ночной стороны Луны.
В докладе показывается, что система «СУМ-НКС» может успешно использоваться для обмена ресурсами между отдельными лунными базами, разнесенными на расстояние до 2700 км. СУМ, установленный на одном из полюсов Луны, например, в кратере Шеклтона, где обнаружены запасы воды, предположительно в виде водяного льда, позволяет обеспечивать водой практически все базы, расположенные на экваторе Луны или ближе, которые оснащены стационарными или мобильными НКС. При этом возможно использование промежуточных баз-ретрансляторов сырья.
Экваториальные стартовые площадки более удобны по сравнению с полярными. Передача сырья на экваториальную базу поэтому повышает эффективность последующих транспортно-производственных операций, по созданию окололунных и околоземных орбитальных запасов ракетного топлива, а так же лунного сырья в целях производства тонкопленочных фотоэлектрических преобразователей для космических солнечных энергостанций (КСЭС). На стадии развертывания баз, передача лунного сырья производится в группировку ОКС размещенную на полярной орбите.
С экваториальных баз, вода при посредстве СУМ передается в окололунные ОКС, далее при помощи межорбитальных буксиров перебрасывается в околоземные ОКС и, соответственно, в орбитальные производственные комплексы (ОПК), где перерабатывается в ракетное топливо. Полученное топливо используется для дозаправки межорбитальных буксиров, которые обеспечивают доставку коммерческих грузов на геостационарную орбиту (спутники связи и блоки КСЭС) и на лунные базы.
Система «НКС-СУМ-ОКС», таким образом, обеспечивает создание недорогих запасов ракетного топлива не только на поверхности Луны, но и на окололунной орбите, что обеспечивает дозаправку КА, совершающих посадку на базу либо возвращающихся на Землю. Например, доля полезного груза КА (использующего высококипящее топливо) совершающего посадку на базу, при условии его дозаправки на базе перед стартом обратно на орбиту Луны, возрастает в 15 и более раз. Это обеспечивает приемлемые затраты на рейсы для регулярной смены персонала базы. В ближайшей перспективе, стоимость доставки и эвакуации персонала лунной базы может быть снижена до нынешней стоимости смены экипажа МКС.
Группировка околоземных ОКС, перехватывающая потоки лунного сырья, имеет техническую возможность использовать кинетическую энергию лунных грузов для выполнения работы по аккумуляции кислорода и азота из верхних слоев атмосферы планеты (патент US 5199671), на основе известной технологии PROFAC. На каждый 1 кг аккумулируемого воздуха ОКС должны поглотить 2,7 кг лунного сырья. Излагаются также иные варианты малогабаритных космических аппаратов-накопителей (КАН) атмосферного воздуха, совершающих работу за счет кинетической энергии лунных грузов. Показывается, что функции таких КАН могут выполнять КА с грузом лунного сырья, которые при выполнении многовиткового торможения в атмосфере для перехода на низкую околоземную орбиту используют вместо аэродинамического тормозного экрана облегченную систему аккумуляции воздуха.
В докладе показывается, что в перспективе кинетическая энергия грузопотока от Луны к Земле, может использоваться также для вывода КА с Земли (патент RU 2385275), путем передачи импульса аппаратам, предварительно поднятым на высоту 100-150 км. Для вывода каждого 1 кг груза на околоземную орбиту по этому способу требуется 1-2 кг лунного вещества, например, воды в виде шнуров из устойчивого гидрогеля (с диаметрами 1-10 мм). Здесь ракетный запуск выполняет вспомогательную функцию, что позволяет использовать одноступенчатые ракеты-носители с грузоподъемностью 35-40 процентов от стартовой массы или с обычной грузоподъемностью, но в многоразовом исполнении, за счет повышения запаса прочности.
На основании вышеизложенного делается вывод, что открытие первой лунной базы и её промышленная эксплуатация для нужд Земли может состояться значительно раньше сроков, намеченных без учета указанных инноваций.
