Этапы строительства марсианской базы по новой технологии. Часть 3
Триада колоний Фобоса, Деймоса и Луны - условие эффективной эксплуатации энергетических и сырьевых ресурсов космоса.
Луны Марса богаты углеродом. Луна Земли не имеет запасов углерода, что затрудняет развитие лунной металлургии и химической промышленности. А без лунной промышленности очень дорого будет обходиться доставка конструкционных материалов с Земли для сооружения спутниковых солнечных энергостанций. Солнечная энергетика с элементами космического базирования - сегмент рынка энергетического оборудования перспективы развития которого оцениваются в среднем до 700 млрд. долл./год. Поэтому решение проблемы дефицита углерода на Луне - важное направление развития космической индустрии. В предыдущих частях программы было обосновано, что Фобос и Деймос имеют все основания стать карьерами по добыче сырья для околоземной космической промышленности.
В качестве угольных копий марсианские луны должны быть более перспективны, чем углекислый газ атмосферы Марса, требующий переработки. Богатый углеродом реголит Фобоса и Деймоса после обогащения и прессования в блоки, представляет готовый товар для лунной промышленной базы.
Блоки из углеродосодержащего сырья представляют двойную ценность - как запасы углерода и как носители энергии для запуска металлургического процесса. Доставка марсианских посылок на Луну не требует использования дорогостоящих посадочных модулей - порции углерода выгодно доставлять без торможения, с использованием жесткой ударной посадки. Кинетическая энергия груза переходит при ударе в тепловую и в случае глубоко проникновения груза в грунт, взрывное испарение вещества образует полость (камуфлет) в котором запускаются окислительно-восстановительные реакции. Для глубокого проникновения в грунт порциям груза придается стреловидная форма в виде стержней с удлинением 100:1 и металлическими наконечниками, подобно кинетическим снарядам Rods from God. При высокой температуре углерод соединяется с кислородом окислов металлов и кремния. Образуется углекислый газ и расплав металлов с кремнием. При остывании смесь расслаивается. Завершающий этап - извлечение полуфабрикатов из полости и несложная переработка.
В тех случаях, когда удается сохранить в полости углекислый газ, нет необходимости в последующей переработки СО2 для выделения кислорода. При наличии углекислого газа решается задача обеспечения топливом лунного ракетного суборбитального транспорта и колесных луноходов, так как алюминий и магний хорошо горят в углекислом газе. При создании на Луне запасов СО2, в котором горят Al и Mg, на лунном транспорте могут быть использованы известные типы двигателей на порошковым алюминии и/или магнии как ракетные так и внешнего сгорания (паровые двигатели). Следует изучить также возможность создания теоретически возможных топливных элементов на Al, Mg и СО2.
Частью процесса утилизации результатов сброса марсианских грузов на Луну является использование тепла расплава металлов и кремния, возникшего в подлунной полости. Например, при средней скорости падения 3,3 км/с выделится энергия величиной 5,45 МДж на каждый 1 кг груза. Через скважину к высокотемпературному очагу при помощи тепловых трубок часть этой тепловой энергии может быть выведена на поверхность и использоваться для генерации электроэнергии.
Итак, кооперация с марсианскими лунными базами избавляет колонизаторов Луны от масштабного строительства металлургических, химических и энергетических предприятий. В последующем эти промышленные объекты будут созданы, но уже не в чистом поле, а на участках, насыщенных искусственными месторождениями полезных ископаемых: «самородными» алюминием, магнием, железом, титаном, никелем, кобальтом, кремнием и запасами газа (СО2 и СО). Для освоения рукотворных месторождений достаточно будет небольших буровых установок, мобильных электрогенераторов (подключаемых к «подземным» источникам тепла), химико-технологических модулей очистки сырья и модулей 3D-печати. Все остальное будет сделано средствами аддитивной печати, включая новые 3D-принтеры.
Поставки углерода из марсианских лунных баз выгодные еще потому, что очень простой оказывается не только «посадка» грузов на поверхность Луны, не требующая посадочных ракетных модулей, но также и отправка посылок с Фобоса и Деймоса. Применение катапульты-пращи обеспечивает грузовым КА большую часть скорости без ракетных двигателей. Катапульты забрасывают КА на границу сферы действия Марса. Здесь производится многоимпульсный маневр смены плоскости орбиты, и переход на орбиту с перицентром на высоте 100 км. Суммарные затраты скорости на маневр составляют 510 и 590 м/с (для Деймоса и Фобоса соответственно). В конце спуска скорость КА в перицентре возрастает до 4940 м/с. К этой скорости для достижения скорости освобождения (2-й космической) необходимо прибавить только 15 м/с чтобы покинуть Марс.
Однако для полета к Земле необходимо приращение скорости приблизительно еще на 660 м/с. Поэтому в итоге характеристическая скорость (в идеальном случае без учета потерь на управление) должна составить 1170 и 1250 м/с. Таким образом, для доставки на Луну грузов из угольных копий Фобоса и Деймоса требуется ракетный буксир (разгонный блок) с характеристической скоростью до 1250 м/с. Пустой буксир при незначительных затратах топлива гасит приращение скорости и возвращается на базу. Груз продолжает движение к цели. Для коррекции движения контейнер с грузом имеет одноразовые систему управления и ракетную двигательную установку, которая должна будет сообщить конейнеру скорость около 500 м/с для перехода в плоскость орбиты Земли.
При подлете к цели по экономной гомановской траектории скорость груза на границе сфере действия Земли равна 2945 м/с. На расстоянии от Земли равном радиусу орбиты Луны, скорость груза достигнет 3278 м/с. Это приблизительная величина, полученная по упрощенной формуле:
V2 = V2осв.о + V2входа, (1)
где Vосв.о =1440 м/с (параболическая скорость на высоте орбиты Луны), Vвхода = 2945 м/с. Прирост скорости за счет падения в гравитационном поле Луны также не учтен. При встречном движении Луны относительная скорость падения груза на Луну увеличивается до 4297 м/с (3278 м/с + 1018 м/с). При догоняющем падении скорость уменьшается до 2260 м/с (3278 м/с - 1018 м/с). Данные показывают, что сброс грузов на Луну не должен производиться в период снижения результирующей скорости.
Выше указанная скорость ракетной отправки груза от Марса к Земле равная 1250 м/с - очень незначительная величина для решения такой сложной задачи как межпланетная перевозка грузов. Шаблонные представления, без учета технических новаций оперируют совсем другими величинами, поэтому планы коммерческой разработки минеральных ресурсов марсианских лун, традиционно оцениваются пессимистически. Новая технология строительства баз на Фобосе и Деймосе, предложенная компанией AVANTA, делает возможным начало колонизации Марса и Луны на базе техники сегодняшнего дня и разработок ближайшего будущего.
Поставки углерода со спутников Марса могут осуществляться с интервалом в 26 месяцев. Неэкономные перелеты возможны в любое время, но они будут не рентабельны. Неритмичность поставок не большая проблема, так как между краткими периодами бомбардировок Луны угольными снарядами, на Марсе будет вестись постоянная работа по заготовке очередной партии угольных посылок на Луну, а на Луне проводиться работа по извлечению из-под «земли» подарков с Марса: тепла, газа, металлов и кремния. Вместе с тем, желательно осуществление аналогичных операций в период между марсианскими бомбардировками, чтобы повысить темпы индустриализации Луны и оборот капитала. Такие поставки без Марса тоже возможны, но описание такой технологии будет дано в отдельной публикации.
UPD. Приложение.
Получение кислорода и раскисление металлов при подлунных взрывах грузов с Марса, возможно не только при использовании углерода, но и без него - за счет термического разложения окислов и быстрого охлаждения продуктов разложения. Такую схему рассмотрел Краффт Эрике, соратник Вернера фон Брауна, применительно к промышленному использованию ядерных «подземных» взрывов на Луне. Ниже даны схемы получения кислорода и металлов за счет сброса испарившейся лунной породы в заранее созданную «подземную» полость ( с вариантами добавок раскислителей). Схемы создана на основе оригинальных схем Краффта Эрике. Первая и вторая полости создаются проникающими ударниками, последовательно, с требуемым интервалом.
*
Луны Марса богаты углеродом. Луна Земли не имеет запасов углерода, что затрудняет развитие лунной металлургии и химической промышленности. А без лунной промышленности очень дорого будет обходиться доставка конструкционных материалов с Земли для сооружения спутниковых солнечных энергостанций. Солнечная энергетика с элементами космического базирования - сегмент рынка энергетического оборудования перспективы развития которого оцениваются в среднем до 700 млрд. долл./год. Поэтому решение проблемы дефицита углерода на Луне - важное направление развития космической индустрии. В предыдущих частях программы было обосновано, что Фобос и Деймос имеют все основания стать карьерами по добыче сырья для околоземной космической промышленности.
В качестве угольных копий марсианские луны должны быть более перспективны, чем углекислый газ атмосферы Марса, требующий переработки. Богатый углеродом реголит Фобоса и Деймоса после обогащения и прессования в блоки, представляет готовый товар для лунной промышленной базы.
Блоки из углеродосодержащего сырья представляют двойную ценность - как запасы углерода и как носители энергии для запуска металлургического процесса. Доставка марсианских посылок на Луну не требует использования дорогостоящих посадочных модулей - порции углерода выгодно доставлять без торможения, с использованием жесткой ударной посадки. Кинетическая энергия груза переходит при ударе в тепловую и в случае глубоко проникновения груза в грунт, взрывное испарение вещества образует полость (камуфлет) в котором запускаются окислительно-восстановительные реакции. Для глубокого проникновения в грунт порциям груза придается стреловидная форма в виде стержней с удлинением 100:1 и металлическими наконечниками, подобно кинетическим снарядам Rods from God. При высокой температуре углерод соединяется с кислородом окислов металлов и кремния. Образуется углекислый газ и расплав металлов с кремнием. При остывании смесь расслаивается. Завершающий этап - извлечение полуфабрикатов из полости и несложная переработка.
В тех случаях, когда удается сохранить в полости углекислый газ, нет необходимости в последующей переработки СО2 для выделения кислорода. При наличии углекислого газа решается задача обеспечения топливом лунного ракетного суборбитального транспорта и колесных луноходов, так как алюминий и магний хорошо горят в углекислом газе. При создании на Луне запасов СО2, в котором горят Al и Mg, на лунном транспорте могут быть использованы известные типы двигателей на порошковым алюминии и/или магнии как ракетные так и внешнего сгорания (паровые двигатели). Следует изучить также возможность создания теоретически возможных топливных элементов на Al, Mg и СО2.
Частью процесса утилизации результатов сброса марсианских грузов на Луну является использование тепла расплава металлов и кремния, возникшего в подлунной полости. Например, при средней скорости падения 3,3 км/с выделится энергия величиной 5,45 МДж на каждый 1 кг груза. Через скважину к высокотемпературному очагу при помощи тепловых трубок часть этой тепловой энергии может быть выведена на поверхность и использоваться для генерации электроэнергии.
Итак, кооперация с марсианскими лунными базами избавляет колонизаторов Луны от масштабного строительства металлургических, химических и энергетических предприятий. В последующем эти промышленные объекты будут созданы, но уже не в чистом поле, а на участках, насыщенных искусственными месторождениями полезных ископаемых: «самородными» алюминием, магнием, железом, титаном, никелем, кобальтом, кремнием и запасами газа (СО2 и СО). Для освоения рукотворных месторождений достаточно будет небольших буровых установок, мобильных электрогенераторов (подключаемых к «подземным» источникам тепла), химико-технологических модулей очистки сырья и модулей 3D-печати. Все остальное будет сделано средствами аддитивной печати, включая новые 3D-принтеры.
Поставки углерода из марсианских лунных баз выгодные еще потому, что очень простой оказывается не только «посадка» грузов на поверхность Луны, не требующая посадочных ракетных модулей, но также и отправка посылок с Фобоса и Деймоса. Применение катапульты-пращи обеспечивает грузовым КА большую часть скорости без ракетных двигателей. Катапульты забрасывают КА на границу сферы действия Марса. Здесь производится многоимпульсный маневр смены плоскости орбиты, и переход на орбиту с перицентром на высоте 100 км. Суммарные затраты скорости на маневр составляют 510 и 590 м/с (для Деймоса и Фобоса соответственно). В конце спуска скорость КА в перицентре возрастает до 4940 м/с. К этой скорости для достижения скорости освобождения (2-й космической) необходимо прибавить только 15 м/с чтобы покинуть Марс.
Однако для полета к Земле необходимо приращение скорости приблизительно еще на 660 м/с. Поэтому в итоге характеристическая скорость (в идеальном случае без учета потерь на управление) должна составить 1170 и 1250 м/с. Таким образом, для доставки на Луну грузов из угольных копий Фобоса и Деймоса требуется ракетный буксир (разгонный блок) с характеристической скоростью до 1250 м/с. Пустой буксир при незначительных затратах топлива гасит приращение скорости и возвращается на базу. Груз продолжает движение к цели. Для коррекции движения контейнер с грузом имеет одноразовые систему управления и ракетную двигательную установку, которая должна будет сообщить конейнеру скорость около 500 м/с для перехода в плоскость орбиты Земли.
При подлете к цели по экономной гомановской траектории скорость груза на границе сфере действия Земли равна 2945 м/с. На расстоянии от Земли равном радиусу орбиты Луны, скорость груза достигнет 3278 м/с. Это приблизительная величина, полученная по упрощенной формуле:
V2 = V2осв.о + V2входа, (1)
где Vосв.о =1440 м/с (параболическая скорость на высоте орбиты Луны), Vвхода = 2945 м/с. Прирост скорости за счет падения в гравитационном поле Луны также не учтен. При встречном движении Луны относительная скорость падения груза на Луну увеличивается до 4297 м/с (3278 м/с + 1018 м/с). При догоняющем падении скорость уменьшается до 2260 м/с (3278 м/с - 1018 м/с). Данные показывают, что сброс грузов на Луну не должен производиться в период снижения результирующей скорости.
Выше указанная скорость ракетной отправки груза от Марса к Земле равная 1250 м/с - очень незначительная величина для решения такой сложной задачи как межпланетная перевозка грузов. Шаблонные представления, без учета технических новаций оперируют совсем другими величинами, поэтому планы коммерческой разработки минеральных ресурсов марсианских лун, традиционно оцениваются пессимистически. Новая технология строительства баз на Фобосе и Деймосе, предложенная компанией AVANTA, делает возможным начало колонизации Марса и Луны на базе техники сегодняшнего дня и разработок ближайшего будущего.
Поставки углерода со спутников Марса могут осуществляться с интервалом в 26 месяцев. Неэкономные перелеты возможны в любое время, но они будут не рентабельны. Неритмичность поставок не большая проблема, так как между краткими периодами бомбардировок Луны угольными снарядами, на Марсе будет вестись постоянная работа по заготовке очередной партии угольных посылок на Луну, а на Луне проводиться работа по извлечению из-под «земли» подарков с Марса: тепла, газа, металлов и кремния. Вместе с тем, желательно осуществление аналогичных операций в период между марсианскими бомбардировками, чтобы повысить темпы индустриализации Луны и оборот капитала. Такие поставки без Марса тоже возможны, но описание такой технологии будет дано в отдельной публикации.
UPD. Приложение.
Получение кислорода и раскисление металлов при подлунных взрывах грузов с Марса, возможно не только при использовании углерода, но и без него - за счет термического разложения окислов и быстрого охлаждения продуктов разложения. Такую схему рассмотрел Краффт Эрике, соратник Вернера фон Брауна, применительно к промышленному использованию ядерных «подземных» взрывов на Луне. Ниже даны схемы получения кислорода и металлов за счет сброса испарившейся лунной породы в заранее созданную «подземную» полость ( с вариантами добавок раскислителей). Схемы создана на основе оригинальных схем Краффта Эрике. Первая и вторая полости создаются проникающими ударниками, последовательно, с требуемым интервалом.
*