Развернутые тезисы или сокращенная версия доклада (съезду ...)

[alboros]

ЛУННАЯ И ИНОПЛАНЕТНЫЕ БАЗЫ - НОВЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ

СОЗДАНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ

сокращенная версия доклада

( см. 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, дающие химические реагенты-восстановители металлов для лунных производственных комплексов, готовые 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.

Первое предложение в этом направлении дано в 80-х годах прошлого века (патент US 4775120). Суть этого проекта заключалась в следующем: контейнеры с сырьем и полуфабрикатами прицельно сбрасываются с окололунных искусственных спутников на поверхность Луны в специальные ловушки, которые выполнены в форме протяженных тоннелей. Благодаря газо-жидкостной среде, заполняющей тоннели, осуществляется торможение и остановка контейнеров. 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. Здесь, за счет последовательной, длительной, а не единовременной подачи порции груза в тормозную камеру НКС (в результате придания порции груза формы нити, струи либо формы узкого потока мелких частиц типа дроби) снижается на несколько порядков масса ловушки грузов и её линейные габариты [1;2]. В результате, инновационный вариант НКС может иметь массу в пределах от 0,1 до 1 тонны, что позволяет доставить его на Луну, спутники Марса, карликовые планеты и астероиды существующими ракетами-носителями (РН).

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.

Межремонтный ресурс НКС должен быть порядка 3 часов (т.к. коллектор аналогичен ракетному двигателю). С учетом того, что НКС массой в 1000 кг может принимать грузопоток с поступлением  вещества  около 100 кг/с, например, сеансами по 5-10 секунд, то только за 1 час суммарного времени работы масса аккумулированного сырья в 360 раз превысит массу  лунной ловушки грузов. За три часа работы масса аккумулированных веществ превысит 1000 тонн. Длительность сеансов приема может постепенно увеличиваться, по мере роста запасов полученного сырья, часть которого (например, вода) может использоваться в системе охлаждения НКС в качестве тепловых аккумуляторов.

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 [3;4].

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 [5;6]. Вместе с тем, в большинстве возможных случаев замерзание струи после выхода из СУМ допустимо т.к. не создает неразрешимых проблем. Допустимы и потери части струи на испарение в вакууме в размере нескольких процентов, что возможно в тех случаях, когда не осуществляется переохлаждение жидкости перед выбросом, т.к. это не влияет на рентабельность производства.

Насосы высокого давления данного типа очень надежны. Многие из них эксплуатируются в непрерывном режиме до 20 лет. Соответственно, большой рабочий ресурс обеспечивает низкую стоимость транспортировки лунного сырья на орбиту - около 10 долл./кг при десятилетнем сроке службы и стоимости доставки и изготовления СУМ в размере 200 млн. долларов (масса СУМ равна 1,5 тонн, масса энергоустановки и вододобывающего агрегата - 0,5 тонн, грузопоток - 2000 тонн в год). Это значит, что при такой себестоимости грузопотока на окололунную орбиту, в перспективе падающей ниже 1 долл./кг, становится рентабельной разработка многих более дорогих (на мировом рынке) минеральных ресурсов Луны, например, титана, алюминия, меди, никеля, которые в виде растворов солей или мелкодисперсных добавок  к несущей жидкости (пульпы, гидросмеси) могут струйным способом транспортироваться в орбитальные перерабатывающие станции. Разумеется, рентабельной будет и разработка лунных месторождений редкоземельных металлов, золота и платиноидов. Доставка на Луну СУМ второй очереди будет осуществляться за счет ракетного топлива, выработанного и доставленного потребителям при помощи СУМ первой очереди, поэтому падение стоимости на транспортировку продукции лунных баз (ниже 1 долл./кг) будет происходить быстро и прогрессивно.

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.

В докладе обосновывается возможность коммерческой эксплуатации лунной базы на стадии развертывания, предшествующей разработке естественных водных ресурсов Луны. Благодаря НКС становятся возможны прямые поставки водорода на лунную базу, чтобы затем с помощью отработанной химической реакции получить из реголита воду в необходимых количествах и транслировать её посредством СУМ на орбитальные станции для производства ракетного топлива.  Соответствующий водоснабженческий автомат для Луны был изготовлен еще во времена СССР (НПО имени Лавочкина совместно с КБ Бармина). При переработке воды в пероксид водорода и замены им воды, транслируемой СУМ в ОКС, часть водорода могла бы накапливаться на базе и использоваться для расширения объемов производства.

Каждый 1 кг водорода, доставленный на базу, дает на выходе водоснабженческого автомата 9 кг воды. При классической ракетной доставки Н2, с мягкой посадкой, полученная вода будет стоить 100 тыс. долларов или 11 тыс. долл./кг Н2О.  Поскольку, доставка водорода на Луну и вывод синтезированной воды обратно в космос осуществляется безракетным способом через НКС, СУМ и ОКС, которые дают, по меньшей мере, двух - трехкратное увеличение полезного груза МБ на линии Земля - Луна, то в первом приближении указанная цена воды должна еще раз сократиться в 2-3 раза, т.е. снизиться до 3700-5500 долл./кг. Это без учета амортизации дополнительного оборудования в виде НКС, СУМ и ОКС. Однако, далее эти запасы воды поступают в орбитальные заправочные станции и перерабатываются в ракетное топливо, которым теперь дозаправляют вторую группу МБ с грузом жидкого водорода для лунной базы. Дозаправка на низкой орбите увеличивает грузоподъемность МБ по меньшей мере в 2 раза, что соответственно влечет двукратное сокращение цен по всей вышеуказанной цепочке транспортно-производственных операций. Таким образом, на втором цикле цена ракетного топлива, изготовленного из лунного сырья сокращается до 2-3 тыс. долл./кг, на третьем цикле до 1-1,5 тыс. долл./кг, на четвертом до 500-700 долл./кг и так далее. В результате цена дозаправки буксиров на низкой околоземной орбите (НОО) перед полетом на Луну стремится к нулю или, точнее, к стоимости услуг ЦУП и амортизации внеземного оборудования: орбитальных заправочных станций (ОЗС), НКС, СУМ и ОКС. Остается только несокращаемая стоимость вывода танкеров с водородом с Земли на НОО, что при использовании, например, РН «Зенит-2» (5000 долл./кг) задает минимальную цену запасов ракетного топлива из лунного сырья в виде цены доставки единицы массы водорода на НОО, деленной на итоговую массу ракетного топлива, полученного из этого водорода и возвращенного из космоса на НОО. На практике, в натуральных единицах, это означает то, что при выводе порции Н2 массой в 12 тонн на НОО, и передачи этой порции на ОЗС, взамен можно получить приблизительно 66 тонн ракетного топлива (остаток из 108 тонн Н2О синтезированного на Луне).

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. Полученный запас воздуха используется для производства высококипящего топлива на основе азотного тетраоксида и гидразина (при этом из-за дисбаланса элементов будет остаток из гидразина как монотоплива). В этом варианте, доставка с Луны на орбиту Земли вышеуказанных 66 тонн грузов даст дополнительное топливо массой в 25 тонн.

Околоземные ОКС используя кинетическую энергию лунного грузопотока, кроме атмосферного воздуха могут перехватывать потоки сырья, подаваемого с Земли. В виду помех создаваемых атмосферой,  для создания потоков вещества вместо СУМ должны применяться суборбитальные летательные аппараты. Например, на каждый 1 кг лунного груза захваченного ОКС, в низко орбитальную ловушку можно забросить тоже 1 кг вещества с Земли, если суборбитальные РН  сообщают земному грузопотоку скорость около 4800 м/с в поперечном (горизонтальном) направлении. А при нулевой поперечной скорости суборбитальных РН, что обеспечивает очень низкую удельную стоимость запуска,  на каждый 1 кг лунного груза, поступившего в ОНС, дополнительно с Земли на орбиту доставляется 0,385 кг сырья.

Группировка околоземных ОКС, может быть запущена в эксплуатацию до начала поставок лунного сырья за счет оснащения электроракетными двигателями (ЭРД) и энергостанциями на базе тонкопленочных солнечных батарей с центробежной системой развертывания и стабилизации (см. проекты В.М.Мельникова). Такая система позволит провести отработку и тестирование базовых вариантов ОКС, ориентированных на работу с лунным сырьем и, одновременно, получить экономический эффект в виде отдачи от многократного снижения цен на доставку ракетного топлива в орбитальные хранилища и сырья в орбитальные производственные комплексы для производства компонентов КСЭС.

Использование тяги ЭРД вместо силы, создаваемой грузопотоком лунного сырья, достаточно эффективно - на каждый 1 Ньютон тяги ЭРД в течение 1 года ОКС способен аккумулировать 2 тонны сырья (при первоначальном поступлении 4 тонн и расходе 2 тонн на рабочее тело ЭРД), поданных суборбитальными РН с нулевой поперечной скоростью. В этой комбинации ОНС и ЭРД с КСЭС находит свое решение, казавшейся неразрешимой, старая задача об использовании двигателей малой тяги для доставки грузов с Земли в космос.

Вместе с тем, при образовании в ОЗС вышеуказанных запасов ракетного топлива, производимого из синтезированной на Луне воды, околоземные ОКС могут быть оснащены ракетными двигателями большой тяги, что многократно увеличивает производительность ОКС. В этом случае использования ОКС для передачи водорода на орбиту, вместо многоступенчатых одноразовых РН используются одноступенчатые многоразовые суборбитальные РН [7;8;9], которые обеспечивают, по меньшей мере, двадцатикратное снижение стоимости доставки груза на НОО. При скорости поглощения суборбитального трека из замороженного или шугообразного водорода равной 8000 м/с и при импульсе ракетного кислородно-водородного двигателя ОКС равного 4000 м/с, на каждый 1 кг Н2 необходимо израсходовать 2 кг ракетного топлива из запасов образованных поставками с Луны. С учетом того, что 1 кг Н2 конвертируется в 5,5 кг водородно-кислородного топлива, в качестве бонуса остается 3,5 кг топлива.  Цена на этот остаток будет меньше 300 долларов (плюс небольшая наценка на амортизацию внеземного оборудования) или 85 долларов за 1 кг (плюс наценка).

Эта модель производства может быть модернизирована различными способами, например, схемой кругооборота водорода между лунной базой и орбитальной окололунной станцией, при которой на борту станции накапливается не вода (и/или пероксид водорода), а только жидкий кислород (водород сбрасывается обратно на базу), Затем О2, как основной компонент ракетного топлива продается на космическом рынке искателям астероидных сокровищ, строителям КСЭС и компаниям, выводящим спутники связи на ГСО. В другом варианте, накопление окислителя сопровождается созданием запасов горючего на основе лунных ресурсов - мелкодисперсных кремния и алюминия для порошкового ракетного двигателя, вместо горючего на основе водорода или углеводородов (см. проект Глушко по созданию ракетного двигателя РД-560 с насосно-эжекторной системой подачи порошкообразного горючего). Здесь в качестве вспомогательного ускорителя масс может использоваться высокоскоростной грунтомет и ОКС с твердофазной ротативной ловушкой потока реголита [10], либо прежние СУМ и ОКС, но использующие трисилан вместо воды. В третьем, возможном, варианте, кинетическая энергия лунного груза, утилизируемая околоземными ОКС, используется для забора очередной порции водорода, что исключает расход лунного топлива на эту операцию и существенно повышает выход продукции лунных баз в расчете на единицу груза, выводимого с Земли.

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 суборбитальные РН [11;12] с грузоподъемностью 35-40 процентов от стартовой массы или с обычной грузоподъемностью, но в многоразовом исполнении, за счет повышения запаса прочности. Такой способ обеспечивает как минимум двадцатикратное снижение цены доставки сложных грузов в космос, включая пилотируемые корабли. Выше указанный пример с СУМ, выбрасывающим 2000 тонн воды в год при эл. мощности около 100 кВт, применительно к данному способу запуска КА, означает, что эта масса воды обеспечит запуск на НОО 1000-1500 тонн грузов простыми суборбитальными РН.

При оценки сложности реализации процесса передачи КА импульса от высокоскоростной струи гидрогеля (с армирующими волокнами), следует понимать, что процесс торможения струи (точнее твердофазной нити) происходит в камере, подобной камере сгорания обычного ракетного двигателя. Высокоскоростная нить (до 11000 м/с в начале процесса и 1000 м/с в конце), движущаяся вдоль самой себя, входит в камеру передачи импульса через сопло работающего двигателя, проходит через сверхзвуковой встречный поток и, испаряясь в камере высокого давления, тормозится и передает импульс движения [13;14;15]. Образующийся высокотемпературный газ истекает из камеры через сопло, создавая дополнительную тягу, что делает процесс поглощения и обратного выброса вещества нити близким к идеальному упругому удару. Контакты нити со стенками сопла и камеры сгорания предотвращаются газодинамической подушкой, формируемой истекающими газами между нитью и корпусом двигателя. В остальном, значения температуры и давления в камере двигателя  принципиально не отличаются от значений свойственных обычным ракетным двигателям. Абляционное покрытие или же транспирационное и пристеночное завесное охлаждение будут достаточными для защиты двигателя.

Здесь же отметим, что выше описанная схема работы реактивного двигателя, утилизирующего кинетическую энергию высокоскоростного потока вещества, во многом подобна ранее рассмотренной схеме работы коллекторов сырья - налунных и орбитальных. Главное отличие здесь в направлении сверхзвукового газового потока, через который струя проходит в камеру торможения. В НКС и ОКС газовый поток направлен не из камеры наружу, а во внутрь камеры т.к. при таком направлении он выполняет функцию аэродинамического окна, которое позволяет частицам струи определенного размера проходить в камеру, но исключает истекание в наружный вакуум из камеры газа и неиспарившихся частиц заторможенной струи [16;17]. Кроме этого, в коллекторах сырья допускается (хотя не обязателен) контакт высокоскоростной струи со стенками приемного устройства, направляющего поток в камеру, поскольку, в большинстве практически значимых случаев эрозионное действие этого потока на стенки направляющей трубы минимально и, при малых углах входа, это действие почти не отличается от действия скоростного  потока на стенки сопла, порождающего струю водомета. Ресурс смесительных трубок станков гидроабразивной резки, где происходит смешение струи жидкости (на скорости более 1000 м/с) с абразивными частицами, может достигать сотен часов, причем многие такие смесительные трубки и сопла могут быть восстановлены после несложного ремонта в виде плазменного напыления поверх эрозированного слоя. В налунных коллекторах сырья скорости входа струи относительно невелики - 1700-2800 м/с, что соизмеримо со скоростями потоков генерируемых водометами и гидропушками. А в окололунных орбитальных коллекторах скорости входа струй воды самая низкая - в среднем 100 м/с, что не создает проблем с рабочим ресурсом ОКС. Наибольшая скорость захвата потока будет в околоземных ОНС, где она может варьироваться от 4000 до 8000 м/с.  Однако, в случае поглощения потока состоящего из жидкого водорода, по причине его низкой плотности эффект от воздействия его струи на приемную трубку коллектора будет эквивалентен  эффекту от струи воды со скоростью в 2120 м/с, при фактической скорости струи жидкого водорода в 8000 м/с. Причем, приемная трубка не является сложным и дорогим устройством, влияющим на ценообразование и может многократно использоваться после восстановительного ремонта внутренней поверхности (непосредственно на орбите и в автоматическом режиме) либо замены изношенного вкладыша (лейнера) на новый. А в случае поглощения жидководородной струи с практически значимой скоростью в 4000 м/с, эрозионное воздействие будет эквивалентно действию водяного потока со скоростью в 1060 м/с. Промышленное оборудование, использующее такие сверхскоростные потоки, давно освоено промышленностью. Соответствующие этим гидропотокам трубопроводы, конфузоры и смесители имеют длительный рабочий ресурс (до 500 часов для миксеров абразива) и стоимость, не препятствующую их использованию в конкуренции с альтернативными системами. Не видно принципиальных препятствий и на пути переноса струйных технологий в космические транспортные технологии.

В докладе дается итоговый, обобщенный вариант оптимальной схемы развертывания лунной базы. Создание базы начинается с посадки в заданном районе следующих устройств: НКС (специализированного на аккумуляции потока водорода с орбиты);  генератора воды (водоснабженческого автомата, работающего по замкнутому метановому циклу); погрузочно-разгрузочного оборудования для снабжения генератора воды реголитом и удаления отходов; СУМ, способного генерировать высокоскоростные струи как чистой воды, так и различных суспензий с реголитом и/или металлическими порошками (до 10% массы струи, что необходимо для изготовления одноразовых тормозных аэродинамических экранов для МБ, возвращаемых на околоземную орбиту и других околоземных КА и РБ, спускаемых на Землю). На окололунную орбиту с перигеем над базой выводится группа ОКС, станция хранения и переработки воды в кислородно-водородное топливо (при электрической мощности в 100 кВт производится 100 тонн ракетного топлива в год) и группа окололунных МБ, для подачи жидкого водорода в НКС. Одновременно с этим, на околоземные орбиты выводятся: ОКС (настроенный на аккумуляцию потока водорода от суборбитальных РН), который оснащен водородно-кислородным ракетным двигателем;  станция ожижения и хранения водорода, воды и производства водородно-кислородного топлива; группа МБ  для транспортировки водорода на лунную станцию и доставки воды и ракетного топлива с окололунной станции на околоземную.

Система функционирует следующим образом. На Земле суборбитальные РН доставляют переохлажденный шугообразный водород на заданную высоту в виде трека, который захватывается ОКС. Тормозной импульс уравновешивается тягой двигателей, использующих лунное топливо. На борту ОКС, газообразный разогретый водород химически связывается с веществами, дающими нелетучие соединения (литий, магний, углерод) которые частично охлаждаются и передаются на борт станции хранения и переработки.  Взамен на ОКС передается запас ракетного топлива, который необходим для компенсации сил торможения при захвате груза и запас реагентов для химического связывания водорода. На станции водород выделяется из химического соединения, сжижается, выдерживается и затем перекачивается на МБ. На этой же станции буксиры заправляются ракетным топливом. Заправленные МБ с грузом замороженного водорода совершают переход к окололунной орбитальной станции. Здесь МБ передают запас водорода (и забирают воду и ракетное топливо).  Водород перекачивается на борт окололунных МБ, которые перебрасывают водород (в виде треков из замороженного вещества) в НКС базы. На базе водород (в составе метана) подается в генератор воды, в который загружен реголит. Смесь подвергается нагреву, продукты реакции в виде воды отделяются, охлаждаются и накапливаются. Далее синтезированная вода передается в СУМ. В момент синхронизированного прохождения ОКС над базой, СУМ  выбрасывает воду в виде струи (V≈1680 м/с), которая перехватывается ОКС. Сила торможения коллектора, возникающая при захвате груза, компенсируется тягой реактивного двигателя или бортового водомета. Аккумулированная вода из ОКС передается на окололунную орбитальную станцию, где она частично перерабатывается в ракетное топливо. Собранные на станции вода, жидкие кислород и водород перегружаются на МБ, взамен доставленного водорода. Заправленные топливом и грузом МБ отправляются к Земле и, после аэродинамического маневра с частичным торможением (с возможным использованием тормозных щитов лунного изготовления) переходят на орбиту станции заправки, хранения и производства ракетного топлива. Груз передается на станцию взамен новой порции топлива (в дальнейшем, аэродинамическое торможение МБ будет сочетаться с накоплением им атмосферного воздуха). Цикл завершен.

В ходе этих транспортно-производственных операций  реализуется следующий баланс прихода и расхода масс вещества. Из каждой 1 тонны водорода, доставленного на лунную базу, производится 9 тонн воды. После переброски её на станцию и частичной переработки в ракетное топливо 1,8 тонн расходуется на отправку МБ к Земле. Еще 1,7  тонн (на околоземной орбите) идет на заправку МБ, который должен перевести к Луне 1 тонну водорода.  Из остатка массой 5,5 тонн 2 тонны расходуется на заправку околоземного ОКС, позволяющей захватить новую порцию водорода массой в 1 тонну (или больше при определенных условиях). Свободный остаток равен 3,5 тоннам ракетного топлива. Таким образом, инвестиции в процесс 1 тонны водорода приносят на выходе массу вещества в 3,5 раз больше начальной. Стоимость этих 3,5 тонн равна стоимости доставки 1 тонны Н2 в околоземный ОКС (~300 долл./кг) плюс к этому добавляется амортизация выше перечисленного оборудования с эксплуатационными расходами, доля которых невелика. Итого, выходит около 100 долл./кг ($ 300/3,5 кг). Реальный прирост массы может быть как меньше, так и больше за счет других неучтенных здесь факторов производства и издержек, но эта цифра показательна и позволяет оценить преимущества предложенной технологии.

Этот промежуточный проект производства ракетного топлива из внеземных ресурсов, основанный на доставке водорода на Луну, может быть реализован и давать доход не зависимо от  того на какой стадии решения находятся проблемы обнаружения запасов лунной воды и разработки методов промышленного их использования. При обнаружении практически значимых запасов воды, эта развитая система производства ракетного топлива достаточно просто и быстро, без задержек на ОКР переходит на использование лунных водных ресурсов. Экономятся время и средства.

На основании выше изложенного делается вывод, что открытие первой лунной базы и её промышленная эксплуатация для нужд Земли может состояться значительно раньше сроков, намеченных без учета указанных инноваций. Для реализации этой важной перспективы требуется открытие финансирование для начала НИОКР по изложенному проекту. Следует принять во внимание, что значительная часть работ по проекту «НКС-СУМ-ОКС» в лунном и земном  вариантах не требует проведения дорогостоящих работ в космическом пространстве и может проводиться в обычных лабораторных условиях. Для отладки процесса поглощения коллектором сырья высокоскоростных струй вещества, таких как вода, трисилан и водород имеется необходимое оборудование в виде водометов и гидропушек. Промышленные насосы высокого давления для станков гидроабразивной резки материалов создают, как правило, длительные по времени струи со скоростью от 800 до 1200 м/с. Проектируются еще более совершенные насосы, обеспечивающие генерацию постоянных струй до 2000 м/с. Импульсные водометы, как правило, генерируют струи со скорость вылета 1200-1500 м/с. Современные гидропушки создают потоки воды со скорость вылета 1500-4500 м/с. Кумулятивные импульсные водометы (основанные на использовании эффекта гидродинамической кумуляции) создают жидкостные струи со скоростью до 7000 м/с. В особых случаях для испытаний коллекторов сырья могут использоваться заряды ВВ кумулятивного действия, дающие струи со скоростью в диапазоне 8000-16000 м/с. Испытания, требующие вакуума и больших расстояний также возможны без выхода в космос на высотах 30-40 км, например, на основе аэростатов. Таким образом, подготовка действующих образцов для работы в космических условиях не потребует много времени и больших ресурсов, а политико-экономический эффект от этих работ многократно превысит затраты.

Приложение - принципиальные схемы:

1 - http://mayboroda.com/images/flash3/rolik22.swf

2 - http://mayboroda.com/images/flash3/2.swf

3 - http://www.youtube.com/watch?v=dwABD466wns&feature=relmfu

4 - http://www.youtube.com/watch?v=V2HudwiGVd0&feature=plcp

5 - http://mayboroda.com/images/flash3/moonbase4.swf

6 - http://mayboroda.com/images/flash3/duga5.swf

7 - http://mayboroda.com/images/flash/12_short_eng.swf

8 - http://mayboroda.com/images/flash/12_1.swf

9 - http://mayboroda.com/images/posters2/ris7_var2.jpg

10 - http://mayboroda.com/images/flash/11_3_eng.swf

11 - http://www.youtube.com/watch?v=M6HOICsPFH8&feature=plcp

12 - http://www.youtube.com/watch?v=rOZLXftdFbs&feature=plcp

13 - http://www.youtube.com/watch?v=67fAzUY0RUk&feature=relmfu

14 - http://www.youtube.com/watch?v=imengKBoQj0&feature=plcp

15 - http://www.youtube.com/watch?v=h5OjSFDGSRk&feature=plcp

16 - http://mayboroda.com/images/posters2/ris6.jpg

17 - http://mayboroda.com/images/posters2/ris5.jpg

* - схема аналогична схеме работы околоземного ОКС, утилизирующего кинетическую энергию лунного грузопотока.
==================================================================================

P.S. К сожалению, еще не готовы анимации схем [5;6]. Надеюсь, что к концу недели смогу разместить их в журнале. Впрочем, для людей с творческим мышлением всё должно быть ясно и без чертежей. Кстати, при оформлении патентных заявок на "способ" чертежи не  требуются, в отличие от требований к оформлению заявок на "устройство", которые считаются предложениями классом ниже. Так что отдохнули за выходные, товарищи, а теперь за работу, вперед на Луну, Фобос, Деймос, Цереру. Сибаритов не возьмем в космонавты астронавты!