Как нам снизить цены на сырьё для космических 3D-принтеров и топливо для орбитальных АЗС до $100/кг?
Оригинал взят у alboros в Как нам снизить цены на сырьё для космических 3D-принтеров и топливо для орбитальных АЗС до $100/кг?
А вот как:
Принципиальная схема использования суборбитальных РН для доставки различных веществ в газообразной форме в орбитальных коллектор - аналог орбитальных накопителей воздуха таких как советский ВКСН, и зарубежные PROFAC и PHARO. Себестоимость доставки сырья на НОО снижается до 50-100 долл./кг, при коммерческих ценах (в зависимости от грузопотока) в 200-900 долл./кг, против нынешних от 6000 до 9000 долл./кг.
Для доставки металлов как сырья для аддитивной печати непосредственно в космосе и получения ракетного топлива для ЖРД и рабочего тела для ЭРД, удобны, к примеру, вот такие газообразные соединения:
Карбонил никеля - газ с относительной плотностью 5,9 (воздух = 1) при температуре выше 43°C.
Висмутин - газ с плотностью 8,665 г/л при температуре выше 17 °C.
Перфторбутан с плотностью в виде газа 10,6 г/л при температуре выше 0°С.
Гексафторид вольфрама с плотностью в виде газа 12,9 г/л выше 17 °С.
Гексафторид урана с плотностью в газообразном состоянии 15,7 г/л выше 54 °С.
Гидрокарбонил кобальта - газ при комнатной температуре.
Пентакарбонил железа - газ выше 105 °С.
Газообразные соединения с водородом образуют большинство неметаллов и некоторые металлы главных подгрупп: фтор (HF), хлор (HCl), бром (HBr), иод (HI), астат (HAt), сера (H2S), селен (H2Se), теллур (H2Te), полоний (H2Po), азот (NH3), фосфор (PH3), мышьяк (AsH3), сурьма (SbH3), висмут (BiH3, весьма неустойчив), углерод (CH4), кремний (SiH4), германий (GeH4), олово (SnH4), свинец (PbH4), бор (B2H6).
В процессе захвата эти сложные вещества подвергаются высокотемпературному воздействию, распадаются и создают новые соединения при охлаждении. Вместе с тем, существующие технологии разделения химических элементов, обеспечат сепарацию или синтез требуемых веществ из смеси, образуемой в накопителе коллектора.
Многие из этих веществ необходимы для производства в космосе комплектующих и агрегатов космических аппаратов по программе AMAZE. Европейское космическое агентство (ЕКА) приняло программу AMAZE: применение 3D-печати для создания металлических частей и компонентов для космических аппаратов, самолетов и термоядерных реакторов. Аддитивные технологии выгодны для использования в космосе. Перспективность решения проблемы сырья для космических 3D-принтеров очевидна - ЕКА инвестировала около 20 миллионов евро в исследования по созданию «Методов трехмерной печати AMAZE».
/Использованы материалы компании AVANTA-consulting/
UPD. Принципиальная схема работы КТС «Орбитрон»
Принцип работы КТС «Орбитрон» изображен на анимированных схемах: http://www.youtube.com/watch?v=s4VRZURMGZA и https://youtu.be/aQ1atAGFC9k . На видеосхеме суборбитальная ракета-носитель поднимает свернутую оболочку на заданную высоту, где её разворачивают и наполняют газом из газогенераторов, 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 коллектора. Время зависания - 5-7 секунд.
В таком положении оболочка образует газонаполненный канал на пути орбитального коллектора. КА-накопитель, оснащенный гиперзвуковым диффузором, пробивает тонкую мембрану на торце цилиндра баллонета (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 коллектора и поэтому масса оболочки не захватывается коллектором и не пополняет орбитальные запасы вещества. В накопительной камере газ, из-за тормозного нагрева обратившийся в плазму, смешивается с водой или другими разбавителями для охлаждения до н.у.
При захвате газа, коллектор теряет часть кинетической энергии. Восстановление затраченной энергии производится за счет двигательной установки с электроракетными двигателями (удельный импульс 16000-32000 м/с), а в перспективе двигателями с прямым лазерным нагревом рабочего тела. Рабочее тело ЭРД (аргон и т.п.) содержится в баллонетах-газгольдерах. Благодаря ЭРД 75-50% поступивших веществ сохраняется и используется затем на орбитальных АЗС и технологических платформах. Энергоснабжение ЭРД осуществляется от бортовой солнечной электростанции, состоящей из бескаркасных тонкопленочных солнечных батарей (удельная мощность 2-5 кВт/кг) с центробежной системой раскрытия и стабилизации (в соответствии с технологией, разработанной для ССЭС д.т.н. В.М. Мельниковым). В моменты забора газов из баллонетов, пленочные батареи свернуты в рулоны. После прохождения газового канала, батареи фотоэлектрических преобразователей разворачиваются и работают до следующей встречи с суборбитальным газовым баллонетом.
В другом варианте, энергоснабжение коллектора осуществляется посредством лазерного излучения от внешних источников, расположенных на орбите или наземных. Лазерное энергоснабжение позволяет снизить высоту орбиты коллектора до уровня, обеспечивающего применение СМР с высотой подъема 110-120 км. При этой высоте орбиты коллектора, накопление кислорода и азота (необходимого для изготовления высококипящего топлива), производится непосредственно из атмосферы, точно также как в системах ВКСН-PROFAC-PHARO, с одновременным использованием параллельного способа поставок всех остальных необходимых веществ посредством газгольдеров-баллонетов, доставляемых СМР.
В процессе захвата газа из суборбитальных баллонетов, коллектор под воздействием тормозных импульсов периодически меняет орбиту своего движения, а затем восстанавливает первоначальное орбитальное движение при помощи двигателей малой тяги. Принципиальная схема движения КТС «Орбитрон» и поставок порций газа посредством СМР изображена на анимированном чертеже: https://youtu.be/J7fidEJrNVk .
Часть аккумулируемого вещества используется для увеличения балласта коллектора - вещества используемого в качестве аккумулятора тепла в системе охлаждения и массы, понижающей потерю скорости коллектора при получении тормозного импульса. Благодаря наращиванию доли балластной массы, происходит меньшее снижение высоты орбиты после захвата очередной порции вещества и/или при постоянных параметрах межорбитального движения коллектора, происходит увеличение массы порции захватываемого груза. Так, начиная с поглощения порции газа массой 10 кг, коллектор в последующем обретает возможность поглощать порции газа массой 100 кг, не меняя при этом существенно свою конструкцию.
Перепосты:
http://i-future.livejournal.com/727077.html
http://techno-world.livejournal.com/118701.html
А вот как:
Принципиальная схема использования суборбитальных РН для доставки различных веществ в газообразной форме в орбитальных коллектор - аналог орбитальных накопителей воздуха таких как советский ВКСН, и зарубежные PROFAC и PHARO. Себестоимость доставки сырья на НОО снижается до 50-100 долл./кг, при коммерческих ценах (в зависимости от грузопотока) в 200-900 долл./кг, против нынешних от 6000 до 9000 долл./кг.
Для доставки металлов как сырья для аддитивной печати непосредственно в космосе и получения ракетного топлива для ЖРД и рабочего тела для ЭРД, удобны, к примеру, вот такие газообразные соединения:
Карбонил никеля - газ с относительной плотностью 5,9 (воздух = 1) при температуре выше 43°C.
Висмутин - газ с плотностью 8,665 г/л при температуре выше 17 °C.
Перфторбутан с плотностью в виде газа 10,6 г/л при температуре выше 0°С.
Гексафторид вольфрама с плотностью в виде газа 12,9 г/л выше 17 °С.
Гексафторид урана с плотностью в газообразном состоянии 15,7 г/л выше 54 °С.
Гидрокарбонил кобальта - газ при комнатной температуре.
Пентакарбонил железа - газ выше 105 °С.
Газообразные соединения с водородом образуют большинство неметаллов и некоторые металлы главных подгрупп: фтор (HF), хлор (HCl), бром (HBr), иод (HI), астат (HAt), сера (H2S), селен (H2Se), теллур (H2Te), полоний (H2Po), азот (NH3), фосфор (PH3), мышьяк (AsH3), сурьма (SbH3), висмут (BiH3, весьма неустойчив), углерод (CH4), кремний (SiH4), германий (GeH4), олово (SnH4), свинец (PbH4), бор (B2H6).
В процессе захвата эти сложные вещества подвергаются высокотемпературному воздействию, распадаются и создают новые соединения при охлаждении. Вместе с тем, существующие технологии разделения химических элементов, обеспечат сепарацию или синтез требуемых веществ из смеси, образуемой в накопителе коллектора.
Многие из этих веществ необходимы для производства в космосе комплектующих и агрегатов космических аппаратов по программе AMAZE. Европейское космическое агентство (ЕКА) приняло программу AMAZE: применение 3D-печати для создания металлических частей и компонентов для космических аппаратов, самолетов и термоядерных реакторов. Аддитивные технологии выгодны для использования в космосе. Перспективность решения проблемы сырья для космических 3D-принтеров очевидна - ЕКА инвестировала около 20 миллионов евро в исследования по созданию «Методов трехмерной печати AMAZE».
/Использованы материалы компании AVANTA-consulting/
UPD. Принципиальная схема работы КТС «Орбитрон»
Принцип работы КТС «Орбитрон» изображен на анимированных схемах: http://www.youtube.com/watch?v=s4VRZURMGZA и https://youtu.be/aQ1atAGFC9k . На видеосхеме суборбитальная ракета-носитель поднимает свернутую оболочку на заданную высоту, где её разворачивают и наполняют газом из газогенераторов, 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 коллектора. Время зависания - 5-7 секунд.
В таком положении оболочка образует газонаполненный канал на пути орбитального коллектора. КА-накопитель, оснащенный гиперзвуковым диффузором, пробивает тонкую мембрану на торце цилиндра баллонета (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 коллектора и поэтому масса оболочки не захватывается коллектором и не пополняет орбитальные запасы вещества. В накопительной камере газ, из-за тормозного нагрева обратившийся в плазму, смешивается с водой или другими разбавителями для охлаждения до н.у.
При захвате газа, коллектор теряет часть кинетической энергии. Восстановление затраченной энергии производится за счет двигательной установки с электроракетными двигателями (удельный импульс 16000-32000 м/с), а в перспективе двигателями с прямым лазерным нагревом рабочего тела. Рабочее тело ЭРД (аргон и т.п.) содержится в баллонетах-газгольдерах. Благодаря ЭРД 75-50% поступивших веществ сохраняется и используется затем на орбитальных АЗС и технологических платформах. Энергоснабжение ЭРД осуществляется от бортовой солнечной электростанции, состоящей из бескаркасных тонкопленочных солнечных батарей (удельная мощность 2-5 кВт/кг) с центробежной системой раскрытия и стабилизации (в соответствии с технологией, разработанной для ССЭС д.т.н. В.М. Мельниковым). В моменты забора газов из баллонетов, пленочные батареи свернуты в рулоны. После прохождения газового канала, батареи фотоэлектрических преобразователей разворачиваются и работают до следующей встречи с суборбитальным газовым баллонетом.
В другом варианте, энергоснабжение коллектора осуществляется посредством лазерного излучения от внешних источников, расположенных на орбите или наземных. Лазерное энергоснабжение позволяет снизить высоту орбиты коллектора до уровня, обеспечивающего применение СМР с высотой подъема 110-120 км. При этой высоте орбиты коллектора, накопление кислорода и азота (необходимого для изготовления высококипящего топлива), производится непосредственно из атмосферы, точно также как в системах ВКСН-PROFAC-PHARO, с одновременным использованием параллельного способа поставок всех остальных необходимых веществ посредством газгольдеров-баллонетов, доставляемых СМР.
В процессе захвата газа из суборбитальных баллонетов, коллектор под воздействием тормозных импульсов периодически меняет орбиту своего движения, а затем восстанавливает первоначальное орбитальное движение при помощи двигателей малой тяги. Принципиальная схема движения КТС «Орбитрон» и поставок порций газа посредством СМР изображена на анимированном чертеже: https://youtu.be/J7fidEJrNVk .
Часть аккумулируемого вещества используется для увеличения балласта коллектора - вещества используемого в качестве аккумулятора тепла в системе охлаждения и массы, понижающей потерю скорости коллектора при получении тормозного импульса. Благодаря наращиванию доли балластной массы, происходит меньшее снижение высоты орбиты после захвата очередной порции вещества и/или при постоянных параметрах межорбитального движения коллектора, происходит увеличение массы порции захватываемого груза. Так, начиная с поглощения порции газа массой 10 кг, коллектор в последующем обретает возможность поглощать порции газа массой 100 кг, не меняя при этом существенно свою конструкцию.
Перепосты:
http://i-future.livejournal.com/727077.html
http://techno-world.livejournal.com/118701.html