Экранизация проекта по использованию лунного ракетного топлива для вывода грузов с Земли и Марса
Есть в моём архиве фильм об использовании орбитальных накопителей вещества и лунного топлива для запуска пилотируемых экспедиций на Марс. В основе лежит проект Еськова-Флорова о двухчелночной системе выведения грузов на орбиту Земли, где одна ступень-челнок базируется на Земле, а вторая челночная ступень на околоземной орбите. Фильм этот я снял с показа, но пару фрагментов из него решил слепить и выложить в качестве самостоятельного видео. Здесь показана работа двух челночной транспортной системе на орбите Марса. Один к одному так же будет выглядеть система и на орбите Земли. С одним отличием: на низкой околоземной орбите КА-накопитель воздуха в качестве энергодвигательной установки использует не ядерный электрогенератор, а лазерный. А если Рогозин к тому времени лунную базу откроет, то вместо орбитального накопителя воздуха система Еськова-Флорова будет использовать лунные установки производства ракетного топлива на основе порошкового алюминия и жидкого кислорода (или кремния и кислорода) с удельным импульсом 1800-2200 м/с.
В представленном на видеосхеме варианте используется электроядерный накопитель атмосферного вещества т.к. дело происходит на Марсе и существующие международные соглашения не запрещают применение низко орбитальных КА с ядерным реактором. Не обязательно так же для производства ракетного топлива доставлять с Земли запасы водорода - можно использовать топливо на основе порошкового углерода и жидкого кислорода, производимое из марсианского углекислого газа (привет Роберту Зубрину). Возможны комбинации в виде суспензии углерода в жидком СО или дициане и т.п. соединениях азота с углеродом. А при инвестициях рашенDARPA в производственные базы на Фобосе и Деймосе, можно обойтись без системы PROFAC на базе российского электроядерного буксира (мегаваттного класса) и питать двух челночную систему топливом на основе алюминия/кремния и кислорода, выработанного из реголита. Избытки топлива из реголита марсианских лун в перспективе можно экспортировать на околоземные орбиты и с успехом использовать для сокращения затрат на запуски с Земли, например, для недорогой отправки невозвращенцев на Марс.
Возможно, что-то еще допишу по теме, а пока смотрите видео.
Так вот, если на орбиту вокруг Марса вывести орбитальный накопитель углекислого газа, оснащенный отечественной электроядерной энергодвигательной установкой с электрической мощностью 1 МВт, то при оптимальном режиме работы каждый год орбитальный завод будет производить 626 тонн ракетного топлива на основе жидкого кислорода и порошкообразного (или гранулированного) углерода, включая около 40 тонн азотно-аргоновой смеси в качестве газа наддува. Ресурс работы установки 5 лет, соответственно, за время нахождения на орбите будет произведено 3130 тонн топлива. Откуда цифры? Смотрим сюда. Орбитальная скорость КА-накопителя 3550 м/с. Оптимальная скорость истечения реактивной струи плазменных ЭРД равна удвоенной скорости поступления газа в КА-накопитель или 7100 м/с. Принимая КПД электрореактивных двигателей равным 50 процентам, получаем, что секундный расход рабочего тела равен 0,019837 кг/с что даёт 626000 кг/год. В течение одного года работы КА-накопитель поглощает из атмосферы Марса удвоенную массу углекислого и попутных газов т.е. 1252000 кг/год. Половина газа расходуется на создание силы тяги, уравновешивающей силу торможения и в итоге получаем 626 тонн сырья в год или 3130 тонн за все время эксплуатации КА-накопителя. Энергия для бортовой установки по переработке углекислоты в ракетное топливо «углерод + кислород» обеспечивается второй независимой энергоустановкой.
Электроядерные буксиры разработчики рассчитывают выводить на НОО двумя пусками РН «Протон». Эти планы касались буксиров для обслуживание лунной базы, требующей характеристической скорости около 9000 м/с. Что касается марсианского варианта, то здесь буксир с полезной нагрузкой в виде установки по накоплению и переработке марсианской углекислоты должен набрать характеристическую скорость равную 17120 м/с: 7910 м/с для ухода с НОО в межпланетное пространство; 5653 м/с для перелета с орбиты Земли на орбиту Марса; 3557 для выхода на низкую орбиту вокруг Марса. Так что возможно потребуется третий пуск для вывода дополнительного запаса рабочего тела. Перелет тоже потребует времени, из-за чего время накопления газов марсианской атмосферы может сократиться до 3 лет. Из чего следует, что к Марсу такого рода накопители вещества следует направлять тогда, когда разработчики смогут поднять их рабочий ресурс до плановых 8-10 лет, ведь накопление сырья на марсианской орбите должны существенно перекрыть затраты рабочего тела во время перелёта к Марсу.
Доставка излишков ракетного топлива к Земле, для использования его при выводе новых грузов для марсианской базы, по всей видимости, должна решаться без использования электроядерных буксиров. С низкой марсианской орбиты танкеры с топливом (или сырьём) лучше всего отправлять при помощи многоразовых бустеров с термохимическими двигателями, которые используют углерод-кислородное топливо. Желательно, вместо готового ракетного топлива посылать к Земле сырье в виде твердой углекислоты в термоизоляции из пористого углерода, блоков углерода и полимеризованного диоксида триуглерода (С3О2). Если к этому времени, будут отработана технология запуска КА с кинетическими двигателями, то практически все грузы для марсианской базы могут запускаться с Земли за счет кинетической энергии треков из марсианского сырья - это понизит на порядки стоимость билета на Марс для идейных невозвращенцев (привет Элону Маски).
Доклад 2002 г.
ПЕРСПЕКТИВНАЯ ДВУХЧЕЛНОЧНАЯ (ЗЕМНОГО И КОСМИЧЕСКОГО БАЗИРОВАНИЯ) СИСТЕМА ВЫВЕДЕНИЯ ГРУЗОВ НА ОРБИТУ ЗЕМЛИ
© Ю.М.Еськов, В.И.Флоров
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и научное прогнозирование"
2002 г.
Космонавтика - область деятельности людей, направленная на преодоление их планетной ограниченности (пространственной, материально-энергетической, информационной, организационно-нравственной). Как и всякая деятельность, космонавтика есть производственная деятельность. Сегодня космонавтика раздвинула планетные пределы производства лишь в отношении пространства. Она создала космическое хозяйство Земли. Но в части ресурсной материально-энергетической базы космонавтика остается в старых, земных пределах.
Следующий этап ее развития, этап выхода на материально энергетические ресурсы космоса, возможен лишь при значительном улучшении экономических характеристик системы выведения грузов с Земли и их транспортировки в космическом пространстве. Эта задача может быть решена при создании производства ракетного топлива в космическом пространстве. Это уже начало выхода космического хозяйства Земли на космическую материально-энергетическую базу. С другой стороны это имеет важное значение для решения надвигающегося глобального кризиса Земли, так как дает Земле новый уровень, космический уровень ее производственного могущества. Поэтому, имея в виду комплекс проблем, в этом докладе мы акцентируем внимание на решении узловой его задачи: постановка системно-проектных исследований в части перспективной двухчелночной системы выведения двойного базирования, работающей на топливе космического производства.
Первый «челнок» - аэродромно-земного базирования выводит полезный груз на суборбитальную скорость, а второй - орбитально-космического базирования - сходит с орбиты, уменьшая скорость до выравнивания ее со скоростью первого «челнока». В точке уравнивания их скоростей происходит передача полезного груза от первого «челнока» ко второму (или обмен полезными грузами). Второй «челнок», разгоняясь, выходит на орбиту, а первый возвращается на Землю планированием. Второй «челнок» запитывается топливом космического производства на орбите. Спуск с орбиты он может производить как за счет торможения двигателем, так и за счет аэродинамического торможения.
Авторы доклада считают постановку системно-проектных исследований в части такой системы выведения назревшей.
Экологически чистая мировая электроэнергетика и космонавтика в XXI веке
Еськов Ю.М. страница 137
Сегодня ежегодный объем топлива во всех КА, стартующих с околоземной орбиты, составляет 250-300 т топлива. В более далекой перспективе, когда для системы ОКО потребуется 10-15 тыс. т топлива при десятилетнем сроке развертывания системы, темп доставки его с Луны на ОИСЗ возрастет до 1000-1500 т в год, что вполне доступно рассмотренной для ЛЭС космической транспортной системе на основе лунной ракеты с ЖРД на кислород-алюминии и межорбитального буксира с ЭРД на кислороде при мощности СБ 10 МВт. Стоимость лунного топлива на ОИСЗ оказывается примерно на порядок ниже, чем доставка любого топлива с Земли сегодняшними носителями (2000 $ / кг для «Протона» и до 10000 $ / кг на «Спейс Шаттле»). Сокращение стоимости выведения благодаря применению лунного топлива даст экономию порядка 1 миллиарда $ в год, что при наличии устойчивого спроса, даже всего лишь в течении 10 лет, даст суммарный доход в несколько миллиардов. Этого уже, по-видимому, достаточно для проявления интереса к этому проекту даже со стороны частных финансовых компаний. При этом объем производства топлива на Луне, с учетом затрат на его транспортировку, составит 2000 т в год. Лунный топливный завод в данном случае существенно проще, если ограничиться только производством кислорода (отсутствует сложное производство алюминия и кремния с применением привозного фтора и тяжелого оборудования).
Другим возможным путем улучшения экономических показателей систем выведения являются рассматриваемые сейчас схемы доставки на ОИСЗ с помощью двухступенчатой системы. Первая ступень - кислород-водородный суборбитальный аппарат, разгоняющий полезный груз до скорости 6 км/с на высоте 150 км. Там он перехватывается ступенью орбитального базирования, работающей на лунном кислород-алюминиевом топливе, после чего доставляется на рабочую орбиту дежурства топливозаправочной станции. В такой схеме при доставке одинаковой массы полезного груза общая масса обеих ступеней почти в 3 раза меньше массы одноступенчатого кислород-водородного носителя.
Будущее земли и человечества: роль и место космонавтики.
Вадим Ильич ФЛОРОВ, научный сотрудник ЦНИИмаш
Наиболее серьезным препятствием экспансии в космическое пространство является высокая цена транспортировки грузов с Земли в космическое пространство и космическом пространстве. Последнее (транспортировка в космическом пространстве) связано с необходимостью доставлять с Земли не только сами грузы, но и топливо для их транспортировки. Эта проблема снимается, если ракетное топливо производится в космическом пространстве.
Более того, "космическое" топливо позволяет создать двухступенчатую систему выведения с Земли в космическое пространство с первой ступенью земного базирования и со второй - космического базирования с заправкой "космическим" топливом. Первая ступень имеет конечную скорость ниже орбитальной и может быть выполнена как суборбитальный аэрокосмический многоразовый самолет. Разработка подобных летательных аппаратов как земного транспортного средства уже началась. Вторая многоразовая ступень совершает маневр торможения с орбиты базирования, выравнивания скорости движения со скоростью первой ступени в конце ее движения и перехват ее полезной нагрузки с последующим разгоном и выходом вновь на орбиту базирования.
Такая система выведения и транспортировки в космосе может стать на порядок более дешевой системой космической транспортировки.
В представленном на видеосхеме варианте используется электроядерный накопитель атмосферного вещества т.к. дело происходит на Марсе и существующие международные соглашения не запрещают применение низко орбитальных КА с ядерным реактором. Не обязательно так же для производства ракетного топлива доставлять с Земли запасы водорода - можно использовать топливо на основе порошкового углерода и жидкого кислорода, производимое из марсианского углекислого газа (привет Роберту Зубрину). Возможны комбинации в виде суспензии углерода в жидком СО или дициане и т.п. соединениях азота с углеродом. А при инвестициях рашенDARPA в производственные базы на Фобосе и Деймосе, можно обойтись без системы PROFAC на базе российского электроядерного буксира (мегаваттного класса) и питать двух челночную систему топливом на основе алюминия/кремния и кислорода, выработанного из реголита. Избытки топлива из реголита марсианских лун в перспективе можно экспортировать на околоземные орбиты и с успехом использовать для сокращения затрат на запуски с Земли, например, для недорогой отправки невозвращенцев на Марс.
Возможно, что-то еще допишу по теме, а пока смотрите видео.
Так вот, если на орбиту вокруг Марса вывести орбитальный накопитель углекислого газа, оснащенный отечественной электроядерной энергодвигательной установкой с электрической мощностью 1 МВт, то при оптимальном режиме работы каждый год орбитальный завод будет производить 626 тонн ракетного топлива на основе жидкого кислорода и порошкообразного (или гранулированного) углерода, включая около 40 тонн азотно-аргоновой смеси в качестве газа наддува. Ресурс работы установки 5 лет, соответственно, за время нахождения на орбите будет произведено 3130 тонн топлива. Откуда цифры? Смотрим сюда. Орбитальная скорость КА-накопителя 3550 м/с. Оптимальная скорость истечения реактивной струи плазменных ЭРД равна удвоенной скорости поступления газа в КА-накопитель или 7100 м/с. Принимая КПД электрореактивных двигателей равным 50 процентам, получаем, что секундный расход рабочего тела равен 0,019837 кг/с что даёт 626000 кг/год. В течение одного года работы КА-накопитель поглощает из атмосферы Марса удвоенную массу углекислого и попутных газов т.е. 1252000 кг/год. Половина газа расходуется на создание силы тяги, уравновешивающей силу торможения и в итоге получаем 626 тонн сырья в год или 3130 тонн за все время эксплуатации КА-накопителя. Энергия для бортовой установки по переработке углекислоты в ракетное топливо «углерод + кислород» обеспечивается второй независимой энергоустановкой.
Электроядерные буксиры разработчики рассчитывают выводить на НОО двумя пусками РН «Протон». Эти планы касались буксиров для обслуживание лунной базы, требующей характеристической скорости около 9000 м/с. Что касается марсианского варианта, то здесь буксир с полезной нагрузкой в виде установки по накоплению и переработке марсианской углекислоты должен набрать характеристическую скорость равную 17120 м/с: 7910 м/с для ухода с НОО в межпланетное пространство; 5653 м/с для перелета с орбиты Земли на орбиту Марса; 3557 для выхода на низкую орбиту вокруг Марса. Так что возможно потребуется третий пуск для вывода дополнительного запаса рабочего тела. Перелет тоже потребует времени, из-за чего время накопления газов марсианской атмосферы может сократиться до 3 лет. Из чего следует, что к Марсу такого рода накопители вещества следует направлять тогда, когда разработчики смогут поднять их рабочий ресурс до плановых 8-10 лет, ведь накопление сырья на марсианской орбите должны существенно перекрыть затраты рабочего тела во время перелёта к Марсу.
Доставка излишков ракетного топлива к Земле, для использования его при выводе новых грузов для марсианской базы, по всей видимости, должна решаться без использования электроядерных буксиров. С низкой марсианской орбиты танкеры с топливом (или сырьём) лучше всего отправлять при помощи многоразовых бустеров с термохимическими двигателями, которые используют углерод-кислородное топливо. Желательно, вместо готового ракетного топлива посылать к Земле сырье в виде твердой углекислоты в термоизоляции из пористого углерода, блоков углерода и полимеризованного диоксида триуглерода (С3О2). Если к этому времени, будут отработана технология запуска КА с кинетическими двигателями, то практически все грузы для марсианской базы могут запускаться с Земли за счет кинетической энергии треков из марсианского сырья - это понизит на порядки стоимость билета на Марс для идейных невозвращенцев (привет Элону Маски).
Click to viewДоклад 2002 г.
ПЕРСПЕКТИВНАЯ ДВУХЧЕЛНОЧНАЯ (ЗЕМНОГО И КОСМИЧЕСКОГО БАЗИРОВАНИЯ) СИСТЕМА ВЫВЕДЕНИЯ ГРУЗОВ НА ОРБИТУ ЗЕМЛИ
© Ю.М.Еськов, В.И.Флоров
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и научное прогнозирование"
2002 г.
Космонавтика - область деятельности людей, направленная на преодоление их планетной ограниченности (пространственной, материально-энергетической, информационной, организационно-нравственной). Как и всякая деятельность, космонавтика есть производственная деятельность. Сегодня космонавтика раздвинула планетные пределы производства лишь в отношении пространства. Она создала космическое хозяйство Земли. Но в части ресурсной материально-энергетической базы космонавтика остается в старых, земных пределах.
Следующий этап ее развития, этап выхода на материально энергетические ресурсы космоса, возможен лишь при значительном улучшении экономических характеристик системы выведения грузов с Земли и их транспортировки в космическом пространстве. Эта задача может быть решена при создании производства ракетного топлива в космическом пространстве. Это уже начало выхода космического хозяйства Земли на космическую материально-энергетическую базу. С другой стороны это имеет важное значение для решения надвигающегося глобального кризиса Земли, так как дает Земле новый уровень, космический уровень ее производственного могущества. Поэтому, имея в виду комплекс проблем, в этом докладе мы акцентируем внимание на решении узловой его задачи: постановка системно-проектных исследований в части перспективной двухчелночной системы выведения двойного базирования, работающей на топливе космического производства.
Первый «челнок» - аэродромно-земного базирования выводит полезный груз на суборбитальную скорость, а второй - орбитально-космического базирования - сходит с орбиты, уменьшая скорость до выравнивания ее со скоростью первого «челнока». В точке уравнивания их скоростей происходит передача полезного груза от первого «челнока» ко второму (или обмен полезными грузами). Второй «челнок», разгоняясь, выходит на орбиту, а первый возвращается на Землю планированием. Второй «челнок» запитывается топливом космического производства на орбите. Спуск с орбиты он может производить как за счет торможения двигателем, так и за счет аэродинамического торможения.
Авторы доклада считают постановку системно-проектных исследований в части такой системы выведения назревшей.
Экологически чистая мировая электроэнергетика и космонавтика в XXI веке
Еськов Ю.М. страница 137
Сегодня ежегодный объем топлива во всех КА, стартующих с околоземной орбиты, составляет 250-300 т топлива. В более далекой перспективе, когда для системы ОКО потребуется 10-15 тыс. т топлива при десятилетнем сроке развертывания системы, темп доставки его с Луны на ОИСЗ возрастет до 1000-1500 т в год, что вполне доступно рассмотренной для ЛЭС космической транспортной системе на основе лунной ракеты с ЖРД на кислород-алюминии и межорбитального буксира с ЭРД на кислороде при мощности СБ 10 МВт. Стоимость лунного топлива на ОИСЗ оказывается примерно на порядок ниже, чем доставка любого топлива с Земли сегодняшними носителями (2000 $ / кг для «Протона» и до 10000 $ / кг на «Спейс Шаттле»). Сокращение стоимости выведения благодаря применению лунного топлива даст экономию порядка 1 миллиарда $ в год, что при наличии устойчивого спроса, даже всего лишь в течении 10 лет, даст суммарный доход в несколько миллиардов. Этого уже, по-видимому, достаточно для проявления интереса к этому проекту даже со стороны частных финансовых компаний. При этом объем производства топлива на Луне, с учетом затрат на его транспортировку, составит 2000 т в год. Лунный топливный завод в данном случае существенно проще, если ограничиться только производством кислорода (отсутствует сложное производство алюминия и кремния с применением привозного фтора и тяжелого оборудования).
Другим возможным путем улучшения экономических показателей систем выведения являются рассматриваемые сейчас схемы доставки на ОИСЗ с помощью двухступенчатой системы. Первая ступень - кислород-водородный суборбитальный аппарат, разгоняющий полезный груз до скорости 6 км/с на высоте 150 км. Там он перехватывается ступенью орбитального базирования, работающей на лунном кислород-алюминиевом топливе, после чего доставляется на рабочую орбиту дежурства топливозаправочной станции. В такой схеме при доставке одинаковой массы полезного груза общая масса обеих ступеней почти в 3 раза меньше массы одноступенчатого кислород-водородного носителя.
Будущее земли и человечества: роль и место космонавтики.
Вадим Ильич ФЛОРОВ, научный сотрудник ЦНИИмаш
Наиболее серьезным препятствием экспансии в космическое пространство является высокая цена транспортировки грузов с Земли в космическое пространство и космическом пространстве. Последнее (транспортировка в космическом пространстве) связано с необходимостью доставлять с Земли не только сами грузы, но и топливо для их транспортировки. Эта проблема снимается, если ракетное топливо производится в космическом пространстве.
Более того, "космическое" топливо позволяет создать двухступенчатую систему выведения с Земли в космическое пространство с первой ступенью земного базирования и со второй - космического базирования с заправкой "космическим" топливом. Первая ступень имеет конечную скорость ниже орбитальной и может быть выполнена как суборбитальный аэрокосмический многоразовый самолет. Разработка подобных летательных аппаратов как земного транспортного средства уже началась. Вторая многоразовая ступень совершает маневр торможения с орбиты базирования, выравнивания скорости движения со скоростью первой ступени в конце ее движения и перехват ее полезной нагрузки с последующим разгоном и выходом вновь на орбиту базирования.
Такая система выведения и транспортировки в космосе может стать на порядок более дешевой системой космической транспортировки.