Перспективы освоения Луны в XXI веке. Часть 2

Пнд, 09/09/2013 - 18:06

Экспозиция «ПО Южный машиностроительный завод» с макетом ВКС «Сура» на международном авиационно-космическом салоне «Авіасвіт-XXI», аэродром «Антонов» в г. Гостомель, 2008 г.

На рисунке представлен общий вид модификации ВКС «Сура», в которой первая ступень — суборбитальный самолет — использует твердотопливные ракетные двигатели с изменяемым вектором тяги. Для сравнения на рисунке представлен вариант подобного экспериментального суборбитального самолета, разработанный в США. Орбитальный самолет ВКС «Сура» на околоземной орбите сдвигает наружный аэродинамический обтекатель, открывая доступ к отсеку полезного груза, которым может быть доставленный «паромом» с лунной орбиты гелий-3 или продукция, изготовленная на Луне по космическим технологиям. Приземление орбитального самолета с грузом может осуществляться в любой заданной точке.
В некоторых проектах транспортировки лунных грузов предлагается воспользоваться электромагнитными ускорителями в форме трубы, внутрь которой помещается разгоняемый контейнер с грузом. Двигаясь на «магнитной подушке», контейнер при определенной длине ускорителя может достигать высоких скоростей. Расчеты и опыты с действующими моделями показали, что такой ускоритель при длине 160 м может разгонять контейнер диаметром около 40 см до скорости 2,44 нм/с, т.е. второй космической скорости для условий Луны. Реализация такого проекта открывает принципиально новые возможности для транспортировки грузов на Землю.
В такой схеме остается решить только вопрос опускания грузов с орбиты на Землю. А здесь может быть использован один ВКС, либо ВКС в паре с космическим буксиром.
И, наконец, учитывая высокую надежность реализованной в блоке «Е» пневмогидравлической схемы двигательной установки, в перспективе этот блок может быть использован даже для пилотируемого лунного корабля.

Второе направление работ — создание на Луне промышленной базы для добычи из лунного реголита кислорода, водорода, гелия-3 и производства конструкционных и электротехнических материалов на основе местной добычи железа, титана, алюминия, кремния.

Оценочные предварительные подсчеты показывают, что при переработке рыхлого вещества в естественном залегании лунного грунта, содержащегося, например, в лунном карьере размером 100 х 100 м и глубиной 10 м можно обеспечить получение:

• около 40 тысяч тонн кремния, пригодного, например, для изготовления ячеек солнечных батарей;
• 9 тысяч тонн титана — «космического металла»;
• от 15 до 30 тысяч тонн алюминия;
• от 5 до 25 тысяч тонн железа.

К этим материалам следует добавить еще некоторое количество магния, кальция, хрома и других химических элементов. Наконец, из того же объема лунного реголита можно экстрагировать от 80 до 90 тысяч тонн кислорода. Добываемый кислород можно использовать в системе жизнеобеспечения самой лунной базы как составную часть воздуха и воды. Тем более, что в верхнем рыхлом слое лунного грунта в результате насыщения частицами солнечного ветра содержится и водород в количестве, равном 50 микрограммам на грамм природного реголита. Его-то вместе с добываемым кислородом можно использовать для производства воды. Кроме того, кислород и водород найдут применение в различных технологических процессах и в качестве компонентов ракетного топлива.

Технология получения кислорода уже опробована в наземных лабораторных условиях на аналогах лунных пород и непосредственно из лунного грунта, доставленного на Землю предыдущими экспедициями. Оказалось, что наиболее целесообразно использовать для этого лунные базальты с повышенным содержанием ильменита. При нагревании обогащаемых ильменитами пород до 700-1000°С под давлением от 1 до 10 атмосфер происходит выделение кислорода, а побочным продуктом этой реакции становится восстановленное железо. Если же в качестве восстановителя использовать водород, то в результате реакции получится вода.

Известно, что над проблемой добычи из лунного грунта кислорода, водорода, гелия-3 и других газов работает ряд американских фирм.

К примеру, фирма «Карботек» (г. Хьюстон, США) по контракту с NASA разработала проект крупной установки на лунной поверхности для производства кислорода в количествах, позволяющих использовать его в качестве ракетного топлива в двигателях водородно-кислородного типа. В качестве исходного материала предполагается использовать породы, обогащенные ильменитом. В установке происходит процесс экстракции при температурах от 700 до 1200 °C и давлении 10 атмосфер. Проект рассчитан на 400 т полезной нагрузки для транспортировки на лунную поверхность, из которых 45 т приходится на энергетическую установку мощностью 5 МВт для поддержания процесса экстракции. Такой «кислородный завод» на лунной поверхности должен давать 1000 т кислорода в год.

Ученые из Вашингтонского университета изучили возможность получения водорода из поверхностной тонкой фракции лунного грунта и предложили проект соответствующего комплекса для производства до 40 т водорода в год. Принцип работы установки заключается в нагревании массы исходного материала (от солнечного коллектора) до 700 °C при давлении до 10 атмосфер. При этом из лунного вещества выделятся и другие газы. Наиболее эффективная технология — сжигание полученной из реголита смеси газов в лунном кислороде с последующим отделением воды. Предполагается, что наиболее целесообразно хранить и транспортировать полученный продукт в жидком виде с последующим применением электролиза для разделения кислорода и водорода непосредственно перед использованием. Для упрощения процесса переработки предлагается не возить грунт на завод, а передвигать завод с необходимой скоростью.

В Висконсинском университете разработан проект завода-автомата передвижного типа по подобию зерноуборочного комбайна для получения изотопа гелия-3. В передней части добывающего агрегата размещается вращающее колесо с ковшами типа роторного экскаватора, которое черпает рыхлый грунт и загружает его в бункер, где происходит обработка. В основном модуле этого завода около 800 т грунта с помощью микроволновой техники всего за полчаса нагреваются до 650 °C. Из выделяющейся газовой смеси отбирается гелий-3. По предварительным оценкам продуктивность этого комплекса может достигать 20 кг уникального газа в год.

Одновременно с гелием-3 из нагретого грунта выделяется водород и некоторые другие газы, необходимые для технологических систем лунной базы.
«Отжатый» грунт возвращается назад на поверхность, а завод продолжает свое движение к новому участку.

В более отдаленной перспективе, по-видимому, станет возможной промышленная переработка лунных пород для извлечения алюминия из анортита или железа и титана из ильменита. Например, предложена схема углеродной обработки расплавленных лунных минералов, в которой каждая ступень основана на известных и широко используемых в земной металлургии процессах. Сюда входит обработка железосодержащих минералов углеродом или углеводородом, кислородное производство стали при восстановлении углерода из окиси углерода, электролиз получаемой воды и коксование углеводорода. Особенностью этой схемы является использование в качестве реагента отходов деятельности лунной базы вместо материала, специально доставляемого с Земли.

Отличительной чертой такого передвижного комбайна-завода является необходимость повышенной грузоподъемности в сочетании с низким удельным давлением на поверхность грунта.

Прототип механизма подобного шагающего лунохода в инициативном порядке создается одним из негосударственных предприятий Днепропетровска. Конструкция может состоять из отдельных модулей, которые удобно транспортировать на Луну и монтировать на месте эксплуатации. При общей площади грузовой площадки, например, 36 м2, такая машина может переносить груз в условиях Земли массой 125 тонн, удельное давление на грунт 4 г/см2. Подобный шагающий луноход «комбайн-завод» теоретически может преодолевать возвышения и углубления до 10 метров без изменения горизонтального положения грузовой площадки и двигаться в любом направлении.

Приведенные примеры далеко не исчерпывают все имеющиеся уже сейчас идеи и разработки.

Основным технологическим процессом в предложенных проектах космических технологий является нагревание поверхностных пород до высоких температур. Хотя предполагаются и другие варианты (например, электролиз расплавленных минералов), вероятно, простой нагрев исходного вещества на первом этапе лунной индустрии станет наиболее экономичной и надежной технологией. При этом следует учитывать, что есть доступный источник тепловой энергии — солнечное излучение, значительно более мощное, чем на поверхности Земли. На экваторе Луны в середине лунного дня поверхность нагревается до температуры 130-150 °C. Поэтому использование сравнительно несложных солнечных коллекторов обеспечит в большинстве случаев выполнение заданных технологических процессов.

По мнению большинства специалистов-технологов, природные условия Луны будут способствовать организации на ее поверхности высокопродуктивных технологических процессов. Пониженная гравитация и лунный вакуум облегчат процесс фракционной перегонки. Малая сила тяжести соответственно уменьшит затраты энергии, необходимые для подъема грузов и конструкций.
Глубокий вакуум в естественных условиях предохранит металлы от коррозии даже при высоких рабочих температурах, упростит производство и хранение особо чистых металлов и сплавов.
Обобщенный анализ, основанный на современном уровне представлений о природе Луны и технологических возможностях ее утилизации, приводит к следующему перечню полуфабрикатов и конечных продуктов, производство которых предприятиями лунного индустриального комплекса реально после создания лунной базы:

• металлические листы и стержни из алюминия, магния, титана, железа и сплавов; панели, балки, проволока; металлический порошок из чистых металлов и сплавов; анодированные металлические изделия и полуфабрикаты: конструктивные узлы из металла и других материалов для сооружения лунных построек и орбитальной космической станции;
• стекло и стекловолокно, керамические изделия и теплоизоляция; различные покрытия, включая отражающие поверхности, из натрия с очень высокой отражающей способностью; теплозащитные и радиационные экраны различного назначения;
• тонкопленочные материалы; кремниевые пластины; фотоэлементы для солнечных батарей;
• контейнеры для хранения и транспортировки ракетного топлива; межпланетные космические аппараты.

Произведенные из лунного сырья материалы, полуфабрикаты и изделия могут найти применение как непосредственно на лунной поверхности, на окололунной орбите, на геостационарных и низких околоземных орбитах, так, наконец, и на Земле.

Пока еще нет полностью разработанных и практически апробированных технологий для извлечения всех перечисленных выше продуктов, находящихся в лунном веществе в связанном состоянии. Такие специфические технологии предстоит создать. Можно надеяться, что институты и предприятия Национального космического агентства Украины включатся в разработку и промышленное внедрение космических технологий, тем более, что опыт прошлого огромен. Головную роль в производстве таких «лунных заводов» на унифицированной передвижной платформе мог бы взять на себя Южный машиностроительный завод в Днепропетровске.

Если руководствоваться условием США, что свои работы потенциальные иностранные партнеры программы «Созвездие» должны профинансировать сами, то бюджетные возможности участия Украины в этом проекте крайне ограничены. Пока Украина только декларирует, что она космическая держава, но не выделяет необходимых средств даже на поддержание космической отрасли хотя бы в том состоянии, в котором она ей досталась от бывшего Советского Союза. Показателен бюджет НКАУ на 2009 год, принятый Верховной Радой Украины — практически ничего не выделено по сравнению с развитыми странами. Так что рассчитывать на серьезную поддержку государством перспективных работ по лунной тематике не приходится.

Надо искать частных участников процесса и инвесторов, для которых более важным является участие в большом международном проекте будущего, чем высокая прибыль сегодня. Такие люди в Украине есть. Национальное космическое агентство Украины может участвовать на первом этапе поисковых научно-исследовательских работ для выработки технических предложений, для чего не требуются миллиардные затраты.

2 января 1959 в СССР был осуществлен запуск ракеты-носителя «Восток-Л», которая, преодолев барьер второй космической скорости, вывела на траекторию полета к Луне автоматическую межпланетную станцию «Луна-1». У независимой Украины есть возможность осуществить старт в будущее — к Луне XXI века, пять десятилетий спустя.

Другие материалы рубрики


  • Полеты на Луну, строительство на ней базы, экспедиции на Марс…. Это уже давно не фантастика. Полеты на Луну состоялись в 1969-1972 гг., а с 2004 г. начали разрабатываться планы дальнейших пилотируемых исследований Луны и полетов на Марс. В 2004 г. США обнародовали программу «Constellation», включавшую завершение постройки международной космической станции (МКС) и окончание эксплуатации ракетно-космической системы (РКС) «Space Shuttle» в 2010 г., создание космических кораблей (КК) «Orion» и ракет-носителей (РН) «Ares I/V» для замены РКС «Space Shuttle» и обеспечения исследований Луны и Марса пилотируемыми КК.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • Жизнь на Марсе похоронили рано. Хотя «рассол», когда-то покрывавший Меридианное плато, был слишком кислым и соленым, в других районах планеты условия для развития жизни были «благоприятными», говорят ученые. Там остались глины, а в них могли остаться следы жизни.
    В феврале 2008 года ученые, казалось, похоронили всякую надежду на то, что Марс когда-то мог быть пригодным для жизни. Да, вода здесь была в достаточно значительных количествах, подтвердили они на основании данных, собранных марсоходом Opportunity на Меридианном плато Марса. Но жить в этой воде было невозможно, поскольку она представляла собой насыщенный раствор солей серной кислоты, в котором образовывались сульфаты, дошедшие до наших дней. Раствор представлял чрезвычайно кислую среду, жить в которой известные нам микробы не в состоянии, и этот «рассол» наверняка погубил все возможные формы жизни.



  • ...Также было обнаружено отсутствие у Марса магнитного поля, которое могло бы защитить планету от потенциально опасных для жизни космических лучей. Также было измерено атмосферное давление на Марсе — 0,6 кПа (по сравнению с 101,3 кПа на Земле), что означает невозможность существования на планете жидкой воды. После полученных «Маринером-4» данных было принято решение искать на Марсе одноклеточные организмы, так как для многоклеточных окружающая среда была слишком резка.
    И тогда все надежды были положены на миссию аппаратов «Викинг». Они содержали научные приборы для исследований как на участке спуска в атмосфере Марса, так и после посадки на поверхность планеты...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5


  • «3 июня 2010 года шестеро бесстрашных исследователей отправились в невообразимый 520 суточный полет к далекому Марсу, таинственной красной планете…». Это не строки научно-фантастического романа. Так мировые информационные агентства начинали свои сообщения о беспрецедентном эксперименте «Марс-500» - наземной имитации полета к красной планете, проводимой Институтом медико-биологических проблем РАН в кооперации с иностранными партнерами.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • ...Выбрав базу в качестве первого приоритета освоения Луны, группа Лавойе пришла к необходимости пересмотра проектных наметок по лунному модулю LSAM. Главной его задачей становится доставка на поверхность Луны максимального количества полезного груза, а масса посадочной и взлетной ступени должны быть сведены к минимуму. Роль последней сводится исключительно к доставке экипажа с базы на лунную орбиту: жить в ней даже временно, как во времена программы Apollo, не предполагается. Масса доставляемого груза оценивается сейчас в 6000 кг...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • ...Результаты экспериментов были противоречивыми. Из необработанного грунта при воздействии искусственного солнечного света и воды выделилось некоторое количество углекислого газа, но еще больше кислорода. Без солнечного света или с предварительной стерилизацией грунта результат практически не изменился. Высвобождение газов могло быть прекращено, если температура превышала 120° С. Поскольку в почве не было обнаружено никаких органических соединений, то сделали вывод, что наблюдаемые реакции, вероятно, были химическими и обусловлены наличием в грунте сильного окислителя, такого, как перекись водорода. Вероятность наличия жизни сильно уменьшилась, но некоторые ученые до сих пор считают, что жизнь на Марсе есть — только в очень экзотической форме.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4