LINEBURG


<< Пред. стр.

страница 6
(всего 11)

ОГЛАВЛЕНИЕ

След. стр. >>

ранее схема интегрального ЭИК «СБ+ФАР». Тем не менее нет ни- Полагая, что комплекс состоит из 300 отдельных энергоизлу-
каких сомнений в технической реализуемости и такой системы. чательных модулей (ЭИК'ов), выдающих в среднем по 10 млн. кВт
При этом проблема создания легких СБ большой мощности все эл на выходе из ректенны, что грубо соответствует пиковой мощ-
равно сохраняется и здесь. Правда, некоторое облегчение имеет ности в лунный полдень ˜ 20 млн. кВт СВЧ из ФАР.
место, в связи с тем, что, в отличие от интегральной системы При КПД ?св = 0,98; КПД солнечных батарей ?СБ = 0,1 и КПД
«СБ+ФАР», ленточная провисающая СБ на железной подложке твердотельных транзисторов-генераторов в составе ФАР ?СВЧ =
может быть заменена на простую СБ, укладываемую на грунт, 0,5, а также потерь в приемном устройстве 10% и в атмосфере 5%
предварительно спланированный в виде «грядок» (Рис. 10). В ка- соответственно, получим основные характеристики единичного
честве подложки СБ можно использовать, например, ленты плав- канала.
леного кварца. Однако технологическая проблема напыления Диаметр ФАР при условии dФАР = dСБ = 21,2 км, диаметр рек-
электрогенерирующего слоя кремния с высокой скоростью оста- тенны dрек = 6,95 км. Плотность мощности СБ NСБ = 1,36 кВт/м2,
ется и здесь. плотность СВЧ излучения на ректенне Nрек = 0,63 кВт/м2. Эта ве-
Таким образом, видна возможность выбора типа энергоизлу- личина существенно ниже допустимой величины (N)мах = 2,7
чающей системы, что повышает гарантию ее реализации. кВт/м2 соответствующей электрической прочности атмосферы
Считается, что недостатком ЛЭС, по сравнению, например, с (при ? = 12,25 см величина N = 500 Вт/м2, однако она существенно
геостационарными КЭС, является непостоянство подачи энергии зависит от ?: N ˜ ?-2).
потребителям, связанное с естественными причинами – вращени- Предполагается, что ЭИК формируется из 300 одинаковых
ем Земли вокруг Солнца и собственной оси, вращением Луны во- модулей вышеуказанной размерности. При условии формирования
круг Земли и непостоянством угла падения лучей Солнца на не- всего комплекса в виде квадрата 17?17 ФАР габарит составит 360
подвижную горизонтальную СБ на Луне. С самого начала основа- км (а диаметр описанного круга в случае применения подсветки ˜
тели этого научно-технического направления (ЛЭС) предполагали 500 км).
бороться против этого недостатка, например, путем применения Особенности работы однопозиционных и двухпозиционных
так называемой двухпозиционной схемы. ЛЭС проведем на основе анализа циклограмм их модулей средней
В ней два энергоизлучательных комплекса (ЭИК'а размеща- мощностью по 10 млн. кВт. Формирование крупной ЛЭС мощно-
ются на экваторе вблизи противоположных краев видимого с Зем- стью 3 млрд. кВт в виде моноблочного агрегата лишает преиму-
ли лимба Луны и, освещаясь попеременно Солнцем, выдают на щества использования мощности уже введенных модулей для по-
Землю электроэнергию без перерывов. При этом сами ЭИК'и дачи электроэнергии потребителям (как это часто делается при
формировались из двух раздельных агрегатов – СБ и ФАР, соеди- строительстве крупных ТЭС и ГЭС, где мощности наращиваются
ненных только линией электропитания. поблочно). Кроме того, использование модульной схемы удобно с
Рассмотрим габариты ФАР (СБ) и ректенны. точки зрения упрощения системы наведения, где каждый луч на-
77 78
водится на «свою» ректенну, имеющую собственную частоту вы- тивности СБ в утренние и вечерние часы (при малых углах воз-
зывного маяка. вышения Солнца над горизонтом) оказываются значительными.
Хотя, в принципе возможно формирование с крупногабарит- Однопозиционная ЛЭС за 28 суточный лунный день при ус-
ной ФАР диаметром d ? 500 км и многолучевой диаграммы на- ловии полного, без потерь потребления на Земле всей падающей
правленности. В РЛС ПРО и ПВО используются диаграммы с сот- энергии как при благоприятном расположении ректенны (на ви-
ней лучей. Однако, повторяем, наведение каждого луча на «свою» димой с Луны стороне Земли), так и при неблагоприятном, дает
ректенну со своим маяком потребует усложнения схемы и систе- возможность использовать всего 32% от энергии, вырабатываемой
мы управления. в течение всего дня на уровне полуденной (максимальной) мощ-
Итак, рассмотрим возможности снижения неравномерности ности.
по времени электроэнергии на выходе из ректенны для однопози- Двухпозиционная ЛЭС повысит эту величину вдвое – до 64%.
ционных и двухпозиционных схем, а также другие способы – при- Однако, в утренние и вечерние часы, составляющие до 33% обще-
менение накопителей и подсветки Солнцем. го времени, энерговыработка в среднем весьма мала и составляет
Рассмотрим прежде особенности двухпозиционных и однопо- всего 25% от максимальной (хотя формально «ночного провала» и
зиционных ЛЭС. Покажем, что и так называемая однопозицион- нет). Попытка улучшить ситуацию по 2-х позиционной ЛЭС
ная ЛЭС позволяет осуществить энергоснабжение наземных по- «сблизив» их по угловому положению до 120? (рисунок 19в) также
требителей непрерывно в течение 28 суток при наличии около- не дает успеха. Действительно, длительность непрерывного (хотя
земных КПО, отражающих СВЧ луч и КПО оптического диапазо- также непостоянного по величине) энергоснабжения увеличивает-
на (зеркал), освещающих с окололунных орбит (или других удоб- ся с 14 до ˜ 24 суток, однако возникает полный провал длительно-
ных точек размещения, например из точек либрации) комплекс СБ стью в ˜ 4 суток, а среднесуточная энерговыработка (за 28 земных
+ ФАР в течение периода естественного затмения (лунной ночью). суток) снижается с 64% для симметричной 2-х позиционной ЛЭС
Для начала проанализируем характер циклограммы распола- при положении каждой станции через 180? до 52%. Техническая
гаемой электроэнергии, формируемой на выходе из ректенны мо- возможность заполнить 4-х суточный провал, в принципе, есть –
дуля. В первую очередь проследим характер СВЧ – излучения на например накопители. Однако индукционный накопитель со
выходе из антенны в течение 28 суточного лунного цикла (напом- сверхпроводящими обмотками для наземного потребителя с ха-
ним, что Луна освещается Солнцем 14 суток, 14 суток – «ночь»). рактерной мощностью 10 ГВт должен иметь массу ˜ 10 млн. т (!!!)
Антенна (ФАР + СБ) размещена на стороне Луны обращенной к для компенсации 4-х суточного провала. Электромеханический
Земле. накопитель снизит эту цифру «всего» до 3 млн. т. Заметим, что
Зависимость излучаемой энергии от времени в течение 28 су- масса типичной ТЭС мощностью 10 млн. кВт оценивается в 100
ток приведена для однопозиционной ЛЭС на рис 19а, где виден тыс. т. Если же говорить об аккумулировании всей мощности ЛЭС
«ночной провал» протяженностью 14 суток, а переменность энер- (3 млрд. кВт) то это технически невыполнимо.
говыработки в течение 14 суточного дня объясняется существен- Возможный вариант улучшения циклограммы ЛЭС – по-
ным изменением интенсивности падающего излучения – нулевой стройка СБ на обратной стороне Луны. При наличии одной ФАР
на «восходе» и «закате», максимальной – через 7 суток после на «земной» стороне Луны, 2-х СБ, разнесенных на 120? на этой
«восхода», что характерно для неориентированной СБ, плоскость же стороне, причем одна из них территориально (но не конструк-
которой совпадает с местным горизонтом. Естественна попытка тивно!) совмещена с ФАР, и одной СБ на невидимой стороне Лу-
ликвидировать «ночной провал» путем размещения двух ЛЭС, ны, возможно получение непрерывной 28 суточной циклограммы.
например, через 180? по экватору по краям лимба. Выработка Правда, общая длина линий электропередачи должна быть исклю-
энергии за лунные сутки, действительно, увеличится в 2 раза и чительно высокой ˜ 7000 км. Это, конечно, возможно только при
исчезнет ночной провал. К сожалению, потери от низкой эффек- высоковольтной передаче (не менее 1-1,5 млн. В, независимо от
того, будет ли передача вестись на постоянном или переменном
79 80
токе). Даже при напряжении 1 млн. вольт масса алюминиевых система КА порядка 40 шт массой по 3 т с диаметром зеркала 200
двухпроводных трасс составит при плотности тока 5 А/мм2 ˜ 25 м, выполненного из алюминизированной полиамидной пленки
млн. т. В любом случае понадобятся преобразовательные под- толщиной 5-7 мкм. Масса единичного КА оказалась несколько
станции громадной мощности (3 млрд. кВт), которые могут быть тонн (масса собственно пленки – менее 10 %). Значительные за-
выполнены лишь в многоблочном варианте. Результирующая цик- траты массы потребовали механизмы интенсивных программных
лограмма хотя и будет непрерывной, но заметно неравномерной. разворотов с большими угловыми ускорениями вокруг попереч-
Отклонения составят ± 25% от среднего значения. ных осей зеркала – для наведения луча. Что касается варианта «б»,
Еще одним вариантом снижения неравномерности энерговы- то он пока не проработан, но не бесперспективен. Основная осо-
работки однопозиционной ЛЭС является применение подсветки бенность схемы при дальности 360 тыс. км – размер солнечного
Солнцем ЭИК’а интегральной схемы с помощью плоских косми- «зайчика» на лунной поверхности избыточен (при расходимости
ческих отражателей, которые условно (в отличие от околоземных солнечного луча 0?30' оказывается ˜ 3000 км). При диаметре пле-
КПО, обеспечивающих переотражение СВЧ луча) назовем сол- ночного отражателя 500 км, масса только пленки составит ˜ 70
нечными КПО – СКПО. млн. т, а с учетом каркаса и аппаратуры – не менее 700 млн. т. Хо-
Особенностью подсветки Солнцем является значительная тя абсолютный масштаб массы пленки и зеркала велик, но стоит
расходимость его излучения – 0?30'. заметить, что и сама ЛЭС мощностью в 3 млрд. кВт будет иметь
Возможны 2 схемы подсветки: массу ˜ 10 млн. т, а объем переработанного сырья ˜ до 100 млн. т.
а) при расположении СКПО на средневысотных экваториаль- С этих позиций относительная масса подсветочного зеркала в точ-
ных круговых окололунных орбитах; ке либрации выглядит удручающе.
б) при расположении СКПО в одной (а возможно и в 2-х) либ- Вышеприведенные материалы касались в основном проблемы
рационных точках. Из 5 точек либрации в системе Земля – Луна 3 цикличности энерговыработки на вращающейся вокруг своей оси
точки, лежащие на линии Земля – Луна непригодны. Возможно Луне. Рассмотрим проблему цикличности энерговыработки на ко-
размещение СКПО только в устойчивых точках под углом 60? к нечном этапе преобразования – на наземных ректеннах, учитывая,
оси Земля – Луна («вращающегося радиуса», относительно кото- что продолжительность прямой видимости ректенны с Луны за 1
рого СКПО, располагаются в точках на расстоянии ˜ 360 тыс. км земные сутки составляет 12 часов. Приближенная картина энерго-
от центра Луны, что является недостатком этой схемы. выработки на ректенне характерная для системы без КПО и спра-
Особенностью варианта «а», представляющего собой пра- ведливая как для однопозиционной, так и для двухпозиционной
вильную орбитальную систему из большого числа СКПО, являет- ЛЭС, показана на рис. 19а (второй 14 суточный период аналогичен
ся неизбежная избыточность численности систем из-за наличия и не показан). Предполагается, что плоскость ректенны совпадает
«холостых» аппаратов, условия освещения которых Солнцем не с местным горизонтом, а широта – близка к экватору (изменением
позволяют отражать луч на ЭИК в течение полного оборота. Ва- энерговыработки из-за влияния наклона земной оси к плоскости
риант «б» лишен этого недостатка – он в принципе может иметь лунного экватора, где размещена передающая ФАР пренебрегаем).
либо одну (в одной точке либрации) либо 2 (что еще следует про- Причина ночных провалов на наземных ректеннах даже при мак-
анализировать из условий освещения за месяц и 1 год) зеркальную симальной энерговыработке СВЧ сигнала (мощности СВЧ луча на
станцию. Предварительные оценки показали малую перспектив- выходе из ФАР), соответствующей лунному полдню – затенение
ность варианта «а», особенно учитывая необходимость получения ректенны Землей. Хотя формально периоды прямой видимости
высокой освещенности ˜ 1,4 кВт/м2 в зоне СБ. На основании ранее ректенны составляют ровно 0,5 земных суток реально энерговы-
проведенных оценок по подсветке приполярных районов Земли в работка при малых углах падения Солнца низка: при 0? – 0, при
РКК «Энергия» выяснилось, что даже при освещении района с 30? – 50 % от условий нормального падения. Поэтому практически
характерными размерами 50 км с интенсивностью ˜ 10 люкс, что в в реальный расчет приняты лишь 8 часовые сеансы энергоснабже-
10 тыс. раз меньше требуемого для нашей задачи, потребуется ния, когда Земля разворачивается в пределах центрального угла
81 82
120?, а средняя энерговыработка между крайними положениями Глава 2. Луна как сырьевая база
(угол падения 60? и зенитом – 90?) составляют ˜ 97 %. Т.е. практи-
чески можно считать потери на этом участке несущественными. В данном разделе рассмотрены физические условия на Луне,
Потеря же суточной энерговыработки из-за отсутствия орбиталь- свойства лунного сырья. Технологические процессы переработки
ных СВЧ отражателей (КПО) в течении 16 часов достаточно ощу- сырья в компоненты лунного топлива, в материалы и полуфабри-
тима. Однако, учитывая даже низкий КПД передачи через КПО каты для ЛЭС будут даны в главе 3.
(?св ? 0,5) и удвоенное время “провала” по сравнению со временем Лунная поверхность покрыта слоем мелкодисперсного рего-
передачи (16 час и 8 час соответственно), отсутствие КПО приво- лита. Основная приповерхностная тонкая фракция состоит на ˜
дит интегрально за сутки к 50 % потерям энергии. Такова «цена» 70% из частиц размером от нескольких микрометров до ˜ 100 мкм.
Плотность реголита у поверхности ˜ 1600 кг/м3, на глубине в не-
КПО. С другой стороны, учитывая сложность наведения луча на
сколько сантиметров – 1000 кг/м3, несущая способность реголита
КПО и, особенно, трудности механического разворота КПО с пре-
цизионной точностью, может быть придется смириться с этими достаточно велика – до нескольких сотен кПа.
потерями, если рассматривать ЛЭС только как сберегающую уг- В целом физические свойства лунного грунта достаточно при-
леводородное топливо систему, либо удваивая мощность ЭИК на емлемы для экскавации, передвижения людей и транспортных
Луне. Заметим, что сам перерыв энергоснабжения в данном рай- средств, размещения производственных модулей заводов, а также
оне, где расположена ректенна (а среднее расстояние между рек- для реализации различных физико-химических способов перера-
теннами (при 300-х ректеннах) составит несколько сотен километ- ботки при крупнотоннажном производстве. Основные породы, из
ров), в сегодняшней практике энергоснабжения легко компенси- которых состоит реголит, среди которых есть “земные” аналоги,
руется переброской энергии по наземным ЛЭП. приведены в таблице 6, химический состав морского и материко-
Основные выводы данного раздела: вого реголита – в таблице 7, а элементный состав – в таблице 8.
Несмотря на более сложные условия выработки электроэнер- Лунная атмосфера, хотя и содержит некоторые необходимые
гии на ЛЭС, по сравнению, например, с орбитальными КЭС, име- элементы (Н2, He, Ne, Ar), однако из-за крайне низкой плотности
(Ра=10-7-10-10 Па) для практического использования ее как сырья
ются технические решения для получения приемлемой неравно-
мерности выработки электроэнергии на выходных клеммах назем- непригодна.
ного приемно-преобразовательного устройства ЛЭС.
Двухпозиционные ЛЭС хотя и лишены полных «провалов» Таблица 6
при оппозитном размещении ЛЭС, но имеют либо низкую энерго- Состав основных пород лунного реголита
выработку на протяжении значительной части (до 30 %) лунного
28 суточного цикла, либо 4-х суточный, ночной «провал» при эк- Название Класс Формула
ваториальном размещении ЭИКов на угловом расстоянии друг от Ильменит Титанистый же- FeTiO3
друга 120?. лезняк
Создание однопозиционных ЛЭС вполне правомерно, как Оливин Железомагниевый (MgFe)2[SiO4]
часть системы топливосберегающих технологий. силикат
Демонстрационную ЛЭС, являющуюся по определению одно- Анортит Алюмосиликат Ca[Al2Si2O8]
позиционной, целесообразно размещать на экваторе Луны на ли- кальция
нии Земля – Луна. Пироксен Щелочные R2[Si2O6], где R – Na, Ca.…
силикаты
83 84
Концентрация главного летучего вещества – водорода состав-
Таблица 7
ляет в реголите – 55 г/тонну.
Химический состав морского реголита (базальта) и матери-
Концентрация других газов, а также паров воды и 3Не (кото-
кового реголита (в %).
рый в случае необходимости сможет добываться для “чистой” на-
земной термоядерной электроэнергетики) приведены в таблице 9
Состав Морской реголит Материковый реголит
(по отношению к Н2 по массе).
SiO2 41,7 44,4
Al2O3 15,33 22,9
Таблица 9
TiO2 3,39 0,56
Относительное содержание газообразных веществ, имплан-
FeO 16,64 7,03
тированных в реголит (по отношению к Н2)
MgO 8,78 9,7
CaO 12,49 15,2
H2 1
Na2O 0,34 0,55 4
He 0,54
K2O 0,1 0,1 3
0,00032 *)
He
MnO 0,21 0,12
N2 0,08
Cr2O3 0,28 -
CO 0,3
P2O5 0,12 0,14
CO2 0,28
CH4 0,26
Таблица 8
H2O 0,54
Элементый состав лунного реголита (в %)
)
регионах содержание 3Не выше по крайней
* В отдельных
мере на порядок.
Элемент Морской Материковый Реголит отдельных
реголит реголит бассейнов
Сырьевые ресурсы Луны используются путем глубокой пере-
Ca 7,9 10,7 7,70
работки лунного грунта. Сначала при предварительной его обра-
Mg 5,8 4,6 6,1
ботке путем умеренного нагрева в солнечных печах выделяются и
Fe 13,2 4,9 3,7
извлекаются газолетучие фракции, не входящие в состав химиче-
Al 6,8 13,3 9,8
ских элементов реголита, а имплантированные воздействием
Ti 3,1 - -
“солнечного ветра” в верхний слой. Затем начинается собственно
Si 20,4 21,0 21,8
сама глубокая переработка реголита различными физикохимиче-
O 41,3 44,6 43,3
скими методами. Как будет показано ниже, основные технологи-
S 0,1 0,072 0,076
ческие процессы формируются по замкнутой схеме, что дает прак-
K 0,1 0,073 0,24
тически безотходное производство.
Na 0,3 0,48 0,38 При решении наиболее сложной, практически “предельной”
по условиям глубины переработки сырья и по масштабам произ-
В то же время некоторые летучие продукты, хотя и не входя- водства задачи — создании демонстрационной ЛЭС и завода по
щие химически в состав реголита и имплантированные в его верх- производству топлива – из реголита извлекаются практически все
ний слой под воздействием солнечной плазмы (“солнечного вет- элементы для получения:
ра”), вполне могут быть использованы в качестве сырья уже при – Обоих компонентов топлива (горючего и окислителя) – Al +
простейшей технологии – нагреве до ˜ 700?С с последующим O2 , Si + O2 или Al + Si + O2. Топливо используется в ДУ транс-
фракционным разделением газов. портных систем по саморазвертыванию ЛПБ и ЛЭС.
85 86
ный полдень, размеры пусковой СБ в плане всего 1050 ? 1050 м.
– Собственно основных и вспомогательных функциональных
элементов энергоизлучательных комплексов ЛЭС (СБ и ФАР). При штатной же мощности – 400 МВт эл. размеры возрастут до
Особенностью технологии переработки является наличие 2100 ? 2100 м. Как по массам, так и по габаритам такая схема ЭС в
большого количества солнечной энергии, которая может быть ис- общем приемлема. Такая СБ, расположенная по рельефу местно-
пользована как в тепловом виде (напр., солнечные печи), так и в сти (с предварительной грубой планировкой ее путем уборки
электрическом – на первых этапах в виде СБ и СЭУ, привезенных крупных камней с помощью луноходов с навесными ножами –
с Земли, на последующих – главным образом электроэнергии, по- бульдозерами или скреперными ковшами) имеет один недостаток
лучаемой от производимых на ЛПБ СБ в больших количествах для – в утренние и вечерние часы при низком стоянии Солнца (до 30?)
ЛЭС. средняя энерговыработка составляет всего 20% от среднедневной.
Относительная же суммарная продолжительность утренних и ве-
Глава 3. Состав луной базы черних часов составляет почти 33% от дневной. Желательное по-
вышение энерговыработки, что особенно важно в начальный пе-
Лунная база состоит из производственного комплекса, космо- риод развертывания, когда в первую очередь должны формиро-
дрома, жилого комплекса и электростанции. Размещение элемен- ваться топливный завод для «запуска» транспортного космическо-
тов базы дано на рис. 20. Производственный комплекс состоит из го конвейера Земля-Луна, космодром и жилкомплекс, возможно в
семи заводов (глава 4). принципе двумя путями.
Первый – традиционный – путем создания поворотных, пло-
3.1. Электростанция ских панелей СБ, непрерывно ориентированных на Солнце (на
«рассвете» и на «заходе» Солнца панель ориентируется верти-
Независимо от того, как будет обеспечиваться электропитание
кально, в течение остального лунного дня панель поворачивается
всей лунной базы в ночное время (есть варианты использования
на 180? вокруг оси вращения «север-юг»). Из-за малого наклона
ядерной электростанции), основная электростанция – солнечная
лунного экватора к плоскости эклиптики (1?30') потери мощности
батарея большой мощности – 300-500 МВт эл. Заметим, что эта
пренебрежимы и составят 0,03%. Очевидным недостатком этого
мощность составляет не более 1% мощности СБ, встроенной в
метода является наличие механических приводов, систем слеже-
ЭИК (в комбинированной системе ЭИК+ФАР). Поэтому в прин-
ния и необходимость в большом количестве агрегатов, из-за кон-
ципе возможно для изготовления центральной электростанции
структивных ограничений на размеры единичного агрегата. Так,
использование тех же технологических линий радиоизлучающих
антенных лент, но без нанесения радиотехнических элементов, при размерах поворотной панели 50?50 м, что еще разумно с уче-
сохранив только изготовление СБ. Однако такой вариант предпо- том слабого гравитационного поля Луны, количество агрегатов
лагает значительную задержку по времени начала монтажа всех составит 3000 шт.
заводов (№1, №2, №3, №4, №5 и №6), требующих электропитания Второй путь, на наш взгляд более предпочтительный – ис-
сразу. Поэтому более рациональным является применение пуско- пользование статической пространственной системы в виде «по-
вой ЭС в виде «привозной» СБ с Земли (по крайней мере для ложенной» на одну из граней правильной 3-х гранной призмы на
обеспечения части необходимой мощности). Например, при мощ- лунную поверхность при ориентации ребер в направлении «север-
ности «пусковой» СБ, выполненной по схеме «железная фольга – юг». Рабочими «солнечными» поверхностями являются две на-
подложка с напыленным слоем электрогенерирующего слоя клонные грани, с углом 60? между ними («западная» и «восточ-
аморфного кремния» Nэл = 100 МВт, удельной массе ? = 2 кг/кВт ная»), представляющие из себя пленочные СБ, натянутые на «Л»
эл и расположенной, как и штатный ЭИК на маловысотных опорах образные опоры (как это сделано, например, в проекте орбиталь-
(h ? 400 мм, шаг опор 220 м) прямо по рельефу местности (т.е. ной солнечно-микроволновой станции SPS-2000, разработанном в
практически горизонтально), масса ее составит всего 200 т. При Японии). Мощность такой СБ практически постоянна в течение
средней мощности в дневное время 100 МВт эл. и 150 МВт в лун- всего дня (колебания не более ± 6% от среднедневной за 14 суток).
87 88
Потребная длина «грани» для получения максимальной мощности личных технологических агрегатов. На космодроме при перекачке
400 МВт эл. составят при размере (длине) опоры 300 м ? 10 км в кислорода понадобятся высокооборотные электродвигатели для
привода насосов системы криостатирования, скоростной заправки
направлении «север-юг», что вполне приемлемо с учетом общего
кислородом баков лунных ракет на стартовой позиции, а также
масштаба площади лунного комплекса (ЭИК – 20?20 км, заводы
двигателей подъемно-транспортного оборудования.
№1-6, жилкомплекс и космодром). Опоры могут выполняться в
Скорее всего, на выходе ЭС будет ряд систем преобразования,
виде самораскладных ферм, верхнее горизонтальное ребро – из
обеспечивающих различные запросы потребителей, а также раз-
троса, а СБ – из параллельных лент шириной 0,5 м и длиной 600 м.
ветвленная кабельная сеть по всей «территории» (???) лунной ба-
Хотя общая масса такой системы может оказаться и несколько
зы.
выше, чем для плоской горизонтальной СБ, преимущества выдачи
Если говорить о первоначальном минимальном «пусковом»
полной и постоянной мощности прямо «с восходом Солнца» прак-
грузе с Земли, то это ? 300 т («пусковая» СБ, несколько модулей
тически без простоя всех технологических цепочек заводов ЛБ в
жилблока, «разъездной» луноход и ампулизированная ракета ава-
течение дня достаточно заманчивы.
рийного возвращения на землю с ЖРД на стабильных топливах
Таким образом, централизованная СБ-электростанция строит-
(N2O4+НДМГ или перекись водорода + керосин).
ся в два этапа. На первом – с мощностью 100 МВт – на основе
привозных СБ и раскладных ферм. Длина Л-образной структуры в
3.2 Космодром
направлении север-юг ? 2,5 км. Дальнейшее постепенное наращи-
В полностью развернутом виде ЭИК должен находится вблизи
вание мощности до 400 МВт осуществляется за счет использова-
экватора (на расстоянии ? 10-15 км, например к северу). Космо-
ния СБ, изготовленных на оборудовании завода №4 и достройки
«энергетического ангара» до длины 10 км. Особенностью такой дром, располагаемый на экваторе позволяет (при наличии соот-
ЭС является использование ее в период создания ЭИК'а как тех- ветствующей численности парка ЛР и необходимого запаса ракет-
нологической ЭС собственных нужд, а после окончания монтажа ного топлива, где определяющим является запас криогенного ки-
ЭИК'а – как штатной ЭС питания задающих генераторов ФАР – слорода) обеспечить пуски ЛР с товарным топливом при необхо-
димости с максимальным темпом – через ? 2 часа на экваториаль-
клистронов, с необходимостью сохранения электроснабжения
жилкомплекса, космодрома и части парка луноходов. Предполага- ную орбиту. При 6-ти ЛР это соответствует грузопотоку ? 360
ется, что потребности в электроэнергии на этапе эксплуатации де- т/сутки (!!!). В принципе размещение космодрома на экваторе до-
монстрационной ЛЭС будут меньше, чем при ее строительстве, в пускает и полярные пуски (с наклонением i = 90?). Это позволит
т.ч. за счет сокращения темпа доставки грузов с Земли, а также, осуществлять заправку полярной лунной накопительной станции с
возможно, и сокращения численности персонала. темпом пусков 14 суток. Выбор координат космодрома по отно-
Параметры (качество) электропитания по типу тока и напря- шению к центру ЭИК'а и солнечно-батарейной централизованной
жению должны определяться позже. электростанции, а также направления пусковых трасс ЛР должны
Сегодня можно допустить, что исходное напряжение на выхо- гарантировать непопадание на них продуктов истечения газовых
де СБ пленочного типа ? 1,0 кВ (такое напряжение принято в про- струй маршевых ДУ ЛР, имеющих в своем составе значительную
екте SPS-2000). Оно ? в 10 раз ниже потребностей силового пита- долю твердой конденсированной фазы (SiO2 для кислород-
ния клистронов по напряжению (10 кВ). Необходимую мощность кремниевого двигателя и Al2O3 для кислород-алюминиевого дви-
катодного питания можно оценить ? в 5% от основного т.е. ? 20 гателя соответственно).
Для снижения пылеобразования от реголита при работающей
МВт при низком напряжении – вольты – десятки вольт. Что каса-
ДУ в месте взлета и посадки желательно поверхность неохлаж-
ется электроснабжения заводов, то здесь необходимо предусмот-
даемой взлетно – посадочной площадки «остекловать» путем рас-
реть значительное разнообразие потребителей: от низковольтных
плавления верхнего слоя реголита. Это возможно сделать напри-
сильноточных линий электролизеров (воды, KF, SiF4) постоянного
мер с помощью подвижной солнечной печи со степенью концен-
тока до, возможно, асинхронных электродвигателей привода раз-
89 90
трации солнечных лучей, обеспечивающих получение температур печивается кислород-водородными топливными элементами
в фокальной зоне до 2500?С. Возможно также использование из- (ЭХГ). Радиационная защита персонала от галактического излу-
лучения клистрона, лазера, либо пучка электронов. чения и солнечных вспышек обеспечивается слоем насыпного ре-
Баки топливохранилища желательно разместить в заглублен- голита.
ной зоне с легкой «зеркальной» крышей. Хранение порошкооб- Более подробное обоснование инфраструктуры «непроизвод-
разных горючих (Si и Al) с тепловой точки зрения проблем не вы- ственной» части ЛБ включая структуру и численность парка на-
зывает. Возможно, придется производить лишь периодическое лунных транспортных средств – луноходов, предполагается про-
вибрационное воздействие и предусмотреть механические мешал- извести на последующих стадиях.
ки. Хранение криогенного кислорода в заглубленных баках при
наличии активной системы термостатирования в баках с доста- Глава 4. Состав и функционирование заводов лунной
точно мощной пассивной теплозащитой при наличии рефрижера- базы. Продолжительность изготовления деталей и мон-
торов, также проблем не вызывает. Наиболее реальным представ- тажа ЭИК
ляется использование не сферических, а цилиндрических баков,
унифицированных, например, с кислородными баками ЛР (d 4,5 м Лунная производственная база (ЛПБ) состоит из ряда отдель-
? 10 м). Общий объем баков должен гарантировать быструю за- ных производств (в дальнейшем называемых заводами). Задача
правку 3-х – 4-х ЛР. Количество баков – 4 шт. (сухой массой по ? ЛПБ – обеспечить выпуск лунного топлива и главных элементов
6 т). Общая масса ? 24 т. энергоизлучающего комплекса (ЭИК'а) – радиоизлучающих ан-
Перекачка кислорода в ЛР ведется с помощью насосного агре- тенных лент, опор, волноводов и кабелей, а также обеспечить их
гата с электроприводом. Доставка кислорода и порошкообразных монтаж на подготовленном участке лунной поверхности. ЛПБ -
горючих с топливного завода (завод №2) осуществляется танкера- широко автоматизирована и роботизирована, но предусматривает
ми – луноходами. участие (присутствие) персонала.
Состав оборудования космодрома должен предусматривать Структура базы дана на рис. 21, там же показано взаимодей-
возможность работы его и в ночных условиях, где естественная ствие заводов и потоков сырья.
освещенность от Земли примерно в 40 раз выше, чем на Земле от
Луны в полнолуние. Однако в принципе возможно применение и Завод №1 – типичное горнодобывающее производство с обо-
искусственного локального освещения с мачт (лампами и/или ла- гатительной фабрикой и транспортом – самосвалами-луноходами
зерами). (при небольших дальностях от карьера до завода № 1 не исключе-
Общая масса доставляемого с Земли космодромного оборудо- на доставка реголита скреперами). Продукция завода – ильменит
вания ? 100 т. (FeTiO3) и "хвосты" – необогащенный реголит с изъятым из него
ильменитом. Ильменит поступает на завод №3, "хвосты" – на за-
3.3. Жилой комплекс вод №2.
Не исключено применение агломерационной фабрики, в слу-
Развертывание системы возможно только при высоком уровне
чае необходимости получения более крупного окомкованного сы-
роботизации. В соответствии с этим на основании различных оце-
рья. В качестве грунтодобывающих машин применяются экскава-
нок численность персонала базы в начале развертывания составит
торы, при доставке – самосвалы с автономным бортовым энерго-
8 чел, в конце – 24 чел (в среднем 16 человек). Продолжитель-
снабжением. Масштаб выемки реголита из карьера ˜ 990 тыс. т.
ность вахты 2 года. Удельная масса элементов жилого комплекса
на 1 чел ? 2 т, расход элементов СЖО 1 т/чел год (по-видимому с (для обеспечения выхода железа 30 тыс. т. и в предположении
100% выхода железа, доля которого в ильмените 36%, потребная
запасом, т.к. значительная доля кислорода в составе расходуемых
масса товарного ильменита равна ˜ 85 тыс. т).
элементов получается «даром» из топливного кислорода). По-
требная энергетика – 250 кВт (днем). «Ночная» энергетика обес-
91 92
Доля ильменита в реголите различна – до 9%, тогда общая за 14-суточный дневной цикл расходует до 5,5 т компонентов. (0,6
выработка реголита должна составлять ˜ 945 тыс. т – принято 950 т Н2 и 4,9 т – О2), размещенных в баках общей массой ˜ 1,5 т при
тыс. т). диаметрах бака Н2 ˜ 2,9 м и О2 – 2 м, что конструктивно вполне
При оценке абсолютных масс экскаватора и лунных самосва- приемлемо. Учитывая среднюю массу (за 14 сут.) топлива в баках
лов воспользуемся земными и "лунными" аналогами (в части па- ˜ 3,5 т, реальная суточная производительность самосвала составит
раметров шасси и энергопотребления). Так, разработанный в Ав- ˜ 440 т.
стралии экскаватор с емкостью ковша 300 т обеспечивает темп Оценим численность парка при потребной годовой произво-
погрузки – 3 минуты, при общей массе 3000 т и мощности энерго- дительности карьера 425 тыс. т/год и суточной 2400 т/сут.
привода 3000 кВт. Типичный жизненный цикл таких машин со- Общее потребное количество самосвалов в парке – 6 шт.
ставляет несколько десятков лет (с профилактикой, ремонтом и Мощность стационарных СБ на централизованной станции топли-
частичной заменой деталей). Производительность такого агрегата возаправки, только для обслуживания транспортировки грунта
˜ 52 млн. т/год. Предполагая, что на ЛПБ экскаватор будет рабо- (сырья) составит ˜ 720 кВт при запасе буферной воды 33 т. При
тать только в дневное время (хотя в принципе работа ночью воз- уд. массе СБ, доставленных с Земли для быстрого задействования
можна по условиям освещенности – от Земли, которая почти в 30 транспортной инфраструктуры ˜ 8 кг/кВт эл, что дает общую мас-
раз выше, чем на Земле в полнолуние и допустима для карьерных су СБ ˜ 5,3 т, массе электролизеров 8,5 т, рефрижераторов О2 и Н2
работ). В этом случае (при дневной работе) производительность 8,5 т. Таким образом общая масса 6-ти самосвалов и обслужи-
экскаватора составит 475 тыс. т/год при 2-х годичной выемке. вающих систем обеспечения топливозаправки (включая ˜ 10 т

<< Пред. стр.

страница 6
(всего 11)

ОГЛАВЛЕНИЕ

След. стр. >>

Copyright © Design by: Sunlight webdesign