WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

«Экологически чистая мировая электроэнергетика и космонавтика в XXI веке Ю.М. Еськов Москва, 2004 2 Основываясь на историческом опыте, можно утверждать, что, подобно другим Экологически чистая ...»

-- [ Страница 2 ] --

При использовании в качестве формирующей поверхности ФАР солнечной батареи пленочного типа в виде железной фольги 2,3 толщиной = 10 мкм и шириной 500 мм (пока достигнуты значе Мощность выходная задающего генератора при коэффициен ния = 20 мкм и 300 мм) вся ФАР может монтироваться из те усиления транзисторов 100:

лент средней длиной по 16 км, например, на опорах с пролетами Nзад г = NСВЧ изл : Кус = 21,5·106 : 100 кВт = 21,5·104 кВт по 245 м, где прогиб под собственным весом не превысит 190 мм Nзад г = 215 МВт;

(высоту опоры можно принять h = 0,5 м).

мощность питающей СБ: при КПД З.Г. типа ЭВП СВЧ = 80%.

Теоретически гладкую поверхность СБ с выступающими над Nэл пит З.Г. = 215/0,8 270 МВт пост. тока.

ней элементами ФАР (четвертьволновыми вибраторами – антен Таких больших единичных СВЧ мощностей в одном приборе нами на фидерах высотой 13 мм) желательно сделать «технологи нет (есть Nэл = 1 МВт), достигнутые мощности в двухкаскадном чески плоской» для чего в зазоре между радиоотражающей плен транзисторе 20-30 Вт, а использовать столь маломощные транзи кой и вибратором антенны разместить радиотехнический матери сторы (90 мВт) из-за их худших удельных показателей (кг/кВт ал с высокими ферромагнитными свойствами. При этом вибратор изл) и большого числа невыгодно. Полученные исходные данные практически «ложится» на поверхность СБ, с участком изоляции.

должны использоваться для построения реального облика ЭИК и Такая система может быть названа плоским энергоизлучающим системы его энергоснабжения.

полотном, изготовление которого возможно по рулонной техноло ЭИК не может быть плоским. С учетом небольшого радиуса гии. Таким образом ФАР + СБ сводится к пространственной по Луны либо должна быть «срезана» верхушка сферического сег верхности из 40000 лент, расположенных параллельно ( с техноло мента при радиусе сферы R = 1740 км и диаметре площадки 20 км, гическим зазором 10 мм). Средняя длина ленты ~ 16 км. Эти лен что потребует «земляных работ объемом 18 млрд. м3 и массой ты являются главным элементом ЛЭС и имеют общую массу ~ млрд. т, либо создания вертикальных опор переменной высоты, тыс. т, а с учетом опор ~ 30 тыс. т.

причем высота периферийных составит до 58 м при количестве, При достигнутой мощности электровакуумных приборов измеряемом десятками или даже сотнями тысяч. Ясно, что оба кВт в непрерывном режиме один такой прибор мог бы обслужить решения совершенно нереальны и придется смириться с тем, что 3,3 млн. транзисторов при площади зоны ~ 1,4 км2, например 1, поверхность ЭИК’а будет неплоской. Это небезнадежно, посколь 1,18 км, однако средняя дальность питающих волноводов была ку давно на самолетных РЛС бокового обзора уже применяются бы слишком велика. При выборе же мощности ЭВП (например ФАР с поверхностями двойной кривизны.

клистрона) в 5 кВт это позволит обслужить 165000 транзисторов, Желательно учесть определенные упрощения, которые позво при размере квадратной зоны 86 86 м. Учитывая реальную ши лят иметь не непрерывное изменение угла сканирования при наве рину технологического прохода («восток-запад») (колеи) – 30 м дении луча на ректенну и особенно на геостационарный отража для волноводоукладочного лунохода – комбайна желательно тель, а дискретное, с некоторой угловой ошибкой. В этом случае сформировать зону в виде прямоугольника 30 246 м, где 246 м – возможно иметь не непрерывное изменение фазы в каждой антен межопорный пролет. При этом провисание ленты между опорами не, и, соответственно, твердотельном СВЧ приборе, а питать не составит ~ 190 мм, что приемлемо.

сколько антенн («подрешетку») с одного фазовращателя. Оценки Примерная массовая сводка энергоизлучательного комплекса показали, что размер такой подрешетки составит 4 6 (т.е. ~ ЛЭС:

650 см2), что соответствует 48 транзисторам общей выходной мощностью 4,3 ватта.

При достигнутой мощности в транзисторах до 30 вт один двухкаскадный транзисторный усилитель может одновременно 67 Таблица 3 исключительно высокого качества (8-й класс чистоты) под после дующее напыление кремния. Зеркальная же поверхность необхо Назначение элемента материал Масса Примеча- дима для более эффективного использования электрогенерирую т ние щего слоя Si, достигаемого двукратным прохождением солнечно го луча (прямого и отраженного соответственно). При этом в про Электрогенерирующий сверхчистый 150 Доставля цессе доводки поверхности – шлифовки и полировки высота ос слой ФЭП СБ кремний ется с тавшихся неровностей должна быть меньше 1 мкм. При изготов (электротех- Земли лении СБ для применения в наземных условиях указанная толщи нический) на ~ 40-50 мкм обеспечивает вполне приемлемые удельные энер Подложка ФЭП СБ (ан- железо (ру- 25000 Изготав гомассовые характеристики (~ 4 кг/кВт эл), да они и не являются тенные ленты) лонная лива-ется критичными. Для потребностей же космической отрасли, где же фольга) на ЛПБ лательно снижение удельной массы СБ, например в СБ для ИСЗ и Заполнитель волноводов, Двуокись 30000 – КА, уменьшение толщины осуществляется путем последующего электроизоляция диполей кремния химического фрезерования (травления) в ваннах с соответствую антенн (пористая, щими реагентами. В принципе, при этом возможно снижение плавленая) толщины ленты с 40 до 20 мкм даже до 10 мкм. Однако такой Тоководы, кабели Алюминий 5000 – процесс, кстати значительной продолжительности, практически Опоры лент Железо 5000 – невозможно осуществить в лунных условиях в виду отсутствия в Электровакуумные при- Гот. изд. 44 Доставля составе сырья растворителя (воды), и реагента. Доставка же рас боры (клистроны) ется с творителя и самого реагента с Земли при столь больших объемах Земли травления (~ несколько десятков тысяч тонн) нереальна из-за не Твердотельные транзи- // 2,2 – приемлемого увеличения грузопотока на Луну. В то же время в сторы условиях лунного производства, когда "толстая" лента уже изго Фазовращатели // 2,2 – товлена из добытого на Луне сырья (ильменита) и будет в даль нейшем просто неподвижно лежать на опорах, само снижение ее Из общей массы ЭИК’а ~ 67 тыс. тонн в виде готовых изделий начальной толщины после полировки вообще лишено смысла, по доставляются ~ 50 т радиотехнических изделий и изделий элек скольку никак не снизит масштабов добычи сырья и, соответст троники. Основная масса изготавливается на ЛПБ (~ 65 тыс. т).

венно, массы и энергозатрат горнорудного и прокатного произ Основное же производство на Луне – топливо – О2, Al и Si, фоль водства. Поэтому, если не удастся осуществить прокатку и шли га – Fe и пенокремнезем для волноводов.

фовку ленты толщиной хотя бы 20 мкм, (что в силу высокого ка Главным массообразующим элементом является железо.

чества исходного лунного металла – железа, плавки в солнечной Учитывая его достаточно низкое содержание в реголите (~ 3%), печи и прокатке его в глубоком естественном вакууме при высо именно железо определит масштаб переработки первичного сырья кой однородности и соответственно прочности металла, не ис и массу технологического оборудования, а следовательно – грузо ключено в принципе), то придется, возможно, остановиться на потоки на Луну.

толщине 40 мкм. При сохранении прежних размеров ЭИК'а При создании сверхтонкой железной фольги толщиной = ("СБ+ФАР") в плане – 20 км это приведет к ухудшению всех заяв мкм, могут возникнуть определенные трудности.

ленных выше параметров системы по грузопотокам и продолжи В наземных действующих установках используется сущест тельности в несколько раз.

венно более толстая фольга ~ 40-50 мкм, что позволяет, благодаря Общая добыча сырья возрастет до 4 млн. т, а продолжитель более высокой ее жесткости надежно осуществить шлифовку и ность развертывания при том же парке РН и КА транспортной полирование для получения требуемой зеркальной поверхности 69 системы «Луна-Земля-Луна» – составит десятки лет. Для демонст- Указанные расчеты соответствуют режиму прямой передачи в рационной ЛЭС это неприемлемо по самой концепции. Конструк- лунный полдень, когда СБ вырабатывают максимальную мощ тивным компромиссом в этой ситуации – является уменьшение ность.

диаметра ЭИК'а с 20 км до 10 км, что и при Fe = 40 мкм практиче- ски сохранит неизменной массу добываемого сырья и даже Таблица уменьшит требования к системе напыления в 4 раза и, соответст- Влияние КПД передачи в свободном пространстве св на ос венно, приведет к снижению массы и электропотребления другого новные характеристики ректенны при dфар = 10 км = Const.

технологического оборудования. Естественно, при этом пиковая и средняя выходные мощности ректенны снизятся до нескольких КПД св 0,98 0,95 0,9 0, миллионов киловатт и сотен мегаватт соответственно.

Диаметр ректенны 4,72 4,1 3,62 3, Более обоснованно также следует подойти не только к выбору dрек (км.) размеров СБ – ФАР, что определяет мощность выходного СВЧ Площадь ректенны 17,48 13,1 10,2 7, излучения, но и к величине КПД передачи на трассе Луна-Земля Fрек (ректенна) – св. Напомним, что главной целью демонстрационной Мощность СВЧ из- 5,22 5,06 4,80 4, ЛЭС является подтверждение технической реализации самой кон лучения, падающего цепции СВЧ передачи на большое расстояние и работоспособно на ректенну 10-6 кВт сти всей цепочки – от РН до выдачи электроэнергии на выходных Средняя удельная 0,3 0,386 0,47 0, клеммах ректенны. При этом сам абсолютный уровень мощности мощность на рек может быть и сравнительно невысоким (уменьшен против приня тенне Nср кВт/м того). По-видимому, допустимо пойти и на некоторое снижение Мощность на оси 0,9 1,19 1,41 1, КПД св, что при уже уменьшенном диаметре ФАР позволит сни ректенны кВт/м зить диаметр наземной ректенны, стоимость которой весьма зна Запас по электриче- 3,1 2,3 1,96 1, чительна.

ской прочности ат В таблице 4 для широкого диапазона св = 0,98 – 0,8 приведе мосферы над рек ны значения требуемого диаметра ректенны dрек (при dфар = 10 км), тенной Катм абсолютной электрической мощности на выходе из ректенны в Энергосъем с 1 м2 0,25 0,33 0,4 0, лунный полдень Nмах. Там же приведены средняя плотность мощ ректенны кВт эл/м ности излучения над ректенной Nатм, характеризующая запас элек Абсолютная пиковая трической прочности слоев ионосферы Катм под действием прохо электрическая мощ- 4,43 4,32 4,08 3, дящего СВЧ излучения, определяемой как Катм = Nатм/(Nатм)доп.

ность постоянного Кроме того, приведены площадь ректенны Fрек и эффективный тока на выходе из энергосъем с 1 м2 ректенны Nэфф = Nвых/Nрек, косвенно характери ректенны 10-6 кВт эл зующий ее экономичность. Потери в атмосфере и в ректенне при няты равными 5% и 10% (соответственно атм = 0,95 и рек = 0,9).

Значение КПД передачи в свободном пространстве св в ре Мощность излучения на выходе на ФАР постоянна и равна Nизл фар жиме передачи через КПО существенно ниже чем в прямой пере = 5,34 млн. кВт при площади Fфар = 78,5 млн. м2, солнечной посто даче. При принятом диаметре КПО dкпо = 1 км значения св = янной Nсолнца = 1,36 кВт/м2, КПД СБ и твердотельных транзисторов кпо 2, где 1 – величина св1 на участке ФАР-КПО, а 2 – величина ФАР сб = 0,1 и свч = 0,5 соответственно. При расчете запаса по св на участке КПО-ректенна;

кпо – КПД КПО (в основном потери электрической прочности атмосферы принималось, что для = 5, на отражение и рассеивание СВЧ луча);

принято кпо = 0,95.

см (Nатм)доп = 2,77 кВт/м2.

71 Таблица 5 Из табл. 4 следует, что снижение dрек с 4,7 до 3 км, и, соответ Энергетические возможности демонстрационной ЛЭС при ственно площади ректенны в ~ 2,5 раза, приводит к увеличению dфар = 10 км (NСВЧ изл = 5,33 млн. кВт) при различных диаметрах потерь в 20 раз (с св = 0,98 до св = 0,8), однако снижение пиковой ректенны dрек (т.е. при различных св в прямой передаче) и значе- выходной мощности остается в допустимых пределах – С ~ 4, ния КПД передачи через КПО в пределах суток, лунного дня и 28 млн. кВт до 3,6 млн. кВт. При этом во всем диапазоне dрек элек суточного лунного цикла. трическая прочность атмосферы на оси луча под ректенной обес печивается с большим запасом (от 3,1 до 1,6 раза). Габариты рек св ФАР-ректенна 0,98 0,95 0,9 0,8 тенны вполне приемлемы – от 4,7 км до 3 км. При этом снижение стоимости ректенны составит ~ 2 млрд. долл.

ФАР-ректенна *) 0,838 *) 0,842 0,769 0, Средние КПД при СВЧ передаче через КПО существенно ни dрект км 4,72 4,1 3,62 3, же, чем при прямой передаче. Объясняется это тем, что площадь ФАР-КПО-ректенны 0,123**) 0,117 0,109 0, КПО ограничивается сверху неизбежными конструктивными, тех Среднесуточный сут 0,358 0,345 0,322 0, нологическими и эксплутационными соображениями. (1000 м) Мощность выходная существенно меньше площади СВЧ луча, имеющего довольно млн. кВт большую расходимость из-за уменьшенного диаметра комплекса Среднесуточная в пол- СБ-ФАР, принятого из условий снижения масштабов лунного день 1,908 1.83 1,71 1, производства. Поэтому КПО переотражает на ректенну только Средняя за 14-ти суточ- небольшую часть мощности СВЧ-луча.

ный день 1,22 1,18 1,10 0, Однако, среднесуточные значения различаются меньше – все Средняя за 28-ми су- го в 2,3 раза, т.к. время работы с низким КПД вдвое больше, чем с точный цикл 0,61 0,59 0,55 0, высоким.

Максимальная пиковая В целом можно констатировать, что как пиковая мощность ~ в полдень 4,43 4,42 4,08 3, млн. кВт, соизмеримая с мощностью современных ТЭС, так и дос *) с учетом потерь в атмосфере и ректенне.

таточно высокая «среднецикловая» (за 28 сут.), а фактически не **) с учетом потерь на КПО, в атмосфере и ректенне.

прерывная мощность ~ 500 МВт, что соответствует интегральной годовой энерговыработке ~ 4,4 млрд кВт. час, позволяют в прин Значения величины св1 на участке ФАР КПО и КПО-ректенна ципе использовать электроэнергию такой демонстрационной ЛЭС св2, зависящие от диаметра ректенны, приведены в таблице 5. Там даже с уменьшенными масштабами по мощности не только для же даны значения полного КПД передачи = св1 кпо св2 атм подтверждения ее работоспособности и проведения инструмен рект в полдень.

тальных измерений. Возможно, например, подключение ректенны В течение суток из-за вращения Земли вокруг своей оси КПД, к некоторым энергоемким экспериментальным производствам, не а значит, и выходная мощность будут меняться скачком. (в тече требующим непрерывного цикла – например для получения водо нии 8 час (0,33 сут.) – соответствует прямой передаче – ос рода электролизом воды. При производительности завода (по во тальные 16 (0,67 сут.) – передаче через КПО) дороду) ~ 36000 т/год, это при современной цене жидкого водоро Все величины подсчитаны для тех же значений св прямой пе да 5 дол/кг позволит получить при 6-х летней эксплуатации почти редачи и соответствующих диаметров ФАР dфар что и в табл. 4. В 1,2 млрд. долл. дохода.

таблице 5 приведены также абсолютные усредненные мощности Приведенные соображения позволяют, в принципе, не за 14 суточный день и за 28 суточный цикл.

сколько снизить установленную мощность демонстрационной Оценим влияние принятой величины св на важную характе ЛЭС. Тем не менее, дальнейшие оценки масштабов переработки ристику ЛЭС– диаметр ректенны dрек сырья и технологических процессов производства лунного топли 73 ва и материалов будут проведены для уже принятых ранее значе- млрд. кВт составят существенно большую величину – несколько ний DФАР=20 км и Nпик=20 млн кВт (в СВЧ-излучении на выходе сотен километров. Что касается демонстрационной ЛЭС рассмат из ФАР в полдень, толщина фольги 10 мкм). риваемой здесь, не представляет труда даже на территории России Пожалуй, одним из главных доводов противников примене- найти удобное место размещения. А учитывая, что скорее всего ния СВЧ передач больших мощностей является утверждение о проект (по финансовым и политическим соображениям) будет недопустимо вредном воздействии СВЧ излучения на биологиче- международным, выбор места размещения ректенны (например на ские объекты, в т.ч. на человека. шельфе в теплых морях) проблемы не представляет.

Оценим воздействие СВЧ излучения единичного канала ЛЭС Несмотря на достаточно подробное обоснование принятой пиковой СВЧ мощностью излучаемой в лунный полдень с ФАР – схемы ЭИКа (СБ+ФАР), целесообразно в дальнейшем проработать 21,5 млн. кВт. Прежде более строго проведем обоснование диа- и запасной вариант ЭИКа.

метра ректенны. С точки зрения получения высокого КПД переда- В случае если при дальнейшей, более углубленной, проработ чи «ФАР-ректенна» при dФАР = 21 км и dрек = 7 км возможно = ке технологических процессов создания интегрального лунного 0,98, что вполне приемлемо. При этом средняя плотность падаю- ЭИК'а «СБ+ФАР» встретятся серьезные трудности, не исключено щего на ректенну СВЧ излучения составляет 0,55 кВт/м2, что для применение более «традиционной» схемы – так называемой «зер заданной длинны волны = 5,2 см приемлемо по условиям элек- кальной антенны со сканирующим лучем, формируемым линей ной ФАР», которая первоначально и была предложена авторами трической прочности ионосферы над ректенной, составляющая самой концепции ЛЭС (Крисвеллом и Валдроном, США). Эта 2,77 кВт/м2. Однако значение Nрек = 0,55 кВт/м2 соответствует схема, конструктивно выполнена в виде многомодульной про равномерному распределению мощности по радиусу ректенны.

странственной системы плоских радиоотражающих полотен – мо Учитывая «колоколообразное» (гауссово) распределение на рек дулей, размещенных на поверхности Луны параллельно друг дру тенне, целесообразно увеличить диаметр антенны до 10 км. То гу (рис. 9). Радиоотражающие полотна выполняются в виде пло гда опасность «пробоя» атмосферы заведомо (и с большим запа ской, натянутой на силовую раму (желательно из радиопрозрачно сом) устраняется. При dрек = 10 км, КПД св, естественно возрастет го материала) прямоугольной формы, радиоотражающей сетки и составит = 1-0,2810-30 (!!!) (т.е. практически 1). Оценим или решетки. Шаг решетки ~ 0.05 (в нашем случае ~ 2,5 мм) из среднюю плотность энергии в кольце d 10 10,5 км;

(Fкольца= 10, электропроводящих нитей диаметром ~ 20мкм. Нити изготавли км2). Для значений 10 и 10.5 разность равна = 0,3 10-30;

а плот ваются либо из металлической проволоки, либо из стекловолокна ность мощности 10-5 мкВт/см2, что по крайней мере в 106 раз с электропроводящим покрытием Al толщиной в несколько скин ниже допустимых норм.

слоев (3-4 мкм). Каждое модуль-полотно («радиозеркало») разме Эти расчеты касаются только так называемого прямого излу рами порядка 10 30 м облучается протяженной ФАР относи чения. Однако существует и значительное рассеянное СВЧ излу тельно малой высоты, размещенной, например, в основании со чение в атмосфере. При коэффициенте потерь в атмосфере 5%, и седнего модуля.

считая, что значительная доля энергии уходит на возбуждение мо Питание ФАР, выполненной из твердотельных транзисторов лекул, можно полагать, что имеется 1 % излучения в центре над осуществляется от солнечных батарей (СБ), расположенных меж ректенной. Пренебрегая самопоглощением вторичного излучения, ду соседними эшелонами полотен. Отработка максимального угла получим плотность мощности на границе ректенны (главным об сканирования идет по углу места. Модули-щиты расположены в разом в горизонтальной составляющей), интенсивность которой направлении север-юг.

падает пропорционально квадрату расстояния. Интенсивность из Такая антенная система формирует наклонный СВЧ луч, с уг лучения здесь составляет 10 мВт/см2, что почти в 1000 раз выше лом места ~ 30 при большом потребном диапазоне сканирования нормы хронического облучения (10 мкВт/см2). Однако уже на рас (± 15 с учетом либрации Луны). Более строгий анализ структуры стоянии 15 км уровень будет ниже нормы. Заметим, что среднее электромагнитного поля в зоне полотен, проведенный в Москов расстояние между ректеннами в большой системе мощностью 75 ском Радиотехническом институте РАН, выявил необходимость При так называемом КПД передачи СВЧ энергии в свободном существенного усложнения кажущейся простой системы. Из-за пространстве св, определяется из выражения СВ = 1- e, где в больших углов сканирования, поверхности отражающих зеркал и свою очередь (т.наз волновой параметр) определяется из выра ФАР должны быть не плоскими, а цилиндрическими (параболо dФАР dрек цилиндрическими), сам же вертикальный размер ФАР должен со жения =, здесь dФАР и dрек – диаметры ФАР и рек ставлять значительную долю высоты зеркала. Кроме того, сама 4 L поверхность ФАР также должна иметь кривизну. Это существенно тенны соответственно. – длина волны СВЧ излучения, L – рас усложняет конструкцию и технологию создания такого ЭИК'а по стояние передач. Принято = 5,2 см (частота = 5,7 ГГц), L = сравнению с первоначальными замыслами. По предварительным тыс. км – расстояние от Луны до Земли. Рассмотрим 3-х тераватт оценкам масса такой системы будет заметно выше, чем описанная ную ЛЭС (для примера).

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, 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 1717 ФАР габарит составит 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 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 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 токе). Даже при напряжении 1 млн. вольт масса алюминиевых система КА порядка 40 шт массой по 3 т с диаметром зеркала 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 030' оказывается ~ 3000 км). При диаметре пле КПО, обеспечивающих переотражение СВЧ луча) назовем сол- ночного отражателя 500 км, масса только пленки составит ~ 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 – 030'. 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 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 81 120, 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.

КПО. С другой стороны, учитывая сложность наведения луча на Плотность реголита у поверхности ~ 1600 кг/м3, на глубине в не КПО и, особенно, трудности механического разворота КПО с пре сколько сантиметров – 1000 кг/м3, несущая способность реголита 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 ются технические решения для получения приемлемой неравно (Ра=10-7-10-10 Па) для практического использования ее как сырья мерности выработки электроэнергии на выходных клеммах назем непригодна.

ного приемно-преобразовательного устройства ЛЭС.

Двухпозиционные ЛЭС хотя и лишены полных «провалов» Таблица 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- FeTiO 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 Таблица 7 Концентрация главного летучего вещества – водорода состав Химический состав морского реголита (базальта) и матери- ляет в реголите – 55 г/тонну.

кового реголита (в %). Концентрация других газов, а также паров воды и 3Не (кото рый в случае необходимости сможет добываться для “чистой” на Состав Морской реголит Материковый реголит земной термоядерной электроэнергетики) приведены в таблице (по отношению к Н2 по массе).

SiO2 41,7 44, Al2O3 15,33 22, Таблица TiO2 3,39 0, Относительное содержание газообразных веществ, имплан FeO 16,64 7, тированных в реголит (по отношению к Н2) MgO 8,78 9, CaO 12,49 15, H2 Na2O 0,34 0, He 0, K2O 0,1 0, He 0,00032 *) MnO 0,21 0, N2 0, Cr2O3 0,28 CO 0, P2O5 0,12 0, CO2 0, CH4 0, Таблица H2O 0, Элементый состав лунного реголита (в %) *) В отдельных регионах содержание Не выше по крайней мере на порядок.

Элемент Морской Материковый Реголит отдельных реголит реголит бассейнов Сырьевые ресурсы Луны используются путем глубокой пере Ca 7,9 10,7 7, работки лунного грунта. Сначала при предварительной его обра Mg 5,8 4,6 6, ботке путем умеренного нагрева в солнечных печах выделяются и Fe 13,2 4,9 3, извлекаются газолетучие фракции, не входящие в состав химиче Al 6,8 13,3 9, ских элементов реголита, а имплантированные воздействием Ti 3,1 - “солнечного ветра” в верхний слой. Затем начинается собственно Si 20,4 21,0 21, сама глубокая переработка реголита различными физикохимиче O 41,3 44,6 43, скими методами. Как будет показано ниже, основные технологи S 0,1 0,072 0, ческие процессы формируются по замкнутой схеме, что дает прак K 0,1 0,073 0, тически безотходное производство.

Na 0,3 0,48 0, 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 ~ 700С 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 – Собственно основных и вспомогательных функциональных ный полдень, размеры пусковой СБ в плане всего 1050 1050 м.

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 (130') 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 5050 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 Потребная длина «грани» для получения максимальной мощности личных технологических агрегатов. На космодроме при перекачке кислорода понадобятся высокооборотные электродвигатели для 400 МВт эл. составят при размере (длине) опоры 300 м 10 км в 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 – 2020 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 ния СБ, изготовленных на оборудовании завода №4 и достройки экватора (на расстоянии 10-15 км, например к северу). Космо «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 клистронов, с необходимостью сохранения электроснабжения димости с максимальным темпом – через 2 часа на экваториаль жилкомплекса, космодрома и части парка луноходов. Предполага ную орбиту. При 6-ти ЛР это соответствует грузопотоку 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 гателя соответственно).

катодного питания можно оценить в 5% от основного т.е. Для снижения пылеобразования от реголита при работающей МВт при низком напряжении – вольты – десятки вольт. Что каса ется электроснабжения заводов, то здесь необходимо предусмот- ДУ в месте взлета и посадки желательно поверхность неохлаж реть значительное разнообразие потребителей: от низковольтных даемой взлетно – посадочной площадки «остекловать» путем рас сильноточных линий электролизеров (воды, KF, SiF4) постоянного плавления верхнего слоя реголита. Это возможно сделать напри мер с помощью подвижной солнечной печи со степенью концен тока до, возможно, асинхронных электродвигателей привода раз 89 трации солнечных лучей, обеспечивающих получение температур печивается кислород-водородными топливными элементами в фокальной зоне до 2500С. 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.

Развертывание системы возможно только при высоком уровне Не исключено применение агломерационной фабрики, в слу роботизации. В соответствии с этим на основании различных оце- чае необходимости получения более крупного окомкованного сы нок численность персонала базы в начале развертывания составит рья. В качестве грунтодобывающих машин применяются экскава 8 чел, в конце – 24 чел (в среднем 16 человек). Продолжитель- торы, при доставке – самосвалы с автономным бортовым энерго ность вахты 2 года. Удельная масса элементов жилого комплекса снабжением. Масштаб выемки реголита из карьера ~ 990 тыс. т.

(для обеспечения выхода железа 30 тыс. т. и в предположении на 1 чел 2 т, расход элементов СЖО 1 т/чел год (по-видимому с 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 Доля ильменита в реголите различна – до 9%, тогда общая за 14-суточный дневной цикл расходует до 5,5 т компонентов. (0, 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 Н 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 Соответствующие параметры для "лунного" экскаватора со- систем управления) составит ~ 170 т (из них собственно самосва ставят: мощность 56 т и масса 56 т. лы 120 т).

Доставка сырья на обогатительную фабрику и железодела- Как будет показано ниже при анализе структуры завода № тельный завод (в составе завода №3) производится по неподготов- (монтаж ЭИК'а) он должен обслуживаться монтажными лунохо ленной трассе протяженностью 10 км. Самосвалы имеют грузо- дами-комбайнами в количестве 5 шт. Учитывая, что монтаж будет подъемность 40 т грунта (~ 25 м3) и при полной загрузке имеют осуществляться как последняя, завершающая операция, когда все массу ~ 60 т. (Соотношение массы груза к массе конструкции са- необходимое сырье будет уже добыто и переработано и самосвалы мосвала близко обычному 2:1, что, кстати, близко и к удельным выполнят свою задачу, следует подумать о возможности унифика параметрам лунохода "Ровер" экспедиций "Аполлон" 14, 15, 16). ции требований к самосвалам и к комбайнам (по крайней мере в При полной массе "Ровера" 720 кг, масса шасси ~ 210 кг, его ходо- части использования систем движения, чтобы использовать их в вые электродвигатели в составе мотор-колес, имея общую мощ- комбайне). И самосвал и комбайн имеют близкие энергомассовые ность 720 Вт, обеспечивали расчетную скорость 14 км/ч, а на от- характеристики. Масса – по 60 т, мощность всех электродвигате дельных участках достигалось до 18 км/ч. лей мотор-колес 60 кВт.

При такой же удельной энерговооруженности, как на "Ровере" Что касается установки магнитного обогащения то она приня – 1 кВт/т потребная мощность электродвигателей самосвала со- та без обоснования по массе в 20 т.

ставит 60 кВт, а характерная продолжительность двухстороннего Таким образом, общая масса агрегатов завода №1, включая рейса ~ 2 часа. Суточная производительность самосвала 480 т. обеспечивающую его долю в центральной электростанции, соста Энергопитание осуществляется от электрохимических генерато- вит 190 т, из которых, в случае проведения унификации тележек ров (ЭХГ), работающих на криогенных Н2+О2. Производство самосвала завода №1 и комбайна завода №7 до 120 т могут быть криогенных Н2 и О2 осуществляется из буферной воды на центра- "сэкономлены".

лизованной электростанции, использующей СБ днем. Она также Итак, хотя следующим по технологическому циклу должен бы производит в электролизерах Н2 и О2 и для других потребителей, в стать железоделательный завод по производству железа и фольги т. числе ночных, например, СЖО жилкомплекса. Один самосвал из нее, но учитывая важность проблемы космической транспорти 93 ровки грузов (в первую очередь оборудования для всех техноло- весьма высоких температур – 2800С, что ставит большие пробле гических процессов), перейдем к топливному заводу. мы обеспечения стойкости аппаратуры. Имеется и электрохими ческий метод – электролиз расплавленного реголита, хотя и с бо Топливный завод (завод №2 по принятой выше классифика- лее низкой температурой ~ 1500С, но сохраняющий проблемы ции) – типичное многопрофильное крупнотоннажное производст- стойкости футеровки стенки электролизера и значительного угара во компонентов топлива для космических ракетных двигателей – электродов.

окислителя – криогенного кислорода, и порошкообразных горю- Принятый химический способ предполагает обработку рего чих – кремния и алюминия, которые в принципе позволяют полу- лита ("хвостов") газообразным сухим фтором при умеренных тем чить скорости истечения – 2,5 км/с (удельный импульс тяги Iуд пературах, (600С) и давлении в 1 атм, позволяющих использовать 250 с) (рис. 22). в химических реакторах в качестве материалов никель, медь и Масштаб производства здесь на порядок выше, чем на заводе плавленую двуокись кремния (которая, как будет видно ниже), №3, где перерабатывается ильменит ~ 850 тыс. т и 85 тыс. т соот- сможет использоваться, в составе солнечных печей – существенно ветственно. Завод имеет ключевое значение. Нет топлива – нет сокращающих потребление электроэнергии для нагрева, а также завоза оборудования. Все останавливается. для пенокремнеземных СВЧ-волноводов.

В соответствии с принятой концепцией «демонстрационная При обработке реголита фтором затраты F2, доставляемого с станция (ЛЭС) или должна быть построена быстро – за 5-10 лет, Земли составляют 0,9 кг на 1 кг реголита, что обеспечивает выход или она не будет построена никогда (т.к. уже никому не понадо- ~ 40% кислорода (т.е. 16-17% от массы реголита). Фтор, исполь бится)» принята и технология переработки – из сырья извлекаются зуемый по замкнутой схеме, возвращается в цикл. Доставка фтора только три вещества О2, Si и Аl, большая часть которых и будет с Земли ведется в виде твердых соединений, гораздо более удоб использована как топливо. Использование же Аl и Si как электро- ных для перевозки в транспортных космических кораблях, чем, технических материалов ЭИК'а незначительно. А вот другие, цен- например сильно токсичный и агрессивный жидкий криогенный ные, содержащиеся в реголите вещества даже в значительных ко- фтор. Практически может быть использован KF, где кроме фтора личествах, соизмеримых с долей алюминия, например, магний и используется и второй компонент – калий.

кальций, вполне пригодные в принципе, для использования и в Рассмотрим технологию производства О2, Si и Аl (рис. 22).

составе топлива (горючее) и как конструкционные материалы, ра- Путем электролиза привезенного с Земли КF при температуре ди упрощения производственного цикла предполагается не извле- ~ 670С и энергозатратах 10 кВт ч на кг КF он разлагается на ме кать, а "безжалостно" отправлять "в отходы" (в отвалы). Но даже и таллический калий, используемый позже, и газообразный фтор, в этом случае технологию производств на топливном заводе нель- который собственно и начинает процесс обработки реголита (фто зя назвать простой. рирование). В результате образуются газообразные О2 и SiF4 (че Ввиду приоритетности извлечения кислорода, содержание ко- тырехфтористый кремний), а также смесь твердых фторидов алю торого в реголите максимально (до 42-44%), и тип и все парамет- миния, магния, кальция и др. с небольшим количеством фторидов ры технологических процессов на заводе №2 выбираются "под железа и титана, не полностью извлеченных из реголита на заводе кислород". При такой постановке наиболее предпочтительными №1 в процессе обогащения.

будут сравнительно низкотемпературные процессы извлечения Газообразная, относительно высокотемпературная смесь О2 и кислорода, особенно, если они позволят извлекать и кремний и SiF4 сразу же удаляется из химического реактора. После охлажде алюминий. Таким процессом является фторирование первичного ния до – 77С из смеси легко (например, в циклоне) отделяется сырья при умеренных температурах (до 650-700С). Это типично затвердевший SiF4, а чистый О2 охлаждается до – 178С, ожижает химический метод. Другие методы, например пиролизный (терми- ся и направляется в термостатируемый бак-хранилище на космо ческий), хотя и не требует применения фтора (достаточно агрес- дроме как готовый товарный окислитель двигателей ЛР и ЭРД сивного реагента, кстати отсутствующего в сырье), но требует МБ. Затем производится подогрев SiF4 до 300С после чего он на 95 правляется в электролизер и с энергозатратами кВт ч на 1 кг рего- Особенность такого крупнотоннажного химического произ лита разлагается на кремний, получаемый в виде порошка (яв- водства с суммарным расходом сырья 850 тыс. т (производитель ляющегося готовым товарным горючим двухкомпонентного топ- ность 850 тыс. т/год при двухлетней работе с учетом ночных пере лива О2 + Si) (ЖРД ЛР) и газообразный фтор, возвращаемый в рывов) – большой расход оборотного фтора. Запас фтора, приво замкнутый цикл к началу процесса. зимый с Земли ~ 200 т (в виде КF массой ~ 600 т). Реальный се Металлический калий, полученный ранее после электролиза кyндный расход фтора составит ~ 25 кг/с. При абсолютной утечке КF при температуре 500С, добавляется к смеси твердых фтори- 100 т и 10 т темп утечки фтора составят ~ 3 г/с и 0,9 г/с соответст дов, образовавшихся после фторирования реголита и отделения О2 венно, а относительные утечки – сотые и тысячные доли процента.

и SiF4. При этом получается металлический расплавленный аллю- Однако в промышленности многие проблемы устранения утечек миний, который может быть распылен непосредственно в вакуум газа уже успешно решены. Так, в атомной промышленности при 235 для получения готового порошкового товарного алюминия – го- газодиффузионной технологии разделения изотопов U и U с рючего двухкомпонентного топлива О2 + Аl. (Предпочтительнее, использованием весьма токсичного и агрессивного шестифтори правда, периодически выпускать его в замкнутую емкость для стого урана, работа многочисленных компрессоров продолжается повторного использования распыляющего газа, например, азота, по многу лет практически без утечек за счет высокой техники извлекаемого тоже из реголита.) В случае высокой степени отде- герметизации уплотнений. Таким образом и проблема утечек фто ления FeTiO3 из реголита, в твердом остатке сохранятся ряд фто- ра при производстве лунного топлива химическим способом бу ридов (Nа, Са и др). В случае же большого процента неотделенно- дет, безусловно, решена.

го ильменита, выделение дополнительно чистого алюминия из При производстве кремния достаточно велики затраты тепло постепенно охлаждаемого алюминида железа происходит путем вой энергии. Определенный интерес может представить химиче первоначального затвердевания алюминида. Затем отделяется ский реактор, где нагрев осуществляется концентрированным из жидкий алюминий при температуре 700С, который также может лучением Солнца.

быть распылен до твердого порошка – горючего. Химический реактор, предлагаемый автором для получения Хранение порошкообразных кремния и алюминия в глубоком кислорода и четырехфтористого кремния состоит из следующих вакууме Луны возможно в негерметизированных контейнерах, основных агрегатов и систем:

поскольку, в отличие от условий на Земле, здесь исключено появ- Солнечная печь для нагрева теплоприемника с находящимися ление оксидной пленки на частицах горючего, затрудняющих в нем реагентами (реголитом и фтором) (рис. 23).

процесс их воспламенения в камере сгорания ЖРД ЛР. Теплоприемник (рис. 24).

В баках ЛР порошкообразное горючее находится под давле- Система загрузки реголита и выгрузки твердых остатков нием нейтрального газа наддува, например для реализации систе- (фторидов Аl, Fе, Тi, Са, Мg).

мы подачи в камеру типа "шнековый насос + эжектор". Система подачи сухого подогретого фтора.

Для обработки 1 кг реголита требуется: Общие вспомогательные системы: трубопроводы, компрессо 0,9 кг фтора;

ра, холодильники, теплообменники.

1,8 кг калия (из 2,7 кг КF);

Химический реактор – теплоприемник предназначен для про 11 кВт ч электроэнергии;

ведения собственно реакции фторирования путем продувки горя печь с температурой нагрева ~ 670C (электрическая или сол- чего сухого газообразного фтора через слой реголита, нагреваемой нечная);

солнечными лучами сквозь кварцевую поверхность.

холодильная установка с нижним уровнем температур – Конструктивно реактор выполнен в виде двух концентриче 178С;

ских труб – сплошной внешней, кварцевой через которую осуще электролитическая ванна (электролизер) для проведения элек- ствляется нагрев реголита Солнцем и внутренней – перфориро тролиза расплавленного КF. ванной, никелевой – стойких к фтору.

97 Твердый насыпной реагент – реголит размещен в кольцевом Из работающего калий-фторидного электролизера (или из ре пространстве между трубами. Подача фтора осуществляется с од- сивера) горячий сухой фтор поступает сначала в центральную ного конца внутренней трубы;

радиальный выход фтора в зону трубу, где после прохода через перфорацию и радиальную выхода реголита – через перфорацию. Выход газообразных продуктов ре- в реголит обеспечивает процесс высвобождения кислорода и че акции осуществляется через противоположный конец трубы. тырехфтористого кремния. При этом, в основном реакция осуще Собственно солнечная печь состоит из: ствляются в тонком кольцевом слое, прилегающем к внешней по 1. Параболо-цилиндрического поворотного зеркала, горизон- верхности внутренней трубы. По мере движения фтора по радиусу тальная ось которого параллельная направлению "север-юг". Зер- в реголите температура и, соответственно, эффективность (ско кало снабжено исполнительными органами для поворота его во- рость) реакций снижается, поэтому желательно перемешивание.

круг оси в пределах изменения угла места Солнца – от 0 до 180, а Одновременно с загрузкой реголита производится наведение также системой слежения за Солнцем. Зеркало предназначено для зеркала на Солнце и, соответственно, фокусировка отраженных фокусировки лучей на теплоприемнике с определенной степенью лучей на мидель кварцевой трубы. Кварц, имеющий высокий ко концентрации с целью получения необходимой температуры реа- эффициент пропускания в оптическом диапазоне солнечного из гирующего реголита в реакторе. лучения, допускает быстрый прогрев внешнего слоя реголита до ~ Внешняя – кварцевая – труба имеет диаметр 200 180 мм 600С, после чего начинается прогрев внутренних более холодных (толщина стенки = 10 мм) при длине 8 м (возможно применение слоев реголита. Таким образом ускорение химических реакций в промежуточных опор). системе "сыпучее твердое тело – газ" достигается благодаря ис Внутренняя труба d 60 50 длиной 8,5 м, выполненная из пользованию всех трех механизмов передачи тепла: лучистого на наиболее стойкого в среде сухого фтора материала – никеля, име- грева внешних слоев реголита, прошедшими сквозь кварцевую ет по длине 8 м перфорацию для радиальной подачи фтора в меж- стенку лучами Солнца, теплопроводности слоя реголита и конвек трубное пространство с реголитом. тивному нагреву части холодного реголита горячим фтором во Для интенсификации процесса предусмотрено механическое внутреннем слое реголита у никелевой трубы.

перемешивание реголита, для чего внутренняя поверхность внеш- При вращении зеркала (13 град/сут) за Солнцем, что приводит ней трубы и внешняя поверхность внутренней имеют продольные к освещению только ~ 50% поверхности внешней трубы, обра сплошные выступы на всей длине, а обе трубы имеют оппозитное щенной к зеркалу предусмотрено более интенсивное вращение вращение от независимых электроприводов. внешней трубы и оппозитное – внутренней со скоростями порядка Может потребоваться также (после модельных эксперимен- оборота в минуту.

тов) система дополнительного подогрева фтора, выходящего из С целью предотвращения истирания ее острыми "абразивны электролизной ванны, где он отделяется от калия, при начальной ми" зернами внутренней поверхности, она сделана рифленой. С температуре 600С, перед подачей в центральную трубу. Систе- этой же целью "рифленка" (продольные ребра малой высоты – 1- ма выполняется в виде газо-жидкостного теплообменника, где в мм) нанесена и на внешнюю "истирающуюся" поверхность внут качестве жидкости используются, например, жидкий калий, либо ренне никелевой трубы. При этом внешний и внутренний слои ртуть. реголита двигающиеся в противоположных направлениях переда Имеются также системы загрузки и выгрузки реголита после ют тепло от более высокотемпературного слоя к слою с меньшей тепловой обработки фтором, а также система перекачивающих температурой. Это усиливает теплообмен.

насосов и система отвода газообразных продуктов реакции (О2 и В качестве средства дополнительной интенсификации преду SiF4). Они подробно не проработаны и не показаны на схемах. смотрено вращение вместе с внутренней трубой расположенных Система функционирует следующим образом: на ней радиальных лопаток (лопастей).

Производится загрузка рабочего кольцевого пространства ре- Можно ожидать что процесс фторирования и получения гото голитом. Загрузочный конец герметизируется. вых гозообразных продуктов О2 и SiF4, которые и являются пер 99 вым этапом процесса получения топлива О2 + Si, а также получе- В заключение напомним, что главная цель настоящей главы – ния твердых фторидов, пройдет достаточно быстро. конкретизировать технологические цепочки топливного завода и Оценки показали, что потребная мощность непрерывного на- приближенно определить масштаб достижимого выхода топлива грева реголита с расходом 850 тыс. т/год (27 кг/с) от 200С в от- при заданном объеме переработки первичного сырья. Этот выход крытом бункере в полдень до ~ 650С, рекомендуемых для эффек- определяется суммарным объемом выпуска товарного железа на тивного хода реакции фторирования, при средней теплоемкости заводе №3. Конечная же цель – оценить возможности кораблей реголита 0,2 ккал/кг град. составлит ~ 9 МВт тепл. После дости- транспортной системы по доставке на полученном топливе обору жения на поверхности слоя реголита под кварцем температуры ~ дования всех остальных заводов и промышленных зон лунного 870 К (~ 600С), нагретый реголит сам начинает излучать в ИК производственного комплекса.

диапазоне при длине волны ~ 3,5 мкм. В этом случае кварцевая Помимо топлива для лунной ракеты, в случае использования стенка, хорошо пропускающая солнечный свет с наиболее интен- топливной пары алюминий-кислород, необходимо предусмотреть сивным излучением при = 0,5 мкм, резко снижает коэффициент производство до 10 тыс. т электротехнического алюминия для ка пропуская (с ~ 0,95 при = 0,5 мкм до 0,3 при = 3,5 мкм) (рис. белей электропитания всех заводов, космодрома и жилой зоны, а 25). также коммутирующих элементов на поверхности радиоизлучаю Предварительные оценки показали, что основные массы обо- щей антенной ленты. Подробная проработка конструкции элек рудования и электропотребления, заложены в систему многократ- тролизера для получения сверхчистого электролитического алю ного электролиза КF. При расходе реголита 850 тыс. т/год и энер- миния, а также прокатного производства самих кабельных жил, не го (электро) – емкости 10 кВт ч на 1 кг реголита потребная мощ- проводилась, однако при таких малых масштабах массы их, по ность электропитания электролизера КF составит ~ 100 МВт, а видимому, невелики.

масса электролизера – не менее 5 тыс. т, электропотребление Оценим возможный масштаб (массу) наработки лунного топ ожижителя кислорода ~ 4 МВт при массе ожижителя (рефрижера- лива при различных предпосылках о глубине переработки исход тора) 100 т. Масса всех зеркальных печей (~ 100 шт) – 30 т. ного сырья (имеется в виду процент выхода готовой продукции от Таким образом: масса (при двухгодичном календарном сроке теоретически возможного). Учтем также, что, помимо идеального переработки всего реголита) оборудования – 5500 т, мощность случая использования сырья, когда созданы оба двигателя ЛР (и электропотребления – 110 МВт. кислород-алюминиевый, и кислород-кремниевый) вполне реаль Учитывая, что масса потребного оборудования оказалась ным может оказаться вариант с двигателем только на одном из чрезвычайно высокой (за счет массы электролизеров КF), почти горючих. И наконец, учитывая конкретную эффективность транс вдвое большей, чем масса всех остальных заводов, как это будет портной системы (Млт/Мгр = 6), оценим окончательный распола видно из дальнейшего, можно снизить эту величину, приняв гаемый диапазон масс доставляемого на Луну оборудования заво большее время переработки сырья, что снизит секундный расход дов и жилого комплекса.

реголита и, соответственно, фтора и КF. В первом приближении Так, при полном использовании сырья (850 тыс. т) и 100%ном можно считать массу электролизеров пропорциональной секунд- выходе всех компонентов, предельная, теоретическая масса лун ному расходу (или, что одно и то же – годовой производительно- ного топлива составила бы 570 тыс. т, в том числе 350 тыс. т ки сти). Принятое выше время переработки 1 год. Фактически с ноч- слорода, а грузопоток на Луну – 96 тыс. т при использовании дви ными перерывами это 2 календарных года. Таким образом, если гателей на обоих горючих. При создании только двигателя на топ увеличить время выработки топлива до 4-х календарных лет и 6- ливе кислород-кремний и 40%ном выходе кислорода выработка ти, то результаты окажутся гораздо более приемлемыми по массе топлива составит примерно 245 тыс. т, а грузопоток на Луну – оборудования: 2750 т и 1830 т, а по мощности электропитания 55 тыс. т. При аналогичном выходе кислорода и использовании толь МВт и 27 МВт соответственно. ко двигателя на горючем кислород-алюминий, выработка топлива составит 145 тыс. т, а грузопоток на Луну – 25 тыс. т.

101 В случае применения для доставки персонала одноступенча- товок и прокатке из них железной ленты до размеров 0,00001 0, тых лунных ракет с более надежными и безопасными кислород- 16000 м. Извлечение Fе ведется с помощью Н2.

метановыми ЖРД, при схеме «метан – с Земли, кислород – с Лу- В качестве отходов при извлечении железа из ильменита по ны», затраты лунного кислорода для пилотируемых ракет составят лучаются двуокись титана и пары воды. Обработка ильменита ве менее 20% от общей добычи кислород-алюминиевого топлива. дется в вертикальных химических реакторах (рис. 27) при продув Рассмотренный в качестве примера вариант (рис. 26) произ- ке снизу струей водорода. Реактор засыпается ильменитом сверху водства компонентов лунного топлива химическим способом, об- через герметизируемый колошник. При расходе сырья ~ 11 т иль ладающим одним несомненным преимуществом – низкой темпе- менита, и мощности питания электроподогревателя 5000 кВт мо ратурой процесса, не следует, однако, считать единственно воз- жет быть получено до 3500 т железа в год с одного агрегата. Ско можным. Недостатками его, помимо необходимости завозить с рость прокачки водорода при температуре реактора до 900С – Земли «пусковой» фтор и калий и в дальнейшем компенсировать м/с при давлении до 1 атм.

их потери, являются значительные затраты электроэнергии на Пары воды разлагаются в электролизере, где полученный га многократный электролиз КF. Это неизбежно потребует значи- зообразный водород вместе с непрореагировавшим водородом из тельной мощности электропитания и, соответственно, приведет к реактора возвращаются к началу процесса (по водороду цикл пол росту массы привозной электростанции на СБ. Снижение массы ностью замкнут).

СБ даже при химическом способе возможно путем продления сро- Грубая оценка массы такого реактора объемом 7 м3 дает 6 т (с ка развертывания. В то же время не исключено использование учетом массы "традиционного" электронагревателя на 5000 кВт).

иных, высокотемпературных, технологий получения топлива (на- Вопрос о возможности использования прямого солнечного нагре пример, электролизной и пиролизной), где суммарная масса обо- ва (солнечная печь, типа рассмотренной для завода №2), требует рудования и СБ может оказаться ниже, чем для «химического» отдельного анализа, т.к. выявилось много достаточно сложных варианта. проблем. Это предполагается сделать в дальнейшем.

Опыт и достижения последних лет в области ракетного двига- Реально при работе с электрическим источником для питания телестроения и атомной энергетики, где, в частности, освоено ох- такого нагревателя, имеющего 14-ти суточные ночные перерывы, лаждение высокотемпературными жидкометаллическими тепло- годовая производительность реактора "по железу" составит носителями, позволяет надеяться, что и для этих технологий про- т/год.

блема охлаждения также будет решена. Если ограничить продолжительность полного времени пере И, наконец, не следует пренебрегать и более экзотическим работки сырья величиной 2 года, что не помешает после выпуска способом выведения грузов с Луны на окололунную орбиту, пред- первых же тонн сырья и готового железа сразу же запустить их в лагавшимся еще 25 лет назад – с использованием электромагнит- дальнейшее производство;

требуемое количество реакторов соста ной пушки. Это позволит существенно (примерно в 3 раза) сни- вит 8 шт.

зить потребное производство топлива для лунных ракет. Тогда суммарная масса всех реакторов – 48 т (округленно – Итак, оценки показывают: возможна доставка на поверхность т), а мощность электропитания 40000 кВт. Дополнительные затра Луны 25 – 45 тыс. т грузов, что заведомо выше, чем масса потреб- ты на электролиз полученной воды для возврата в замкнутую сис ного оборудования в любом из вариантов. Таким образом, под- тему водорода невелики – по 500 кВт на реактор, а всего – тверждается возможность самообеспечения транспортной системы кВт. Заметим, что указанная мощность, хотя и кажется значитель при создании демонстрационной ЛЭС. ной, на самом деле по сравнению с предполагаемым производст вом СБ на мощность 40 миллионов кВт совершенно ничтожно.

Завод №3 – типичное металлургическое производство по вы- Твердым полуфабрикатом этого этапа в реакторе является смесь плавке железа из ильменита, получению железных слитков – заго- губчатого железа и двуокиси титана, извлекаемая из его нижней 103 части. В данном процессе двуокись титана – побочный продукт пробивку сквозных отверстий диаметром ~ 1 мм на всей по (отход), который сбрасывается в отвал. верхности (с шагом 26 мм вдоль ленты и 52 мм – поперек) для по Разделение железа и двуокиси титана может быть осуществ- следующего размещения в них двухкаскадных твердотельных лено по крайней мере двумя способами: усилителей и фазовращателей и вводов вибраторов четвертьвол Если в процессе реакции произошло спекание обоих продук- новых антенн;

тов: Fе и ТiО2, то сначала производится их размол и сброс в вер- пробивку отверстий для фиксации ленты на опорах (по 2 от тикальную колонну с магнитным сепаратором, где отделяется же- верстия d 2 мм с расстоянием между ними 480 мм;

лезо от немагнитного ТiО2. вырубку по одной кромке ленты с шагом 110 м гнезд с выво Проводится плавка смеси, где благодаря разнице температур дами концов полосковых СВЧ линий для подключения к быстро плавления окиси титана и чистого железа [(Tпл)TiO2 = 2200C, разъемным соединениям на концах волноводов от СВЧ генерато (Tпл)Fe = 1535C] можно отделить железо. При нагреве, например ров задающей частоты.

до 1700С железо будет хорошо расплавлено, достаточно подвиж- Эта операция, по-видимому наилучшим образом по быстро но и может быть слито через нижний слив в форме. Полученное действию может быть решена с помощью лазеров при последнем железо разливается в формы, где масса заготовки совпадает с мас- проходе на реверсивном прокатном стане перед намоткой рулона сой будущего готового продукта этого завода – прокатанной лен- на приемную бобину.

ты (масса ~ 700 кг, вес 110 кг). Размер заготовки – сляба – 0,07 Стоит заметить, что даже на реверсивном скоростном стане 0,5 2,4 м (рис. 28). формирование ленты (фольги), толщиной = 10 мкм при средней Сляб сначала проходит горячую прокатку (для уменьшения длине готовой ленты в составе энергоизлучательного комплекса нагрузок на валки, клети и для снижения мощности приводного 16 км и скорости прокатки 10 м/с при 8-ми проходах и относи электродвигателя) на лентопрокатном многоклетьевом последова- тельном обжатии ~ 50% продолжительность прокатки будет дос тельном стане с конечной толщиной ленты 1 мм. Число клетей до таточно большой. Только один последний проход продлится 10. Скорость прокатки в первых клетях небольшая, в последних до с. Вся прокатка одной ленты на обоих станах займет не менее 20 м/с. часа. Прокатка же всех 40 тыс. лент при "одноручьевой" схеме Продолжительность прокатки первого полуфабриката с ко- займет ~ 40000 час, т.е. свыше 4,5 лет. Уже на этом технологиче нечной толщиной = 1 мм определяется последней клетью, где ском этапе видна неизбежность перехода к параллельной работе при скорости до 20 м/с и длине ленты 160 м продолжительность нескольких прокатных пар ("ручьев") – "непрерывный стан + ре составляет 8 сек. Полное время прокатки составит 25 с, а с учетом версивный стан". Вариант схемы «ручья» завода № 3 приведен на перемотки в рулон – 40 с (т.е. полное время прокатки полуфабри- рис. 30.

ката на непрерывном стане – 0,7 мин). Масса прокатного непрерывного стана определяется его годо Затем рулон передается на главную, "финишную" операцию – вой производительностью. Единичная прокатка ленты в двух по в холодную прокатку листа до фольги минимально возможной следовательных станах занимает около 1 часа при массе металла технологической толщины = 10 мкм (0,01 мм). Прокатка осуще- 0,7 т, что соответствует производительности 6130 т/год (если бы ствляется на реверсивном одноклетьевом стане (рис. 29), где лента не было ночных перерывов). Практически же один ручей обеспе на каждом обжатии поочередно перематывается с выходной боби- чивает производительность 3050 т/год. При допустимости опера ны на приемную и обратно. Преимущество реверсивного стана – ции прокатки всех лент в 1 год потребное количество ручьев 9, компактность (одна клеть), малый расход рабочих и прижимных (принято 10 ручьев).

валков. Оценим массу оборудования и энергопотребления.

Перед передачей ленты на завод №4 она проходит ряд опера- Масса каждой прокатной пары – 26 т. При общей производи ций: тельности всех 10 агрегатов 7 т/час суммарная масса станов 260 т, а мощность всех электродвигателей 900 кВт. При двухгодичном 105 цикле прокатки массы и мощности оборудования 140 т и 450 кВт ным с низкой адгезией напыляемых частиц с поверхностью желе соответственно. Учитывая затраты массы по выплавке железа 50 т за, и ограничением сверху – Емах = 100 эВ, где начинается само и энергопотребление (электропотребление 40 МВт и дополни- разрушение уже осажденного слоя);

тельные затраты на транспортировку ленты между агрегатами молекулярный вес слоя (SiH4) = 30;

примем для двухгодичного цикла изготовления лент: плотность энергии (при условиях электрического разгона Масса оборудования 200 т. струи) менее 60 кВт/м2. Это соответствует разогреву ленты до Мощность энергопотребления – около 50 МВт.

температуры 600°С (с учетом начальной температуры самой ленты в солнечный полдень 200°С), и обеспечивает заметный за Завод №4 предназначен для нанесения слоя гидрогенезиро пас по температуре (температура плавления кремния 1440°С);

ванного кремния (SiH4) на железную ленту, что осуществляется с толщина напыленного слоя Si = 1мкм = 10-6м;

помощью потока силана (SiH4), ускоренного электромагнитным ширина ленты в = 0,5 м;

или электростатическим устройствами типа ЭРД. Лента, находя средняя длина ленты = 16 км;

щаяся под вертикальными струями ЭРД протягивается с заданной пролет между подающей и приемной бобинами (зона напыле постоянной скоростью с подающей на приемную бобины в гори ния) – 20 м;

зонтальной плоскости. Изготовление антенных лент с полным КПД напыляющего устройства (типа ЭРД) – = 0,5;

энергетическим (СБ), и радиотехническим наборами элементов ограничение на мощность единичного ЭРД, «обслуживающе (ФАР) является одним из ключевых технологических процессов го квадратный участок ленты длиной 0,5 м (площадь 0,50,5 = на ЛПБ, в значительной мере определяющим продолжительность 0,25 м2) до 50 кВт в ЭРД;

изготовления каждой ленты, всего комплекта лент (40000 шт.) и Число ЭРД в единичном агрегате вдоль ленты – 40 шт.

сроки создания ЛЭС в целом. Особо важным является именно процесс напыления. Скорость напыления – главный сдерживаю При таких исходных данных выявилось, что скорость истече щий фактор. Ограничения скорости напыления (по толщине) свя ния – V = 14 км/с (что соответствует удельному импульсу ЭРД Iуд заны с высокими требованиями к качеству и однородности напы 1400 с).

ляемого кремния, являющегося аморфной структурой. Еще около Секундный расход силана – 7,810-5кг/с.

5 лет назад верхним ограничением по скорости осаждения SiH Время напыления t 9 с.

считалась величина ~ 4/с (т.е. 4 10-10м/с). При таких темпах Скорость напыления Vнап = 1,1 10-7м/с (в пределах заданной время напыления слоя требуемой толщины – 1 мкм на площади Vнап < 2 10-7м/с).

0,25 м2 (0,5 0,5 м) составило бы 40 минут, а всего комплекта Потребная скорость протяжки ленты Vленты = 2,2 м/с.

лент 800 тыс. лет (!!!). Решение – в переходе на новую техноло Полное время напыления ленты tнап = 2 часа.

гию напыления, где скорости напыления Vнап могут быть увеличе Мощность электропитания единичного ЭРД Nэрд = 30 кВт.

ны по крайней мере в 1000 раз, одновременную обработку на од Мощность электропитания всего агрегата напыления Nед = ной ленте протяженной зоны с использованием большого количе 1200 кВт.

ства многих одновременно работающих источников, а также па Количество ЭРД в агрегате Zэрд = 40 шт.

раллельную обработку лент на нескольких агрегатах (многоручье вая схема). Такие технологии с соответствующими НОУ-ХАУ Тогда время обработки всего комплекта лент на одном агрега разработаны в России.

те составит 9,2 года.

В качестве исходных данных для расчета приняты:

При установке 10-ти параллельно работающих агрегатов с скорость напыления Vнап 2000/с (2 10-7м/с.);

общей мощностью Nэл = 12 МВт, время выполнения этой важней энергия единичной частицы Е = 30 эВ (эта величина являет шей технологической операции сокращается до 1 года, что вполне ся компромиссом между ограничением снизу Емин = 10 эВ, связан приемлемо.

107 Не касаясь вопросов нанесения остальных радиотехнических она смотана. Предусматривается система механической раздвиж элементов на ленту, суммарная площадь которых по отношению к ки обеих бобин на расстояние 25 м специальной пантографной площади ленты невелика (до нескольких процентов), более под или телескопической системами. Бобины имеют диаметр, сущест робно рассмотрим только возможную конструктивную схему на венно больший, чем на лентопрокатном заводе №3, поскольку на пылительного агрегата. Агрегат должен размещаться в герметич них будет наматываться уже многослойная лента с напыленным ной камере для возможности утилизации частично распыленного слоем, и должны быть уменьшены изгибные напряжения. Ориен SiH4, привозимого с Земли, а потому – дорогого.

тировочно, диаметр бобин 2 м. Бобины с раздвижным агрегатом Схема агрегата дана на рис. 31.

закатываются по внутренним рельсам герметичного отсека, после В процессе напыления лента испытывает значительные попе чего отсек закрывается герметичными люками.

речные нагрузки от действия напыляющей силановой струи. При Напыление осуществляется за один проход, т.е. при одно реактивной мощности всех ЭРД – 6 МВт и скорости истечения кратной перемотке с одной бобины на другую.

км/с, величина воздействия составит 50 кг, что в 3000 раз больше Учитывая, что на заводе №4 будут также проводится опера силы собственного веса участка ленты при межопорном пролете ции нанесения радиотехнических элементов (двухкаскадных твер 20 м (между сматывающей и приемной бобинами). При такой на дотельных транзисторов – усилителей, фазовращателей, собствен грузке и заданном усилии разрыва ленты 250 кг (при сечении но вибраторных антенн), общая масса завода должна учитывать и мм2) лента провисла бы на 50 см. Это совершенно неприемлемо из массу этого оборудования. Масса только ЭРД при мощности требования строгого постоянства расстояния между источником МВт составит до 12 т. Суммарная масса завода при 10 агрегатах струи и поверхностью ленты, вытекающего из условия выдержи напыления и остальных систем оценивается в 200 т, суммарное вания постоянной плотности потока в плоскости ленты. Возмож энергопотребление – 140 МВт, а полное время изготовления всех ным решением является размещение движущейся ленты на боль 40 тыс. лент в готовом для монтажа на поверхность Луны виде шом числе опорных роликов (по схеме рольганга).

года.

Однако, более технически обоснованным представляется ис Перед отправкой полностью готовых лент на монтажную пользование сплошной опорной, жесткой панели, одновременно площадку ЭИК'а, приемные бобины с лентами насаживаются на решающей и проблему охлаждения ленты (практически вся кине общую ось (по 15 шт. на одну ось). Общая масса системы 4,8 т тическая энергия струи ЭРД превращается в тепло, и равновесная (вес 0,8 т) при габарите сборки «шпульки» d = 2 м ;

= 31 м.

температура ленты составила бы до 400 К. Опорная панель долж И масса и габариты позволяют ее закреплять на размоточном на удовлетворять жестким и противоречивым требованиям:

устройстве монтажного лунохода, укладывающего сразу 15 лент.

обладать идеальным (с механической точки зрения качеством Резюме по заводу №4:

поверхности) для снижения трения при протяжке ленты;

Масса агрегатов – 200 т.

изготавливаться из материала с умеренным коэффициентом Энергопотребление – 140 МВт трения при движении холоднокатаной железной ленты;

Продолжительность цикла – 2 года.

обеспечивать хороший теплоотвод, для чего иметь жидкост ную систему охлаждения с хладагентами типа, например, эвтекти Завод №5 производит пенокремнеземные волноводы, разво ки щелочных металлов, ртути, кремнийорганической жидкости дящие задающую частоту от клистрона до двухкаскадных твердо или даже воды.

тельных усилителей (мощностью по 28 Вт на выходе и 300 мВт Естественно, система полностью замкнутая, с вынесенным на входе).

радиатором, размещенном на затененном участке, или «ребром» к Разводка волноводов от каждого клистрона представляет раз Солнцу.

ветвленную сеть. Все участки волноводов располагаются прямо на Заготовка – рулонированная железная фольга с завода №3 по грунте. Каждый клистрон имеет 128 оконечных узлов, сопрягае ставляется на завод №4 в комплекте с 2-мя бобинами, на которые мых с микроволновой коммутацией на верхней поверхности ра 109 диоизлучающей ленты, выполняемой в виде полосковых линий специальных клистронов. Необходимый газ для образования мик малой мощности. Мощность в конце меридионального волновода ропор может быть извлечен также из реголита.

40 Вт. Эта мощность разводится на 120 твердотельных усили- При переработке реголита общей массой 1 млн. т, что тре телей, требующих на входе 200-300 мВт, что при коэффициенте буется для выработки необходимого количества железа для антен усиления 100 дает на выходе 30 Вт. Мощность клистрона, оценен- ных лент, масса имплантированного солнечным ветром в реголит, ная в начале в 10 кВт снижена до 5 кВт из-за ограничения на например, азота составит 20 т. Это может покрыть потребности ширину захвата монтажного лунохода-комбайна (при скорости в пенообразующем газе.

движения комбайна 10 км/ч трудно реализовать конструкцию с Полученные пенокремнеземные заготовки – бруски длинной пролетом 60 м, в связи с чем целесообразно перейти на пролет до 35 метров и сечением 3.2 2,2 см, обрабатываются алмазны 30 м). Соответственно, снижается вдвое мощность. ми шлифующими дисками до получения высококачественной по Волноводы изготавливаются из брусков пеносиликата с по- верхности, на которую напыляется слой алюминия.

Прочность волновода на изгиб под действием собственного ристостью 0,95 – 0,97 сечением 2 3 см, покрытых слоем алюми веса (0,3 кг) достаточна. Однако при транспортировке грузоподъ ния толщиной 3-4 мкм. Поскольку каждый клистрон обслуживает емным устройством необходимо иметь двухточечную подвеску площадку ЭИК'а размерами 220 м (в направлении «север – юг», достаточной жесткости с 4 – 5 захватами вдоль всего волновода и определяемым шагом опор для получения провисания ленты осуществлять вертикальное перемещение подвески с малыми ус мм при зазоре до грунта 100 мм) и 32 м (в направлении «восток – корениями (менее 0,16 g), что приемлемо.

запад», что соответствует ширине 60-ти лент полуметровой шири Резюме:

ны).

Завод №5 должен обладать энергетикой 15 МВт, нескольки Характерные данные волноводов 32 м, масса 1,7 кг, вес 0, ми монтажными луноходами для транспортировки до 20000 т пе кг. Восточные и западные отсеки волноводов (по 16 м) имеют по нокремнеземных волноводов, и их укладки.

16 отвода – тройников для запитки подленточных участков волно Масса печей 15 – 30 т, фрезерно-шлифовальных станков – водов в направлении север – юг.

50 т.

Общая масса кремнезема во всех волноводах ЭИК'а 18 тыс.

Масса оборудования 80 т.

т, масса алюминиевого покрытия пренебрежима ( 130 т). Приня то с запасом МSiO2 = 30 тыс. т. Как видно, общая масса SiO2 для Завод №6 изготавливает из железного полуфабриката (лент волноводов весьма значительна. Учитывая, что доля SiO2 в необо или труб) налунные опоры двух типов – так называемые «легкие», гащенном реголите велика и составляет 42%, и при условии, что на которые действует только вес ленты между опорами и «тяже будет найдена рациональная технология его полного извлечения, лые», которые допускают восприятие горизонтальных усилий от масса дополнительного сырья – реголита составит 72 тыс. т. Эта ленты, возможных несимметричностей воздействия, а также несут величина увеличивает расход исходного сырья сравнительно не на себе вес размещенных на них клистронов. Установка клистро значительно (примерно на 5%).

нов производится также на этом заводе (на отдельной линии).

Энергозатраты на нагрев кремнезема до температуры плавле Конструктивная схема опор каждого типа (рис. 32) сущест ния и на его расплавление сравнительно невелики и составят 0, венно зависит от требований к точности положения опорной МДж, что при сроке изготовления 2 года, требует тепловой мощ (верхней) части опоры по отношению к поверхности Луны. Если ности … 11 МВт ( 2% от установленной мощности налунной бы поверхность ЭИК'а (собственно излучающей антенны, сфор электростанции).

мированной из лент) была плоской в пределах зоны 20 км, то тре Плавление реголита может осуществляться прямо в протя бования к точности относительного размещения соседних опор и женной зоне солнечной печи, либо с помощью СВЧ излучения положение верхнего опорного ребра по высоте и по азимуту на каждой опоре должны были бы быть крайне жесткими (составлять 111 сотые доли длинны волны), т.е. при принятой длине волны = 5,2 ворота «Т»-образной опоры. Наиболее очевидным требованием см – ошибки по высоте должны быть не более долей миллиметра. является компоновочное требование о сохранении определенного Однако, как уже указывалось ранее, создание плоской излучаю- минимального технологического зазора между параллельными щей поверхности практически совершенно нереально из-за «кос- лентами. Так, при допустимости зазора 10 мм на длине 220 м это мического» объема «земляных» (грунтовых) работ в случае «сре соответствует угловой ошибке разворота по азимуту 1 угл.с.

зания» сферического сегмента реголита. Поэтому принцип посто (!!!). В то же время ошибка по высоте даже в пределах 10 мм меж янного поддержания формы поверхности антенны неприемлем. В ду краями ленты может быть скомпенсирована «скруткой» пло связи с этим антенная поверхность приближенно будет представ ской тонкой ленты за счет допустимых упругих деформаций.

лять собой некую «чешуйчатую» поверхность, где вертикальные При суммарном резерве массы на производстве лунного желе прогибы лент составят до 190 мм при шаге опор 245 м. Все опоры за для лент до 5 тыс.т и считая, что «легких» опор 5 млн. шт, до имеют одинаковую высоту над лунной поверхностью – 0,4 м. Угол пустимая масса опоры 0,5 кг, что вполне достаточно для реали же относительного наклона верхних ребер соседних опор, даже зации весьма различных вариантов конструкции, включая штам при размещении каждой по местному горизонту в направлении повку из тонкого листа или изогнутую трубу. В обоих случаях восток-запад, составит величину порядка 0,2 угл.с.

должен присутствовать погружаемый в грунт центральный верти Практически способы формирования излучающего луча, на кальный стержень при длине заглубления 0,5 м. Более подробно пример, при выпуклой антенной поверхности бортовых самолет процесс установки опор с помощью, например, погружения их в ных РЛС бокового обзора с фазированной решеткой уже извест грунт под действием комбинированной вертикальной нагрузки ны. В данном случае ситуация несколько усложняется заведомым типа подвесной «бабы» массой в несколько десятков кг с разме изменением формы «чешуйчатой» поверхности между утренними щенным на ней механическим вибратором (типа, например, элек и вечерними часами с одной стороны, и полуденными с другой, в тродвигателя с эксцентриком) будет рассмотрен в разделе завода связи с изменением положения Солнца и, соответственно, темпе №7. По «тяжелым» опорам допустимая масса каждой может со ратуры лент, их длины и прогибов. Поэтому в принятой конструк ставлять 5 кг (общее число 50000 шт.) при массе 250 т. Реальная ции ФАР предполагается периодическое измерение формы реаль масса конструкции может быть сделана, по-видимому, существен ной поверхности и соответствующая корректировка фазы управ но меньше.

ляющего сигнала на единичных антеннах. Это можно осуществ Принцип заглубления в грунт аналогичен «легкой» опоре, лять с помощью луча «опрашивающего» лазера и угловых отража также как и требования по точности установки. Дополнительным телей на опоре и в центре межопорного пролета ленты. Управле усложнением является необходимость перед передачей опоры в ние же фазой СВЧ излучения для осуществления бокового откло налунный монтаж ЭИК'а, вмонтировать в тяжелую опору генера нения оси луча от вертикали при наведении на подвижные центры тор задающего сигнала. В данном предложении приняты достав ректенны или КПО производится по сигналам рассогласования от ляемые с Земли клистроны мощностью по 5 кВт в излучении, радиомаяка, расположенного в центре ректенны и КПО соответст кВт по питанию постоянным током при напряжении 10 кВ, массой венно. На данном уровне проработки обоснования длины волны по 1 кг и установочными габаритами d 250 мм и = 500 мм. Кроме маяков, а также количества их и размещения на ЭИК'е приемных того, на опоре размещаются быстроразъемные соединения силово антенн не проводилось.

го кабеля d 4 мм и волноводов. Пример эксплуатации ФАР Таким образом, при разработке реальной конструкции опор мощностью в 20 МВт дан в [25].

для антенной поверхности принят прагматический принцип – соз Определить массу производственного оборудования затруд дать некую поверхность, а затем ее измерять и вносить необходи нительно. По аналогии с материалоемкостью прокатного оборудо мые поправки в формирование луча с использованием фазовраща вания (2 млн.т в год при массе 20000 т) примем Мобор 50 т (с за телей ФАР. Это снижает требования к допустимым ошибкам ко пасом) при мощности электропитания 100 кВт.

ординат при размещении опор, ошибок по высоте и по углам раз 113 Завод №7 обеспечивает монтаж энергоизлучающего комплек- но включающего другие, гораздо более сложные и трудоемкие са ЛЭС. По существу он завершает операцию по созданию налун- операции, будет, естественно, значительно больше. Особую про ной части ЛЭС (проблемы создания наземной приемной антенны – блему представляет процесс установки опор под ленты, а также ректенны, а также создание и выведение на ГСО космического укладка кабелей и волноводов. Во-первых опор много ( > 4 млн.

радиоотражателя не рассмотрены). шт.), во-вторых установка должна обеспечивать горизонтальность Фактически завод №7 представляет собой парк, состоящий из их опорных поверхностей. Она, по-видимому, будет достаточно самоходных монтажных аппаратов (луноходов) и склад готовых к трудоемкой (независимо от того, будет ли она автоматизирована монтажу изделий. Управление луноходами осуществляется дис- полностью, или частично) танционно по радиокомандам из диспетчерского пункта с помо- Как уже упоминалось, опоры предполагаются двух типов, ус щью персонала (операторов), либо из кабины лунохода-комбайна. ловно называемых:

Перед началом монтажа ЭИК'а с поверхности рабочей пло- «легкими» – на которые передается только вертикальное уси щадки (d 20 км) производится уборка крупных камней и, если не- лие от веса ленты в пролете;

обходимо, засыпка отдельных мелких кратеров с помощью буль- «тяжелые» – не которые действует не только вес ленты, но дозеров. Производится установка краевых и центральных опор, также вес клистрона (масса безбаллонного клистрона 1 кг, вес направляющих движение монтажного лунохода-комбайна, лазе 0,16 кг). Более важным является увеличение массы «тяжелых» ров. Затем на поверхность Луны устанавливаются «холостые» опор, связанное не только с необходимостью увеличения жестко («легкие») опоры для лент, опоры с клистронами и участками сти стенки опоры для закрепления клистрона. «Тяжелая» опора волноводов. Проводится прокладка кабельных линий от централь также должна обеспечивать жесткую фиксацию верхнего ее эле ной электростанции к опорам антенных лент. Целесообразно рас мента при появлении возможных горизонтальных усилий со сто смотреть также возможность совмещения установки опор с раз роны ленты при термоциклах (день-ночь), приводящих ночью к моткой и установкой лент.

уменьшению длины, соответственно снижению провисания ленты, Все технологические операции монтажа сегодня предусмот увеличения натяга и появлению дополнительных горизонтальных реть практически невозможно. Рассмотрим лишь некоторые ос усилий на опоры.

новные операции. В качестве примера рассмотрим размотку лент Еще более серьезными доводами для увеличения массы кон и оценим потребное количество (парк) луноходов.

струкции «тяжелой» опоры является то, что она включает также При допустимой скорости луноходов 10 км/ч и общей длине массы быстроразъемных электрических соединений (типа штеке всех лент 650 тыс. км сам процесс размотки всех лент даже с од- ра) с электрокабелем питания клистрона высоковольтным посто янным током (– 6 кВт при – 10 кВ на клистрон), а также разъем ного лунохода при 30-ти ниточной схеме занял бы всего 35 мес., ных соединений для подключения участков волноводов разводки если бы работы проводились не только в лунный день, но и но чью. Это, в принципе, вполне возможно, т.к. луноход может ис- опорного СВЧ сигнала задающей частоты ( 5,7 ГГц, сечение вол пользовать для движения автономное электропитание от бортовых новода 23 см). «Тяжелые» опоры с электроразъемами и волно ЭХГ, с запасом рабочего тела – криогенных Н2 и О2, полученных водными разъемами, подключаемыми одновременно с установкой после электролиза буферной воды в течении лунного дня на цен самой опоры на лунную поверхность, предусматривают и нивели трализованной электростанции на основе СБ. При использовании ровку ее верхней кромки по местному горизонту в направлении же параллельно 5-ти луноходов, обслуживающих ранее завод № «восток-запад».

по добыче сырья и к моменту начала монтажа освободившихся, Таким образом, несмотря на то, что количество тяжелых опор продолжительность процесса собственно размотки лент сократи почти в 700 раз меньше «легких», затраты времени на их общий лась бы вообще до 20 суток.

монтаж в связи с большим числом технологических операций (ко Однако продолжительность реального монтажа, состоящего ординатная привязка и установка, ориентирование, подключение не только из скоростной механической размотки «шлейфов» лент, кабелей и волноводов) могут оказаться наиболее критичным эле 115 ментом при оценке суммарной продолжительности монтажа кабеля – 25 км, напряжении 10 кВ и полной мощности 270 МВт эл ЭИК'а. масса алюминиевых линий составила бы при плотности тока В связи с этим, не исключено, что весь монтаж придется вести А/мм2 360 т. С учетом разводки 600 поперечных линий, требую в 2 этапа, реализуемых последовательно:

щих 280 т Al, общая масса кабелей (без изоляции) составит На первом этапе с луноходов проводится прокладка 600 па- 650 т. Несмотря на соблазн доставки такого умеренного количест раллельных 16-ти километровых кабельных линий высоковольт- ва Al с Земли, по-видимому, придется все же производить алюми ного питания (в направлении «север-юг») на каждой из которых с ниевые кабели (или плоские ленты-шины) непосредственно на ЛПБ, т.к. помимо самого ЭИК'а необходимо снабжать энергией и шагом 220 м предусмотрены штекерные разъемы. Шаг кабелей все остальные заводы, мощность которых составляет сотни мега 38 м. В местах штекерных разъемов кабелей устанавливаются тя ватт, а длина кабелей – несколько десятков, а возможно и сотен желые опоры. Между ними либо в мелкую траншею, либо непо километров с учетом многоагрегатности заводов.

средственно на грунт укладываются поперечные участки волново Несмотря на принципиальную возможность использования в дов 2 15 м в направлении «восток-запад». На волноводах имеют качестве силовых тоководов как плоских лент-шин, так и много ся разводящие тройники с шагом 0,5 м, куда подключаются жильных кабелей, применение кабелей, несмотря на большую участки волноводов обслуживающие больший участок каждой сложность их изготовления, предпочтительнее, поскольку допус ленты (2 80 м) в направлении «север-юг». Оставшиеся 80 м лен кает размотку с бобин, установленных на луноход, и резко упро ты – в меридиональной «зоне ответственности» клистрона ± 110 м щает монтаж. При этом, поскольку каждый меридиональный ка – питаются от гибких полосковых линий.

бель (линия «север-юг»), обслуживающий всего 80 клистронов, На втором этапе проводится установка «легких опор, укладка общей мощностью по питанию 0,5 МВт и имеющий диаметр на них ленты и «подключение», например с помощью гибких по 2,5 мм, вполне может быть выполнен и в одножильном исполне лосковых линий (волновод-лента) длиной 300 мм, оконечного нии, если размотку с лунохода вести при использовании бобины участка волновода к бортовому легкому разъему на ленте. Эти диаметром 2 м шириной 1 м с 10-ти рядной намоткой. Парал операции производятся с луноходов, двигающихся в направлении лельно должна разматываться вторая линия (вторая полярность – «север-юг» во время их кратких остановок.

«+» или «-»), с аналогичной бобины. Возможность использования Подробно весь технологический процесс монтажа не рассмат в качестве второго провода «земли» (т.е. лунного грунта) требует ривался. Некоторым облегчающим монтаж обстоятельством явля специального изучения, но не бесперспективна. Удельное элек ется возможность сохранения на уже готовом ЭИК'е «холостых» трическое сопротивление поверхности лунного грунта весьма ве («темных») проходов, не покрытых излучающей лентой. Ширина лико.

прохода 1 м, шаг 30 м. Это позволяет организовывать монтаж Главная же опасность такой схемы на Земле – отсыревание как с использованием луноходов типа козлового подъемного кра почвы, резко снижающее сопротивление, на Луне отсутствует.

на с поперечной кареткой с большим пролетом – до 40 м (что на Однако, особенности лунного грунта в приповерхностных слоях Луне из-за малой силы тяжести вполне возможно), при работе на являются аргументом скорее для безопорной укладки обоих полю этапе. На втором этапе возможна параллельная работа луноходов сов кабеля на грунт. Возможно также дистанционирование обоих с размоткой параллельно по 30-ти лент (2 по 15) при предвари тоководов при U = 10 кВ с помощью пенокерамических колодок, тельной установке легких опор.

где расстояния между полюсами – 100 мм, а шаг колодок – 50- Приведенная схема монтажа должна рассматриваться как гру м.

бое приближение с последующими уточнениями.

Рассмотрим более подробно возможности автоматизации про Подключение всех силовых кабелей ЭИК'а к лунной электро цесса монтажа и продолжительность операции.

станции осуществляется с помощью одного двухпроводного кабе Крупномасштабность процесса монтажа ЭИК диктует необ ля «восток-запад», уложенного вдоль северной кромки антенного ходимость размещения в строгом порядке на поверхности Луны поля со стороны солнечно-батарейной электростанции. При длине 117 громадного количества хотя и простых по конструкции, но не- соответствует равновеликому по площади исходному кругу диа удобных по габаритам деталей. Так, общее количество волноводов метром в 20 км, неудобному для практического использования из «север-юг» представляющих прямоугольные пенокерамические за различных длин антенных лент.

В нашем расчетном случае (прямоугольник) все ленты имеют призмы сечения 2 3 см с тонким (2-3 мкм) алюминиевым покры тием и длиной по 30 метров (!!!), которые должны образовать пра- одинаковые размеры 0,5 16000 м. С точки зрения электродина вильную решетку с шагом 0,5 м составит более 5 млн. шт. Коли- мики, учитывая что результирующий пучок СВЧ излучения ис пользуется на большом расстоянии (360 тыс. км) оказалось допус чество «легких» опор лент 2,9 млн шт. Количество «тяжелых» тимым иметь на поверхности ФАР «темные» (т.е. необслуживае опор с клистронами 50000 шт. И, наконец, как уже говорилось мые антенными лентами) полосы «север-юг» шириной 1 м с ша выше, необходима прокладка нескольких десятков километров силовых кабелей электропитания клистронов, не говоря о самих гом вдоль экватора 30 м, практически не нарушающие расчет антенных лентах. ную электродинамическую структуру в приемном СВЧ пятне на При таком количестве деталей «ручной» монтаж совершенно наземных ректеннах и на геостационарных КПО. Это позволяет бесперспективен. Единственная возможность завершения монтажа воспользоваться широкой «колеей» для движения ходовых теле в приемлемые сроки – применение высокопроизводительных ав- жек лунохода-комбайна. Ширина колеи 30 м позволяет с точки томатов – монтажных луноходов, что и предлагалось выше. Стро зрения конструкции скомпоновать комбайн (с габаритами 40 го говоря, не исключена возможность создания специализирован м в плане), который за один проход с севера на юг (и с юга на се ных луноходов по типу операций (например, отдельно – для про вер) может произвести на протяжении 16 км все важнейшие опе кладки кабеля, для укладки волноводов, установки опор и для рации по укладке кабелей, волноводов, установке опор, сделать размотки рулонированных антенных лент). Однако, учитывая все необходимые электрические соединения (в виде замыкания большую площадь обслуживания 300 км2, целесообразно преду- штеккерных колодок) и сочленения с помощью быстродействую смотреть возможность создания многофункционального (много- щих СВЧ разъемов всей волноводной сети на поверхности, под операционного) лунохода – комбайна и параллельного их исполь- ключив ее к клистронам и к радиоизлучающим антенным лентам, зования. которые в каждом 220-метровом пролете имеют всего по 2 кон Предлагаемый автором вариант, не претендуя на оптималь- тактных узла на одной кромке (рис. 33).

ность решения задачи, тем не менее, позволяет рассчитывать на Монтажный комбайн (в дальнейшем – комбайн) (рис. 34) по проведение всего монтажа в обозримые сроки. Автор не берет на конструкции напоминает самоходный козловой подъемный кран с себя смелость полностью определить и весь компоновочный об- автономным электропитанием от бортовой кислород водородной лик монтажного комбайна, но попытка обоснования возможного батареи ЭХГ мощностью до 300 кВт эл. Комбайн имеет 4-х (воз облика, по крайней мере, наиболее сложных в технологическом можно 6-ти) тележечную ходовую часть с управляемыми, пово отношении агрегатов (модулей), и главное – их производительно- ротными вокруг вертикальных осей, тележками, позволяющими сти – будет сделана. выдерживать строгое направление «север-юг» с точностью ± 5 мм.

Теоретически весь ЭИК должен представлять собой ФАР, на- Ориентировочная масса заправленного комбайна 60 т, вес 10 т.

бранную из излучающих лент шириной 0,5 м, образующих Предельная скорость движения 4 м/с ( 15 км/ч). В состав ком «сплошную» поверхность, не считая 10 мм «щелей» между сосед байна входят следующие специализированные модули – агрегаты:

ними лентами и 1-метровых транспортных разрывов с шагом 30 м для укладки прямолинейных волноводов («север-юг»), для уклад также в направлении «север-юг». Рациональная форма ФАР в пла ки питающих волноводов («восток-запад») с тройниками – ответ не – круг, хорошо на практике апроксимирующийся, например вителями на основные волноводы, для установки «легких» опор правильным 8-ми – угольником. Для расчетных целей будем счи под ленты антенны, для установки «тяжелых» опор со смонтиро тать форму ФАР в плане прямоугольником с размерами 16 км (в ванными на них клистронами, для укладки электрокабеля питания направлении север-юг) на 20 км (в направлении восток-запад), что клистронов и, возможно, размотки самих лент.

119 Процесс монтажа производится на всем протяжении 16-ти ки- параллельно друг другу. Целостность волноводов от воздействия лометрового пути. Движение комбайна – циклическое и состоит изгиба в процессе транспортировки обеспечивается большой же из быстрых перемещений между опорами на расстояние 245 м и сткостью самого барабана при действии поперечных сил – в ос сравнительно длительных остановок. На участках движения осу- новном веса, достигаемой применением центральной опорной ществляются операции по укладке кабелей, разматываемых с бо- трубы большого диаметра d 500 мм с толщиной стенки 3 мм из бин на комбайне, разматывание и укладка антенных лент. На ос- алюминиевого сплава. Это при массе барабана 125 кг и весе 25 кг тановках производится: установка решетки прямолинейных вол- дает прогиб на длине 30 м не выше нескольких миллиметров.

новодов, укладка поперечных волноводов, вибрационное погру- Кроме того, имеется несколько фиксаторов на дисках барабана по жение в грунт опорных штырей «легких» и «тяжелых» опор. Все длине, синхронно освобождающих волновод при сбросе (рис. 37).

расходуемые комбайном элементы загружаются на него заранее – При принятой высоте «падения» (5 см) скорость соударения вол на северной и южной кромках будущего поля ЭИК'а (кабели на новода с мягкой пылевой поверхностью реголита составляет всего бобинах, прямые волноводы – в барабанах, поперечные волново- 50 см/с, что безопасно с точки зрения прочности. Разгруженные от ды – в пакетах, «легкие» и «тяжелые» опоры в специальных нако- волноводов барабаны размещаются с помощью простых манипу пителях в верхней части комбайна). Всего комплекта хватает на ляторов на верхней части поперечного пролета комбайна и ис один 16-ти километровый проход (рейс). На следующий рейс ком- пользуются многократно в последующих рейсах.

байн снова «перезаряжают». Возможно, что антенные ленты будет Учитывая трудоемкость процесса «зарядки» барабана волно целесообразнее разматывать и укладывать на уже установленные водами, предполагается, что в следующий проход комбайн ком опоры в отдельном рейсе (может быть с того же самого комбайна). плектуется новым, уже «заряженным» барабаном, которых даже Наиболее крупногабаритным и функционально сложным аг- для обеспечения непрерывной работы каждого комбайна понадо регатом является система (модуль) укладки «простых» – (прямо- бится минимум 2 штуки. В процессе очередной стоянки произво линейных) волноводов ввиду их значительного количества. Агре- дится также однократная операция по сбросу поперечного волно вода с тройниками СВЧ разводки и использование многопозици гат является складом – накопителем барабанов ( 144 шт.), каж онного манипулятора для взаимной фиксации (с помощью быст дый из которых содержит 60 волноводов 30 метровой длины, рас роразъемных СВЧ узлов) положения продольных и поперечного положенных вдоль образующей барабана (рис. 35). Назначение волноводов (рис. 38).

барабанов – предохранять длинные «плети» волноводов от вибра На стоянке же производится вибрационная забивка штырей ционных нагрузок при движении комбайна с целью предотвраще ленточных опор с помощью ударников-вибраторов (рис. 39). Ра ния растрескивания наполнителя – пенокремнезема, доставлять их бота всех 60 забивочных агрегатов, размещенных на поперечной в необходимую координатную линию путем горизонтального пе опорной балке производится параллельно (одновременно). Шаг ремещения барабана в поперечном направлении и останова через забиваемых опор в направлении «восток-запад» – 0,5 м. Подача 0,5 м от предыдущего волновода, разворота барабана на угол 6° до опор осуществляется из верхнего раздаточного склада с помощью установки волновода в нижней точке барабана на высоте 50- автомата-питателя. До воздействия вибратора опускающаяся опо мм от лунной поверхности, синхронным открытием всех зажимов ра сначала штырем попадает в конический ловитель-фиксатор ко фиксаторов и сброса нижнего волновода на лунную поверхность.

ординаты будущей вертикальной оси опоры. Фиксатор – разъем Предотвращение сваливания волновода «на бок» (а он уста ный. Вибратор забивает опору на глубину 50% номинала. Глу навливается для повышения изгибной жесткости длинной сторо бина ограничивается до момента, когда фиксирующая шайба опо ной по вертикали) (рис. 36) обеспечивается наличием по длине ры упирается в ловитель. Ловитель раскрывается и дальнейшая волновода нескольких плоских опорных пластин на нижней его виброзабивка идет до момента упора фиксирующей шайбы в поверхности, соприкасающейся с лунным грунтом. Подача оче грунт, что соответствует погружению штыря на 100% (рис. 40).

редного барабана из накопителя-контейнера вниз осуществляется Аналогично производится установка (забивка) «тяжелой» опоры, после укладки всех 60 волноводов одного контейнера – барабана 121 после чего проводится подключение штеккеров ее клистрона к кабелю. Как видно, наиболее тяжелым (массивным) элементом полез Оценка потребных энергозатрат на транспортировку и техно- ной нагрузки комбайна являются барабаны с волноводами – 36 т логические операции, а также соответствующие затраты времени, (где собственно конструкция барабанов многократного использо показывают следующее: При массе загруженного комбайна 60 т, вания составит 24 т). Максимальные затраты времени – 4,8 час перемещении на расстояние между центрами двух соседних вол- приходятся на операцию сброса продольных волноводов (собст новодов в направлении «север-юг» на 220 м, и ограничении скоро- венно длительность определяется перемещением самого, доста сти величиной 15 км/ч (из опыта лунохода «Ровер» экспедиции точно тяжелого барабана – 250 кг. Максимальная энергоемкость «Аполлон 17») потребная мощность электродвигателей составит приходится на операцию виброзабивки опор вследствие принятого 60 кВт, а время одного прохода – 50 с. Не приводя подробных принципа одновременной забивки всех 60-ти опор – 210 кВт час расчетов по затратам времени и мощности на остальные операции, из-за высокой суммарной мощности всех двигателей – 300 кВт.

даем сводную таблицу №11 основных результатов, характери- Именно эта операция определяет установленную мощность систе зующих один 16 километровый проход комбайна. мы бортового энергопитания и запас расходуемого топлива в ЭХГ.

Масса ЭХГ оценивается в 3 т, а расход компонентов на Таблица № рейс (при работе ЭХГ на криогенном топливе кислород+водород) – всего 110 кг. Ввиду малой длительности рейса 6,6 часа воз можно отказаться от системы активного термостатирования крио генных баков с О2 и Н2. Диаметры баков О2 – 1,7 м, Н2 – 2,2 м кон структивно приемлемы.

Приведенные расчеты показывают, что для монтажа всего ЭИК одним комбайном, для чего необходимо сделать 670 по № Наименование следовательных рейсов и при 100%-ом запасе по времени на доза № (назначение) правки по краям 16 километрового коридора (т.е. реальное время п/н операции единичного рейса 13,2 часа), требуется 8800 часов, т.е. примерно 1 год, что, в принципе, уже приемлемо. При использовании же 6 ти комбайнов, время монтажа сократится всего до двух месяцев (ценой дополнительной доставки 5 комбайнов сухой массой по тонн, т.е. всего 100 тонн, кроме необходимых комплектов бараба нов – по 2 шт. на комбайн массой по 120 кг каждый. Таким обра 1 Перемещение 60 60 60 зом, общий грузопоток монтажного оборудования ЭИК'а на Луну комбайна 120 т при пиковой мощности – 1500 кВт и общей энергоемкости 2 Сброс «про- 4, 1 4,8 36 работ 90000 кВт ч.

дольных» (бара- Рассмотренный вариант монтажного лунохода-комбайна для волноводов бана) прокладки электрокабеля питания клистронов, забивки опор под 3 Сброс «попе- 0, 0,5 0,05 0,22 антенную ленту и укладки на лунную поверхность сети СВЧ речных» волно- волноводов является лишь одним из возможных решений.

водов Так, принятая в нем ходовая система в виде управляемых мо 4 Виброзабивка 300 210 2,2 0, тор-колес или гусеничных тележек имеет, например, альтернативу легких опор в виде систем с дискретным перемещением («шаговые» системы).

5 Виброзабивка 300 3 0,3 0, тяжелых опор Продолжительность час Мощность эл. двигателя кВт Расход энергии кВт ч Масса агрегата или элемента (на весь проход), т Кол-во элементов 123 Такие системы, в принципе достаточно просты и могут быть бует неизбежного применения дополнительного («прецизионно выполнены, например, в виде механизма перемещения как у тяже- го») продольного хода комбайна в пределах 0,2-1 м после отра лых шагающих экскаваторов, где мощные опорные «лыжи» осу- ботки основного номинального цикла движения (220 м). Это легко ществляют собственное перемещение в период, когда весь объект реализуется включением ходовых тележек на малое время (воз опирается на днище, которое, правда, должно быть достаточно можно – с пониженным режимом по мощности и скоростью дви прочным. Возможно и применение многоопорных шагающих сис- жения).

тем. В шагающих же системах практически не видно путей реали Тем не менее, и эти варианты требуют более подробной про- зации высокой точности по курсу из-за принципиальной дискрет работки. ности перемещений (п. 1), затруднительна прокладка кабеля (п. 2) В то же время стоит привести соображения в обоснование ко- и сложно реализовать точную настройку по дальности хода (п. 3), лесно-гусеничных вариантов непрерывного перемещения (пре- что потребует точного перемещения всего комбайна относительно дельных номинальных циклов протяженностью, равной межопор- неподвижных опор, например, на специальной каретке с нагруз ным расстояниям ~ 220 – 300 м). кой в 6 т (!) 1. «Тележечная» схема движения (как колесная так и гусенич- Тем не менее, проработка и тележечных и шаговых механиз ная) обеспечивает наибольшую точность выдерживания направле- мов движения комбайна по нашему мнению целесообразна.

ния, позволяя корректировать все отклонения непрерывно путем одновременного поворота всех тележек вокруг вертикальных осей.

Глава 5. Обоснование грузопотоков с Земли на луну и Высокая точность прокладки трассы по азимуту прохода в «лен оценка продолжительности развертывания налунной точном поле» шириной 1 м с отклонением на длине ~ 10 км до части демонстрационной ЛЭС мм. (Практически комбайн идет «змейкой»).

2. Достаточно большие динамические нагрузки в движении Обоснованные в предыдущих разделах исходные данные по при скорости 14-15 км/час ослабляются подрессориванием теле массам оборудования, электропотреблению и производительности жек и фрикционным демпфированием (применение гидравличе всех лунных заводов, а также элементов инфраструктуры ЛБ по ских демпферов мало реально из-за внешнего вакуума и реголит зволяют оценить интегральные требования к грузопотоку обору ной пыли с сильнейшим абразивным воздействием на штоки и с дования на Луну, и суммарную продолжительность строительства.

неизбежными утечками). Высокая точность собственных коорди Напомним главный тезис настоящей работы – демонстрационная нат комбайна требуется только во время остановок, где и выпол ЛЭС либо должна быть создана быстро – за 5-10 лет. Тогда к мо няются основные технологические операции – укладка волново менту необратимого обострения глобального системного кризиса дов и забивка подленточных опор. Прокладка же силового кабеля (примерно 2050 г) еще можно построить штатную эксплуатацион к клистронам ведется на участке движения. При этом не являются ную ЛЭС с мощностью 3 млрд. кВт с приемлемыми темпами вво критичными отклонения положения центра тяжести комбайна по да мощностей, либо, в случае постройки демонстрационной ЛЭС высоте и наклон корпуса по крену и по рысканью. На стоянках же например через 50 лет, она вообще будет не нужна.

рессоры жестко заарретированы.

Принятая мощность демонстрационной ЛЭС (15 млн. кВт в Кроме того, на тележках может быть предусмотрен механизм среднем за 14 суточный период освещенности лунного энерго прецизионного вертикального перемещения для компенсации ес комплекса Солнцем), является компромиссной и, в принципе мо тественных неровностей.

жет быть уменьшена в несколько раз (2-4 раза) ценой, например, 3. Невозможность совместить общие границы укладываемых снижении габаритов достаточно дорогостоящей наземной ректен волноводов с плоскостью забивки опор из-за наличия определен ны, либо путем внедрения более прогрессивного способа передачи ной конструктивной «толщины» механизма забивки опор за гра задающего (опорного) СВЧ сигнала от клистронов – не по волно ницей плоскости торцов барабанов-контейнеров волноводов, тре 125 водам, а по лазерным волоконно-оптическим каналам, а также разработки более коротковолновых СВЧ-генераторов. Таблица Но пока будем исходить из того, что более или менее уже Потребности лунной базы в грузах и энергоснабжении для обосновано выше. создания демонстрационной ЛЭС мощностью ~ 10-15 млн. кВт.

В таблице 12 приведены основные технические характеристи ки всех основных (№1-7) заводов и инфраструктуры – массы, по требные мощности и количество параллельно работающих агрега тов, исходя из двухлетней работы в дневное время (что соответст вует по производительности круглосуточной работе, включая лунную ночь, в течение года). Массы заводов №5 и 6 рассчитаны из срока в 1 год. Указаны лишь сроки выполнения технологиче ских операций без учета срока развертывания самих заводов.

Видно, что общий потребный грузопоток «земного» оборудо вания на Луну достаточно велик и составил бы – 3000 т, что не Завод Добыча 300 700 2 х) В т.ч. 5 са удивительно, имея ввиду объем переработки первичного сырья в №1 сырья и мосвалов 1млн т и массу готового ЭИК'а более 60000 т. В то же время стоит обогаще- заметить, что прямая доставка грузов с ОИСЗ на Луну с использо ние ванием одноразовых КА с ЖРД на Н2 + О2 требует грузопотока на ОИСЗ, по крайней мере, в 100 раз больше. Формальное суммиро Завод Производ- 1650 15000 2 х) вание продолжительностей основных технологических операций, №2 ство ра- предполагающее их последовательное выполнение, дает общую кетного продолжительность 10,5 лет, что само по себе уже обнадеживает.

топлива В этом случае среднегодичный грузопоток оборудования составит порядка 300 т/год. Как видно из раздела по грузовой транспорт Завод Производ- 200 31000 2 8 шт хим.

ной системе, такой грузопоток может быть обеспечен при исполь №3 ство же- реакторов зовании всего 2-х транспортных КА – одной ЛР и одного МБ. При лезного + 10 ручь применении же дополнительного еще 5-ти буксиров (что по уве полуфаб- ев прокат личению массы на исходной околоземной орбите составит всего риката– ки.

Pages:     | 1 || 3 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.