Я вот тут нарисовал возможный(?) портрет комплекса для добычи лунного гелия-3 и сопутствующих материалов.
Вообще-то этот пост с "Новостей Космонавтики", но он такой большой
, что я решил его тут продублировать, ну и поправил заодно кое-где.
В надежде на комментарии: насколько это возможно, нет ли глюков и т.п.
1.
*Главный энергодобыватель комплекса* представляет из себя надувное собирающее зеркало из тонкой посеребренной пленки. Площадь зеркала по порядку величины - 60х60 метров, масса зеркала (вместе с газом-наполнителем, опорными металлическими конструкциями и пр.) примерно 200 кг. Зеркало передвигается на трехколесной тележке (база - около 5м по одному измерению и 20 - по другому), питаемой СБ. Суммарная масса тележки - примерно 400 кг, мощность батарей - порядка 300-500Вт, аккумулятор-гиростабилизатор на маховике емкостью порядка 1 квт*ч.
Максимальная скорость хода - порядка единиц км/ч, разворота зеркала - единицы градусов/сек.
Кривизна зеркала варьируется изменением давления в опорной конструкции, точность исполнения позволяет иметь 80% потока на 10-20 кв.м при удалении в километр. Мощность светового потока в фокусе - от 2 до 5 МВт на квадрат, суммарная - до 50МВт.
Предусматривается быстрая замена зеркала.
Возражения по инженерной реализации есть?
2.
*Второй-третий (почему третий - см. ниже) элемент комплекса - харвестер.*
Представляет из себя сдвоенную тележку с раскладными зеркалами (металлическая фольга, охлаждение селективным покрытием с обратной стороны) площадью до 10 кв.м.
Вокруг зеркала расположены солнечные батареи, питающие агрегат.
Разработка грунта ведется скребком-шестеренкой, затем грунт разрыхляется и пыль с большой скоростью прокидывается по баллистической траектории в длинной плоской трубе (порядка - 6-10м) изогнутой в виде параболы. На участок трубы (на этом участке труба прозрачна) со всех сторон подается световая мощность, достаточная для разогрева пыли до 700-800С. Пыль падает в наклонный герметичный пылесборник, объем которого соединен с криогенными ловушками-насосами высокого вакуума. Отработанная пыль выгребается снизу "шестеренкой" при температуре около 300С.
Криогенные ловушки имеют разные температуры. Первая ловушка - жидкостная, она же струйный насос, жидкость - вода при температуре около 0-10С. Задача - высокопроизводительный насос, охлаждение газа для уменьшения затрат на криогенику и изоляция криогенного тракта.
Вторая ловушка - жидкостная, криогенная, она же струйный насос, азот при температуре около 60К. Эта ловушка сгребает остаточные пары воды, метан, кислород, углекислоту и угарный газ.
Далее - конденсор-уловитель при 40-50К. Вымораживает остаточные кислород и азот.
Далее - промежуточный объем-накопитель и двуступенчатый турбодетандер для сжижения водорода и, наконец, гелия.
Энергетика: сотни киловатт-мегаватты на разработку грунта и сотни киловатт-мегаватты на криогенику. Питание - солнечные батареи (у нас свет-концентрат) и ТЭГ на перепаде пылесборник-радиатор. Возможно, вместо ТЭГ турбина высокого давления на воде.
"Сухую" массу машины (без пыли в пылесборнике) я оцениваю в 5-7 тонн. Единовременно машина таскает на себе 20-50 тонн пыли.
Возражения по инженерной реализации есть?
3.
*Третий-второй
компонент...*
Сжиженные газы поступают в отдельные дюары: кислород со снегом углекислоты во внешний экранирующий контур, азот, водород, гелий - в свои дюары. Вода - отдельно.
Емкости для газов находятся на отдельной тележке, которая имеет собственное питание, электромоторы и способна перемещаться самостоятельно. Как только емкости заполнены, машина отцепляется, переходит в автономный режим и ползет к базе. Непосредственно у комбайна ее встречает коллега, который ползет навстречу с дюаром, в котором плещется лишь свежий азот. Таким образом, при некотором "сверхкомплекте" машин-дюаров обеспечивается непрерывная работа комбайна.
Если кататься и отвозить продукт каждые 12 часов, то за рейс будет отвезено около тонны продукта, в том числе - 50 грамм искомого гелия-3 (при средней скорости обработки грунта комбайном где-то 100 килограмм в секунду). Массу самой тележки я оцениваю в полтонны, мощность электродвигателей - 5-15 киловатт, скорость - 20-60км/ч (60км/ч - по утрамбованым "дорогам"), питание - солнечные батареи и топливные элементы (маховики?), которые заряжаются на базе.
Возражения по инженерной реализации есть?
Итого, такой комбайн в идеале перелопатит за год 0.1*86400*365 = 3.15 млн. тонн грунта и за тот же год наработает:
-- где-то 31 кг гелия-3;
-- более 600 тонн попутного продукта, в том числе:
— 180 тонн водорода;
— 90 тонн воды;
— 60 тонн СО2;
— 60 тонн СО;
— 60 тонн метана;
— 15 тонн азота;
Оценки правильны с точностью до порядка, поэтому придираться к ним надо соответственно, кроме того, не обязательно это будут такие вещества, но элементы будут примерно в этом количестве.
4.
*Последний компонент комплекса - база-хранилище* , на которой в тени хранятся добытые газы и происходит конечная перегонка продукта с извлечением гелия-3. Потребные для этого мощности (сотни киловатт) обеспечивают солнечные батареи с "бустом" в виде тележек-зеркал. Кроме того, эти батареи работают на электролиз воды для налунного транспорта и космического транспорта. База имеет площадку для посадки-стыковки транспорта Луна-Земля и систему заправки транспорта водородом, кислородом и гелием. Сжиженные газы хранятся в большой тени под тентом, из-под тента в открытый космос цистерны смотрят своими селективно излучающими боками-радиаторами. Возможно, гелий и водород охлаждаются активно.
Вода закачивается в пакеты и складируется штабелями.
Оценочно - 10-20 тонн (без учета цистерн). Способна передвигаться со скоростью порядка километров в час, для разворачивания требует присутствие человека (иначе слишком много нужно автоматики).
Для полного обеспечения Земли энергией таких машин нам нужно на Луне тысяча-другая штук. Ессно, что Лунная База будет полностью и избыточно обеспечена при таких делах газами и водой, и горючее на рейс Луна-Земля с собой с Земли никто не тащит.
На 1 ГВт термоядерной мощности Земли приходится:
-- 4 харвестера;
-- 4-6 тележек-зеркал;
-- 5-20 тележек-транспортов жидкостей;
-- 0.01 баз-хранилищ (ясное дело, число округленно до ближайшей бОльшей целой величины);
Или 15-60 тонн массы на Луне.
Возможно, начиная с некоторой мощности системы потребуется ремонтные системы, тягачи, человеконесущий транспорт и т.д. Но это далекие фантазии.
Стоимость системы можно несколько снизить, если отказаться от выделения и накопления побочных продуктов. Но тогда теряется бонус затеи: полное обеспечение лунной базы/орбитальных станций всеми потребными для СЖО материалами, от азота и кислорода до углекислого газа и воды. И конечно, в "полном" варианте в избытке рабочее тело для двигателей не только для "местного транспорта", но и для дальнего космоса. Имея СТОЛЬКО добра в доступном виде на Луне, можно без проблем многажды летать и на Марс, и на Венеру, и на Уран, и на спутники Сатурна с Юпитером.
Примерно так.
...А неубитые медведи делили чьи-то шкуры с шумом.
Боюсь, мы поздно осознали, к чему всё это приведёт.