![[identity profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/openid.png){kind=small}
alboros.livejournal.com posting in ![[community profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/community.png){kind=small}
engineering_ruОригинал взят у ![[livejournal.com profile]](https://www.dreamwidth.org/img/external/lj-userinfo.gif)
alboros в Как нам снизить цены на сырьё для космических 3D-принтеров и топливо для орбитальных АЗС до $100/кг?
В процессе захвата эти сложные вещества подвергаются высокотемпературному воздействию, распадаются и создают новые соединения при охлаждении. Вместе с тем, существующие технологии разделения химических элементов, обеспечат сепарацию или синтез требуемых веществ из смеси, образуемой в накопителе коллектора.
Многие из этих веществ необходимы для производства в космосе комплектующих и агрегатов космических аппаратов по программе AMAZE. Европейское космическое агентство (ЕКА) приняло программу AMAZE: применение 3D-печати для создания металлических частей и компонентов для космических аппаратов, самолетов и термоядерных реакторов. Аддитивные технологии выгодны для использования в космосе. Перспективность решения проблемы сырья для космических 3D-принтеров очевидна – ЕКА инвестировала около 20 миллионов евро в исследования по созданию «Методов трехмерной печати AMAZE».
/Использованы материалы компании AVANTA-consulting/
UPD. Принципиальная схема работы КТС «Орбитрон»
alboros в Как нам снизить цены на сырьё для космических 3D-принтеров и топливо для орбитальных АЗС до $100/кг?Оригинал взят у alboros в Как нам снизить цены на сырьё для космических 3D-принтеров и топливо для орбитальных АЗС до $100/кг?
alboros в Как нам снизить цены на сырьё для космических 3D-принтеров и топливо для орбитальных АЗС до $100/кг?А вот как:
Принципиальная схема использования суборбитальных РН для доставки различных веществ в газообразной форме в орбитальных коллектор - аналог орбитальных накопителей воздуха таких как советский ВКСН, и зарубежные PROFAC и PHARO. Себестоимость доставки сырья на НОО снижается до 50-100 долл./кг, при коммерческих ценах (в зависимости от грузопотока) в 200-900 долл./кг, против нынешних от 6000 до 9000 долл./кг.
Для доставки металлов как сырья для аддитивной печати непосредственно в космосе и получения ракетного топлива для ЖРД и рабочего тела для ЭРД, удобны, к примеру, вот такие газообразные соединения:
Принципиальная схема использования суборбитальных РН для доставки различных веществ в газообразной форме в орбитальных коллектор - аналог орбитальных накопителей воздуха таких как советский ВКСН, и зарубежные PROFAC и PHARO. Себестоимость доставки сырья на НОО снижается до 50-100 долл./кг, при коммерческих ценах (в зависимости от грузопотока) в 200-900 долл./кг, против нынешних от 6000 до 9000 долл./кг.
Для доставки металлов как сырья для аддитивной печати непосредственно в космосе и получения ракетного топлива для ЖРД и рабочего тела для ЭРД, удобны, к примеру, вот такие газообразные соединения:
Карбонил никеля – газ с относительной плотностью 5,9 (воздух = 1) при температуре выше 43°C.
Висмутин – газ с плотностью 8,665 г/л при температуре выше 17 °C.
Перфторбутан с плотностью в виде газа 10,6 г/л при температуре выше 0°С.
Гексафторид вольфрама с плотностью в виде газа 12,9 г/л выше 17 °С.
Гексафторид урана с плотностью в газообразном состоянии 15,7 г/л выше 54 °С.
Гидрокарбонил кобальта – газ при комнатной температуре.
Пентакарбонил железа – газ выше 105 °С.
Газообразные соединения с водородом образуют большинство неметаллов и некоторые металлы главных подгрупп: фтор (HF), хлор (HCl), бром (HBr), иод (HI), астат (HAt), сера (H2S), селен (H2Se), теллур (H2Te), полоний (H2Po), азот (NH3), фосфор (PH3), мышьяк (AsH3), сурьма (SbH3), висмут (BiH3, весьма неустойчив), углерод (CH4), кремний (SiH4), германий (GeH4), олово (SnH4), свинец (PbH4), бор (B2H6).
Висмутин – газ с плотностью 8,665 г/л при температуре выше 17 °C.
Перфторбутан с плотностью в виде газа 10,6 г/л при температуре выше 0°С.
Гексафторид вольфрама с плотностью в виде газа 12,9 г/л выше 17 °С.
Гексафторид урана с плотностью в газообразном состоянии 15,7 г/л выше 54 °С.
Гидрокарбонил кобальта – газ при комнатной температуре.
Пентакарбонил железа – газ выше 105 °С.
Газообразные соединения с водородом образуют большинство неметаллов и некоторые металлы главных подгрупп: фтор (HF), хлор (HCl), бром (HBr), иод (HI), астат (HAt), сера (H2S), селен (H2Se), теллур (H2Te), полоний (H2Po), азот (NH3), фосфор (PH3), мышьяк (AsH3), сурьма (SbH3), висмут (BiH3, весьма неустойчив), углерод (CH4), кремний (SiH4), германий (GeH4), олово (SnH4), свинец (PbH4), бор (B2H6).
В процессе захвата эти сложные вещества подвергаются высокотемпературному воздействию, распадаются и создают новые соединения при охлаждении. Вместе с тем, существующие технологии разделения химических элементов, обеспечат сепарацию или синтез требуемых веществ из смеси, образуемой в накопителе коллектора.
Многие из этих веществ необходимы для производства в космосе комплектующих и агрегатов космических аппаратов по программе AMAZE. Европейское космическое агентство (ЕКА) приняло программу AMAZE: применение 3D-печати для создания металлических частей и компонентов для космических аппаратов, самолетов и термоядерных реакторов. Аддитивные технологии выгодны для использования в космосе. Перспективность решения проблемы сырья для космических 3D-принтеров очевидна – ЕКА инвестировала около 20 миллионов евро в исследования по созданию «Методов трехмерной печати AMAZE».
/Использованы материалы компании AVANTA-consulting/
UPD. Принципиальная схема работы КТС «Орбитрон»
Принцип работы КТС «Орбитрон» изображен на анимированных схемах: http://www.youtube.com/watch?v=s4VRZURMGZA и https://youtu.be/aQ1atAGFC9k . На видеосхеме суборбитальная ракета-носитель поднимает свернутую оболочку на заданную высоту, где её разворачивают и наполняют газом из газогенераторов, прикрепленных к оболочке (ракета возвращается на стартовую площадку). К моменту достижения наивысшей точки подъема, оболочка максимально наполняется. В точке остановки подъема включаются коррекционные двигатели, размещенные равномерно вдоль оболочки, чтобы обеспечить зависание на заданной высоте, которая соответствует высоте орбиты коллектора. Время зависания – 5-7 секунд.
В таком положении оболочка образует газонаполненный канал на пути орбитального коллектора. КА-накопитель, оснащенный гиперзвуковым диффузором, пробивает тонкую мембрану на торце цилиндра баллонета (слева на кадре видео), проходит внутри трубы, собирая встречный газ с аэрозолем, и выходит с противоположного (правого в кадре) конца трубы, пробивая торцевую мембрану. Диаметр оболочки больше диаметра коллектора и поэтому масса оболочки не захватывается коллектором и не пополняет орбитальные запасы вещества. В накопительной камере газ, из-за тормозного нагрева обратившийся в плазму, смешивается с водой или другими разбавителями для охлаждения до н.у.
При захвате газа, коллектор теряет часть кинетической энергии. Восстановление затраченной энергии производится за счет двигательной установки с электроракетными двигателями (удельный импульс 16000-32000 м/с), а в перспективе двигателями с прямым лазерным нагревом рабочего тела. Рабочее тело ЭРД (аргон и т.п.) содержится в баллонетах-газгольдерах. Благодаря ЭРД 75-50% поступивших веществ сохраняется и используется затем на орбитальных АЗС и технологических платформах. Энергоснабжение ЭРД осуществляется от бортовой солнечной электростанции, состоящей из бескаркасных тонкопленочных солнечных батарей (удельная мощность 2-5 кВт/кг) с центробежной системой раскрытия и стабилизации (в соответствии с технологией, разработанной для ССЭС д.т.н. В.М. Мельниковым). В моменты забора газов из баллонетов, пленочные батареи свернуты в рулоны. После прохождения газового канала, батареи фотоэлектрических преобразователей разворачиваются и работают до следующей встречи с суборбитальным газовым баллонетом.
В другом варианте, энергоснабжение коллектора осуществляется посредством лазерного излучения от внешних источников, расположенных на орбите или наземных. Лазерное энергоснабжение позволяет снизить высоту орбиты коллектора до уровня, обеспечивающего применение СМР с высотой подъема 110-120 км. При этой высоте орбиты коллектора, накопление кислорода и азота (необходимого для изготовления высококипящего топлива), производится непосредственно из атмосферы, точно также как в системах ВКСН-PROFAC-PHARO, с одновременным использованием параллельного способа поставок всех остальных необходимых веществ посредством газгольдеров-баллонетов, доставляемых СМР.
В процессе захвата газа из суборбитальных баллонетов, коллектор под воздействием тормозных импульсов периодически меняет орбиту своего движения, а затем восстанавливает первоначальное орбитальное движение при помощи двигателей малой тяги. Принципиальная схема движения КТС «Орбитрон» и поставок порций газа посредством СМР изображена на анимированном чертеже: https://youtu.be/J7fidEJrNVk .
Часть аккумулируемого вещества используется для увеличения балласта коллектора – вещества используемого в качестве аккумулятора тепла в системе охлаждения и массы, понижающей потерю скорости коллектора при получении тормозного импульса. Благодаря наращиванию доли балластной массы, происходит меньшее снижение высоты орбиты после захвата очередной порции вещества и/или при постоянных параметрах межорбитального движения коллектора, происходит увеличение массы порции захватываемого груза. Так, начиная с поглощения порции газа массой 10 кг, коллектор в последующем обретает возможность поглощать порции газа массой 100 кг, не меняя при этом существенно свою конструкцию.
В таком положении оболочка образует газонаполненный канал на пути орбитального коллектора. КА-накопитель, оснащенный гиперзвуковым диффузором, пробивает тонкую мембрану на торце цилиндра баллонета (слева на кадре видео), проходит внутри трубы, собирая встречный газ с аэрозолем, и выходит с противоположного (правого в кадре) конца трубы, пробивая торцевую мембрану. Диаметр оболочки больше диаметра коллектора и поэтому масса оболочки не захватывается коллектором и не пополняет орбитальные запасы вещества. В накопительной камере газ, из-за тормозного нагрева обратившийся в плазму, смешивается с водой или другими разбавителями для охлаждения до н.у.
При захвате газа, коллектор теряет часть кинетической энергии. Восстановление затраченной энергии производится за счет двигательной установки с электроракетными двигателями (удельный импульс 16000-32000 м/с), а в перспективе двигателями с прямым лазерным нагревом рабочего тела. Рабочее тело ЭРД (аргон и т.п.) содержится в баллонетах-газгольдерах. Благодаря ЭРД 75-50% поступивших веществ сохраняется и используется затем на орбитальных АЗС и технологических платформах. Энергоснабжение ЭРД осуществляется от бортовой солнечной электростанции, состоящей из бескаркасных тонкопленочных солнечных батарей (удельная мощность 2-5 кВт/кг) с центробежной системой раскрытия и стабилизации (в соответствии с технологией, разработанной для ССЭС д.т.н. В.М. Мельниковым). В моменты забора газов из баллонетов, пленочные батареи свернуты в рулоны. После прохождения газового канала, батареи фотоэлектрических преобразователей разворачиваются и работают до следующей встречи с суборбитальным газовым баллонетом.
В другом варианте, энергоснабжение коллектора осуществляется посредством лазерного излучения от внешних источников, расположенных на орбите или наземных. Лазерное энергоснабжение позволяет снизить высоту орбиты коллектора до уровня, обеспечивающего применение СМР с высотой подъема 110-120 км. При этой высоте орбиты коллектора, накопление кислорода и азота (необходимого для изготовления высококипящего топлива), производится непосредственно из атмосферы, точно также как в системах ВКСН-PROFAC-PHARO, с одновременным использованием параллельного способа поставок всех остальных необходимых веществ посредством газгольдеров-баллонетов, доставляемых СМР.
В процессе захвата газа из суборбитальных баллонетов, коллектор под воздействием тормозных импульсов периодически меняет орбиту своего движения, а затем восстанавливает первоначальное орбитальное движение при помощи двигателей малой тяги. Принципиальная схема движения КТС «Орбитрон» и поставок порций газа посредством СМР изображена на анимированном чертеже: https://youtu.be/J7fidEJrNVk .
Часть аккумулируемого вещества используется для увеличения балласта коллектора – вещества используемого в качестве аккумулятора тепла в системе охлаждения и массы, понижающей потерю скорости коллектора при получении тормозного импульса. Благодаря наращиванию доли балластной массы, происходит меньшее снижение высоты орбиты после захвата очередной порции вещества и/или при постоянных параметрах межорбитального движения коллектора, происходит увеличение массы порции захватываемого груза. Так, начиная с поглощения порции газа массой 10 кг, коллектор в последующем обретает возможность поглощать порции газа массой 100 кг, не меняя при этом существенно свою конструкцию.
![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
no subject
Date: 2016-02-22 04:18 pm (UTC)А что касается доверия к разработчикам экономического компонента, в том числе и стоимости доставки груза на орбиту- то с "Шаттлом" в свое время, а точнее со стоимостью доставки груза получилось мягко говоря некрасиво. Обещали сотню долларов за килограмм, получилось- десятки тысяч.
Что касается ЭРД. Для реализации проекта нужны ЭРД- в первом приближении со скоростью выброса в десятки километров в секунду и тягой в сотни килограммов. Плюс, конечно, энергетика для них. Не ядерная: ядерная энергетика на околоземной орбите, тем более с таким коплексом- это очень не хорошо. Таких двигателей и тем более комплексов, насколько я знаю, сейчас нет. В презентации, и точно, заявлены такие параметры по удельному импульсу, но про наличие таких двигателей хотя бы в виде демонстраторов технологии ничего не сказано.
В общем "экономические расчеты по международным стандартам"- это хорошо и здорово, но совсем не факт, что проект сбивается на техническом уровне.
no subject
Date: 2016-02-22 04:29 pm (UTC)А в отношении ценового прокола Шаттла я еще на этапе его становления показал причины его бесперспективности. Слушали бы таких как я в то время - не было бы таких проколов, но ведь желание больших боссов распилить бюджет выше всякой сторонней критики.
no subject
Date: 2016-02-22 04:35 pm (UTC)Сразу уточняю: на Земле 200 мегаджоулей- не вопрос. На орбите- уже нетривиально.
Формула для кинетической энергии, масса- полкило, скорость- 20 км в секунду, КПД- 50% если что. Что называется- первое грубое приближение.
no subject
Date: 2016-02-22 05:03 pm (UTC)А что касается 400 МДж на 1 кг полезного груза, поглощенного КА-накопителем, то вы немного обсчитались. На 1 кг поглощенного вещества требуется 0,5 кг в виде реактивной струи ЭРД. При V входа 7500 м/с (на НОО относительно экваториальной стартовой площадки) скорость истечения равна 15000 м/с. Полкило на 15000 м/с - это 56,25 МДж. При кпд 0,5 будет 112,5 МДж.
Вместе с тем, эта энергия потребляется ЭРД не за 1 секунду, а за один или более оборот вокруг планеты, примерно, за 5000 секунд или кратное число. Тогда 112,5 МДж/5000 с и получаем мощность ЭРД равную 22,5 кДж/с или 22,5 кВт. Что там на МКС с энергоснабжением?
Соответственно, для варианта с поглощение 10 кг и выбросом через ЭРД 5 кг мощность ЭРД равна 225 кВт. Тоже не проблема. Тем более, что на первых этапах вместо 5000 секунд никто не мешает использовать большие временной промежуток 50 тыс. секунд, к примеру. Надеюсь, это понятно.
Теперь, принимая во внимание бывшие планы советских ракетчиков по созданию экспедиционного комплекса с ЭРД для полета на Марс с солнечным батареями, текущие государственные планы Японии и Китая по созданию орбитальных солнечных электростанций, мощностью 1-10 ГВт, становится ясным целесообразность использования КТС Орбитрон как инструмента строительства ССЭС и индустриализации космоса. Гибрид ССЭС и орбитального накопителя имеет неоспоримые преимущества перед другими типами КТС.
Впрочем, нам все это давно ясно и пишется здесь просто в порядке пропедевтики :-)
no subject
Date: 2016-02-22 05:18 pm (UTC)Теперь по электроснабжению в сравнении с МКС. Если развернуть уйму солнечных батарей- то после первого же протыкания с ними придется попрощаться. В случае, опять же, МКС- то там, к примеру, 300 квадратных метров дают 33 киловатта. В случае Вашей оптимистической оценки, с которой я не согласен (еще есть КПД и прочее) это- примерно то, что обеспечит прием где- то 16 килограммов груза в сутки, что не выглядит вдохновляюще.
Да, насчет лунного проекта и "в пользу ракет" не знаю. Да и насчет "в пользу ракет"- это вряд ли осмысленно. Вот электрокатапультный разгон выглядит довольно интересно (хотя вложений потребует неслабых, понятно).
no subject
Date: 2016-02-22 05:39 pm (UTC)Кроме того, посмотрите публикации по пленочным фотоэлектрическим преобразователям. Их кпд 8-12%, но зато удельная мощность 2-5 кВт/кг и есть уже 10 кВт/кг, а это самое важное (что часто не понимают инженеры из оборонки :-).
Что касается вдохновения по 16 кг в сутки, то определить, что вам надо от перспективных КТС - эмоции от грандиозного грузопотока или экономический эффект в виде стократного снижения затрат на доставку компонентов ракетного топлива (для орбитальных АЗС) и сырья для аддитивной печати, дающей снижение стоимости космического оборудования на 99%?
Кроме того, 16 кг в сутки - это почти 6 тонн в год за "три копейки". А когда ССЭС, созданные космическими 3D-принтерами (тоже за 3 копейки), увеличат мощность ЭРД орбитальных коллекторов вещества, дело пойдет на грузопотоки в десятки тонн ежесуточно.
Впрочем, убеждать вас в полезности Орбитрона нет особого смысла - все ваши вопросы, сомнения и недоумения давно были сформулированы и разрешены. Здесь это делается ради таких же как вы скептиков, которым не понятны задачи радикального улучшения КТС. Надеюсь, что ваш профессиональный рационализм победит ваш субъективный когнитивный диссонанс :-)
no subject
Date: 2016-02-22 05:47 pm (UTC)Сбит ли проект по весам- в частности, сколько будет весить приемник на "один килограмм за раз"- и можно ли посмотреть черновую развесовку?
Решена ли проблема термохимического взаимодействия выведенного газа с приемным блоком?
Видите ли, может, мои вопросы и сомнения Вам и не нравятся чисто по- человечески, но чем раньше они всплывут, тем лучше. Например вопрос с КПД и мощностями тянет за собой варианты конструкции приемного блока, не говоря о весовой проблеме.
Так что я не говорю, что тут полное фуфло, я как раз и говорю, что неочевидных проблем хватает.
no subject
Date: 2016-02-22 06:11 pm (UTC)"Итак: есть ли проекты ЭРД подходящей мощности?"
no subject
Date: 2016-02-22 06:33 pm (UTC)no subject
Date: 2016-02-22 05:47 pm (UTC)Ну, вот сами и ответили на вопрос, почему элетромагнитные метатели до сих пор не появились на Луне.
Кстати, орбитальная ловушка посылок из лунной катапульты - это прототип лунного коллектора грузов, только с реальной массой и ценой.
no subject
Date: 2016-02-22 05:59 pm (UTC)no subject
Date: 2016-02-22 06:18 pm (UTC)no subject
Date: 2016-02-22 06:25 pm (UTC)no subject
Date: 2016-02-22 07:13 pm (UTC)