![[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: 2016-02-24 09:36 pm (UTC)Т.е. сколько будет (порядок цифр) весить космическая платформа для захвата груза, с какой (теоретически, с учётом достижимых в некотором отдалённом будущем удельных параметров ЯЭУ и ЭРД) скоростью платформа может принимать с поверхности материалы, не рискуя потерять орбиту, как соотносится скорость приёма материала с массой платформы (а то если это будут даже десятки тонн в год на несколько тысяч тонн платформы с реакторами и оборудованием - это разумнее химическими ракетами с Земли доставить), какой % извлечения целевого продукта в объектовых условиях, какой объём целевого продукта в абсолютных цифрах, учитывая выше сказанное, как этим продуктом можно распорядиться, чтобы эффект был выше затраченных сил (т.е. позволял развиваться более интенсивно, чем при прямой доставке готовых элементов инфраструктуры с Земли) и был конкурентен альтернативным существующим методам с учётом всех предполагаемых накладных расходов за некий период времени. Неплохо бы вообще представить, зачем это всё на орбите будет нужно, кстати. А то, может быть, не нужно.
А то чисто-концептуально, коллеги могут растить на "матрасах" культуры клеток, которые (чисто теоретически) представляют собой нормальный пищевой белок. Но ведь ежу понятно, что метод не позволяет кормить не то что Человечество - даже кошку, при любых реальных затратах. Т.е. перед любым "инженерным решением" хотя бы ориентировочный бизнес-план, а не решение ради решения и победа Идеи над
здравым смысломэкономикой.no subject
Date: 2016-02-25 07:46 am (UTC)Часть 1
Очень много правильных тезисов высказано, но в полном отрыве от реальной практике генерации новаций и инновационной (внедренческой) деятельности. Если же соотнести ваши требования с реальной практикой, то тут же станет ясно, что многие из поставленных вопросов получают ответы в ходе R&D/НИОКР) (которые надо оплачивать, между прочим :-). Вы это прекрасно понимаете, но зачем-то (зачем?) всё равно говорите.
Так же, очевидно, что роль концептуальной стадии вами умаляется до нуля, что полностью противоречит реальной истории внедрения изобретений. Концепция – неизбежная стадия развития нового продукта, она относится к посевному этапу и самостоятельно финансируется для получения патентов ( а у нас уже есть пакет патентов). Не будет патентов, не будут инвесторы вкладывать средства в новацию. Так что ваш пафос против концептуальной стадии непонятен.
Более того, есть ключевые изобретения, «на способы», а не «на устройства», которые максимально концептуальны и позволяют монополизировать работу на рынках. По сути вы критикуете современную систему патентования изобретений, но какой в этом практический смысл при обсуждении перспектив проекта «Орбитрон»? Впрочем, если вы никогда не изобретали и/или не финансировали внедрение изобретений, то тогда я могу понять вашу логику. Однако, такой логикой никогда не руководствуются инвесторы и инноваторы, у них другие критерии и я их знаю.
Что касается расчетных данных, то они как раз образуют каркас концепции «Орбитрон». Расчетов много, т.к. много и вариантов реализации. Мне показалось, что вы концептуальную стадию понимаете как стадию работы с голой идеей без числовых данных. Вот, в качестве примера, показываю ранее опубликованный вариант.
ЛУНА. СИСТЕМА С ДВИГАТЕЛЯМИ МАЛОЙ ТЯГИ (смотрите продолжение)
no subject
Date: 2016-02-25 07:47 am (UTC)ЛУНА. СИСТЕМА С ДВИГАТЕЛЯМИ МАЛОЙ ТЯГИ
КАН массой 4250 кг. СБ не показаны. Возможно использование ядерного электрогенератора вместо СБ.
При высоте апоселения равной 100 км, скорость в периселении – 1695 м/с, с уменьшением скорости на 20 м/с, КАН переходит на низшую круговую орбиту (высота 10 км).
Добавление скорости на 21 м/с переводит КАН (по спиральной траектории) на верхнюю круговую орбиту высотой 100 км (на практике, при увеличении массы аккумулированного вещества, высота будет значительно снижаться).
Электрическая мощность пленочных солнечных батарей (СБ) – 0,156 МВт.
Электрическая мощность топливных элементов (ТЭ) – 0,07 МВт.
Электрическая мощность электроракетных двигателей (ЭРД) – 0,07 МВт
КПД ЭРД – 0,6
КПД зарядки ТЭ – 0,6
Удельный импульс ЭРД - 6780 м/с.
Масса СБ – 80 кг (0,5 кг/кВт)
Масса ТЭ – 70 кг (1 кг/кВт)
Масса ЭРД – 60 кг (0,75 кг/кВт)
Масса ловушки грузов – 1000 кг.
Масса прочего оборудования – 3040 кг.
Масса захватываемой порции груза – 50 кг.
Длина трека из вещества груза – 1700 м.
Время захвата трека – 1 с.
Ускорение торможения при захвате груза – 20-21 м/с2 (~2 g).
Количество операций захвата груза за 1 год – 3000.
Масса захваченного груза за 1 год – 150 тонн.
Масса груза израсходованного в ЭРД за 1 год – 37,5 тонн.
Масса груза аккумулированного на орбите за 1 год – 112,5 тонн.
Парк многоразовых лунных суборбитальных ракет (ракетных лифтов)– 2-4 штуки
.
За год на первоначальную массу КА равную 4,25 тонн накапливается 112,5 тонн лунного сырья. Соответственно, прототип массой около полутоны, захватывающий пятикилограммовые порции, за год аккумулирует 13 тонн сырья. КА должен работать в комплексе с орбитальным технологическим блоком, который извлекает из реголита магний, кальций и кислород как рабочие тела ЭРД.
Анимация: http://mayboroda.com/images/flash/10_short.swf
(см. продолжение - часть 3)
no subject
Date: 2016-02-25 07:47 am (UTC)1 – Первая точка (участок) встречи КАН с треком вещества поднятого с Луны (например, воды) суборбитальной многоразовой ракетой на высоту верхней круговой орбиты КАН.
1-2 – Участок нисходящего движения КАН (~57 минут) по эллиптической орбите после получения тормозного импульса в результате захвата порции груза в точке (участке) 1. Во время движения по этому участку осуществляются также в автоматическом режиме различные технологические процедуры по энергоснабжению ТЭ и обслуживанию ловушки грузов.
2 – Вторая точка (участок) встречи КАН с треком вещества поднятого с Луны суборбитальной многоразовой ракетой на высоту нижней круговой орбиты КАН. Получение второго тормозного импульса, переводящего КАН с эллиптической орбиты на круговую, в результате захвата порции груза в точке (участке) 2.
2-3 – Участок восходящего движения КАН (~114 минуты) по спиральной траектории с нижней круговой орбиты на верхнюю круговую орбиту под действием силы тяги ЭРД. Во время движения по этому участку осуществляются также в автоматическом режиме различные технологические процедуры по энергоснабжению ТЭ и обслуживанию ловушки грузов.
3 – Третья точка (участок) встречи КАН с треком вещества поднятого с Луны суборбитальной многоразовой ракетой на высоту верхней круговой орбиты КАН. Получение третьего тормозного импульса, переводящего КАН с эллиптической орбиты на круговую, в результате захвата порции груза в точке (участке) 3.
3-4 – Участок нисходящего движения КАН (~57 минут) по эллиптической орбите после получения тормозного импульса в результате захвата порции груза в точке (участке) 3. Во время движения по этому участку осуществляются также в автоматическом режиме различные технологические процедуры по энергоснабжению ТЭ и обслуживанию ловушки грузов.
4 – Четвертая точка (участок) встречи КАН с треком вещества поднятого с Луны суборбитальной многоразовой ракетой на высоту нижней круговой орбиты КАН. Получение четвертого тормозного импульса, переводящего КАН с эллиптической орбиты на круговую, в результате захвата порции груза в точке (участке) 4.
4-5 – Участок восходящего движения КАН (~114 минуты) по спиральной траектории с нижней круговой орбиты на верхнюю круговую орбиту под действием силы тяги ЭРД. Во время движения по этому участку осуществляются также в автоматическом режиме различные технологические процедуры по энергоснабжению ТЭ и обслуживанию ловушки грузов.
5 –Точка (участок) встречи КАН с треком вещества поднятого с Луны суборбитальной многоразовой ракетой на высоту верхней круговой орбиты КАН. Совпадает с точкой 1. Получение тормозного импульса, переводящего КАН с эллиптической орбиты на круговую в результате захвата порции груза в точке (участке) 5. Завершение цикла.