[identity profile] alboros.livejournal.com posting in [community profile] engineering_ru
Оригинал взят у [livejournal.com profile] alboros в Как нам снизить цены на сырьё для космических 3D-принтеров и топливо для орбитальных АЗС до $100/кг?
Оригинал взят у [livejournal.com profile] alboros в Как нам снизить цены на сырьё для космических 3D-принтеров и топливо для орбитальных АЗС до $100/кг?
А вот как:

gif-Orbitron-1.gif


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).

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/

gif-Orbitron-2.gif


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.
Page 1 of 3 << [1] [2] [3] >>

Date: 2016-02-22 12:37 pm (UTC)

Date: 2016-02-22 12:58 pm (UTC)

Date: 2016-02-22 01:13 pm (UTC)
From: [identity profile] shwed.livejournal.com
Впечатляюще. Но почему именно в понедельник?

Date: 2016-02-22 01:32 pm (UTC)
From: [identity profile] lugermaxotto.livejournal.com
То есть получается, что система энергетически осмыслена, если рабочее тело в двигателе будет выходить на скоростях много больших орбитальной. Грубо говоря, на заборе вещества корабль теряет импульс захваченная масса на орбитальную скорость, этот импульс нужно скомпенсировать собственным двигателем, потратив массу рабочего тела, умноженную на скорость истечения, умножить на КПД, для ЭРД- от 30 до 60 процентов. То есть хоть какой- то эффект будет при КПД 50 процентов и скорости истечения для ЭРД 20 км в секунду, причем топливо для ЭРД и то, что выводится в этой системе- штуки взаимозаменяемые.
Так что сейчас проект на мой взгляд не относится к очень вдохновляющим, хотя вести исследования в этом направлении (возможно, с использованием малых летных моделей на каком- то этапе) целесообразно.
При наличии ЭРД с тягой в сотни граммов- килограммы и скоростью истечения 40-60 каме в секунду эта штука окажется перспективной.

Date: 2016-02-22 01:33 pm (UTC)
From: [identity profile] livejournal.livejournal.com
Здравствуйте! Ваша запись попала в топ-25 популярных записей LiveJournal северного региона (http://www.livejournal.com/?rating=ru_north). Подробнее о рейтинге читайте в Справке (https://www.dreamwidth.org/support/faqbrowse?faqid=303).

Date: 2016-02-22 01:43 pm (UTC)
From: [identity profile] gutnikov-yira.livejournal.com
Я надеюсь, суборбитальная ракета и воронка для сбора газов- напечатаны на 3D-принтерах, доставляемых на стартовую площадку беспилотными дронами?

Date: 2016-02-22 02:23 pm (UTC)
From: [identity profile] faleevv.livejournal.com
С точки зрения банальной эрудиции, каждый индивидуум способен игнорировать тенденции потенциальных эмоций.

Date: 2016-02-22 02:45 pm (UTC)
From: [identity profile] lugermaxotto.livejournal.com
Боюсь, я написал не очень понятно.
проблема: захват массы, выброшенной на высоту орбиты, приведет к снижению скорости корабля, "подобравшего" эту массу. Восстанавливать эту скорость химическими двигателями бессмысленно: топлива будет сожжено в разы больше, чем захвачено массы (см. про импульсы в моем посте).
Электрореактивные двигатели, пригодные для того, чтобы восстановить скорость корабля, подобравшего массу, в принципе вполне возможны, но сейчас их еще, видимо, нет.
Таким образом предложенный проект имеет смысл разрабатывать на перспективу, а приведенные экономические обоснования базируются, мягко говоря, на очень шаткой основе.

Date: 2016-02-22 03:01 pm (UTC)
From: [identity profile] apestalmenos.livejournal.com
Потому что надо развернуть воронку забора сырья и разгонять корабль импульсом сырья...

Date: 2016-02-22 03:21 pm (UTC)
From: [identity profile] lugermaxotto.livejournal.com
Эть Вы хорошо и правильно говорите. Одна беда: есть к примеру низкая орбита со скоростью 8 каме в секунду. Скушали мы подарок с Земли- и чтобы параметры орбиты сохранить, нужно его выплюнуть с той же скоростью. А чтобы и параметры сохранить и попользоваться частью подарка- выкинуть часть подарка с большей скоростью.
А у химических двигателей- не восемь, а где- то три- четыре каме в секунду выхлоп. Стало быть, они не годятся. А дальше смотри мою невеселую песню про электрореактивные штуки. В этом- то вся проблема. Решается она, конечно. Но не так просто и дешево, как представляется авторам проекта.

Date: 2016-02-22 04:01 pm (UTC)
From: [identity profile] apestalmenos.livejournal.com
Не-не... Я вообще-то про подарок с луны, судя по анимации... собственно чтобы поймать подарок с поверхности скорость подарка должна быть сопоставимой и отличаться в пределах импульсов двигателей коррекции... А здесь по большому разницы нет сырье будет догонять корабль или корабль сырье...
А вот это убивает уже и саму идею такой доставки, превращая в равные затраты энергии по запуску обычного рн от разгона товарной порции... плюсом необходимость разгрузки модуля потребует таких же затрат энергии на торможение у потребителя либо разгона потребителя в соответствующей точке... Круг замкнулся...
Исключая случая, когда окололунная орбита модуля пересекаются по касательной с околоземной потребителя и затраты будут лишь на выравнивание скоростей и коррекции перевода системы на одну из орбит...

Date: 2016-02-22 04:18 pm (UTC)
From: [identity profile] lugermaxotto.livejournal.com
Понимаете, я вижу проблему в физике процесса и вижу, что так легко и здорово, как предлагают- не выходит. Выйдет в рамках более сложного- и, понятно, дорогого комплекса.
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.
Edited Date: 2016-02-22 04:29 pm (UTC)

Date: 2016-02-22 04:35 pm (UTC)
From: [identity profile] lugermaxotto.livejournal.com
Отчего же: из закона сохранения импульса выходит потребная скорость истечения для электрореактивного двигателя- 20 км в секунду. Тут я согласен с материалами презентации. На один килограмм принятого на орбите груза получается на корабле приемнике сработается (разгоним половину, примем КПД двигателя за 50 процентов)- 200 мегаджоулей энергии. Откуда брать будем?
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.
Edited Date: 2016-02-22 04:40 pm (UTC)

Date: 2016-02-22 05:18 pm (UTC)
From: [identity profile] lugermaxotto.livejournal.com
Боюсь, что Ваш расчет излишне оптимистичен (мой- то пессимистичен, что я признаю сразу). Я исходил из того, что как ни крути- а полкило придется разгонять до 20 км в секунду, при том, что КПД ЭРД будет 50 процентов. По приведенным Вами оценкам, решительно весь распыленный груз пойдет в дело (чего не будет при схеме с протыкаемым баллоном) и КПД у ЭРД- все 100 процентов. По факту такого не будет (с орбитальной скоростью я перестарался, конечно).
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).
Edited Date: 2016-02-22 05:26 pm (UTC)
Page 1 of 3 << [1] [2] [3] >>

Profile

engineering_ru: (Default)
Инженерия

December 2025

S M T W T F S
 123456
78910111213
14151617181920
2122232425 2627
28293031   

Most Popular Tags

Style Credit

Expand Cut Tags

No cut tags
Page generated Mar. 6th, 2026 05:49 am
Powered by Dreamwidth Studios