Лазерный уловитель массы

59 сообщений в этой теме

Опубликовано:

В большинстве сценариев колонизации околоземного пространства - в частности, работах Стэнфорда и О'Нейла - в качестве основного источника материалов рассматривается Луна. Лунный грунт (реголит), весьма богатый алюминием, титаном, кремнием и кислородом, запускается с поверхности Луны при помощи масс-драйвера - крупного электромагнитного ускорителя, работающего от солнечных батарей. Здесь все достаточно логично и просто.

Проблема в том, что вопрос "а как потом поймать запущенный груз" похоже, решить оказалось не так просто. Согласно рассчетам О'Нейла, запускаемая с поверхности Луны "посылка" прибудет в точку Лагранжа L1 со скоростью не меньшей 200 метров в секунду относительно L1, что составляет известную проблему при ее перехвате. Учитывая что количество таких "посылок" должно составлять несколько штук в минуту, проблема уловителя массы - устройства, обратного масс-драйверу, и предназначенного для замедления и захвата запущенной "посылки" - стоит достаточно остро.

Я хотел бы обсудить с уважаемыми коллегами возможные пути решения проблемы.

Идея:

- Каждая "посылка" представляет собой снаряд в алюминиевой оболочке. Алюминий добывается на месте (т.е. на Луне) путем переработки алюмосиликата кальция с помощью KF в нагреваемом солнечными лучами химическом реакторе замкнутого цикла.

- Оболочка "посылки" имеет форму циллиндра с двойными стенками

- В пространство между внешними и внутренними стенками циллиндра заряжается полезная нагрузка - 10 кг реголита (возможно, прессованного, спеченного или даже выплавленного монолита), предварительно подвергнутого пиролизной обработке в солнечной печи с целью высвобождения содержащихся газов

- Полученная при пиролизе реголита газовая смесь хранится в резервуарах, и лунной ночью - охлаждается до жидкого состояния, заряжается под давлением во внутреннюю полость "посылки" и охлаждается до замораживания. Реголит вокруг играет роль теплоизоляции. Снаряд запаивается.

- Снаряды хранятся в подземном тоннеле до наступления солнечного дня и начала работы масс-драйвера. С наступлением дня, снаряды подаются на масс-драйвер по одному каждые 10 секунд, разгоняются до скорости 2,37 км/с и выстреливаются в точку Лагранжа L1. С целью стабилизации, снаряд раскручивается при запуске до максимально выдерживаемого числа оборотов

- В точке L1, мегаваттная лазерная установка, питаемая от солнечных батарей (изготовление которых также, вероятно, ведется на Луне) фокусирует излучение на торцевой части приближающегося снаряда, обеспечивая испарение сначала алюминиевой оболочки, а затем - находящейся внутри газовой смеси. В результате, получаем грубую форму лазерного ракетного двигателя, исполняющего роль тормозного. Теоретически, при весьма низком удельном импульсе около 500 м/с, десяти килограммов газа должно хватить, чтобы затормозить 10 кг полезной нагрузки на 350 метров в секунду.

- Заторможенная посылка мягко тыкается в большой площади экран из синтетического волокна, останавливается и подается в накопитель для последующей переплавки.

Работоспособен ли такой концепт? Возможна ли требуемая точность отправки "посылок" масс-драйвером, позволяющая им осуществить полет от поверхности Луны до L1 без управления? Будет ли достаточно эффективна стабилизация вращением, чтобы тормозящийся снаряд не рыскал?

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Опубликовано:

С целью стабилизации, снаряд раскручивается при запуске до максимально выдерживаемого числа оборотов
Не нужно. Стабилизация вращением - лекарство от эффекта Магнуса при кувыркании снаряда в атмосфере.

- В точке L1, мегаваттная лазерная установка, питаемая от солнечных батарей (изготовление которых также, вероятно, ведется на Луне) фокусирует излучение на торцевой части приближающегося снаряда, обеспечивая испарение сначала алюминиевой оболочки, а затем - находящейся внутри газовой смеси. В результате, получаем грубую форму лазерного ракетного двигателя, исполняющего роль тормозного. Теоретически, при весьма низком удельном импульсе около 500 м/с, десяти килограммов газа должно хватить, чтобы затормозить 10 кг полезной нагрузки на 350 метров в секунду.
P*КПД=F*W/2 Где W = 500 м/с. При КПД 50 % и тяге 100 Н имеем 50 000 Вт. Короче говоря, у мегаватника скорость истечения будет выше.

Возможна ли требуемая точность отправки "посылок" масс-драйвером, позволяющая им осуществить полет от поверхности Луны до L1 без управления?
Луны-16 и 24 без управления попали с Луны в Казахстан, так что да, возможно.

Работоспособен ли такой концепт?
Работоспособен. Проблема в том что сейчас мы знаем о Троянской Луне, МТС (ITN) и умеем в 3-мерную печать. Первое и второе позволяет доставлять материалы с гораздо меньшими затратами ХС, чем с Луны, а следовательно использовать ракетные буксиры. Третье - делать это обычными ракетами даже с Луны (Элон Маск уже критические части ЖРД печатает - см. июльский НК).

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Опубликовано:

Не нужно. Стабилизация вращением - лекарство от эффекта Магнуса при кувыркании снаряда в атмосфере.

Дело не в эффекте Магнуса: я опасаюсь, что при лазерном облучении (которое наверняка будет идти не под идеально прямым углом), нагрев рабочего тела будет неравномерным и в результате чего снаряд начнет кувыркаться. Вращение позволяет несколько более равномерно распределить излучение.

Извиняюсь, если недостаточно внятно изложил.

P*КПД=F*W/2 Где W = 500 м/с. При КПД 50 % и тяге 100 Н имеем 50 000 Вт. Короче говоря, у мегаватника скорость истечения будет выше.

Хм, спасибо!

Луны-16 и 24 без управления попали с Луны в Казахстан, так что да, возможно.

А какова (оценочно) достижимая точность при стрельбе масс-драйверами на такие дистанции?

Работоспособен. Проблема в том что сейчас мы знаем о Троянской Луне, МТС (ITN) и умеем в 3-мерную печать. Первое и второе позволяет доставлять материалы с гораздо меньшими затратами ХС, чем с Луны, а следовательно использовать ракетные буксиры. Третье - делать это обычными ракетами даже с Луны (Элон Маск уже критические части ЖРД печатает - см. июльский НК).

Тут проблема в том, что если речь идет о миллионах тонн массы, то обычные ракеты уже не представляются оптимальным решением. Хотя я рассматриваю как альтернативу масс-драйверу "солнечные баржи" - с термическим солнечным приводом (или опять же лазерным), и кислородом + алюминием в качестве рабочего тела.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Опубликовано:

А может, всё-таки, по-старинке - шаттлами там, ракетами?

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Опубликовано:

А может, всё-таки, по-старинке - шаттлами там, ракетами?

Эм... Мне нужны полмиллиона тонн материалов в L1. При всем уважении, но доставка с Земли будет стоить непомерно.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Опубликовано:

Дело не в эффекте Магнуса: я опасаюсь, что при лазерном облучении (которое наверняка будет идти не под идеально прямым углом), нагрев рабочего тела будет неравномерным и в результате чего снаряд начнет кувыркаться. Вращение позволяет несколько более равномерно распределить излучение.
Тогда да.

А какова (оценочно) достижимая точность при стрельбе масс-драйверами на такие дистанции?
"Космическое оружие: дилемма безопасности" пишет что угловая точность у масс-драйвера порядка микрорадиана. Это 1 мм отклонения на 1 км дальности.

Тут проблема в том, что если речь идет о миллионах тонн массы, то обычные ракеты уже не представляются оптимальным решением.
С Луны, из лунных материалов на лунном топливе, в чем проблема? А с Троянской Луны (которая скорее всего не одна такая) можно хоть плазменниками и солнечными парусами возить.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Опубликовано:

P.S. Я рассматривал также возможность линейного замедлителя (т.е. тот же линейный двигатель в обратном направлении), но при расстоянии между проводниками в сотни метров... Боюсь, потребление энергии будет просто катастрофическим.

P.P.S. Теоретически, возможно оснастить снаряды неким органом управления... Одноразовым, и очень легким. Как вариант - микроблок управления и нечто вроде газового руля к двигателюю

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Опубликовано:

Эм... Мне нужны полмиллиона тонн материалов в L1. При всем уважении, но доставка с Земли будет стоить непомерно.

Ну это, я имел ввиду с Луны. Нет, не получится?

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Опубликовано:

"Космическое оружие: дилемма безопасности" пишет что угловая точность у масс-драйвера порядка микрорадиана.

Т.е. на 60000 км (от Луны до L1) отклонение составит (без учета гравитационных возмущений) около 60 метров. Хм, приемлемо. Спасибо больше за уточнение!

С Луны, из лунных материалов на лунном топливе, в чем проблема? А с Троянской Луны (которая скорее всего не одна такая) можно хоть плазменниками и солнечными парусами возить.

Теоретически да, но я не уверен в материалах троянской луны.

Ну это, я имел ввиду с Луны. Нет, не получится?

Если на местном топливе, то можно - но все же расходы выше, чем у масс-драйвера.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Опубликовано:

Альтернатива. Пусть контейнер прилетает со скоростью 300 м/с. Допустим его ловит буксир со скоростью истечения 3000 м/с. Программа полета:

1) Летим навстречу со скоростью 150 м/с

2) Тормозим 150 м/с

3) Догоняем 300 м/с

4) Ловим.

5) Тормозим 300 м/с.

Итого 600 м/с буксир пройдет без груза и 300 с грузом. При стартовой массе буксира 10 тонн и массе контейнера 30 тонн масса пустого буксира будет 4,5 тонны.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Опубликовано:

Когда прочел заголовок, думал речь пойдет о звездном прямоточнике.

А с Луны лифт можно сделать? Все-таки, 1/6 земного притяжения, тут можно менее экзотическими материалами обойтись.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Опубликовано:

А с Луны лифт можно сделать?
До Л-1 или Л-2.

Все-таки, 1/6 земного притяжения, тут можно менее экзотическими материалами обойтись.
Ими можно и на Земле обойтись, только лифт будет расширяться к верху и поднимать на геостационар придется сотни полимеров.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Опубликовано:

<p>

<br />

Альтернатива. Пусть контейнер прилетает со скоростью 300 м/с. Допустим его ловит буксир со скоростью истечения 3000 м/с. Программа полета:<br />

1) Летим навстречу со скоростью 150 м/с<br />

2) Тормозим 150 м/с<br />

3) Догоняем 300 м/с<br />

4) Ловим.<br />

5) Тормозим 300 м/с.<br />

Итого 600 м/с буксир пройдет без груза и 300 с грузом. При стартовой массе буксира 10 тонн и массе контейнера 30 тонн масса пустого буксира будет 4,5 тонны.<br />

<br />

<br />

</p>

Хорошо, но удастся ли выбрать темп?

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Опубликовано:

Если оценить массу конструкционных материалов в 500000 тонн (повышенные силикаты) и предположить, что мы хотим уложиться в 10 лет, то (принимая, условно, 100 дней работы лунного пускового комплекса в год) получаем 500 тонн в сутки.

При запуске по 10 кг - это 50000 пусков в сутки.

При пусках по 25 тонн (я так понимаю, что в проекте Че из 30тонн 5топливо) получаем всего 25 пусков, но "тяжелых"

Если оценить массу конструкционных материалов в 500000 тонн (повышенные силикаты) и предположить, что мы хотим уложиться в 10 лет, то (принимая, условно, 100 дней работы лунного пускового комплекса в год) получаем 500 тонн в сутки.

При запуске по 10 кг - это 50000 пусков в сутки.

При пусках по 25 тонн (я так понимаю, что в проекте Че из 30тонн 5топливо) получаем всего 25 пусков, но "тяжелых"

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Опубликовано: (изменено)

Не страдать фигнёй и сначала построить орбитальный лифт- или скорее даже орбитальный конвеер

благо в случае с луной это возможно даже на существующих материалах

Ну и конкретно силикаты проще получить притаранив астероид- чем страдать фигнёй с луной

Изменено пользователем alexflim

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Опубликовано:

У вас есть надежный способ по таранить за разумное время силикатный астероид хотя бы в миллион тонн? Нет? Тогда пожалуйста не страдайте фигней.

P.S. Я думал о возможности транспортировки объектов, но в отношении комет как источников водорода. И двигать комету (состоящую из реактивной массы) куда проще.

У вас есть надежный способ по таранить за разумное время силикатный астероид хотя бы в миллион тонн? Нет? Тогда пожалуйста не страдайте фигней.

P.S. Я думал о возможности транспортировки объектов, но в отношении комет как источников водорода. И двигать комету (состоящую из реактивной массы) куда проще.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Опубликовано:

У вас есть надежный способ по таранить за разумное время силикатный астероид хотя бы в миллион тонн? Нет? Тогда пожалуйста не страдайте фигней.

Даже неудобно как то...

вообще да есть

P.S. Я думал о возможности транспортировки объектов, но в отношении комет как источников водорода. И двигать комету (состоящую из реактивной массы) куда проще.

Любая масса- реактивная

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Опубликовано:

Даже неудобно как то...

вообще да есть

Тогда предлагайте его в студию. А то вы что-то последнее время постоянно уверяете, что все вокруг страдают фигней, один вы Д'Артаньян.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Опубликовано:

Теоретически, в реголите содержится до 45% кислорода. Однако, с извлечением, без полной переработки (что затягивает процесс) могут быть проблемы. На Artemis Project считают возможным выделение путем пиролиза в присутствии водорода (с последующим электролизом воды) до 10,5% кислорода.

Итого примерно по 1 кг кислорода на 10 кг переработанного реголита.

Взлетная ступень "Аполлона" несла примерно 2400 кг самовоспламеняющегося топлива на 2200 кг полной нагрузки. Удельный импульс ее двигателей составлял порядка 2900 м/c. Это немного: можно больше. Так как в качестве горючего у нас жидкий кислород, то, похоже, единственно разумным вариантом остаются термические ракеты. Как вариант:

1) Ядерные

2) Лазерные (нагрев рабочего тела ведется лазером с поверхности Луны)

3) Солариационные (нагрев рабочего тела ведется с помощью системы солнечных концентраторов)

Предположив, что наша ракета достигает удельного импульса порядка 5000 метров в секунду (вполне реально для термальных ракет) мы можем смело считать, что нам нужно примерно по килограмму топлива (кислорода) на два килограмма нагрузки.

Т.е. на 10 тонн реголита и тонны четыре конструкции нам потребуется примерно 7 тонн жидкого кислорода, который мы можем получить, переработав 70 тонн реголита.

Проблема в том, что замахнувшись на полмиллиона тонн за 10 лет мы получаем 50000 тонн в год. Предполагая, что в среднем мы запускаем 100 дней в году (с учетом лунных ночей, когда мы не можем использовать на базе энергию Солнца - хотя, эту проблему можно решить построив две базы), получаем по 500 тонн в сутки.

Это значит, 50 10-тонных "посылок" в сутки, и 350 тонн кислорода. В сутки надо переработать 3500 тонн реголита.

Многовато...

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Опубликовано:

Это вы не для Гандама строительство космических колоний считаете?

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Опубликовано:

Нет, я пытаюсь рассчитать возможность строительства космической колонии на "доступных" технологиях. Примерно с 1980-ых.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Опубликовано:

Проблема в том, что замахнувшись на полмиллиона тонн за 10 лет мы получаем 50000 тонн в год.

Так надо или на Луне строить , или какой астероид использовать. А не страдать ;)

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Опубликовано:

Так надо или на Луне строить ,

Проблемы с гравитацией, суточным циклом Луны и т.д.

или какой астероид использовать.

У вас завелся астероид в L1?

Коллега, извините, но ваши решения почему-то не устраивают и специалистов. О'Нейл и Стэнфорд работали не на пустом месте, и их последователи - включая и НАСА - тоже.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Опубликовано:

Проблемы с гравитацией, суточным циклом Луны и т.д.

Так это решить куда проще чем трнспортировка в точку либрации....

У вас завелся астероид в L1?

Мыслите неверно :)

за 10 лет мы получаем 50000 тонн в год.

Или одна посылка 50 000 в год - по энергетике возможно прибуксировать один астероид окажется выгоднее. Пусть его тащить 10 лет - зато потом мы получаем сразу тысячи тонн....

Коллега, извините, но ваши решения почему-то не устраивают и специалистов.

Так мы здесь для того чтобы их поправить ;)

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Опубликовано:

Так это решить куда проще чем трнспортировка в точку либрации....

Неверно.

Основное преимущество лагранжевых колоний - близкие к земным условия обитания при в то же время свободном доступе к zero-g и практически неограниченной доступной энергии. Сочетание этих трех факторов делает экономичными (а иногда и просто возможными) те процессы и методы, которые на Земле не являются таковыми.

Лунное поселение НЕ будет иметь близких к земным условий (сила тяжести), НЕ будет иметь неограниченной доступной энергии половину времени, и НЕ будет (вообще) иметь свободного доступа к zero-g.

P.S. Транспортировка с низкой околоземной орбиты в L1 требует дельта V всего 3,77 км/с, а обратная - всего 0,77 км/с за счет гравитационного маневра и аэродинамического торможения при "задевании" верхних слоев атмосферы.

Транспортировка с низкой околоземной орбиты на поверхность Луны требует 5,93 км/с, а обратная - 2,74 км/с.

Т.е. в сумме получается почти в 2,5 раза дороже.

Или одна посылка 50 000 в год - по энергетике возможно прибуксировать один астероид окажется выгоднее. Пусть его тащить 10 лет - зато потом мы получаем сразу тысячи тонн....

Да, теоретически это возможно. Но проблема в том, КАК его притащить. Я могу придумать доступную для применения систему транспортировки для кометы, но для астероида?

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Создайте учётную запись или войдите для комментирования

Вы должны быть пользователем, чтобы оставить комментарий

Создать учётную запись

Зарегистрируйтесь для создания учётной записи. Это просто!


Зарегистрировать учётную запись

Войти

Уже зарегистрированы? Войдите здесь.


Войти сейчас