Потенциальная и кинетическая энергия астероидов - новый источник энергии КА-накопителей воздуха
Краткий набросок параметров околоземного орбитального накопителя атмосферных кислорода и азота, использующего потенциальную энергию астероидов из группы сближающихся с Землей (АСЗ).
Для примера используем данные по астероиду 2000 SG344. Его возможный диаметр 20-89 метров. Возможная масса 8400-1480000 тонн.
Начальная скорость отправки КА к астероиду с орбиты высотой 400 км - 3256 м/с.
Скорость «причаливания» к астероиду - 113 м/с.
Время пребывания на астероиде - 8 суток.
Скорость отправления КА к Земле - 187 м/с.
Скорость вхождения КА в атмосферу Земли - 11133 м/с.
Продолжительность миссии - 354 дня.
Mission Trajectories Table
Column headings described below
(2000 SG344)
Min. delta-V
Parameters
Min. Duration
Parameters
Total Mission delta-V (km/s)
3.556
5.973
Total Mission Duration (d)
354
114
Outbound Flight Time (d)
145
49
Stay Time (d)
8
8
Inbound Flight Time (d)
201
57
Launch date (YYYY-MM-DD)
22.04.2028
22.07.2029
C3 (km2/s2)
1.737
3.009
Departure Vinfinity (km/s)
1.318
1.735
Earth Departure dV (km/s)
3.256
3.314
dV to Arrive at NEA (km/s)
0.113
1.067
dV to Depart NEA (km/s)
0.187
1.592
Earth return dV (km/s)
0.000
0.000
Entry Speed (km/s)
11.133
11.214
Depature Declination (deg)
-8.950
-22.493
Return Declination (deg)
-5.933
22.663
NHATS Trajectory Solution ID
890465
2046
These data were computed on 2012-01-06 using the latest available orbital parameters.
Согласно проекту, КА доставляет на астероид контейнер для реголита и механизмы загрузки контейнера реголитом в течение 8 суток. Масса КА с пустым контейнером составляет 5% полностью загруженного КА. Масса КА без реголита 0,5 тонн. Масса с грузом - 10 тонн.
Упрощенно затраты энергии на старт КА с астероида к Земле составляют 174,845 МДж [(10000 кг х (187 м/с)2)/2]. При вхождении в земную атмосферу кинетическая энергия КА составляет 619 718, 445 МДж [(10000 кг х (11133 м/с)2)/2]. Таким образом, энергия на выходе в 3544 раза превышает энергию на входе (619 718, 445 МДж / 174,845 МДж). Конечно, из энергетического выигрыша следует вычесть затраты на запуск пустого КА (~11200 м/с), которые приблизительно в 20 раз меньше результата из-за меньшей массы КА при запуске, что все равно дает 1900% прироста на затраты (энергоинвестиции). И весь этот прирост происходит в течение 354 суток с момента "вклада" в космический энерго-банк.
На следующих этапах "распиливания" астероида, когда на его поверхность будут высажены модули переработки реголита в конструкционные материалы и ракетное топливо, и 3D-принтеры для распечатки контейнеров и агрегатов новых КА, "выплаты" вкладчикам космического энерго-банка превысят проектную отметку в 350 000 %. И какой уважающий себя капиталист не рискнет ради таких замечательных прибылей? Карл Маркс отмечал безумную активность и бестрашие капиталистов при 300%, а здесь норма прибыли запредельна :-)
При вхождении в верхние слои атмосферы на высоте в диапазоне 95-100 км, КА-накопитель, благодаря гиперзвуковому диффузору поглощает первую порцию воздуха, притормаживается (на 120-150 м/с) и переходит на эллиптическую орбиту (воздух акумумулируется в баке хранения реголита). После нескольких витков (с захватом воздуха) его орбита становится круговой. За счет накопленного воздуха масса КА возрастает на 4 тонны. Воздух сепарируется на кислород и азот. С этой низкой орбиты КА переходит на круговую высотой 350-400 км. На этот переход КА затрачивает около 6% своей массы, в том случае если используется водородно-кислородное топливо. Запас водорода доставляется орбитальным заправщиком. Он равен 0,7% стартовой массы КА на орбите накопления воздуха.
При наличии в реголите магния, кальция и/или лития, атмосферный азот, накопленный коллектором, может использоваться с порошками металлов как ракетное топливо (при многократном избытке азота). Аналоги таких двигателей с металлическими порошками в качестве горючего были созданы в СССР еще в прошлом веке. Компоненты такого космического топлива вырабатываются на перерабатывающей реголит орбитальной станции. Буксир-заправщик использует это топливо.
В итоге всей операции к орбитальной станции на высоте 350-400 км доставляется груз массой до 13142 кг (13500 кг - 858 кг), как результат запуска КА массой 500 кг. Реголит перерабатывается на кислород, кремний, металлы. Продукты переработки используются в качестве сырья 3D-принтеров для изготовления КА и агрегатов комических электростанций, а так же частично в качестве топлива ракетных двигателей, использующих порошковые кремний, магний и алюминий как горючее. За счет полученных вещественно-энергетических ресурсов производятся новые запуски грузовых КА к астероиду 2000 SG344 и аналогичным объектам. Обороты расширяются до полного вычерпывания вещества разрабатываемой группы астероидов. Затем деятельность переключается на новые объекты добычи ресурсов из группы АСЗ.
В продолжении настоящей статьи будет дан более детальный анализ затрат и выигрыша рассмотренной схемы.
Частный сектор экономики уже осознал потенциал рынка астероидных ресурсов и готов его осваивать. Такие компании как Planetary Resources (за которой стоит разработчик и сооснователь поисковой системы «Google» Ларри Пейдж), а также Deep Space Industries вкладывают миллионы долларов в развитие новых технологий, которые помогут получить доступ к природным ресурсам астероидов. В условиях отсутствия федерального регулирования и независимости от правительственных источников финансирования, эти компании могут гораздо быстрее добиться успеха.
«Я думаю, это будет золотым веком новой космической гонки», - говорит Левиски, президент и «главный космический шахтер» компании «Planetary Resources». - «Вместо двух соперничающих сверхдержав, здесь уже десятки, может быть даже сотни, конкурирующих предпринимателей.»
Для примера используем данные по астероиду 2000 SG344. Его возможный диаметр 20-89 метров. Возможная масса 8400-1480000 тонн.
Начальная скорость отправки КА к астероиду с орбиты высотой 400 км - 3256 м/с.
Скорость «причаливания» к астероиду - 113 м/с.
Время пребывания на астероиде - 8 суток.
Скорость отправления КА к Земле - 187 м/с.
Скорость вхождения КА в атмосферу Земли - 11133 м/с.
Продолжительность миссии - 354 дня.
Mission Trajectories Table
Column headings described below
(2000 SG344)
Min. delta-V
Parameters
Min. Duration
Parameters
Total Mission delta-V (km/s)
3.556
5.973
Total Mission Duration (d)
354
114
Outbound Flight Time (d)
145
49
Stay Time (d)
8
8
Inbound Flight Time (d)
201
57
Launch date (YYYY-MM-DD)
22.04.2028
22.07.2029
C3 (km2/s2)
1.737
3.009
Departure Vinfinity (km/s)
1.318
1.735
Earth Departure dV (km/s)
3.256
3.314
dV to Arrive at NEA (km/s)
0.113
1.067
dV to Depart NEA (km/s)
0.187
1.592
Earth return dV (km/s)
0.000
0.000
Entry Speed (km/s)
11.133
11.214
Depature Declination (deg)
-8.950
-22.493
Return Declination (deg)
-5.933
22.663
NHATS Trajectory Solution ID
890465
2046
These data were computed on 2012-01-06 using the latest available orbital parameters.
Согласно проекту, КА доставляет на астероид контейнер для реголита и механизмы загрузки контейнера реголитом в течение 8 суток. Масса КА с пустым контейнером составляет 5% полностью загруженного КА. Масса КА без реголита 0,5 тонн. Масса с грузом - 10 тонн.
Упрощенно затраты энергии на старт КА с астероида к Земле составляют 174,845 МДж [(10000 кг х (187 м/с)2)/2]. При вхождении в земную атмосферу кинетическая энергия КА составляет 619 718, 445 МДж [(10000 кг х (11133 м/с)2)/2]. Таким образом, энергия на выходе в 3544 раза превышает энергию на входе (619 718, 445 МДж / 174,845 МДж). Конечно, из энергетического выигрыша следует вычесть затраты на запуск пустого КА (~11200 м/с), которые приблизительно в 20 раз меньше результата из-за меньшей массы КА при запуске, что все равно дает 1900% прироста на затраты (энергоинвестиции). И весь этот прирост происходит в течение 354 суток с момента "вклада" в космический энерго-банк.
На следующих этапах "распиливания" астероида, когда на его поверхность будут высажены модули переработки реголита в конструкционные материалы и ракетное топливо, и 3D-принтеры для распечатки контейнеров и агрегатов новых КА, "выплаты" вкладчикам космического энерго-банка превысят проектную отметку в 350 000 %. И какой уважающий себя капиталист не рискнет ради таких замечательных прибылей? Карл Маркс отмечал безумную активность и бестрашие капиталистов при 300%, а здесь норма прибыли запредельна :-)
При вхождении в верхние слои атмосферы на высоте в диапазоне 95-100 км, КА-накопитель, благодаря гиперзвуковому диффузору поглощает первую порцию воздуха, притормаживается (на 120-150 м/с) и переходит на эллиптическую орбиту (воздух акумумулируется в баке хранения реголита). После нескольких витков (с захватом воздуха) его орбита становится круговой. За счет накопленного воздуха масса КА возрастает на 4 тонны. Воздух сепарируется на кислород и азот. С этой низкой орбиты КА переходит на круговую высотой 350-400 км. На этот переход КА затрачивает около 6% своей массы, в том случае если используется водородно-кислородное топливо. Запас водорода доставляется орбитальным заправщиком. Он равен 0,7% стартовой массы КА на орбите накопления воздуха.
При наличии в реголите магния, кальция и/или лития, атмосферный азот, накопленный коллектором, может использоваться с порошками металлов как ракетное топливо (при многократном избытке азота). Аналоги таких двигателей с металлическими порошками в качестве горючего были созданы в СССР еще в прошлом веке. Компоненты такого космического топлива вырабатываются на перерабатывающей реголит орбитальной станции. Буксир-заправщик использует это топливо.
В итоге всей операции к орбитальной станции на высоте 350-400 км доставляется груз массой до 13142 кг (13500 кг - 858 кг), как результат запуска КА массой 500 кг. Реголит перерабатывается на кислород, кремний, металлы. Продукты переработки используются в качестве сырья 3D-принтеров для изготовления КА и агрегатов комических электростанций, а так же частично в качестве топлива ракетных двигателей, использующих порошковые кремний, магний и алюминий как горючее. За счет полученных вещественно-энергетических ресурсов производятся новые запуски грузовых КА к астероиду 2000 SG344 и аналогичным объектам. Обороты расширяются до полного вычерпывания вещества разрабатываемой группы астероидов. Затем деятельность переключается на новые объекты добычи ресурсов из группы АСЗ.
В продолжении настоящей статьи будет дан более детальный анализ затрат и выигрыша рассмотренной схемы.
Частный сектор экономики уже осознал потенциал рынка астероидных ресурсов и готов его осваивать. Такие компании как Planetary Resources (за которой стоит разработчик и сооснователь поисковой системы «Google» Ларри Пейдж), а также Deep Space Industries вкладывают миллионы долларов в развитие новых технологий, которые помогут получить доступ к природным ресурсам астероидов. В условиях отсутствия федерального регулирования и независимости от правительственных источников финансирования, эти компании могут гораздо быстрее добиться успеха.
«Я думаю, это будет золотым веком новой космической гонки», - говорит Левиски, президент и «главный космический шахтер» компании «Planetary Resources». - «Вместо двух соперничающих сверхдержав, здесь уже десятки, может быть даже сотни, конкурирующих предпринимателей.»