1. ЛУННЫЙ КОСМОПОРТ - POLAR MOON И
ПРОМЫШЛЕННАЯ БАЗА MONS PICO
Research Institute of Space Industrialization (ISI)
ОТЧЕТ
О НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РОБОТЕ
Определение возможности создания на Луне космопорта Polar Moon для обеспечения старта межпланетных ракет-носителей
и промышленной базы Mons Pico.
Днепр
06 апреля 2020 г.
РЕФЕРАТ
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ СОЗДАНИЯ НА ЛУНЕ КОСМОПОРТА «POLAR MOON» ДЛЯ СТАРТА МЕЖПЛАНЕТНЫХ РАКЕТ-НОСИТЕЛЕЙ И ПРОМЫШЛЕННОЙ БАЗЫ «MONS PICO»
Объект исследования - тенденции создания базы на Луне, особенности территории Луны в регионе Моря Дождей (Mare Imbrium), условия создания космопорта для старта межпланетных ракет-носителей, использование технических предложений по созданию ракетно-космических комплексов определенного технического уровня и условий создания лунной базы.
Цель работы - определение возможности создания промышленной лунной базы в горе Pico на севере Моря Дождей, использование ресурсов кратера Платон (Plato) для добычи месячного водяного льда с целью производства воды, кислорода и водорода, базальта, выбор площадки для стартового комплекса межпланетных ракет-носителей, разработка схем расположения инфраструктуры и грузового рельсового транспорта.
Методы исследования - моделирование стартового комплекса межпланетных ракет-носителей на поверхности Луны со стационарной промышленной базой обеспечения.
Осуществлено моделирование Космопорта Polar Moon с промышленной лунной базой Mons Pico. В результате этих исследований установлено, что технически возможно осуществление обеспечения обслуживания межпланетных ракет-носителей на территории Луны.
На основе результатов выполненных исследований предложена схема космического комплекса на территории Моря Дождей на севере Луны для обеспечения обслуживания и старта межпланетных ракет-носителей. Космопорт Polar Moon может быть обеспечено рельсов грузовым транспортом, компонентами топлива в виде кислорода и водорода, электроэнергией общей установленной мощностью до 1 ГВт, ресурсной базой для добычи воды, кислорода и водорода, базальта, как сырья для производства заменителей стальных конструкций методом выплавки, технической и обитаемой защищенной базой.
Строительство комплекса обеспечивают до пяти-десяти грузовых перевозок по 650 т груза за один раз супертяжелой ракетой-носителем LV Moon Express с последующей транспортировкой Space Cruiser Lagrange launcher.
Создание Космопорт Севернпя Луна (Polar Moon) возможно при использовании технических предложений Institute of Space Industrialization (ISI) ракетно-космическими ассоциациями Украины в сотрудничестве с международным сообществом. Срок строительства и эксплуатации 30 лет.
Результаты исследований предназначены для развития практической космонавтики в Украине и мире с дальнейшей индустриализацией космического пространства в интересах экономики и прогресса общества.
Содержание:
Сокращение и условные обозначения
Предисловие
Введение. Оптимизация намерений создания на Луне обитаемой базы
1 Анализ технических предложений по ракетно-космическим комплексам, потенциально пригодных для обеспечения доставки грузов на Луну
2 Анализ территории Моря Дождей на поверхности Луны и определение участков для размещения инфраструктуры базы на Луне
3 Схема промышленной базы Mons Pico и принципы ее создания
4 Схема рельсового грузового транспорта и принципы его создания
5 Энергообеспечение комплекса базы Mons Pico, промышленного освоения кратера Платона, Космопорта Polar Moon, рельсового транспорта и промышленных площадок
Выводы
Рекомендации
Перечень источников ссылок
СОКРАЩЕНИЕ И УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
АЭС атомная электростанция
КА космический аппарат;
МИК монтажно-испытательный комплекс;
РКК ракетно-космический комплекс;
РН ракета-носитель;
ЖРД жидкостный ракетный двигатель;
ТП Техническое предложение по ГОСТ (Аванпроект по терминологии ДСТУ 3278-75).
ПРЕДИСЛОВИЕ
Научно-исследовательская работа выполнена в инициативном порядке с целью дальнейшего развития космических исследований по воплощению технологий индустриализации.
В 2020 проведены исследования по направлениям:
- поиск территории на поверхности Луны для размещения промышленной базы использования местных ресурсов для обеспечения межпланетных перелетов;
- определение необходимых природных ресурсов, исходя из технических параметров ракетно-космических комплексов предварительной проработки;
- определение оптимальной инфраструктуры комплекса космопорта и промышленной базы на поверхности Луны;
- определение оптимального варианта расположения стартовой площадки межпланетных РН с сооружениями космопорта с наличием технического и ресурсного обеспечения;
- определение площадки по переработке лунных ресурсов;
- определение требований к строительству промышленной базы на Луне;
- определение технологий промышленного производства на Луне;
- определение схемы и конструктивных особенностей рельсового транспорта для грузовых перевозок в пределах комплекса космопорта и промышленной базы;
- определение обращения с промышленными и бытовыми отходами;
- определение условий расположения автономной атомной электростанции и изучение местных условий для получения электроэнергии для добычи ресурсов;
- определение и ограничение условий временного размещения технического персонала.
В результате подготовлено предложение по комплексу со стартовой площадкой космопорта с промышленной базой.
Авторы отчета выражают благодарность за помощь в определении направлений исследований:
- почетным профессорам Научно-исследовательского института индустриализации космического пространства Украины и Китайской Народной Республики;
- писателям-фантастам ХХ в .: в новелле Артура Кларка «Земной мир» в центре кратера Платон построена обсерватория.
Введение. Оптимизация намерений создания на Луне обитаемой базы
С начала ХХ в. развернулись дискуссии о создании поселений на планетах Солнечной системы и Луны. Свое представление жизни за пределами земли земляне ошибочно формировали по аналогии с земной жизнью. И чем больше нам становится известно о Вселенной, тем сложнее оказывается выбор целесообразности пребывания человека на других планетах и Луне.
В настоящее время можно выделить основные задачи, для решения которых нужна база на Луне.
1. Оборонные задачи:
- контроль околоземного пространства и управление военными конфликтами на орбите Земли;
- наблюдение за Землей - полная разведка;
- обеспечение дежурства и управления запусками баллистических ракет на Земле с безопасного удаления;
- создание новых видов вооружения за пределами зоны жизни людей (например, биологического оружия).
2. Технические (экономические) задачи:
- ретрансляция радиосигналов;
- дистанционное зондирование Земли;
- производство продукции, которую невозможно изготовить в условиях Земли;
- поставка на Землю продукции, которую невозможно изготовить в земных условиях;
- поставка на Землю природных ресурсов;
- обеспечение межпланетных полетов с использованием промежуточного космопорта на поверхности Луны, то есть обеспечение космического транспорта.
Остается надеяться, что милитаризации остановится на околоземных орбитах, и Луна останется мирной территорией.
Для решения технических (экономических) задач в комплексе необходимо создать на поверхности Луны промышленную базу, а в полном варианте - со стартовой площадкой для межпланетных РН и ее обеспечением ракетным топливом, электроэнергией, техническим обслуживанием.
Именно такая полная задача была рассмотрена.
Предлагаемый вариант обеспечивает:
- возможность технического обслуживания стартовой площадки;
- добычу полезных ископаемых и их переработку;
- транспорт;
- защищенную от воздействия космического пространства обитаемую базу;
- энергоресурсами.
Для этого выбрана северная территория Моря Дождей.
1 Анализ технических предложений по ракетно-космическим комплексам, потенциально пригодных для обеспечения доставки грузов на Луну
Для создания промышленной базы обеспечения межпланетных перелетов с использованием промежуточного космопорта на поверхности Луны необходимо доставить сотни тонн грузов.
Уже в начале 60-х годов по проекту Sea Dragon (США) ракета-носитель должна была доставлять 500 т грузов.
Проведенные исследования и расчеты показали необходимость доставить ракетой-носителем 650 т грузов [1].
Такую ракету было спроектировано на уровне ТП.
1.1. Лунная супер-ракета Moon Express.
Месячная транспортная ракета должна вынести полезный груз массой около 650 тонн (тоннелепроходческий комплекс, атомная электростанция, строительная техника: бульдозеры экскаваторы, тракторы, самосвалы и т.д.) на круговую околоземную орбиту. Отсюда груз будет транспортироваться на Луну отдельным космическим буксиром. Машины и механизмы должны доставляться на Луну в состоянии готовности к работе. Собирать их на Луне и налаживать никому. Высадиться на Луне должен готов технический комплекс - это и есть задача, которую надо решить.
Для создания и эксплуатации Лунной базы необходимо доставить около 5000 тонн груза. То есть, нужно будет изготовить несколько РН.
Сделаны предварительные расчеты РН Moon Express.
РН двухступенчатая. Данные по ступеням представлены ниже.
1 ступень:
2 ступень:
Условия старта РН Moon Express (проектный расчет баллистического проектирования РН).
Использованы настройки Cx:
«Тандем с затупленной конической ГЧ»
Использован типовый Сy
Шаг интегрирования, сек 1,00
Шаг печати результатов, сек 2,00
Параметры сбрасывания обтекателя.
Оптимальные значения углов бросания степеней (к местному горизонту):
Угол бросания 1 ступени, град 12,38
Угол бросания 2 ступени, град - 4,36
Значения углов тангажа в конце работы ступеней (к стартовому горизонту):
Угол тангажа 1 ступени, град 11,46
Угол тангажа 2 ступени, град -8,53.
Параметры переходной Гомановской орбиты
1. Лунный Космопорт - Polar Moon и промышленная база Mons Pico
2. Лунная миссия: космическая индустрия нового качества
Полезная нагрузка может быть выведена на круговую околоземную орбиту высотой 354336,5 м (≈ 354 км).
РН может стартовать с поверхности Черного моря на широте г. Севастополь по примеру проекта США Sea Dragon.
Рис. 1. Морской старт по проекту Sea Dragon (1962, USA).
Первая ступень РН приводняется в 70 км к югу от места старта. Спуск ступени на парашюте.
Результаты расчетов параметров РН Moon Express приведены ниже в табл. 6.
*Сопло рулевого жидкостного ракетного двигателя отклоняется в двух плоскостях на резино-металлического шарнира на угол до 7о.
Рис. 2. Сравнение: Saturn-5 (1962-1973, USA); Sea Dragon (1962, USA); Moon Express (2018, Ukraine)
Для создания РН проведены предварительные расчеты супер-двигателя [2]. Маршевий ЖРД L10000, рулевой двигатель L10000.
Основные характеристики L10000.
Внешний вид двигателя на рис. ниже.
Рис. 3. ЖРД L 10000.
1.2. Межорбитальный буксир Space Cruiser Lagrange.
Для доставки груза с орбиты Земли до орбиты Луны необходимо использовать транспортный буксир.
Рассмотрена версия межорбитального буксира Space Cruiser Lagrange. Двигатель буксира не является химический, используется разогрев жидкого газа гелия СВЧ-излучением (аналог ядерного двигателя с разогревом рабочего тела). Двигатель подобный экспериментальному лабораторному Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket (VASIMR), США, рис. ниже [3].
Рис. 4. VASIMR
Space Cruiser Lagrange доставляется лунной транспортной ракетой-носителем Moon Express на круговую околоземную орбиту высотой 350 км.
На околоземной орбите Cruiser стыкуется с лунным грузом массой 650 тонн для его доставки на лунную орбиту (лунный груз в космос также доставляется водородно-кислородной РН Moon Express).
Cruiser транспортирует лунный груз и оставляет его на лунной орбите, после чего перемещается в точку Лагранжа (точка либрации L1 между Луной и Землей, в 58000 км от Луны), и остается там на космическом дежурстве.
Cruiser выполняет функцию спасательной станции, если нужно быстро эвакуировать людей с поверхности Луны. Он имеет стыковочные узлы для приема космических кораблей.
Имея собственную атомную электростанцию, Cruiser дистанционно передает на Луну и космические аппараты микроволновую энергию.
Габариты Cruiser:
- диаметр 18,5 м;
- длина 52,7 м.
Масса крейсера 650 тонн.
Конструкция крейсера.
Силовая энергетическая установка комбинированная:
- атомная электростанция типа CANDU (Канада) мощностью 1 ГВт;
- прием микроволновой энергии на время работы маршевого двигателя и в экстренных ситуациях (выдвижные раскладные антенны).
Силовая энергетическая установка в режиме дежурства передает микроволновую энергию на Луну и космические аппараты.
Двигательная установка комбинированная:
- маршевый импульсный ракетный двигатель тягой 100 тонн силы на основе микроволнового нагрева рабочего тела (гелий или водород) с изменяемым вектором тяги, располагается в исходном положении под обтекателем в носовой части;
- электрические двигатели ориентации: высокотоковые Магнитодинамические ракетные двигатели.
Отсек жизнеобеспечения. Предназначен для защищенного и комфортного проживания экипажа и возможных пассажиров на время полета и космического дежурство.
Включая необитаемый отсек: хранилище материалов, продуктов и др.
Обитаемый отсек сложной конструкции:
- внешний массивный корпус, защищающий внутреннее жилое помещение во внутреннем корпусе от космического излучения;
- внутренний жилой отсек с имитацией земного притяжения;
- внутренний рабочий отсек с режимом невесомости.
Внутренний жилой отсек и внешний корпус вращаются в противоположных направлениях; внутри жилого отсека за счет центробежных сил создается искусственная сила тяжести.
Внешний углерод + углеродный корпус крейсера защищается от космического излучения искусственным магнитный полем, отталкивает заряженные частицы и превращают потоки излучения в обход цилиндрического корпуса крейсера.
Есть отсек запасов сжиженных газов, материалов, технических средств и 3-D принтеров для производства необходимых инструментов и конструкций для ремонта крейсера и других целей.
Отсек трансляции и ретрансляции, а также получения внешней микроволновой энергии, передачи собственной микроволновой энергии, а также связи.
Стыковочный отсек для приема космических кораблей и шлюзы для перехода внутрь крейсера.
Срок эксплуатации крейсера в космическом пространстве 30 лет.
Конструкция двигателя с использованием СВЧ-излучения в данном отчете не приводится. Конструкция спроектирована НИИ индустриализации космического пространства для проведения точных расчетов [4].
Для старта с околоземной орбиты на приемные антенны крейсера в течение 8 минут передается энергия, равная мощности всех электростанций Украины (в ночное время). Этого достаточно для перелета к орбите Луны.
2 Анализ территории Моря Дождей на поверхности Луны и определения участков для размещения инфраструктуры базы на Луне
Нужен достаточно ровный участок большой протяженности, скалы для строительства индустриальной базы и наличие вблизи северных кратеров, в которых потенциально накопленный водяной лед.
Этим требованиям отвечает Море Дождей, которое уже посещали «Луноход-1» (СССР), Аполлон-15 (США) и Нефритовый Заяц (КНР). То есть можно считать, что хотя бы рельеф Моря Дождей достаточно изучен.
Общие сведения.
«Рельеф. Диаметр моря составляет 1123 км, таким образом, Море Дождей является третьим по величине (после Океана Бурь и Моря Холода) лунным морем, четвертой по величине ударной структурой в Солнечной системе и самым большим морем ударного происхождения.
Бассейн моря окружен тремя концентрическими грядями гор, внешняя гряда поднимается на высоты до 7 км над окружающей поверхностью. Учитывая тот факт, что глубина моря Дождей составляет около 5 км, перепад высот достигает 12 км. Внешняя горная цепь имеет диаметр 1300 км. Селенографически в ней выделяются три самостоятельных горных гряды: Карпаты на юге, Апеннины на юго-западе и Кавказ на востоке. На севере и западе кольцевая гряда гор выражена значительно слабее.
Среднее кольцо гор, окружающих море, сформировано грядой Альп и возвышенностями вблизи кратеров Архимед и Платон. Внутреннее кольцо диаметром 600 км практически полностью скрыто под толщей базальтов, заполняющих котловину моря, и лишь отдельные выступающие пики гор образуют едва заметный круговой контур.
В течение до 800 км от моря простирается регион, испещренный следами выбросов горной породы. Окружность бассейна представляет собой структуру из радиальных канавок и борозд, называемых Imbrium Sculpture. Данный рельеф возник в результате столкновения, когда выброшенные от удара осколки бомбили поверхность Луны под небольшими углами, оставляя заметные следы в виде борозд.
Анализируя общую картину лунного рельефа, следует отметить концентрические и направленые в сторону моря радиальные структуры, происхождение которых говорит о том, что породившее Море Дождей столкновение значительно повлияло на всю литосферу Луны и вызвало колоссальные изменения ее структуры. Точно напротив Моря Дождей на обратной стороне Луны расположен кратер Ван де Грааф, окруженный областью с хаотическим рельефом. Как предполагается, данная форма рельефа обусловлена влиянием сейсмических волн, прошедших сквозь толщу Луны и они возникли вследствие вышеупомянутого сильного столкновения.
Детали рельефа. В Море Дождей расположены кратеры Платон (северная окраина моря) Архимед, Аристилл, Автолик (на западе), Ламберт, Тимохарис (в срединной части). Северо-западную часть моря занимает Залив Радуги (лат. Sinus Iridium) - большой ударный кратер, заполненный застывшей лавой. Окруженный полукольцом Юрских гор залив достигает 250 км в диаметре. В северной части береговой дуги границей залива является мыс Лапласа. В южной части дуги находится мыс Гераклида. Склоны мыса возвышаются почти на 3 км над поверхностью залива.
Места посадок космических аппаратов. На восточном побережье Моря Дождей совершил посадку спускаемый космический аппарат «Аполлон-15», на котором была осуществлена четвертая высадка людей на Луну. В Заливе Радуги совершил посадку «Луноход-1» - первый в мире планетоход, который успешно работал на поверхности другого небесного тела» (http://astronomy.net.ua/mare-imbrium.html).
Рис. 5. На карте Луны выделена акватория Моря Дождей. На севере расположен кратер Платон.
Рис. 6. Фото Моря Дождей.
Установлено, что лунные кратеры могут быть электрически заряженными (статья исследователей появилась в журнале Journal of Geophysical Research, а ее краткое изложение приводит издание Universe Today).
Потоки разреженного газа из ионов и электронов, которые в полярных регионах Луны ведут себя как ветер - из-за небольшого наклона оси вращения Луны движутся почти горизонтально.
В результате установлено, что подобный ветер «задувает» внутрь кратеров. При этом электроны движутся быстрее более тяжелых ионов, что приводит к возникновению разности потенциалов между внутренней частью наветрености склона и дном. Эта особенность может быть использована для получения природной электроэнергии.
Потоки частиц вносят в кратеры лунную пыль, которая оседает и составляет потенциальный запас водяного льда - в северных кратерах, в том числе, в Плутоне, дно никогда не освещается солнцем, и лед не тает, испаряя воду.
Как установлено китайским аппаратом Нефритовый Заяц (玉兔 Юйту), поверхность Луны в Море Дождей коричневая. Это один из оттенков базальта (лунный базальт подобный земному): зеленый, коричневый.
Рис. 7. Кратер Платон, диаметр 100,58 км.
Кратер Платон.
Заполнен базальтовой лавой. Глубина 2 км. Дно кратера на 500 м выше дна Моря Дождей. Можно предположить, что кратер за время своего существования собрал лунный грунт благодаря своим электростатическим особенностям - во время возникновения кратер имел большую глубину.
Наряду с кратером Платона Альпы и Альпийская долина, которая выводит в Море Холода.
3 Схема промышленной базы Mons Pico и принципы ее создания
Для размещения производственной базы выбрана местность на севере Моря Дождей: на равнине вблизи кратера Платона (на расстоянии 110 км) расположена гору Pico (Mons Pico). В этой горе может быть построена центральная часть промышленной базы.
Оттуда на запад простирается равнина, на которой могут располагаться стартовые площадки межпланетных РН.
Ресурсами базу обеспечит кратер Платона - для этого нужно проложить в базальте 15-20 км тоннель. В кратере будет просеиватться лунный грунт, в специальных автоматических комбайнах из почвы может испаряться вода, и по рельсовому пути будет поставляться на электролизный завод.
Схема размещения промышленной базы Mons Pico на рис. ниже.
Рис. 8. Mons Pico and Spaceport Polar Moon
Рис. 9. На рис. схема инфраструктуры с рельсовою дорогою.
Принципы создания промышленной базы:
- срок существования базы до капитального ремонта 30 лет
- энергообеспечение атомной электростанцией со сроком эксплуатации 30 лет (АЭС типа CANDU)
- грузы доставляются по рельсовым путям, используется преимущественно электрическая тяга;
- электролизный завод, мусоросжигательный комплекс и АЭС располагаются снаружи от помещений базы в горе Pico;
- комбайны переработки лунного грунта в кратере Плутона высыпают переработанную почву на тоже место, где она была взята, ландшафт кратера не меняется;
- промышленная база эксплуатируется в автоматическом режиме, люди присутствуют только в виде ремонтной бригады, работа вахтовым методом;
- туннели прокладываются с выемкой базальтовой крошки, которая методом электроплавки превращается в рельсы, элементы строительства, детали машин.
Одноразовые боксы с полным оборудованием для проживания людей сжигаются после их выезда. Таким образом уничтожаются микроорганизмы, грибы и бактерии, вирусы которые могут мутировать в условиях Луны и представлять угрозу для людей на Луне и на Земле.
На первом этапе космопорт имеет размер 60х30 км, четыре стартовые площадки на расстоянии 15 км друг от друга (МИК и проект стартовых площадок рассматривается отдельно).
Рис. 10. Рельеф кратера Платона
Рис. 11. Схема тоннелей в горе Pico
При скорости прокладки тоннеля в базальте 12 м в сутки, для строительства всех тоннелей потребуется около 7 лет. Поэтому строительство должно быть поэтапным.
Для прокладки тоннеля Платона длиной до 15 км нужна вторая проходческая машина (время строительства 3,5 года).
Первый срок существования промышленной базы - 30 лет - завершение полного строительства промышленной базы за 10 лет, строительство космопорта еще 10 лет и 10 лет полноценной эксплуатации с отправкой межпланетных РН.
4 Схема рельсового грузового транспорта и принципы его создания
Схема рельсовых путей приведена выше.
Используются базальтовые, изготовленные литьем, 10-ти метровые блоки с двумя рядами рельсов. Блоки выкладываются по маршруту с обеспечением их стыковки (зацепления «ласточкин хвост») на ровную поверхность.
Такие же блоки выкладываются во всех туннелях.
Для прокладки тоннелей используется модернизированная проходческая машина для автономного автоматического использования. Максимальной длины Тоннель Платон - максимум 25 км, он связывает Море Дождей с кратером Платона. Диаметр 6,1-6,3 м.
Может использоваться, например, модернизированный тоннелепроходческий щит компании Herrenknecht AG.
Рис. 12. Тоннелепроходческий щит
«Например, щит, который работает в Киеве для прокладки метро, относиться к типу тоннелепроходческих комплексов для проходки с грунтовым грузом. Общая длина щита 6,8 метра, общий вес щита 315 тонн. Выемка грунта происходит с помощью ротора, а тоннель обкладывается тюбингами (бетонными плитами). Вес одной такой плиты 3,5 тонны, длина - 1,2 метра, чтобы замкнуть один круг трубы нужно семь тюбингов. Внешний диаметр тоннеля составит 6,1 метра. Длина ротора (где вращаются детали щита) составляет 6,38 метра, а его вес 55 тонны. Длина всего оборудования с конвейерами может достигать 150 метров» [1].
Автоматические гибридные мотовозы (название по аналогии с Байконуром) используют электрическую тягу и двигатели внутреннего сгорания на водороде и кислороде: мотовозы могут съезжать с электрифицированных рельсов и передвигаться по лунной поверхности на удалении от промышленной базы.
Мотовозы автоматические, могут перевозить грузы и людей.
Рельсовые блоки изготавливаются на передвижном литейном заводе промышленной базы: непосредственно на месте строительства дороги.
Все передвижное оборудование промышленной базы, которое доставляется с Земли, приспособленное к рельсовым дорогам.
5 Энергообеспечение комплекса базы Mons Pico, промышленного освоения кратера Платона, космопорта Polar Moon, рельсового транспорта и промышленных площадок
Основой энергообеспечения является атомная электростанция.
Возможно использование в некоторых обоснованных случаях солнечной энергии малой мощности - например, для аварийного освещения в тоннелях.
В кратере Платона после проведения исследований, возможно создание электростанции на основе разности потенциалов дна кратера и верхушек кольцевой горы окружения.
Может использоваться модернизированная АЭС.
«Возможным вариантом энергообеспечения могут быть реакторы компании CANDU (Канада), необслуживаемые, мощностью около 1 ГВт - после их модернизации под месячные условия эксплуатации. Реакторы используют отходы ядерного производства и рассчитаны на 30 лет» [1, 5, 6].
Рис. 13. Реактор CANDU
Рис. 14. Схема реактора CANDU
Распределение электроэнергии должен обеспечивать автоматический диспетчерский пульт, который должен учитывать включения и отключения потребителей.
Силовые кабели могут прокладываться в почве, или просто на поверхности. Надо учитывать, что эти кабели должны выдерживать перепады температур от -150 до +120 ° С. Условия эксплуатации будут уточнены по данным новых исследований Луны.
Выводы.
Технически перспектива индустриального использования Луны оценена достаточно, на основе ранее проведенных исследований и расчетов.
Она уже не кажется фантастической, и высадка людей на Луну может иметь совсем иной характер, отличный от планов ведущих космических держав мира, где пока что миссия сводится к полету и возвращения отдельных астронавтов. Как это уже было в 60-х годах прошлого века.
И тогда, и теперь есть техническая возможность создать реальную промышленную базу на Луне для дальнейшего изучения космического пространства.
Единственным препятствием остается экономическая сторона дела: пока на Земле не будет осознание выгодности подобного проекта, ничего не изменится.
Очевидно, что расширение сферы экономической деятельности человечества на вселенную выгодно. Нужен толчок, например, время выхода из мирового экономического кризиса, когда терять нечего, и можно рискнуть, получив значительно больше, чем в условиях процветающего мира.
Рекомендации.
Авторы исследования предлагают ассоциациям и общественным объединениям Украины, Технопаркам Китая, Европейским космическим агентствам провести исследования возможности воплощения указанных предложений и по ракетам-носителям и транспортным буксирам с нехимическими двигателями, и автономной технике для условий Луны, и по предотвращению долгосрочного пребывания людей за пределами Земли, исходя из гуманистических позиций.НИИ индустриализации космического пространства является организацией нового типа - это не объединение граждан, это объединение технических перспективных идей.Индустриализация космического пространства, в том числе с созданием промышленной базы на Луне с космопортом, должно служить экономике Земли, при этом необходимо обеспечить высокий уровень «техники безопасности», без чего невозможно любое производство. Это и является главной задачей, которая даже важнее уровня технических средств.
Перечень источников ссылок.
1. Дрозденко О. С. Ракета-носій для місячної бази. Технічна пропозиція / Монографія / Під. наук. ред. Левенко О. С. – Д., Домінанта Прінт, 2018. – 28 с.
2. Левенко О. С. Мега двигун. Технічна пропозиція по створенню воднево-кисневого двигуна гиперважкої ракети-носія / Монографія. – Д., Домінанта Прінт, 2018. – 28 с.
3. NASA’S NEW VASIMR PLASMA ENGINE COULD REACH MARS IN LESS THAN 6 WEEKS - https://www.sci-techuniverse.com/2018/12/nasas-new-vasimr-plasma-engine could.html?fbclid=IwAR0ZSORKEKMD56p9YYYlqMFPI4mcHxpUC0D7bq-NApY0cwqzB6V42EWwcxo
4. Исследование возможности создания не химического реактивного двигателя с применением СВЧ-излучения - https://institutespaceindustrialization.webstarts.com/commercialization.html
5. Enhanced CANDU 6. Technical summary – www.snclavalin.com/nuclear/
6. CANDU Owners Group - http://www.candu.org/SitePages/Home.aspx
ON THIS DAY
THE WHITE HOUSE, WASHINGTON
Executive Order on Encouraging International Support for the Recovery and Use of Space Resources
INFRASTRUCTURE & TECHNOLOGY
Issued on: April 6, 2020
Commercial Space Launch Competitiveness Act, Public Low 114-90
Geologic map of the Moon, 20 April, 2020. You can directly download the new moon map at its website: https://astrogeology.usgs.gov/search/map/Moon/Geology/Unified_Geologic_Map_of_the_Moon_GIS
2. ЛУННАЯ МИССИЯ:
КОСМИЧЕСКАЯ ИНДУСТРИЯ НОВОГО КАЧЕСТВА
Мы с вами живем в мире потребления и экономической формации, которую иногда называют «ростовщический капитализм»: в жажде бесконечного потребления здравый смысл уступает место кредитам, для возвращения которых с процентами денег нужно больше, чем их есть в мире. Это подталкивает к безудержному росту повышения экономических показателей, к системе, которая напоминает танцевальные многодневные марафоны в США времен великого кризиса: приз получает только тот, кто останется стоять на ногах.
Обычные жители большого города не видят ничего, кроме места работы, транспорта и проблем выживания. Многие из них вообще забывают о том, что где-то существует Луна... Разве что в воспоминаниях детства. А ведь в начале прошлого века о полетах к звездам мечтали все! Даже герой Первой мировой войны капрал Шикльгрубер (Гитлер), у него эта мечта позже трансформировалась в жажду мирового господства и завоеваний.
Вот мы и вспомнили о военных! Реально, как в условиях «Старого космоса», так и «Нового», прогресс обеспечивают бесконтрольные и безвозвратные деньги военных ведомств. Практически все космонавты-астронавты-тайконавты-спасионавты-спасэре-раумфареры-виамонавты-уджуины-гарышкеры-кайханнаварды-утюхикоси (список бесконечный, и это еще без африканцев!) люди военные, или проводящие оборонные исследования. Но в условиях «ростовщического капитализма», то есть «Нового космоса», появились возможность коммерциализации и зарабатывания на космической продукции и услугах дополнительных миллиардов денежных единиц. Прогресс удвоился: военные интересы совпали с жадностью ростовщиков! Что же нам делать, мечтающим о полетах к звезда? Принять участие в процессе и получать удовлетворение!
Поэтому мы провозглашаем новую эру космических исследований: «Индустриальный космос» с достижением нового качества земной экономики.
А все начиналось с противостояния времен «Холодной войны». В этой войне победили США и роздали сотни тысяч медалей «За победу в Холодной войне» (Cold War Victory Medal, 2 сентября 1945 — 26 декабря 1991), потеряв в невидимы боях сотни тысяч человеческих жизней. В странах Социалистического лагеря никто потери не подсчитал до сих пор. Все секретно! А кто знал правду, давно покончил жизнь самоубийством, иногда не по своей воле.
Величайшим достижением в противостоянии стала высадка американских астронавтов на Луну. Первым ступил на поверхность Луны Neil Alden Armstrong (20 июля 1969 ), и навсегда вошел в историю человечества. А этому предшествовало конкурентное противостояние в самих США: после объявления Правительством Лунной программы, многие компании решили принять в ней участие со своими проектами.
Сейчас трудно представить масштабы этой программы! После ее окончания в США не знали, куда перенаправить освободившихся 100 тысяч инженеров, это хорошо, что инициатор и руководитель немецкой военной ракетной программы доктор и генерал-майор Walter Robert Dornberger добился принятия в США программы Spase Shuttle. В созданную им в Германии группу инженеров и ученых-ракетчиков в 1932 году присоединился молодой доктор Вернер фон Браун: немецкие специалисты внесли огромный вклад в развитие ракетостроения США. Попытка в наше время изготовить двигатели лунной ракеты Saturn ни к чему не привела: самые мощные в мире жидкостные ракетные двигатели изготавливались по неписанным технологиям 60-х годов прошлого века (то есть: ручная работа), и всего изготовили одну партию чуть более 40 штук, сразу на всю программу, которую никто не собирался продолжать.
Американцы поверили пропаганде собственного правительства, и решили, что предстоит осваивать Луну, строить на ней города. В 1962 году группа инженеров под руководством капитана Robert C. Truax спроектировала самую большую по состоянию на 2018 год двухступенчатую жидкостную ракету-носитель Sea Dragon. Совершенно оригинальной конструкции с учетом технологий середины прошлого века. Она была рассчитана на доставку 500 т груза. К сожалению, этот проект проиграл в конкурентной борьбе: огромную ракету предполагалось отдать для изготовления строителям подводных лодок, чего ракетные компании не могли позволить. Ракету к месту старта предполагалось транспортировать морем (как это сейчас делают китайцы, перевозя огромные баки ракет-носителей на космодром острова Хайнань), а старт - без использования космодрома, по примеру старта баллистических ракет из подводных лодок. Этот стар был реально испытан на прототипах ракеты-носителя.
Победила в Лунном конкурсе команда под руководством Wernher Magnus Maximilian Freiherr von Braun из трех десятков немецких специалистов, собранных США в George Marshall Space (ракетный центр в штате Алабама). Немецкие инженеры знали всю сложность поставленной цели и ограничились доставкой только нескольких исследователей на Луну.
К ХХІ веку изменились технологии, появились новые материалы. Что позволяет обеспечить не только экскурсию исследователей, но и построить на Луне промышленную базу. В Украине проработана возможность строительства промышленной базы в базальтовых горах Луны (https://institutespaceindustrialization.webstarts.com/mission_-_moon.html) и проведены расчеты лунной ракеты Moon Express, которая не повторяет американские проекты (Дрозденко О. С. Ракета-носій для місячної бази. Технічна пропозиція / Монографія / Під. наук. ред. Левенко О. С. – Д., Домінанта Прінт, 2018; Левенко О. С. Мега двигун. Технічна пропозиція по створенню воднево-кисневого двигуна гиперважкої ракети-носія / Монографія. – Д., Домінанта Прінт, 2018).
Изначально старт планировался морским, с учетом украинского опыта создания ракет для атомных подводных лодок. На Луну нужно доставлять за один рейс 650 т груза, это позволит перевезти проходческий щит для прокладки тоннелей в базальте и атомную электростанцию мощностью около 1 ГВт.
Вот тогда и вспомнили о проекте Sea Dragon! Рассмотрен вариант старта такой ракеты-носителя в Черном море на широте крымского Севастополя: первая ступень ракеты-носителя приводняется в 70 км южнее точки старта (https://institutespaceindustrialization.webstarts.com/commercialization.html).
СССР в борьбе за первенство на притязания к Луне конкурировал с США, создавая тяжелую ракету-носитель Н1 («Наука-1», в лунном варианте Н1-Л3, 1961-1976 годы). Длина ракеты 105,3 м, диаметр максимальный 17 м, полезный груз 90 т. К сожалению, Советскому Союзу помешали амбиции соперничества лидеров ракетостроения: Королева Сергея Павловича и двигателиста Глушко Валентина Петровича. Королеву надоел диктат Глушко, который считал, что двигатель главнее ракеты и навязывал свою идею. Пришлось обратиться к авиадвигателисту Кузнецову Николаю Дмитриевичу. Самарские авиаконструкторы создали жидкостной ракетный двигатель НК-33, совершенно оригинальный. Испытания которого уже в наше время в США показали его современный уровень! Но тяга двигателя была недостаточной, всего при старте в Н1 одновременно работали более 40 жидкостных ракетных двигателей – возникли проблемы автоколебаний в системе подачи топлива. Ракета была совершенно оригинальной, не похожей на немецкий вариант Р7 (он же в оригинале Г7 – Гельмут Герттруп-7, в СССР тоже не забыли пригласить немецких ракетчиков).
Секреты, окутывающие ракетостроение в СССР, породили множество слухов. Якобы, Королев говорил: Я хочу, чтобы сапог советского солдата первым ступил на поверхность Луны! На что Глушко, якобы, язвительно говорил: Н1 не полетит никогда, потому что ее главный конструктор Королев! Кто из них был прав - неизвестно. Известно, что все попытки запуска Н1 закачивались взрывами, а США присылали после этого телеграммы соболезнования.
После смерти Королева и назначения Глушко руководителей ракетно-космической компании, готовые Н1 с уже надежной двигательной системой были списаны в металлолом. Нельзя винить Глушко, за то, что он уничтожил ракету-носитель с «чужими» двигателями. Просто время было упущено, американцы высадились на Луну. И произошел традиционный, как теперь говорят: «договорняк», между ЦК КПСС и Правительством США. Мы не летим на Луну, а вы нам разрешаете поставлять нефть в Европу, как и позже: мы больше не запускаем «Буран», а Канада нам продаст зерно.
Полеты астронавтов на Луну были окутаны военной тайной. Это порождает до сих пор массу вопросов без ответа: куда делись килограммы лунного грунта, кого видели астронавты на Луне, что они не договаривали в радиосообщениях, почему при отсутствии атмосфера и ветра на Луне колебался флаг США, установленный астронавтами, почему NASA ретушировало фотографии, и вообще, были ли американцы на Луне? На все эти простые вопросы могут быть даны столь же простые ответы. Но гриф секретности не снят. Поэтому ответы мы получим от следующих лунных экспедиций.
И они состоятся!
Некоторые страны могут себе позволить принимать самостоятельные решения относительно прав на космос, его использование и его милитаризацию в национальных интересах: США, Китай, Россия, а к ним могут присоединиться и другие страны.
В последней директиве Президента США Дональда Трампа многолетние исследования Луны и комического пространства переводятся на промышленную основу и добычу полезных ископаемых в космосе (April 6, 2020
Commercial Space Launch Competitiveness Act, Public Low 114-90). Нужно отметить, что право собственности на добытые в космосе ресурсы законодательно закрепили только два страны: США и Великое Герцогство Люксембург (Luxembourg Space Agency (LSA) - https://space-agency.public.lu/en.html). Большинство остальных стран, не учитывая собственные интересы, поддались международному шантажу и подписали соглашения, не дающие им право промышленного освоения астероидов, плане, комет и пр. Как, впрочем, и подписание документа Missile Technology Control Regime (MTCR), ограничивающего национальные интересы и приведшего к уничтожению в Украине ракетной отрасли советского образца.
Космическая перспектива заманчивая, учитывая реальное сокращение природных ресурсов Земли.
Новая квинтэссенция освоения космоса (Industrial Space) стремительно превращается в Industrial Space - Space Resources.
По оценкам NASA, запасы железа только на астероиде Психея могут покрыть все потребность земной промышленности. К 2004 году добыча железной руды на Земле превысила 1 млрд тонн, запасы железной руды Психеи превышают земные в 100 тысяч раз. А ведь астероидов известно более 700000. Поэтому уже проводятся полеты для исследования именно астероидов. Ученые предполагают, что большая часть редкоземельных металлов на поверхность Земли была принесена падающими астероидами в период геологического развития планеты.
Кроме известных всем со школы планет (Меркурий, Венера, Марс, Юпитер, Сатурн Уран, Нептун), существуют еще и карликовые:
- Церера;
- Плутон, ранее считавшийся планетой, и его пять спутников Харон, Гидра, Никта (Никс), Кербер, Стикс;
- Хаумеа с двумя спутника Хииака и Намака;
- Макемаке со спутником S/2015 (136472);
- Эрида (Эрис) со спутником Дисномия;
- Гигея, ранее считалась астероидом, самая маленькая карликовая планета.
И еще не менее 42 объектов, кандидатов в карликовые планеты.
Ресурсы астероидов, планет и спутников планет могут обеспечить растущие потребности земной промышленности более, чем на 400 лет.
В первом приближении известны ресурсы Луны.
Хотя ей отводится особая роль: роль плацдарма для экспансии землян в Солнечную систему, здесь должен располагаться промежуточный космодром, обеспеченный лунными ресурсами.
Однако, земляне не должны уничтожать космические объекты. Космос необходимо оберегать с первых же шагов его индустриализации. Можно только приветствовать правовые ограничения, которые разрабатываются уже сейчас.
В декабре 2014 года Международный институт воздушного и космического права создал Гаагскую рабочую группу по управлению космическими ресурсами, чтобы разрешить противоречия между обязательствами по Договору о космосе и отдельными странами.
В сентябре 2017 года рабочая группа распространила «Проект основных положений для разработки правового режима деятельности по добыче полезных ископаемых в космосе». Окончательная редакция опубликована в 2020 году (Building Blocks for the Development of an International Framework on Space Resource Activities).
Споры, уже возникающие в связи с деятельностью по добыче полезных ископаемых, должны разрешаться с применением судебных, несудебных и гибридных механизмов, например, в соответствии с Факультативным арбитражным регламентом Постоянной палаты третейского суда по урегулированию споров, касающихся деятельности в космическом пространстве (Optional Rules for Arbitration of Disputes Relating to Outer Space Activities), от 6 декабря 2011 года.
Реакция многих государственных космических агентств, в том числе Украины, в части возможности использования ресурсов Солнечной системы, нам пока не известна. Тем не менее, готовить технические средства индустриализации космического пространства уже пора.
В Украине рассмотрены технические аспекты создания и использования маневрирующих в космосе и возвращающихся на Землю орбитеров. Пока рассмотрены три типа: демонстратор весом 50 кг, рабочий транспорт весом 500 с дополнительными сбрасываемыми топливными баками для эксплуатации на орбитах высотой от 1400 км до 5 км, а также межпланетный аппарат массой 1000 кг. Орбитеры предназначены для разведки природных ресурсов, обслуживания космических объектов, добычи полезных ископаемых на астероидах, выноса в космическое пространства мини-заводов с массой получаемой продукции около 100 кг (в т.ч. металлургических заводов с бесконтейнерной плавкой в условиях вакуума и отсутствия силы тяжести – только новых сплавов в космосе может быть изготовлено около 400 видов).
Орбитеры украинского технического предложения - малогабаритные аппараты, максимальная длина наибольшего из них около 3 м, с защитным аэродинамическим корпусом для возврата на Землю и полета в атмосфере на гиперзвуковых скоростях (корпус аппарата на орбите сдвигается, открывая доступ к космическому пространству). Устройство этого автоматического аппарата не отличается от недорогого спутника Земли.
Сразу нужно указать, что ведущие государственные космические предприятия Украины к этому не имеют никакого отношения. Так что поправки к законодательству Украины о допуске всех форм собственности к космической деятельности вполне своевременны.
В США уже много лет орбитальное пространство бороздят экспериментальные аппараты X-37B Boeing. Они выполняют секретные военные миссии, находясь годы в пространстве, и приземляются в авиационном варианте на шасси. В какой-то мере, в этих аппаратах получили развитие технологии, по которым создавался Space Shuttle, и с теми же проблемами: потеря в атмосфере теплозащитных плиток при возвращении, приземление на одноразовых шасси, отсутствие тепловой защиты внутренних агрегатов в случае прогара корпуса и др., в том числе, что немаловажно, эти аппараты имеют огромную стоимость.
Европейское космическое агентство в международном сотрудничестве готовит вариант освоения Луны с использованием окололунной международной станции: Gateway Configuration Concept. Программа Exprore Voon to Mars. В программе принимают участие NASA (США), JAXA (Япония), CSA ASC (Канада) и другие космические агентства.
Можно считать, что впереди планеты всей идут китайцы. У них есть государственная задача, будут выделены любые деньги.
В Китае много прекрасные специалисты (в космических корпорациях работают сотни тысяч специалистов) и развитая промышленность с современными технологиями. Он готовится к освоению Луны.
Есть ракеты-носители (например, Long March 5), космодромы: Wenchang Spacecraft Launch Site, Xichang Satellite Launch Center, Taiyuan Satellite Launch Center, Jiuquan Satellite Launch Center, в 2019 году успешно стартовала китайская ракета-носитель с морской плавучей платформы – морской старт, и сейчас ведется строительство сразу нескольких таких морских платформ.
После запуска экспериментальных обитаемых орбитальных кораблей Tiangong-1,2, Китай строит и готовится запустить в космос китайскую космическую станцию (Chinese large modular space station) из четырех модулей общим весом до 80 т. Уже прошли экспериментальную летную эксплуатацию транспортные корабли Tianzhou и пилотируемый космический аппарат Shenzhou.
Все эти достижения будут использованы на орбите Луны.
Китайские луноходы Нефритовый Заяц (Yutu-rover 1,2) исследуют поверхность Луны в поиске наиболее подходящих мест для строительства Лунной базы, проект которой уже готов.
Китай открыт для сотрудничества: это единственная страна в мире, с которой Украина подписала соглашение о реализации более 100 космических проектов. Это наш перспективный партнер в индустриальном освоении космоса.
Сейчас множество стран, множество негосударственных компаний проектируют лунные поселения. Некоторые из них базируются на представлениях о жизни на Земле, без учета огромного риска нахождения на Луне людей.
Умиляют представления ведущих ракетных компаний мира о «тяжелых» ракетах-носителях. Можно понять, что на большее они не способны в настоящее время. Представьте, что ведущая частная компания США, Space-X, планирует использовать для лунной миссии ракету-носитель Falcon Heavy Launch с грузоподъемностью целых... 12 тонн! Вспомните о цистернах с нефтью на железной дороге, каждая из которых перевозить минимум 60 тонн!
Не отстает от таких проектов и ведущее украинское ракетное КБ «Южное».
Но в компании Space-X хоть понимают, что строить промышленные базы на поверхности Луны нельзя: нет защиты от метеоритов и астероидов, от проникающего излучения, от воздействия тепла и холода. В 2016 году в компании Илона Маска вдруг заговорили о строительстве тоннелей под Лос-Анжелесом в сейсмоопасной зоне. Купили проходческий щит компании Herrenknecht с конвейером для выноса извлеченной породы: диаметром 8 м и длиной 121 м и весом 1200 т вместе с трехкилометровым конвейером.
В 2018 первый тоннель уже был построен! Остается на фото нового тоннеля добавить фото астронавта в скафандре: такой же тоннель компания построит в лунных горах.
В Украине есть несколько вариантов проектных предложений по лунной базе. Один из них не государственный. Обитаемые тоннели диаметром 6,3 м будут построены в горе Пико, Море Дождей. Рядом расположатся стартовые площадки космодрома Space Port Polar Moon (https://institutespaceindustrialization.webstarts.com/mission_-_moon.html). Вполне возможно, что управлять пусками с этого космодрома будет украинская частная компания «Космопорт Украина», создание которой предполагается в будущем.
В расположенном рядом с горой Пико кратере Плутон будет добываться водяной лед – сырье для получения водорода и кислорода. Особенность этого кратера заключается в том, что он близок к северному полюсу Луны, поэтому его дно постоянно не нагревается солнечным излучением, а электризация склонов в результате «космического ветра» заряженных частиц способствует притягиванию в кратер частиц лунного грунта и льда, в результате чего дно кратера на полкилометра выше дна Моря Дождей, хотя при образовании, оно было ниже дна моря. На дне кратера сосредоточен ресурс воды.
В лунной программе Украины буту участвовать не только компании, но и их ассоциации, а также международные, как Ассоциация Ноосфера, украинские кластеры, в том числе Dnipro Space Cluster, лозунгом которого является «Нова якість космічної галузі».
Космическая отрасль Украины должна стать реальностью, и одной из ее целей может быть в перспективе промышленная индустриализация Луны в международном сотрудничестве. Луна станет нам ближе, и давние представления о ее обитателях сменятся буднями инженеров, работающих на лунных заводах вахтовым методом.
Единственное, что не следует забывать: в космическом пространстве грибы, плесень, вирусы мутируют, становятся бессмертными и способны поедать стекло, сталь, поселяться в организмах людей. Почему затопили космическую станцию «Мир»? Да потому что эти микроорганизмы стали ее хозяевами, поселяясь в прилетающих на станцию космонавтах. Поэтому люди на Луне должны жить во временных одноразовых, впоследствии уничтожаемых боксах.
Луну населят роботы и автоматические устройства с искусственным интеллектом. Они будут работать, обеспечивать межпланетные перелеты и исследовать Луну. Они подтвердят или опровергнут то, что Луна внутри может быть полой, что там есть множество пещер, пригодных для обитания людей. Обеспечат землян трансляцией радиосигналов, будут передавать на околоземные орбитальные приемники энергию в виде СВЧ излучения от лунных электростанций. Будут сообщать точный прогноз земной и космической погоды.
И они, конечно же, не будут похожи на селенитов, которые будоражили воображение людей в прошлом веке.
Александр Левенко & Евгений Рокитский
Neil Alden Armstrong (20 июля 1969 )
Yutu-rover