Об оценке стоимости малой лунной базы

[sas]

Сопло одноразовое, алюминиевое, покрытое корундом (оксид алюминия?)

[avmich]

Ага, значит, не только топливом заправлять, но и сопло менять каждый раз...

Посчитать сможете, насколько это сложно?

[sas]

Не дороже двигуна, привезенного с Земли.
Кстати, мы много знаем промышленных (не ракетолюбительских) многоразовых ТТД? Я знаю шаттловский, и то разовый.
А потом, не обязательно такое сопло будет одноразовым. Кроме того, не очень сложная форма для литья под давлением и не самый авангардный станок с ЧПУ настрогают нам десятки сопел. Остается покрыть корундом. Вопрос только в температурных расширениях.

[avmich]

Не дороже двигуна, привезенного с Земли.

То есть, идея в том, что мы привозим одноразовые лёгкие простые дешёвые движки для заправки алюминием... А операции по заправке? Залить жидкое топливо несложно, а вот заправить РДТТ...

[hcube]

Такой вопрос... а нельзя заставить гореть алюминиевую болванку с образованием конической поверхности горения? Какой-нибудь хитрой подачей кислорода через каналы в теле болванки, например? Так чтобы у нас получился бескорпусный двигатель?

[avmich]

Ещё раз, сам по себе горящий алюминий тяги не даст. Газов не образуется.

[serb]

Ещё раз, сам по себе горящий алюминий тяги не даст. Газов не образуется.

"Не то что б ты совсем не попал - но не попал в шарик" (с)
Al2O3-то куда деваться будет? ;-) Другое дело, что молекулярная масса аффигительная -> скорость истечения будет мала.
Но мы хитрые, вдуем кислорода сверх стехиометрии. Если удастся дать УИ ок 200 секунд - уже хорошо.
Сопло пусть прогорает. Сделаем потолще и зачтем как ПН (алюминий, +титан кстати) Один черт на орбите переплавим :-)

[hcube]

Вот кстати вопрос. А нафига нам _вообще_ что-то сжигать? Нельзя ли на орбиту _Луны_ выбраться на чисто _пневматической_ ракете? Вроде, кислород у нас не дефицит, мы можем разменять хоть 20-30 тонн кислорода на 1 тонну ПН. И истечение у нас идет в ваккуме - то есть мы можем снять со струи максимальный УИ. И тяга нужна относительно небольшая. А подогреть его, чтобы резвее истекал - алюминиевой шашкой, да. Градусов до 300-400 C.

[serb]

А подогреть его, чтобы резвее истекал - алюминиевой шашкой, да. Градусов до 300-400 C.

А зачем 300-400, когда можно 2000? :-)

[hcube]

Просто при 400 С сопло может быть алюминиевым, и при этом - полностью многоразовым, даже без регенеративного охлаждения. А при 2000 - как ни крути, а оно будет на один полет ;-).

[serb]

Просто при 400 С сопло может быть алюминиевым, и при этом - полностью многоразовым, даже без регенеративного охлаждения. А при 2000 - как ни крути, а оно будет на один полет ;-).

А зачем нам многоразовое сопло? Мы его прямо на Лкне сделаем, а на а на орбите на люминь/титан изведем ;-) Собственно нам на 1 полет его и надо.

[avmich]

Al2O3-то куда деваться будет?

Оставаться в камере :) ну, может, вываливаться из сопла.

Другое дело, что молекулярная масса аффигительная -> скорость истечения будет мала.

Вообще никакая. Это же не газ. Так прямо и останется твёрдым.

Но мы хитрые, вдуем кислорода сверх стехиометрии. Если удастся дать УИ ок 200 секунд - уже хорошо.

А получится? :) Не окажется, что кислород слишком быстро охлаждает смесь, и не успевает дать тягу? 200 секунд - это хороший импульс :) а вот удастся ли его достичь - считать надо :) .

Вроде, кислород у нас не дефицит, мы можем разменять хоть 20-30 тонн кислорода на 1 тонну ПН

Дефицит-дефицит. Не путайте, это на Земле кислород бесплатен, а доставка в космос дорогая. На Луне наоборот - цикл получения кислорода дорог, зато доставка дешёвая. Кислород надо беречь.

Нельзя ли на орбиту _Луны_ выбраться на чисто _пневматической_ ракете?

Нельзя. Скорость истечения пропорциональна корню из температуры... если газы не греть - малый УИ. А если греть - это уже ракета получится. А хватит ли алюминия по массе, чтобы прогреть достаточное для образования нужной тяги количество кислорода - считать надо. При температуре 400 С скорость вылетающего кислорода будет меньше 2000 м/с, думаю.

[hcube]

Ну, тут надо подобрать температуру так чтобы и сопло особо не обгорало, и чтобы УИ был достаточно большой.

Что же до кислорода - IMHO как раз на Луне он будет дешев. Нас же интересует алюминий, так? То есть кислород, который мы получаем при электролизе Al2O3  у нас - побочный продукт? А его будет помассе больше чем алюминия, раза в два. Его надо только сжижить - что не проблема, бе в тени у нас -200, и снаружи - вакуум. И мы это делаем по ходу работы металургической установки. Если у нас есть 5000 тонн алюминия (который в основном идет на катапульту) - у нас будет 10000 тонн кислорода. На поверхности его просто будет некуда девать. Поэтому IMHO вполне реальна 2-3 ступенчатая ракета на сжатом (атмосфер до 50) кислороде. С хорошим пустотным соплом. Я думаю, такая ракета поднимет порядка 10% ПН.

[avmich]

Почему кислорода вдвое больше?

так чтобы и сопло особо не обгорало, и чтобы УИ был достаточно большой.

Это конфликтующие величины - "прохладность" газа и величина УИ. Может оказаться невозможным получить и то, и другое.

[hcube]

Ну, мы восстанавливаем Al2O3 - имеем на выходе 2 Al и 3 кислорода. Масса Al - 13, кислорода - 8. Получается... эээ... ну, ошибся, с кем не быват ;-). Но все равно - кислорода ОЧЕНЬ много. Половина вообще производимого установкой веса.

Мне еще два варианта приходят в голову, оба SSTO : челнок на кислороде с солнечным нагревом РТ и челнок с ядерным двигателем, только не на водороде, а на кислороде. Насколько упадет УИ на газе в 8 раз тяжелее? И, вообще, реально сделать реактор и сопло для нагретого до 3000K кислорода с большим сроком службы? Есть металлы, окисная пленка которых будет достаточно стойкой в этом диапазоне?

[X]

Тут уже говорилось, что кислород составляет основную массу ракетного топлива. Алюминий, будь он неладен, в сплавах тоже где-то 60-90%! Так что овчинка выделки стоит. То же и по кремнию, железу, титану. Попробую набросать возможные варианты использования основных химических элементов. Итак:
Алюминий – конструкции и, может, горючее и рабочее тело.
Магний – сплавы с алюминием.
Кремний – фотоэлементы, электроника и, возможно, также горючее /для ГРД/.
Железо и титан – конструкции.
Калий – рабочее тело.
Кислород – дыхание, топливо, может, охладитель /сжиженный/.
Водород и гелий-3 – топливо, в том числе для термоядерных реакторов, криогенная жидкость для охлаждения /например, электромагнитов ускорителя/.
Так как у нас нет информации относительно наличия других химических элементов, их концентрации, распределения, возможности добычи и её целесообразности, считаю преждевременным строить планы по их использовани. Чтобы не было разочарований. Т.е., оперировать только алюминиевыми, кремниевыми, железными и титановыми чушками + калий и жидкий кислород. Будем предполагать, что остальные вещества будут доставлятся на Луну и околоземную орбиту извне. Пока не будет получена информация об их наличии на Луне. Хорошо то, что вышеперечисленные элементы широко распространены в природе вообще. Так что в любой точке лунной поверхности их можно встретить. Хорошо также то, что по весу эти элементы составляют большую часть конструкций. Доля примесей для металлических сплавов и полупроводников на основе кремния очень мала. Значит, даже если мы не обнаружим на Луне всех необходимых нам элементов /германия какого-нибудь, молибдена и т.п./, вполне можно будет наладить их доставку извне, на Луну – если мы будем обрабатывать металлы на месте или на промышленный центр на околоземной орбите. Первоначально с Земли, затем – с астероидов или, там, Марса. Ведь даже при больших объёмах производства металлов легирующих примесей надо будет доставлять не так уж и много.
Для транспортировки грузов с Луны предлагалась и такая система: монорельс + орбитальная станция. По монорельсу движутся поезда на электромагнитной подвеске. Когда скорость поезда достигает первой космической /для Луны/, с орбитальной станции спускается трос. Далее происходит перехват. Видимо, оптимальным вариантом будет монорельсовая дорога, опоясывающая Луну по экватору. Орбита станции, естественно, также должна быть экваториальной, круговой, высотой порядка 90 км. Такая система способна обеспечить как доставку грузов на Луну, спуская их на платформы, так и забирать с Луны, подхватывая на ходу. Но это – дело будущего, причём довольно далёкого. Полагаю, первоначально, на «минимальной» базе, будут использоваться КК с ракетными двигателями. Причём необязательно с ЖРД, местные условия позволяют использовать и ЯРД. Тут уже говорилось о возможности широкого применения на Луне, ввиду отсутствия биосферы и удалённости от Земли, атомной энергетики. И на лунных вездеходах и экскаваторах также в качестве силовой установки лучше на первом этапе использовать не химические источники на основе ДВС или топливных элементов, а реакторы, что-то вроде Топаза-2. Думаю, будет проще и надёжнее. Такие аппараты будут автономными и не зависеть от базы. Это и новые исследовательские роботы! А если в качестве рабочего тела для ЯРД использовать металлы? Калий тот же, алюминий...

pkl

[Agent]

А сколько углерода в реголите? Никак найти не могу.
При нагревании до 1000-1500 на выходе (газы) следущее
H, N, CO, CO2, S, SO2, He 3, He 4, Ne
Я гдето читал про алюминиево/магниевый гибрид на СО2. Для Марса.
Посали про импульс 218.
Или все же лучше прокачивать излишек кислорода или добавлять нечто другое (кальций и тд) ?

[Agent]

интересный сайт нашел http://www.moonminer.com/L1_spacestation.html

[Agent]

Oxygen 40%  Silicon 20%  Iron 12%  Calcium 8.5%  Aluminum 7.3%  Magnesium 4.8%
Titanium 4.5%  Sodium 0.33%  Chromium 0.2%  Manganese 0.16%  Potassium 0.11%
Sulfur 540 ppm  Carbon 200 ppm  Nitrogen 100 ppm  Hydrogen 40 ppm Hеlium3 0.01ppm

Since about 100 million tons of regolith must be heated to about 1400 deg. F to get one ton of helium 3 - 4000 tons of hydrogen, 10,000 tons of nitrogen, 20,000 tons of carbon and 54,000 tons of sulfur will also be obtained.    

Вот приблизительно. Мысль такова - если будут добывать гелий, то "отходов" хватит на все.

[hcube]

Хмм... я вот что думаю... а сколько можно сделать СБ из кремния, перелопаченного для добычи тонны Гелия-3? Пусть паршивых, 5% СБ. Не проще ли будет на Луне построить СЭС и передавать прямиком энергию? Даже поставим вопрос не так. Сколько содержится Гелия-3 в расчете на 1 кв.м поверхности, и за какое время такая (5%) СБ с того же метра даст то же количество энергии?