возможность использовать компоненты реголи-
та в качестве рабочего тела (РТ) электроракетного
двигателя (ЭРД). Например, суммарное содержа-
ние магния и кальция в реголите 12,5–16,5 %, что
позволяет использовать их в качестве РТ наряду
с другими компонентами. В РКК «Энергия» ис-
пытывался электроракетный двигатель с литие-
вым рабочим теломмощностью 500 кВт, на кото-
ром были получены вполне удовлетворительные
характеристики [6]. Замена лития на магний
(содержание в реголите 4,6–5,8 %) или кальций
(7,9–10,7 %), добываемые на лунной базе, не при-
ведет к заметному ухудшению тяговых и энер-
гетических характеристик, так как потенциалы
ионизации этих металлов близки.
Могут применяться буксиры как с фотоэлектри-
ческими преобразователями, так и с ядерными
источниками энергии.
Для использования солнечной энергии под-
ходят тонкопленочные солнечные батареи
с центробежной стабилизацией. На борту ТГК
«Прогресс» проведены первые успешные экспе-
рименты с высокоэффективными бескаркасны-
ми центробежными солнечными батареями
с удельной мощностью до 2,5 кВт/кг [7]. Такие
батареи имеют низкую стоимость и массу из-за
отсутствия каркаса, высокую плотность укладки
и возможность переориентации на гироскопиче-
ском принципе без затрат рабочего тела.
Для использования ядерной энергии подхо-
дят реакторы из советского космического на-
следия – «Эльбрус‑400/200». Вырабатываемая
мощность в форсированном режиме 400 кВт,
в номинальном режиме 200 кВт. Время ра-
боты: до полугода в форсированном режиме;
до 20 лет в номинальном режиме. Полная мас-
са: 7000 кг. Тепловая мощность реактора в но-
минальном режиме ~ 2 МВт [8]. Этот бонус мо-
жет выгодно использоваться для переработки
реголита и создания литых каменных корпу-
сов промышленных блоков орбитальной стан-
ции. Использование лития в качестве тепло-
носителя между реактором и 3D-принтером
снимает проблемы с радиационным облуче-
нием сырья.
На орбитальную станцию выгодно переда-
вать не готовую продукцию, полученную в ре-
зультате переработки реголита, а сам реголит.
В этом варианте обеспечивается экономия
на доставку химико-металлургических моду-
лей на поверхность Луны. Запуск промышлен-
ных модулей станции с Земли на окололунную
орбиту в 3–4 раза дешевле доставки модулей
на поверхность Луны. Таким образом, лунный
орбитальный коллектор (ловушка грузов и бук-
сир) решает проблему малозатратного создания
промышленного комплекса.
В настоящее время орбитальная станция де-
шевле лунной базы, но абсолютно бесполезна без
производства ракетного топлива и конструкци-
онных материалов из лунных ресурсов. А лун-
ная база решает задачу производства топлива,
но имеет начальные затраты превышающие
бюджетные лимиты. Орбитальный коллектор
реголита снимает проблему. На поверхность
Луны необходимо доставить только оборудова-
ние по сбору реголита, возможно, также оборудо-
вание по магнитной сепарации реголита в целях
выделения ильменита, оборудование по грану-
лированию обогащенного реголита и установку
для создания периодических потоков частиц ре-
голита, метаемых с лунной поверхности на высо-
ту орбиты коллектора в моменты его пролета над
базой. Все прочее наиболее массивное оборудова-
ние размещается на орбите возле обитаемой лун-
ной станции – вариант «станция-облако»
(рис. 2)
.
Производство ракетного топлива на орбите
из обогащенного реголита проще в энергетиче-
ском аспекте – фрагменты реголита, поступаю-
щие в ловушку на скорости 1680 м/с, испытывают
тормозной нагрев (1,4 МДж/кг). А при термиче-
ском воздействии ильменит разлагается на желе-
зо и кислород.
Цена доставки груза в орбитальный коллек-
тор (ловушку и буксир) в основном определяется
амортизацией оборудования в расчете на едини-
цу груза. Расчет цены производится по прибли-
женной формуле:
где
Ц
Э
– цена экспорта или доставки груза на ор-
битальный коллектор,
Ц
Д
– уд. стоимость до-
ставки оборудования с Земли на орбиту ИСЛ,
Ц
И
– уд. стоимость изготовления оборудования,
М
К
– масса конструкции коллектора,
Ц
ЭДУ
– уд.
стоимость
энергодвигательной
установки,
W
ЭДУ
– мощность энергодвигательной установ-
ки,
Т
– рабочий ресурс оборудования,
М
Г
– масса
грузов доставленного на ИСЛ в течение года.
Цена доставки груза на орбитальный коллек-
тор ЦЭ будет равна 390 долл/кг при следующих
условиях: цена доставки оборудования на око-
лолунную орбиту
Ц
Д
равна 35000 долл/кг; цена
изготовления конструкции коллектора
Ц
И
–
15000 долл/кг; масса коллектора МК – 2000 кг;
Ц
ЭДУ
– 50000 долл/кВт,
W
ЭДУ
– 43,5 кВт (стоимость
энергодвигательной установки
Ц
ЭДУ
х
W
ЭДУ
=
2,172 млн долл.); рабочий ресурс коллектора Т –
3 года; масса экспортированного груза в тече-
ние 1 года – 87 300 кг (4850 оборотов/год
х
2 захва-
та/оборот порции груза в 10 кг за вычетом 1 кг
в качестве РТ ЭРД).
(1)
28
НОВАЯ КОСМИЧЕСКАЯ ЭРА
I
NEW SPACE AGE
