Горюнов Дмитрий Викторович (uhfnl) wrote,
Горюнов Дмитрий Викторович
uhfnl

Categories:

Про «Солнечный паровоз»

Про «Солнечный паровоз»
Все вновь предложенные в данном тексте идеи и технические решения, если таковые отыщутся, могут свободно использоваться, распространяться и модифицироваться в соответствии со «Стандартной Общественной Лицензией» (СОЛ), с указанием авторства вашего покорного слуги uhfnl.
Перед Человечеством рано или поздно встанет проблема освоения Солнечной системы и создания промышленной инфраструктуры в космосе, для добычи ресурсов и производства из этих ресурсов всего необходимого для жизни людей на Земле и в Космосе. Таскать с Земли всё необходимое для жизни людей в Космосе постоянно совершенно неприемлемо. Слишком затратно и совершенно не рентабельно. Необходимо так организовать процесс космической колонизации, что бы начиная с самых первых её шагов начать использовать для нужд человека те ресурсы, которые есть в самом Космосе.
Первым и основным ресурсом, столь  необходимым для жизни людей является энергия. Но этой энергии в окрестностях Земли, целый океан. Природный термоядерный реактор Солнце излучает её с такой интенсивностью, что на орбите Земли один квадратный метр площади получает в виде излучения 1,3 кВатта мощности. Человек в своей космической деятельности активно использует это обстоятельство с помощью солнечных батарей, вот только КПД этих батарей составляют единицы процента, и во всяком случае не больше 10%. В своей земной деятельности человек достиг значительно лучших показателей в преобразовании энергии из тепловой в электрическую. Люди используют для такого преобразования тепловые машины самой разной конструкции, в которых КПД достигает 40% и даже более. Для успешного начала процесса колонизации Космоса человеком, совершенно необходимо сконструировать такой преобразователь энергии, который сможет на долгое время решить энергетические проблемы человека в Космосе. Наиболее привлекательным, является хорошо зарекомендовавший себя на Земле вариант использования для этого тепловой машины с паровыми турбинами.


Схематично общую конструкцию такого преобразователя можно представит так, как изображено на рисунке 1. Наличие двух турбин совершенно необходимо, для того, что бы взаимно скомпенсировать их моменты вращения, учитывая тот факт, что вся конструкция будет работать в безопорном положении. Сейчас мы пытаемся рассмотреть общие проблемы связанные с возможностью использования такой конструкции и поэтому всю массу проблем связанных реализацией её конкретных элементов, рассмотрим позднее.
В дальнейшем будем именовать такой преобразователь – энергетическая установка.
Использовать такую энергетическую установку можно для обеспечения энергией: жителей космической станции, космических производственных комплексов, ионных двигателей кораблей для межпланетных перелётов.  Рассмотрим эти разные применения по отдельности.
Межпланетный корабль
Важной особенностью рассматриваемой энергетической установки является необходимость сохранения постоянной её ориентации на солнце, при любом положении объекта на котором она используется. Для межпланетного корабля, который движется с постоянным ускорением, хотелось бы использовать это ускорение, при организации для экипажа эффекта искусственной гравитации. Таким образом, в конструкции проектируемого корабля будем иметь два выделенных и не совпадающих в общем случае направления, вдоль которых нужно будет размещать соответствующие им элементы. Значит, сам корабль явным образом разделяется на две независимые конструкции, связанные между собой поворотным механизмом. Одна часть должна быть ориентирована вдоль вектора, совпадающего с вектором тяги двигателя и проходящего через центр масс всей конструкции корабля, что бы избежать возникновения вращательного момента при работе маршевого двигателя, а вторая часть конструкции должна быть ориентирована вдоль вектора направленного на Солнце, что бы обеспечить правильную фокусировку энергетической установки.
Важным условием общей компоновки конструкций корабля является необходимость обеспечить постоянство положения общего центра масс корабля, при любых положениях двух его «независимых» частей. Обеспечить, безусловное выполнение этого условия, можно только создав такую конструкцию, в которой центры масс его двух отдельных частей совпадают с общим центром масс всего корабля.
Для обеспечения независимой ориентации обеих частей конструкции, поворотный механизм между ними должен иметь одну единственную ось вращения. Единственным условием является только то, что в самом общем случае, эта ось вращения должна проходить через общий центр масс всего корабля.
Создать конструкцию, в которой две ее части могли бы не только беспрепятственно вращаться друг относительно друга, имея совпадающие центры масс, но еще и не заслоняли друг от друга некоторые выделенные направления: в энергоустановку не упирался бы выхлоп двигателя, а сам двигатель не заслонял бы Солнца для энергетической установки, - скорее всего невозможно. Выход можно найти, если одну из двух конструкций, саму разделить на части и расположить их так, что бы исключить помехи для их свободного вращения и перекрытия важных для смежных конструкций направлений в пространстве. Поскольку выделенных конструкций две, то и варианта два: разделять конструкцию с двигателем, или разделять конструкцию с энергетической установкой. Вариант с разделением двигательной установки, для нужд межпланетного перелёта, мне кажется менее перспективной идеей, хотя существуют задачи, которые потребуют именно такой компоновки. Пока остановимся на варианте разделения энергетической установки. В этом случае базовым элементом всей конструкции будут обитаемый модуль и двигательная установка. По бокам этой конструкции будут размещаться два одинаковых модуля энергетической установки, связанные с базовым модулем посредством поворотного механизма с одной осью вращения каждый. Ось вращения поворотных механизмов должна проходить через центр масс соответствующего модуля энергетической установки, что бы исключить смещение точки общего центра масс корабля при повороте этой энергетической установки.

Схематично, вариант компоновки для случая с разделением энергетической установки, показан на рис. 2.  В случае если удастся создать простой и надёжный поворотный механизм, позволяющий передавать рабочее тело для турбин в базовый модуль и обратно, можно будет блок турбин и генераторов разместить в базовом модуле, исключив их излишнее дублирование и оставив в модулях энергетической установки, только зеркала и котлы. Ввиду того, что Солнце  не точечный источник света, а размеры рассматриваемой конструкции значительно меньше размеров Солнца, явлением параллакса, возникающем, из за смещения модулей энергетической установки, можно пренебречь. Присоединяя к базовой части конструкции специальные грузовые модули, можно получить корабль для перевозки грузов в межпланетном пространстве, что может позволить начать добычу необходимых ресурсов на астероидах и кометах Солнечной системы.
Если удастся создать простой, надёжный и эффективный маршевый двигатель, способный оперировать мегаваттными мощностями, то предлагаемая конструкция межпланетного корабля, может стать аналогом средневековых парусников, сыгравших решающую роль в процессе освоения и колонизации людьми новых территорий на Земле.
Однако, для нормальной работы флота из межпланетных кораблей необходимы орбитальные порты, населённые работниками занимающимися погрузкой, разгрузкой, ремонтом и обслуживанием этих межпланетных кораблей. Таким образом, мы плавно переходим к конструкции орбитальной станции.
Орбитальная станция
Помня, что основным ресурсом, столь  необходимым для жизни людей является энергия, будем строить конструкцию орбитальной станции вокруг рассмотренной уже энергоустановки. Главным отрицательным фактором, сильно усложняющим жизнь людей на современных орбитальных станциях, является невесомость. Следует полностью исключить этот фактор из жизни людей на перспективной орбитальной станции. Для того, что бы создать искусственный эффект тяготения, можно воспользоваться центробежной силой, возникающей при вращении тела, как предлагал ещё сам Циолковский. Значит, обитаемые модули проектируемой станции должны располагаться в виде некоторого тела вращения. Поскольку энергоустановка станции сама явно содержит ось вращения, то разумно поместить ее в центре станции совместив её ось вращения  с осью вращения всей станции. Тогда самой подходящей фигурой для размещения обитаемых модулей будет полый цилиндр, стенки которого и будут составлять эти обитаемые модули.

Изображения станции сбоку и с торца на рис. 3 и 4 следует воспринимать как эскизы, которые иллюстрируют общее устройство станции, и не претендуют на точность и соблюдение масштаба. Как видно из рисунков, станция представляет собой полый цилиндр, один конец которого направлен в сторону Солнца, второй перекрыт зеркалом энергоустановки. Турбины, котел и генераторы энергоустановки располагаются в центре по оси вращения цилиндра. Стенки цилиндра образованы обитаемыми модулями, предназначенными для обитания людей. Эти модули распределяются по нескольким уровням и секторам. Самый внутренний уровень может иметь прозрачный потолок, и предназначаться для выращивания полезных растений. Вся станция вращается вокруг своей оси, создавая центробежную силу, которая имитирует для обитателей станции силу тяжести. Сами жилые модули можно монтировать постепенно в силу необходимости,  увеличивая диаметр цилиндра станции за счет добавления новых уровней и увеличивая длину цилиндра станции за счет новых обитаемых модулей. Сами обитаемые модули могут быть как жилыми, так и производственными или сельскохозяйственными. Замкнутое пространство в сельскохозяйственных модулях, позволить создать в них любые самые благоприятные условия для выращивания любых растений круглогодично. Замкнутое пространство обитаемых модулей, позволит обеспечивать в них микроклимат: температуру, влажность, давление, газовый состав, - наиболее благоприятный для существования людей. Выбрать для такой станции такую орбиту, где она никогда не будет заслоняться от Солнца, не видится совершенно неразрешимой задачей.


Раз уж мы более-менее определились с конструкциями двух базовых элементов, потребных для успешного освоения Космоса: межпланетный корабль и орбитальная станция. Попробуем углубиться в рассмотрение некоторых элементов этих конструкций:
Энергоустановка (ссылка);
Двигатель (ссылка);
Метод создания объёмных конструкций на орбите (ссылка);
Противорадиационная защита(ссылка).
Если ссылки не работают, значит соответствующий им текст ещё не написан… ;-(
Продолжение следует…



Tags: Космос, Моё, Солнечный паровоз
Subscribe

Recent Posts from This Journal

  • По поводу ВАД-ы и их подпевал.

    Поскольку "наезд" произошёл на Государство, то и ответ должен исходить от Государства. Если даже в таком "плёвом" деле, наше…

  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 2 comments