Патент на изобретение №2353775

Изобретение относится к области переработки лунного грунта и получения гелия-3 (в дальнейшем Не³) на Луне, включая ее обратную сторону.

Сущность изобретения: получение и переработку лунного грунта осуществляют с помощью источника микроволн сверхвысокой частоты, излучающего на участок поверхности лунного грунта, закрытого прозрачной для излучения эластичной герметичной оболочкой, с последующим отводом Не³ из зоны, закрытой оболочкой, его сжижением и сбором, при этом контрольно-управляющая аппаратура установлена в точках либрации (точках Лагранжа) системы Земля – Луна с возможностью ретрансляции контрольно-управляющего сигнала на обратную сторону Луны.

Известно устройство, реализующее способ получения Не³ из лунного грунта путем забора грунта, транспортирования и переработки путем нагрева, сепарации Не³, Не⁴ и породы и ожижения (Processes and Energy costs for mining Lunar «Helium-3», J.N.Sviatoslavsky, Wiskonsin Center for Spaces Automation, 1988, Wi-53706, and Roboties). В этом случае используют операции забора и транспортирования грунта, что усложняет технологию получения Не³ и оборудование для этого.

Известно устройство, реализующее способ получения энергии путем термоядерного синтеза типа D-He³ преимущественно в условиях космоса (Proceedings of the Works Hop on D-He³ based reactor studies, Kurchatov Atomic Energy Institute, Moscow, 1991, Barmin I.V., Kulchinsky G.L.). В этом случае также предполагается выемка грунта и его транспортирование к месту переработки, что требует значительных затрат энергии и применения сложных агрегатов.

Известна возможность расположения научно-исследовательской космической станции в точках либрации (точках Лагранжа) системы Земля – Луна («Авиация и космонавтика» 1987 г. 7, стр.42-43), где предлагается создать глобальную систему связи на Земле с помощью ретрансляторов, расположенных в точках либрации системы Земля – Луна. В этом предложении сигнал связи может поступать на Землю в любую ее точку за счет пространственного расположения ретрансляторов, сигнал которых охватывает Землю со всех сторон. Но предложение касается только системы связи на Земле.

Известно устройство, реализующее «Способ разработки лунного грунта для получения Не³ и устройство для его осуществления», патент РФ 2055206 от 25.06.93 г., включающее тяговое, грунтозаборное, транспортирующее и приемно-перерабатывающее средства, причем транспортирующее средство выполнено в виде метателя и размещено на грунтозаборном средстве, а на одном из механизмов тягового средства установлено приемно-перерабатывающее средство.

Недостатком этого устройства является сложность технологии и оборудования.

Известна космическая установка для получения энергии с помощью термоядерного синтеза типа D-He³ («Космическое топливо для 21 века», инженерное отделение Висконсинского университета, Мэдисон, США, буклет, 1988 г.), принятая за ближайший аналог, где приведена принципиальная схема двигательной установки для получения электроэнергии, с побочным излучением нерадиоактивных частиц и микроволн сверхвысокой частоты (до 50% от получаемой энергии). При этом излучаемая энергия может быть использована как реактивная тяга. Но использование этой установки в качестве излучателя микроволн сверхвысокой частоты и одновременно в качестве двигателя с реактивной тягой достаточно сложно технологически и конструктивно. Кроме того, управление этой установкой осуществляется в непосредственной близости от нее.

Техническим результатом предлагаемого комплекса средств для получения Не³ из лунного грунта является использование излучателя микроволн сверхвысокой частоты, установленного на обратной стороне Луны, при этом контрольно – управляющий сигнал поступает к излучателю с помощью ретрансляторов, установленных в точках либрации (точках Лагранжа) системы Земля – Луна. При этом технология получения Не³ достаточно проста, т.к. исключаются операции забора и транспортирования лунного грунта, что актуально в условиях энергодефицита на Луне. Кроме того, появляется возможность обработки лунного грунта не только с видимой стороны Луны, но и с обратной стороны, что расширяет область применения комплекса.

Технический результат достигается за счет того, что источник микроволн сверхвысокой частоты излучает на участок поверхности лунного грунта, закрытого прозрачной для излучения эластичной герметичной оболочкой, с последующим отводом Не³ из зоны, закрытой оболочкой, его сжижением и сбором, при этом контрольно-управляющая аппаратура установлена в точках либрации (точках Лагранжа) системы Земля – Луна с возможностью ретрансляции контрольно-управляющего сигнала на обратную сторону Луны.

Сегодня большие надежды для решения энергетических проблем возлагаются на управляемые термоядерные реакции, одной из которых является реакция синтеза ядер дейтерия (D) и изотопа гелия-3 (Не³), обладающая эффективным выделением тепла при практическом отсутствии радиоактивных отходов. На Земле данный изотоп встречается крайне редко. На Луне в течение многих миллионов лет лунный грунт, как губка, впитывал Не³, приносимый солнечным ветром. Результаты анализов лунного грунта показали, что в первых пяти метрах поверхностного реголита накопилось порядка миллиона тонн Не³. Такого количества ядерного топлива хватило бы на обеспечение электроэнергией не только лунной базы, но и всего человечества на протяжении 5 тыс. лет. Кроме того, лунные запасы Не³ возобновляемы и легко доступны. Поэтому получение Не³ и доставка его на Землю экономически оправдано и целесообразно.

На фиг.1 изображена схема расположения точек либрации (точек Лагранжа) в системе Земля – Луна. Если тело с массой намного меньшей, чем другие два тела, находится на одной прямой с ними, то по уравнению Лагранжа существует пять точек в этой системе, где силы гравитации на малое тело уравновешиваются силой инерции. Возникает парадоксальная ситуация, когда малое тело, помещенное в любую из этих пять точек, может там находиться теоретически сколь угодно долго. В системе Земля – Луна в этих точках отсутствует атмосфера и нет никаких препятствий для прохождения контрольно-управляющего сигнала. Буквами «З» и «Л» обозначены расположение Земли и Луны, а цифрами – расположение точек либрации. На фиг.2 изображено расположение аппаратуры – ретрансляторов поз.1, 2, 3 и трасса прохождения контрольно-управляющего сигнала. На фиг.3 изображен участок поз.4 поверхности Луны, закрытый эластичной герметичной оболочкой поз.5, и излучатель поз.6, излучающий сквозь эластичную герметичную оболочку поз.5 на лунный грунт микроволны сверхвысокой частоты.

Комплекс средств для получения Не³ из лунного грунта работает следующим образом. Контрольно-управляющий сигнал от ретранслятора поз.1 с Земли поступает в точку либрации 4 на ретранслятор поз.2, где сигнал фиксируется, усиливается и передается на ретранслятор поз.3, где также фиксируется, усиливается и передается на излучатель поз.6 микроволн сверхвысокой частоты, установленный на обратной стороне Луны. Излучатель поз.6 фиксирует полученный сигнал и, в свою очередь, генерирует излучение микроволн сверхвысокой частоты на участок поз.4 лунного грунта сквозь эластичную герметичную оболочку поз.5, прозрачную для этого излучения. Далее под воздействием излучения из лунного грунта выделяется в виде газа Не³, который собирают, сжижают и закачивают в баллоны (не показано). Потом баллоны транспортируют на Землю. Следует заметить, что ретранслятор поз.2 может быть расположен не в точке 4, а в точке 5 либрации в системе Земля – Луна, т.к. эти точки симметричны относительно прямой Земля – Луна и безразлично, где будет расположен ретранслятор поз.2. Если же получение Не³ будет происходить на видимой стороне Луны, то сигнал от ретранслятора поз.1 будет поступать непосредственно на излучатель поз.6, расположенный на видимой стороне Луны, помимо ретрансляторов поз.2, 3. Ретрансляторы поз.2, 3, расположенные в точках 4, 5 и 3, будут находиться там теоретически сколь угодно долго, без затраты энергии, кроме того контрольно-управляющему сигналу не будет помех, т.к. в точках либрации нет атмосферы. Вся аппаратура может работать как в ручном, так и в автоматическом режиме.

Технический эффект заключается в возможности получении Не³ не только на видимой стороне Луны, но и на обратной стороне. Кроме того, технология и оборудование для получения Не³ достаточно просты.

Экономический эффект на данной стадии проекта определить не представляется возможным.

Формула изобретения

Комплекс средств для получения Не³ из лунного грунта, включающий источник микроволн сверхвысокой частоты, установленный на поверхности Луны, а также контрольно-управляющую аппаратуру, отличающийся тем, что источник микроволн сверхвысокой частоты излучает на участок поверхности лунного грунта, закрытого прозрачной для излучения эластичной герметичной оболочкой, с последующим отводом Не³ из зоны, закрытой оболочкой, его сжижением и сбором, при этом контрольно-управляющая аппаратура установлена в точках либрации (точках Лагранжа) системы Земля – Луна с возможностью ретрансляции контрольно-управляющего сигнала на обратную сторону Луны.

РИСУНКИ