комплекс средств разработки для получения he³ из лунного грунта

Формула изобретения

Комплекс средств разработки для получения Не ³ из лунного грунта, включающий тяговое, грунтозаборное, транспортирующее и приемно-перерабатывающее средства, отличающийся тем, что тяговое средство выполнено в виде двух однотипных механизмов, снабженных съемными усилителями сцепления с грунтом, расположенных симметрично по обе стороны тягового средства, а приемно-перерабатывающее средство расположено вне зоны разработки грунта, причем приемное средство представляет собой ряд естественных отвалов лунного грунта, образованных путем метания грунта из зоны разработки к перерабатывающему средству, при этом для предварительного нагрева грунта комплекс снабжен приемно-излучающим устройством, установленном на тяговом средстве.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области разработки грунтов с помощью землеройных машин на Луне.

Сущность изобретения: забор грунта осуществляют челноковыми проходами грунтозаборного устройства с его цикличным продольным перемещением, при этом транспортировка грунта осуществляется непрерывным метанием грунта к месту переработки. Тяговое средство выполнено из двух однотипных устройств, расположенных симметрично по обе стороны тягового средства, а приемно-перерабатывающее средство расположено вне зоны разработки грунта, причем приемное средство представляет собой ряд естественных отвалов лунного грунта, образованных путем метания грунта из зоны разработки к перерабатывающему средству, при этом для предварительного нагрева грунта комплекс снабжен приемно-излучающим устройством, установленным на тяговом средстве.

Известно устройство для получения полезных ископаемых из грунта, состоящее из тягового грунтозаборного устройства и передающего устройства. (Булычев Н.С. Механика подземных сооружений. Москва, 1982 г.)

Известно устройство для механической пахоты с помощью двух воротных самоходов, канатной системы и балансирного плуга (проф. Д.Корельских. Теория конструкции и расчет тракторов. Высшие инженерные курсы при МАМИ, 1949 г.)

Ближайшим аналогом является 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 то, что тяговое средство малоэффективно из-за малого сцепного веса с лунным грунтом (вес тел на Луне в шесть раз меньше, чем на Земле) из-за проскальзывания колес или гусениц тягового механизма по лунному грунту. Кроме того, приемно-перерабатывающее средство, принимающее грунт от метателя, расположено на одном из механизмов тягового средства. Это означает, что весь объем принятого грунта этому приемно-перерабатывающему средству необходимо уловить, нагреть, произвести сепарацию Не ³, Не⁴ и породы, а затем произвести операцию сжижения и складирования баллонов с сжиженным Не ³, причем все эти операции должны происходить на одном из тяговых средств, что приведет к излишнему расходу энергии и усложнению конструкции тягового средства.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является обеспечение эффективной работы тягового средства и экономии энергии в условиях работы на Луне.

Технический результат достигается за счет того, что тяговое средство выполнено в виде двух однотипных механизмов, снабженных съемными усилителями сцепления с грунтом, расположенных симметрично по обе стороны тягового средства, а приемно-перерабатывающее средство расположено вне зоны разработки грунта, причем приемное средство представляет собой ряд отвалов лунного грунта, образованных путем метания грунта из зоны разработки к перерабатывающему средству, при этом для предварительного нагрева грунта комплекс снабжен приемно-перерабатывающим устройством, установленным на тяговом средстве.

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 Не ³, 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 Не возобновляемы и легко доступны. Бомбардировка Луны метеоритами в течение сотен миллионов лет привела к тому, что ее поверхностный слой на глубину до 10 метров находится в раздробленном состоянии. Это облегчает добычу и транспортировку лунного грунта.

В условиях малого веса на Луне (в 6 раз меньше земного) и энергодефицита появляется проблема максимально эффективного использования оборудования и потребляемой энергии. Для средств передвижения, в частности для тяговых средств и передвижных монтажно-строительных средств, это может проявиться в увеличении сцепного веса механизмов с лунным грунтом без увеличения веса самого оборудования, доставляемого на Луну. При этом КПД работы оборудования возрастает, а затраты топлива на его доставку остаются практически неизменными.

На фиг.1 изображена зона разработки лунного грунта и средства его разработки в плане; на фиг.2 - сечение А-А фиг.1; на фиг.3 - сечение Б-Б фиг.1; на фиг.4 - тяговое средство в увеличенном масштабе; на фиг.5 - грунтозаборное средство в увеличенном масштабе; на фиг.6 - приемно-перерабатывающее средство; на фиг.7 - средство планирования грунта; на фиг.8 - монтажно-строительное средство.

Предлагаемый комплекс средств для получения Не ³ из лунного грунта состоит из тягового средства 1, представляющего собой два однотипных механизма, например, на гусеничном ходу (легкие резинометаллические ленты с траками), грунтозаборное средство 2, на котором размещено транспортирующее средство 3, выполненное в виде метателя грунта, и приемно-перерабатывающее средство 4.

Тяговое средство 1 снабжено съемными усилителями сцепления 5 с грунтом, расположенными симметрично по бокам тягового средства 1 и представляющими собой подвесные площадки, на которые насыпают лунный грунт, находящийся под рукой, непосредственно перед работой тяговых средств. В этом случае вес доставляемого тягового средства практически не изменяется, а сцепной вес после загрузки съемных усилителей сцепления 5 лунным грунтом возрастает пропорционально весу насыпанного грунта. В этом случае следует найти оптимальный вес насыпаемого грунта. На тяговом средстве 1 может быть установлено приемно-излучающее устройство 6, предназначенное для приема и передачи энергии (например, СВЧ-излучений или преобразователь солнечной световой энергии). После выполнения тяговым средством 1 необходимых технологических операций съемные усилители сцепления 5 демонтируют.

Грунтозаборное средство 2 представляет собой механизм, который снабжен двумя, например, шнеками, работающими попеременно в зависимости от направления перемещения. Грунтозаборное средство 2 расположено между тяговыми средствами 1 и связано с ними тросом 7, который перемещает грунтозаборное средство 2 поперек зоны разработки лунного грунта челноковыми цикличными проходами. Такой способ грунтозабора используют для минимального расхода энергии и более простой конструкции по сравнению с автономным грунтозаборным средством, самостоятельно перемещающимся по зоне разработки. Грунтозаборное средство 2 снабжено транспортирующим средством 3, выполненным в виде метателя грунта. На Луне отсутствует атмосфера и грунт имеет меньший вес, поэтому целесообразно метать грунт от грунтозаборного устройства 2 до места его переработки. При этом грунт не распыляется и его не надо перевозить постоянно с собой на грунтозаборном средстве. Грунтозаборное средство 2 также выделяет путем отсеивания фракцию лунного грунта порядка 0,1...0,15 мм, наиболее оптимальную для последующей переработки.

Приемно-перерабатывающее средство 4 представляет собой не одно устройство, осуществляющее и прием грунта, и его переработку, а разделено на два составляющих элемента. Приемное средство представляет собой ряд отвалов 8 (на фиг.1 их показано два), полученных в результате метания грунта вне зоны разработки. Грунт в отвалах 8 предварительно подогревают с помощью, например, приемно-излучательных устройств 6, для облегчения его последующей переработки, т.к. теплопотери грунта после его предварительного подогрева на Луне незначительны. Таким образом, весь объем принятого грунта метается к отвалам 8, расположенным вне зоны разработки грунта, кроме того, грунт в отвалах предварительно нагревают посредством приемно-излучающего устройства 6.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является обеспечение эффективной работы тягового средства и экономии энергии в условиях работы на Луне.

Перерабатывающее средство 9 представляет собой механизм, постепенно забирающий грунт после его метания. В перерабатывающем средстве происходит сепарация грунта, нагрев, улавливание выделяющегося Не³ и Не⁴, их разделение, сжижение Не ³ и закачка сжиженного Не³, например, в баллоны для последующей их доставки на Землю. Перерабатывающих средств 9 может быть несколько, и работать они могут одновременно в нескольких местах отвалов 8. Кроме того, перерабатывающее средство 9 может быть смонтировано под куполом одного из обитаемых помещений 10 на Луне, куда грунт от отвала 8 может доставляться, например, конвейером через шлюзовую камеру.

Перед началом разработки грунта в зоне разработки работает планировщик 11 грунта (разравниватель), который сравнивает большие валуны или небольшие метеоритные кратеры, т.е. готовит поле для дальнейшей разработки. Кроме того, может использоваться поворотный кран 12 для монтажно-строительных работ. Все они также используют съемные усилители сцепления 5, которые могут быть унифицированы. Все механизмы могут быть выполнены на унифицированных шасси, работающих сочлененно друг с другом или раздельно.

Предлагаемый комплекс средств работает следующим образом.

Перед началом проведения технологических операций на тяговые средства 1 планировщик 11 и монтажно-строительное средство 12 монтируют унифицированные съемные усилители сцепления 5 и заполняют их лунным грунтом. Затем зона разработки лунного грунта разравнивается планировщиком 11. При этом при необходимости может быть использовано монтажно-строительное средство 12. После этого два однотипных тяговых средства 1 начинают двигаться параллельно по зоне разработки. Между ними челноковым способом начинает перемещаться грунтозаборное средство 2 при помощи троса 7, натянутого между тяговыми средствами 1. На грунтозаборном средстве 2 расположено транспортирующее средство 4, выполненное в виде метателя, которое грунт после сепарации метает за пределы зоны разработки в приемно-перерабатывающее средство 4, состоящее из приемного средства в виде ряда отвалов 8 и самого перерабатывающего средства 9, которое одно (или несколько) подбирает грунт из отвала 8, подогревает его до температуры 600-700°С, улавливает пары Не³ и Не ⁴, разделяет их, сжижает Не³ и закачивает его в баллоны. Эти операции частично можно производить в одном из обитаемых помещений 10. Баллоны с сжиженным Не доставляются на Землю.

Технический эффект заключается в повышении эффективности работы механизмов и экономичном использовании потребляемой энергии за счет применения в механизмах съемных усилителей сцепления с грунтом и метанием его в отвалы, расположенные вне зоны разработки лунного грунта.