Способ разработки лунного грунта для получения не-3 и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к разработке грунтов с помощью землеройной машины на Луне. Сущность изобретения: способ реализуется забором грунта тяговым средством двух однотипных тяговых средств, тяговым грунтозаборным устройством, транспортированием его передающим устройством и последующим нагревом грунта, сепарацией He-3 от He-4 и ожижение в приемно-перерабатывающем устройстве и баллонов. При этом забор грунта осуществляют челноковыми проходами грунтозаборного устройства с его цикличным продольным перемещением, причем транспортировка грунта осуществляется непрерывным метанием грунта к месту переработки. Тяговое средство выполнено из двух однотипных устройств, связанных между собой тросом, причем грунтозаборное устройство расположено между тяговыми средствами, а грунтозаборное устройство снабжено метателем, а одно из тяговых средств снабжено приемно-перерабатывающим устройством. 2 с. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к разработке грунтов с помощью землеройной машины на Луне.

Известен способ получения полезных ископаемых из грунта, включающий забор грунта и транспортирование его для переработки [1] Известно устройство для получения полезных ископаемых из грунта, состоящее из тягового грунтозаборного устройства и передающего устройства [2] В качестве ближайшего аналога предлагаемого способа разработки лунного грунта для получения гелия -3 (Не-3) и устройства для его осуществления известен способ, включающий забор грунта, его транспортирование для переработки, содержащей нагрев грунта, сепарацию Не-3 от Не-4 и породы и ожижение Не-3, и устройство разработки лунного грунта для получения Не-3, включающее тяговое, грунтозаборное, транспортирующее и приемно-перерабатывающее средства (Processes and Energy costs for mining Lunar Helium-3. I.N.Sviatoslavsky, Wisconsin Center for Space Automation and Roboties, 1988, Wi-53706).

Недостатком этих способа и устройства для его осуществления является высокая удельная энергоемкость получения продукта из-за большого пути, проходимого тяговым средством (в случае подвижного лунного комплекса) или из-за большой протяженности передающего устройства (в случае стационарного лунного комплекса).

Цель изобретения уменьшение удельной энергоемкости получения Не-3.

Цель достигается тем, что забор грунта осуществляется челноковыми проходами путем продольного перемещения грунтозаборного средства, при этом глубина забора за один проход не более 1 м, а транспортирование грунта осуществляют непрерывным метанием его к месту переработки.

Цель достигается также тем, что тяговое средство выполнено в виде двух однотипных механизмов, связанных между собой посредством троса, а грунтозаборное средство размещено между составляющими тяговое средство механизмами и соединено с тросом, при этом транспортирующее средство выполнено в виде метателя и размещено на грунтозаборном средстве, а на одном из механизмов тягового средства установлено приемно-перерабатывающее средство.

На фиг.1 и 2 показаны способ обработки лунного грунта для получения Не-3 и устройство для его осуществления.

Предлагаемый способ реализуется забором грунта тяговым средством в виде двух однотипных тяговых средств 1 и 2, тяговым грунтозаборным устройством 3, транспортированием его передающим устройством 4 и последующий нагрев грунта, сепарация Не-3 и Не-4 и ожижение в приемно-перерабатывающем устройстве 5 и баллонах 6. При этом забор грунта осуществляют челноковыми проходами грунтозаборного устройства 3 с его цикличным продольным перемещением, причем транспортировка грунта осуществляется непрерывным метанием его к месту переработки. Тяговое средство выполнено из двух однотипных устройств 1 и 2, связанных между собой тросом 7, причем грунтозаборное устройство 3 расположено между тяговыми средствами 1 и 2 и соединено тросом 7, при этом грунтозаборное устройство 3 снабжено метателем 3, расположенным на нем, а одно из тяговых средств снабжено приемно-перерабатывающим устройством 5.

Способ получения Не-3 из лунного грунта и устройство для его осуществления состоит в следующем.

Одной из самых важных задач на ближайший век для жизни как на Земле, так и в космосе является обеспечение надежной, безопасной, чистой энергии. Без энергии Земля не может обеспечить жизнь 5 млрд. человек, проживающих на ней в настоящее время и тем более 8-10 млрд. человек, которые вероятно будут населять Землю в 21 веке.

Учитывая ограниченность запасов нефти, газа и угля, с увеличением интенсивности их потребления, будет возрастать их стоимость. На передний план выйдет использование атомной энергетики (ядерная реакция деления ядра и управляемый термоядерный синтез) при условии незагрязнения окружающей среды и безопасности получения этой энергии.

Известен малорадиоактивный управляемый термоядерный синтез дейтерия (D) с гелием-3 (Не-3) с получением нормального Не-4, протонов (Р) и с выделением энергии, но практически без получения радиоактивных отходов, чем при известной и используемой реакции дейтерия и трития (или лития).

Исходные элементы этой реакции не радиоактивны, а получаемые в результате настолько малорадиоактивны, что появляется возможность создания атомной станции на "открытом воздухе", без проблем захоронения радиоактивных отходов.

Таким образом все упирается в получение Не-3, которого на Земле ничтожное количество (доли процента от состава природного газа).

По результатам экспедиций на Луну (программа "Апполо"), по данным ближайшего аналога и по данным проекта Висконсинского университета в лунном грунте (реголите) под действием солнечного ветра и космических излучений в условиях отсутствия атмосферы за миллионы лет образовалось достаточное количество Не-3, которое оценивается в 1 кг на 1,11 ˙ 10⁸ кг реголита. При этом для получения 1 кг Не-3 при глубине обработки 1 м необходимо обработать 76110 м² поверхности Луны.

По этим данным обработку поверхности Луны, т.е. забор грунта, доставку и получение из него Не-3 предлагается вести двумя путями: созданием стационарного комплекса, требующего постоянного подвоза лунного грунта к комплексу, и созданием подвижного комплекса, в котором забор грунта будет производиться движущимся тяговым средством с помощью грунтозаборного механизма, передаваться в приемно-перерабатывающее устройство, где путем нагрева, сепарации и последующего снижения из него получат Не-3. Все эти операции будут производиться на тяговом средстве.

В первом случае для получения ожиженного Не-3 в баллонах для обработки большой площади поверхности Луны потребуется большое количество передающих устройств (транспортеров), которые должны доставлять этот грунт со всех точек обрабатываемой поверхности к стационарному комплексу, конструкции которого будут обладать большим весом.

Во втором случае тяговое средство должно само обойти всю эту обрабатываемую площадь поверхности Луны, имея ширину захвата (ширину тягового средства) 10 30 м, ему потребуется самому совершить большой путь.

Таким образом, в обоих случаях потребуются значительные удельные энергозатраты. Кроме того, в этом случае резко возрастает вес самого тягового средства. Чтобы этого избежать предлагается искусственно увеличить на порядок и более величину захвата за счет того, что тяговое средство выполняется из двух однотипных устройств 1 и 2, разнесенных на расстояние порядка 1000- 5000 м. Грунтозаборное устройство 3 располагают между однотипными устройствами 1 и 2 и соединяют с тросом 7, который в свою очередь связан с устройствами 1 и 2 и имеет возможность возвратно-поступательного движения между устройствами 1 и 2, перемещая при этом грунтозаборное устройство 3. Грунтозаборное устройство 3 содержит передающее устройство 4 и метатель 8. При челноковом движении грунтозаборного устройства 3 между устройствами 1 и 2 происходит забор грунта и его подача посредством передающего устройства 4 к метателю 8, который бросает этот грунт в приемно-перерабатывающее устройство 5, расположенное на одном из тяговых однотипных устройств 1 или 2. Процесс метания грунта на Луне более выгоден, чем транспортирование конвейерами, так как на Луне сила тяжести в 6 раз меньше, чем на Земле и поэтому при одних и тех же энергозатратах с использованием метания можно охватить большую площадь обрабатываемой поверхности. Кроме того, при метании грунта на Луне нет его распыления и торможения об атмосферу. Метание производится непрерывно и прицельно за счет применения угла наклона ствола метателя. Сами тяговые устройства 1 и 2 постоянно, одновременно и циклично перемещаются параллельно друг другу по поверхности Луны, обрабатывая таким образом необходимую площадь поверхности. После поступления грунта в приемно-перерабатывающее устройство 4 с помощью специального оборудования происходит его нагрев до 700-800^оС. При этом из него выделяется Не-3 и Не-4. С помощью сепарации отделяется Не-3 от Не-4. Не-3 сжижается и закачивается в баллоны для дальнейшей доставки на Землю.

На данной стадии разработки (техпредложение) подсчитать экономический эффект не представляется возможным.

Технический эффект по сравнению с прототипом заключается в уменьшении удельных энергозатрат при получении Не-3 из лунного грунта за счет искусственного увеличения ширины захвата (охвата) грунтозаборного устройства при его челноковом перемещении между тяговыми устройствами, т.е. в увеличении площади обрабатываемой поверхности и исключении транспортеров при метании грунта от грунтозаборного устройства в приемно-передающее устройство.

Формула изобретения

1. Способ разработки лунного грунта для получения Не-3, включающий забор грунта, его транспортирование для переработки, содержащей нагрев грунта, сепарацию Не-3 и Не-4 и породы и сжижение Не-3, отличающийся тем, что забор грунта осуществляется челноковыми проходами путем продольного перемещения грунтозаборного средства, при этом глубина забора за один проход не более 1 м, а транспортирование грунта осуществляют непрерывным метанием его к месту переработки.

2. Устройство разработки лунного грунта для получения Не-3, включающее тяговое, грунтозаборное, транспортирующее и приемно-перерабатывающее средства, отличающееся тем, что тяговое средство выполнено в виде двух однотипных механизмов, связанных между собой посредством троса, а грунтозаборное средство размещено между составляющими тяговое средство механизмами и соединено с тросом, при этом транспортирующее средство выполнено в виде метателя и размещено на грунтозаборном средстве, а на одном из механизмов тягового средства установлено приемно-перерабатывающее средство.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2