Устройство для сбора гелия-3

Изобретение относится к сфере космических технологий и космической техники и может быть использовано для изготовления устройств для сбора гелия-3 на Луне, а также для наземной экспериментальной отработки указанных технологий и устройств. Устройство содержит гелиоконцентратор 1, установленный на средстве лунной подвижной техники 2, снабженном подвижной механической частью 3. Солнечные лучи концентрируют на поверхности реголита 4, при этом над местом концентрации солнечных лучей с помощью подвижной механической части 3 размещают резервуар 5 с обращенным в сторону реголита 4 воронкообразным устьем 6, снабженным системой охлаждения 7 и компрессором 8. Резервуар 5 снабжен клапаном 9. Воронкообразное устье 6 выполнено герметично закрываемым в расширенной части, например, крышкой 10. Система охлаждения 7 выполнена охлаждающей гелий-4 до сверхтекучего состояния. Техническое решение позволяет повысить эффективность сбора гелия-3 на Луне. 2 ил.

 

Изобретение относится к сфере космических технологии и космической техники и может быть использовано для изготовления устройств для сбора гелия-3 на Луне, а также для наземной экспериментальной отработки указанных технологий и устройств.

Из уровня техники известно устройство для сбора гелия-3 из газов, выделяющихся совместно с гелием-3 и гелием-4 из реголита, который нагревают солнечными лучами с помощью гелиоконцентратора, установленного на средстве лунной подвижной техники, снабженном подвижной механической частью, причем солнечные лучи концентрируют на поверхности реголита, а над местом концентрации солнечных лучей с помощью подвижной механической части размещают резервуар, снабженный системой охлаждения и компрессором, при этом системой охлаждения снабжено обращенное в сторону реголита воронкообразное устье резервуара. Система охлаждения выполнена охлаждающей смесь газов до перевода газов, кроме гелия, в жидкое состояние. Воронкообразное устье выполнено открытым в расширенной части /RU 2680851 C1; F25J 3/08; 14.05.2018; 28.02.2019/.

Выполнение системы охлаждения охлаждающей смесь газов до перевода газов, кроме гелия, в жидкое состояние, оставляет гелий в газообразном состоянии, что приводит к тому, что в резервуар гелий-3 собирается в смеси с гелием-4, что снижает эффективность сбора гелия-3 на Луне. Выполнение воронкообразного устья открытым в расширенной части не позволяет использовать воронкообразное устье для разделения гелия-3 и гелия-4, что также снижает эффективность сбора гелия-3 на Луне.

Задачей изобретения является повышение эффективности сбора гелия-3 на Луне.

Указанная задача решена за счет того, что в устройстве для сбора гелия-3 из газов, выделяющихся совместно с гелием-3 и гелием-4 из реголита, который нагревают солнечными лучами с помощью гелиоконцентратора, установленного на средстве лунной подвижной техники, снабженном подвижной механической частью, причем солнечные лучи концентрируют на поверхности реголита, а над местом концентрации солнечных лучей с помощью подвижной механической части размещают резервуар, снабженный системой охлаждения и компрессором, при этом системой охлаждения снабжено обращенное в сторону реголита воронкообразное устье резервуара, система охлаждения выполнена охлаждающей гелий-4 до сверхтекучего состояния, а воронкообразное устье выполнено герметично закрываемым в расширенной части.

Изобретение характеризуется следующей совокупностью существенных отличительных признаков: выполнением системы охлаждения охлаждающей гелий-4 до сверхтекучего состояния; выполнением воронкообразного устья герметично закрываемым в расширенной части.

Указанная совокупность существенных отличительных признаков позволяет повысить эффективность сбора гелия-3 на Луне.

Изобретение поясняется чертежом, на котором на фиг. 1 схематично изображено устройство для сбора гелия-3, общий вид на стадии сбора газов, выделяющихся из реголита; на фиг. 2 - то же, на стадии разделения гелия-3 и гелия-4.

Устройство содержит гелиоконцентратор 1, установленный на средстве лунной подвижной техники 2, снабженном подвижной механической частью 3. Солнечные лучи концентрируют на поверхности реголита 4, при этом над местом концентрации солнечных лучей с помощью подвижной механической части 3 размещают резервуар 5 с обращенным в сторону реголита 4 воронкообразным устьем 6, снабженным системой охлаждения 7 и компрессором 8. Резервуар 5 снабжен клапаном 9. Воронкообразное устье 6 выполнено герметично закрываемым в расширенной части, например, крышкой 10.

Нагрев поверхности реголита 4 выполняют в лунных условиях с помощью гелиоконцентратора 1, под которым понимается одна или несколько линз и/или зеркал, собирающих солнечные лучи для повышения плотности солнечной радиации. Гелиоконцентратор 1 может иметь гладкую непрерывную или прерывистую поверхность и представлять собой систему подвижных и/или неподвижных, искривленных и/или плоских зеркал и/или линз, в т.ч. надувных из полимерных прозрачных и металлизированных пленок /Большая советская энциклопедия, третье изд., т. 6, стр. 195-196, столбцы 573-574/. При нагреве до 600°С десорбируется 75% содержащегося в реголите гелия-3, при нагреве до 800°С - 95% гелия-3 /Техника - молодежи, 2006, №4, стр. 4, столбец 2/.

Гелий-3 и гелий-4 из смеси газов, выделяющихся из реголита 4 при его нагреве, собирают методом глубокого охлаждения смеси, отделяя гелий на основе его свойства сжижаться труднее всех остальных газов. для этого используют систему охлаждения 7. Выделяющиеся из реголита 4 газы, кроме гелия, контактируя с системой охлаждения 7 воронкообразного устья 6 и переходя в жидкое состояние, конденсируются на поверхности воронкообразного устья 6. Гелий, оставаясь в газообразном состоянии, направляемый внутренней поверхностью воронкообразного устья 6, вследствие своей легкости поднимается из нижней /широкой/ части в верхнюю /узкую/ часть воронкообразного устья 6, в которой размещен компрессор 8, и собирается в резервуар 5.

Наполненный гелием-3 и гелием-4 резервуар 5 переворачивают воронкообразным устьем 6 вбок или вверх и выключают систему охлаждения 7. Конденсировавшиеся на поверхности воронкообразного устья 6 сопутствующие газы переходят в газообразное состояние и покидают поверхность воронкообразного устья 6, перемещаясь в лунный вакуум. Для ускорения этого процесса воронкообразное устье 6 может быть сориентировано широкой частью по направлению к солнечным лучам.

После освобождения воронкообразного устья 6 от конденсата сопутствующих газов приступают к разделению гелия-3 и гелия-4. Холодные условия Луны упрощают задачу разделения: поверхность реголита 4 перед восходом остывает до 100 К, а в тени даже достижима "температура открытого космоса" - 4 К /Техника - молодежи, 2006, №4, стр. 4, столбец 2/. Резервуар 5 перемещают в тень, разворачивают расширенной частью воронкообразного устья 6 вбок и герметично закупоривают расширенную часть воронкообразного устья 6, например, крышкой 10. Затем открывают клапан 9 резервуара 5 и включают систему охлаждения 7 до охлаждения гелия-4 до сверхтекучего состояния - ниже 2,1 К /Техника - молодежи, 2006, №4, стр. 4, столбец 2/. Для разделения изотопов используют свойство сверхтекучести жидкого гелия-4, который может самостоятельно перетечь в соседнюю емкость, оставив после себя только несвехтекучий гелий-3 /Наука и жизнь, 2004, №8, стр. 16, левая колонка/. Герметичная крышка 10 создает из воронкообразного устья 6 сообщающуюся через клапан 9 с резервуаром 5 закрытую емкость, в которую перетекает сверхтекучий гелий-4.

После перетекания гелия-4 клапан 9 резервуара 5 закрывают, а крышку 10, наоборот, открывают, выключая систему охлаждения 7. Гелий-4 переходит в газообразное состояние и перемещается в лунный вакуум. В резервуаре 5 остается гелий-3, который может в дальнейшем храниться в сжатом или сжиженном состоянии.

Крышка 10 может быть сопряжена с воронкообразным устьем 6 или выполнена раздельной, надеваемой на стадии разделения гелия-3 и гелия-4. Подвижная механическая часть 3 может быть выполнена, например, в виде манипулятора.

Изобретение осуществляют с помощью известных методов и средств.

Выполнение системы охлаждения 7 охлаждающей гелий-4 до сверхтекучего состояния за счет различия свойств сверхтекучего гелия-4 и несверхтекучего гелия-3 позволяет путем охлаждения отделить гелий-4 от гелия-3, оставив в резервуаре 5 гелий-3, что повышает эффективность сбора гелия-3 на Луне. При этом выполнение воронкообразного устья 6 герметично закрываемым в расширенной части позволяет создать связанную с резервуаром 5 закрытую емкость, в которую перетекает сверхтекучий гелий-4 из резервуара 5, в котором остается гелий-3, что также способствует повышению эффективности сбора гелия-3 на Луне.

Устройство для сбора гелия-3 из газов, выделяющихся совместно с гелием-3 и гелием-4 из реголита, который нагревают солнечными лучами с помощью гелиоконцентратора, установленного на средстве лунной подвижной техники, снабженном подвижной механической частью, причем солнечные лучи концентрируют на поверхности реголита, а над местом концентрации солнечных лучей с помощью подвижной механической части размещают резервуар, снабженный системой охлаждения и компрессором, при этом системой охлаждения снабжено обращенное в сторону реголита воронкообразное устье резервуара, отличающееся тем, что система охлаждения выполнена охлаждающей гелий-4 до сверхтекучего состояния, а воронкообразное устье выполнено герметично закрываемым в расширенной части.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к сфере космических исследований и технологий и может быть использовано для извлечения воды из марсианского водяного льда. Водяной лед собирают с марсианской поверхности, сезонно освободившейся от твердой двуокиси углерода, и помещают внутрь марсианской термокарстовой полости.
Изобретение относится к модификации параметров космической среды, а также предназначено для экспериментальной наземной отработки в искусственной среде. Для прогрева атмосферы Марса локально нагревают марсианскую залежь природных карбонатов путем концентрирования солнечных лучей на ее поверхности.

Изобретения относится к способам изготовления предметов для гражданских и/или промышленных объектов на Луне, Марсе и/или астероиде. Способ включает этапы обеспечения оборудованием, выработку электричества с помощью фотоэлектрической панели, извлечение реголита из грунта с помощью экскаваторов, электростатическое или магнитное обогащение реголита, смешивание обогащенных минералов с алюминиевым порошком.

Группа изобретений предназначена для жизнеобеспечения пилотируемых космических полетов на Марс. Физико-химическая секция предназначена для получения кислорода, воды, оксида углерода, аммиака и удобрений на основе азота.

Изобретение относится к космической технике, а именно к устройствам для забора проб грунта, выполнения каналов для установки исследовательских датчиков и иных устройств на заданной глубине, и может быть использовано при изучении планет, комет и других небесных тел.

Группа изобретений относится к разработке ресурсов космической среды с помощью соответственно оснащённых космических аппаратов (КА). КА причаливает к астероиду (1), охватывая его с двух сторон манипуляторами (2).
Изобретение относится к сфере освоения космической среды и может быть использовано для жизнеобеспечения обитаемых марсианских станций, снабженных растениями. Избыток кислорода, производимого растениями, в составе части газовой смеси марсианской станции выбрасывают в атмосферу Марса.

Изобретение относится к космической технике, а именно к устройствам для забора проб грунта, например замерзших кусков льда и т.п., и может быть использовано при изучении планет, комет и других небесных тел.

Изобретение относится к космической технике, а именно к устройствам для забора проб грунта, например замерзших кусков льда и т.п., и может быть использовано при изучении планет, комет и других небесных тел.

Изобретение относится к горному делу, в частности к способам строительства изолированных герметичных шахт, рудников и горно-буровых выработок, используемых для проведения спасательных операций, а также для ведения геологоразведочных работ и разработок месторождений полезных ископаемых на космических объектах.

Изобретение относится к аэрокосмической технике. Система включает блок определения команд на поворот перемещаемой аппаратуры (ПА), блок воспроизведения команд на поворот ПА, блок определения текущего положения ориентира относительно пилотируемого корабля (ПК), блок определения положения ПА относительно ПК и блок определения положения ориентира относительно ПА.

Группа изобретений относится к космонавтике и может быть использована для запуска космических аппаратов (КА). В способе запуска КА для разгона КА в замкнутом объеме устройства в момент взрыва содержащегося там взрывчатого вещества 5 создается вихревое электрическое поле путем соединения размещенного во внутренней полости электрода 6 с вторичной обмоткой трансформатора 8, в первичной обмотке которого переменный электрический ток создается генератором 9.

Колесо содержит обод с посадочными полками, диск обода, шину, выполненную из кольчужной сетки, при этом шина с ободом жестко соединены между собой посредством прижимных колец крепежными элементами в виде единого целого.
Изобретение относится к космическим транспортным (тросовым) системам для безракетного перемещения грузов в ближнем космосе. Главный лифтовой модуль (ГЛМ) космической лифтовой системы (КЛС) размещён в окрестности коллинеарной точки Лагранжа L1 системы «Земля-Луна».

Группа изобретений относится к методам и средствам доставки полезных грузов (ПГ) в космос и их возвращения на поверхность небесного тела. ПГ в виде кольцевых или панельных космических электростанций, радиотелескопов с решетчатой (сетчатой) поверхностью и т.п.

Группа изобретений относится к двигательным системам транспортных средств, использующим внешние ресурсы космической среды. Система включает в себя компрессоры (6, 8, 10) для засасывания и сжатия атмосферного газа, первый (2) и второй (4) баки-хранилища сжиженного (например, в теплообменнике (12)) газа.
Изобретение относится к технологии запуска спутников на орбиту. Способ включает размещение спутника внутри космического корабля (КК) перед его выведением на орбиту.

Группа изобретений относится к формированию систем ИСЗ с некомпланарными орбитами. Способ включает одновременное выведение группы ИСЗ ракетой-носителем (РН).

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано в разгонных блоках ракет-носителей (РН). Ракетный криогенный разгонный блок (РБ), выполненный по тандемной схеме, содержит бак горючего с приборным отсеком и переходной системой для крепления космического аппарата, бак окислителя (БО), проставку межбаковую, маршевый двигатель (МД) РБ, промежуточный отсек, систему пожаровзрывопредупреждения, средства обеспечения теплового режима с блоком разъемных соединений связи с наземным оборудованием и разделяемых подводящих трубопроводов, коллекторы продувки застойных зон и обеспеспечения теплового режима зоны и аппаратуры РБ, разделительную мембрану, сбрасываемый головной обтекатель (ГО) с окнами сброса системы пожаровзрывопредупреждения и средств обеспечения теплового режима газов продувки зоны РБ, дополнительной теплоизоляцией зоны РБ, частью разделяемых подводящих труб коллекторов с разъемными стыками и блоком разъемных соединений связи с наземным оборудованием, межбаковой проставкой, сопряженной с межбаковой фермой для крепления БО с МД и сопряженной с верхней проставкой отделяемого промежуточного отсека с узлами соединения и разделения с РН и ГО.

Изобретение относится к ракетно-космической технике и может быть использовано для увода с рабочих орбит объектов космического мусора (ОКМ) на орбиты утилизации. Способ включает выведение космического аппарата-буксира (КАБ) и автономного стыковочного модуля (АСМ) в области орбит, предназначенных для очистки от ОКМ.

Изобретение относится к способу и установке для производства α-олефинового низкомолекулярного полимера путем подвергания α-олефина низкомолекулярной полимеризации в присутствии катализатора в жидкофазной части в реакторе.
Наверх