Способ изготовления предметов для гражданских и/или промышленных объектов на луне, марсе и/или астероиде



Способ изготовления предметов для гражданских и/или промышленных объектов на луне, марсе и/или астероиде
Способ изготовления предметов для гражданских и/или промышленных объектов на луне, марсе и/или астероиде
Способ изготовления предметов для гражданских и/или промышленных объектов на луне, марсе и/или астероиде
Способ изготовления предметов для гражданских и/или промышленных объектов на луне, марсе и/или астероиде

 


Владельцы патента RU 2600577:

А.С.И. АДЖЕНЦИА СПАЦЬЯЛЕ ИТАЛЬЯНА (IT)
УНИВЕРСИТА' ДЕЛЬИ СТУДИ ДИ КАЛЬЯРИ (IT)

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. В полученной смеси, помещенной в пресс-форму, инициируют реакцию самораспространяющегося горения с получением предметов желаемого размера и формы, подходящих для стыковки между собой. Для построения гражданских и/или промышленных объектов выполняют сборку полученных предметов путем их стыковки. Изобретение позволяет повысить эффективность производства гражданских и/или промышленных объектов, снизить время на проведение таких работ. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу изготовления предметов для гражданских и/или промышленных объектов на Луне, Марсе и/или астероиде, а также набор материалов и устройств для осуществления этого способа.

Уровень техники

Хорошо известно, что космическое агентство НАСА имеет заинтересованность предпринять в последующие 40 лет пилотируемые полеты на астероиды, Луну и Марс. В частности, НАСА недавно объявило о полетах на Луну к 2020 и на Марс после 2030 года.

В частности, в структуре действующих программ исследований космического пространства хорошо известны аббревиатуры ISRU (In Situ Resource Utilization) - использование найденных или произведенных на месте ресурсов и ISFR (In Situ Fabrication and Repair) - изготовление и ремонт на месте. Первая аббревиатура относится к использованию ресурсов, уже доступных на Луне, Марсе и/или астероиде, в то время как вторая адресуется к разработке технологий промышленного технического обслуживания и текущего ремонта, которые позволяют обеспечивать более длительные пилотируемые полеты и уменьшение затрат.

Для этого были предложены способы изготовления предметов для гражданских объектов блочного типа на Луне, связанные с использованием лунных реголитов и алюминиевых порошков (Faierson E.J., «Демонстрация концепции изготовления лунных предметов с использованием имитапта лунного реголита и геотермической реакции», Acta Astronautica, 67 (1-2), 2010, 38-45). Смесь, содержащая около 67% имитанта реголита JSC-1А или JSC-1AF и 33% алюминия, имеющая размер частиц меньше 325 меш, размещается внутри контейнера из диоксида кремния желаемой формы. Ток в диапазоне от 18 до 24 А, протекающий через нить накала из Ni-Cr сплава, вставленную в смесь, позволяет получить через 7-15 минут конечный продукт. Из вышеуказанного документа можно увидеть, что изготовление предметов для получения гражданских объектов блочного типа на Луне включает в себя длительное время реакции и большое количество алюминиевого порошка. Следует также заметить, что предложенный способ изготовления предметов для гражданских объектов относится к гражданским объектам блочного типа и ограничивается исключительно полетами на Луну.

Поэтому существует потребность в разработке способов изготовления предметов не только для гражданских объектов, но также и промышленных объектов, без описанных выше недостатков.

Раскрытие изобретения

Упомянутая выше задача была достигнута с помощью набора материалов и устройств для изготовления предметов для гражданских и/или промышленных объектов на Луне, Марсе и/или астероиде, содержащего:

a) по меньшей мере, одну фотоэлектрическую панель, по меньшей мере, один электролизер, по меньшей мере, один трансформатор напряжения и, по меньшей мере, один топливный элемент на основе цикла водород/кислород;

b) по меньшей мере, один экскаватор;

c) по меньшей мере, один сепаратор:

i - для ионной бомбардировки, содержит, по меньшей мере, ионизирующий электрод, состоящий из источника Ро210, и по меньшей мере, статический электрод; или

ii - для индуцированного поля, содержит, по меньшей мере, ротор, состоящий из чередующихся ферромагнитных дисков и немагнитного материала, а также по меньшей мере, один разделитель для разделения частиц;

d) по меньшей мере, смеситель; и

e) по меньшей мере, реакционную камеру, оборудованную держателем для образца и, по меньшей мере двумя электродами, алюминиевый порошок, по меньшей мере, пресс-форму для удерживания реакционной смеси и, по меньшей мере, электрическое сопротивление в качестве инициирующего средства.

В другом аспекте настоящее изобретение относится к способу изготовления предметов для гражданских и/или промышленных объектов на Луне, Марсе и/или астероиде, причем этот способ содержит следующие этапы:

1) обеспечивают набор материалов и устройств, как указано выше, на Луне, Марсе и/или астероиде;

2) вырабатывают электричество с помощью фотоэлектрической панели;

3) извлекают реголит из почвы Луны, Марса и/или астероида с помощью экскаватора;

4) выполняют электростатическое обогащение реголита Луны или астероида ильменитом или магнитное обогащение реголита Марса оксидами железа;

5) смешивают обогащенные минералы с алюминиевым порошком;

6) индуцируют реакцию самораспространяющегося горения в полученной смеси термическим инициированием с использованием электрического сопротивления и получают в результате указанные предметы; и

7) собирают полученные предметы для строительства гражданских и/или промышленных объектов.

Как будет очевидно из последующего подробного описания, набор материалов и устройств так же, как и способ, в котором они применяются, позволяет получать предметы, подходящие для гражданских и/или промышленных объектов на Луне, Марсе и/или астероиде, за счет обеспечивающего преимущества использования найденных или произведенных на месте ресурсов, и, таким образом, облегчение как в экономическом плане, так и функционально, организации связанных с ними полетов.

Краткое описание чертежей

Характеристики и преимущества настоящего изобретения будут очевидными из последующего подробного описания, при этом рабочие примеры приведены для иллюстративных целей и не являются ограничивающими, а на приложенных фигурах:

фиг.1 - схема способа, в соответствии с изобретением;

фиг.2 - рентгеновский дифракционный спектр материалов в примере 1;

фиг.3 - рентгеновский дифракционный спектр материалов в примере 2;

фиг.4 - рентгеновский дифракционный спектр материалов в примере 3.

Подробное описание изобретения

Предметом настоящего изобретения является набор материалов и устройств для изготовления предметов для гражданских и/или промышленных объектов на Луне, Марсе и/или астероиде, содержащий:

a) по меньшей мере, фотоэлектрическую панель, по меньшей мере, электролизер, по меньшей мере, трансформатор напряжения и, по меньшей мере, топливный элемент, на основе цикла водород/кислород;

b) по меньшей мере, экскаватор;

c) по меньшей мере, сепаратор:

i - для ионной бомбардировки, содержит, по меньшей мере, ионизирующий электрод, состоящий из источника полония Ро210 и, по меньшей мере, статический электрод; или

ii - для индуцированного поля, содержит, по меньшей мере, ротор, состоящий из чередующихся ферромагнитных дисков и немагнитного материала, а также по меньшей мере, один разделитель для разделения частиц;

d) no меньшей мере, смеситель; и

e) по меньшей мере, реакционную камеру, оборудованную держателем для образца и, по меньшей мере, двумя электродами, алюминиевый порошок, по меньшей мере, пресс-форму для удерживания реакционной смеси и, по меньшей мере, электрическое сопротивление в качестве инициирующего средства.

Как будет очевидно из описания настоящего изобретения, а также из приведенных примеров, материалы и устройства набора позволяют устанавливать все необходимое для изготовления предметов для гражданских и/или промышленных средств на Луне, Марсе и/или астероиде, за счет обеспечивающего преимущества использования найденных или произведенных на месте ресурсов, таким образом уменьшая как затраты, так и объем основной массы материалов, которые обычно являются значительными во время космических полетов.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения набор по настоящему изобретению содержит:

a) для производства и хранения энергии:

- по меньшей мере, фотоэлектрическую панель, снабженную, по меньшей мере, одним устройством переключения постоянного тока (DCSU, Direct Current Switching Unit);

- по меньшей мере, топливный элемент с регенеративной технологией на основе цикла водород/кислород и использование протонообменных мембран;

- по меньшей мере, электролизер;

- по меньшей мере, преобразователь постоянного тока (DDCU);

- по меньшей мере, дистанционное управление мощностью (RPC);

- по меньшей мере, выходное устройство (OPs, Output Panels);

b) для извлечения реголита:

- по меньшей мере, экскаватор, оборудованный:

- по меньшей мере, источником питания (имеющим электрическую мощность, по меньшей мере, 100 кВт);

- по меньшей мере, модуль для зарядки аккумуляторной батареи, присоединенный к электрической сети и к фотоэлектрической панели, установленной на самом экскаваторе;

- вспомогательное устройство с воспринимающими элементами (акселерометр, амперметр);

- вспомогательное устройство автоматизации и управления;

- по меньшей мере, модуль для передачи/приема данных для дистанционного управления;

c1) для обогащения ильменитом реголита Луны или астероида:

- по меньшей мере, сепаратор ионной бомбардировки;

- по меньшей мере, вращающийся барабан;

- по меньшей мере, ионизирующий электрод, состоящий из источника полония Ро210 и, по меньшей мере, статический электрод;

- по меньшей мере, конвейерную ленту и загрузочный бункер для подачи реголита;

- вспомогательное устройство автоматизации и управления;

или

с2) для обогащения реголита Марса оксидами железа:

- по меньшей мере, один индуцирующий поле сепаратор;

- по меньшей мере, один ротор, состоящий из чередующихся ферромагнитных дисков и немагнитного материала;

- по меньшей мере, один разделитель для разделения частиц;

- по меньшей мере, одну конвейерную ленту и загрузочный бункер для подачи реголита;

- вспомогательное оборудование для автоматизации и управления;

d) для смешивания материалов, полученных на этапах, на которых использовались описанные выше устройства:

- по меньшей мере, один смеситель, имеющий винт с горизонтальной осью;

- по меньшей мере, одну конвейерную ленту и загрузочный бункер для подачи реголита;

- вспомогательное устройство для автоматизации и управления;

- алюминиевый порошок;

e) для сжигания смеси:

- по меньшей мере, одну реакционную камеру;

- по меньшей мере, одну пресс-форму для удерживания реакционной смеси;

- вспомогательное устройство для инициирования твердотельной реакции горения (трансформатор, электроды, разъемы, сопротивления);

- по меньшей мере, конвейерную ленту и загрузочный бункер для подачи реголита;

- вспомогательное устройство для автоматизации и управления.

Предпочтительно, указанная панель является фотоэлектрической системой, имеющей поверхность от 3000 до 6000 м2, более предпочтительно, около 4000 м2, и расположенной на четырех взаимно перпендикулярных поверхностях, каждая поверхность составляет размер около 5 м × 100 м. Фотоэлектрические панели выполнены из тонких полимерных мембран, покрытых пленкой элементов для выработки электричества из солнечной энергии. С точки зрения электричества, фотоэлектрическая система, предпочтительно, разделяется на восемь независимых секций, способных обеспечить от 300 до 800 В, более предпочтительно, около 600 В. Мощность, производимая из солнечной энергии, составляет более чем 120 кВт.

Что касается компонента b), то подходящим экскаватором может быть один из описанных авторами Caruso JJ и др. в работе "Cratos: A Simple Low Power Excavation and Hauling System for Lunar Oxygen Production and General Excavation Tasks" - «Cratos: Простая разработка грунта с малой мощностью и транспортировочная система для производства кислорода с целью заправки на лунной поверхности и окололунной орбите, а также общие задачи по разработке грунта», 2008 г. (http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20080005206_200800.pdf), которая показывает, как можно выполнить подготовительные и вспомогательные операции, такие как карьерная разработка и обработка реголита с помощью транспортного средства, получающего питание от фотоэлектрических перезаряжаемых батарей (согласно компоненту а) в наборе) или независимо, с помощью маленьких фотоэлектрических систем, размещенных на том же самом транспортном средстве. Как будет очевидно из последующего описания настоящего изобретения, электрическая энергия, генерируемая с помощью, по меньшей мере, одной фотоэлектрической панели, первоначально используется для обеспечения энергией экскаватора для извлечения реголита из почвы Луны, Марса и/или астероида. Произведенная энергия затем используется для обогащения реголита на Луне или астероиде ильменитом, или марсианского реголита оксидами железа. Обогащенный реголит переносят в смеситель для перемешивания с алюминиевым порошком. Полученная в результате смесь доставляется в реакционную камеру, из которой получают желаемые предметы.

В другом аспекте настоящее изобретение имеет отношение к способу изготовления предметов для гражданских и/или промышленных объектов на Луне, Марсе и/или астероиде, содержащему следующие этапы:

1) обеспечение набора материалов и устройства, как указывалось выше, на Луне, Марсе и/или астероиде;

2) выработка электричества с помощью фотоэлектрической, панели;

3) извлечение реголита из грунта Луны, Марса и/или астероида посредством средств для разработки грунта;

4) электростатическое обогащение реголита Луны или астероида ильменитом, или магнитное обогащение реголита Марса оксидами железа;

5) смешивание обогащенных минералов с алюминиевым порошком;

6) индуцирование реакции самораспространяющегося горения в полученной смеси с помощью термического инициирования, используя электрическое сопротивление, в результате получают указанные предметы; и

7) сборка предметов для строительства гражданских и/или промышленных объектов.

Этап 1) способа в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает набор материалов и устройств, как описано выше, на Луне, Марсе и/или астероиде. Этот этап выполняется с помощью космического полета с Земли, для того чтобы транспортировать все необходимые материалы и устройства для выполнения последующих этапов способа, а именно - изготовления предметов для гражданских и/или промышленных объектов на Луне, Марсе и/или астероиде.

Следует понимать, что все аспекты, обозначенные как предпочтительные и создающие преимущества для набора, соответственно рассматриваются аналогичным образом, как предпочтительные, также и для способа по настоящему изобретению.

На этапе 2) способа в соответствии с настоящим изобретением вырабатывают электричество с помощью, по меньшей мере, одной фотоэлектрической панели набора, как показано на фиг.1. В частности, в отношении компонента а) набора, указанная, по меньшей мере, одна фотоэлектрическая панель обеспечивает энергией, по меньшей мере, один электролизер, который, благодаря электрическому току, способен выполнить электролиз воды, чтобы произвести водород, который сохраняется и, в свою очередь, используется для питания, по меньшей мере, одного топливного элемента. Таким образом, достигается преимущество, состоящее в использовании электрического тока, обеспечиваемого, по меньшей мере, одной фотоэлектрической панелью, за счет использования водорода в любое время, даже во время периода темноты. Полученная энергия затем используется для поддержки последующих этапов способа, если она потребуется.

Этап 3) способа предусматривает извлечение реголита из грунта Луны, Марса и/или астероида за счет разработки грунта, в частности, за счет использования экскаватора компонента b) набора.

Этап 4) способа предусматривает электростатическое обогащение грунта Луны или астероида ильменитом или магнитное обогащение марсианской почвы оксидами железа. Ильменит является минералом титаножелезного оксида (FeTiO3) со структурой, аналогичной гематиту, которая является изоморфной.

Что касается обогащения лунного или астероидного реголита ильменитом, то для разделения минералов используются электростатические технологии, которые включают в себя приложение подходящей разницы потенциалов к электродам для получения электрического поля около 5 кВ/см, которое пригодно для разделения минералов. Экспериментальным путем было определено, что этим способом возможно эффективно выделить ильменит из реголита, с удовлетворительной выработкой, зависящей от размера частиц.

Указанное обогащение ильменитом грунта Луны или астероида является применимым за счет использования компонента с1) набора, описанного выше, в частности за счет использования сепаратора для ионной бомбардировки, состоящего из источника полония Ро210, по меньшей мере, одного ионизирующего электрода и, по меньшей мере, одного статического электрода.

Что касается обогащения оксидами железа марсианского реголита, то здесь минералы разделяются с использованием магнитных технологий, которые основываются на индуцировании электрического заряда на частицах за счет приложения соответствующего магнитного поля. Заряженные частицы разделяются на основе различной способности аккумулировать или «сбрасывать» приобретенный заряд.

Указанное обогащение оксидами железа марсианского грунта применяется с использованием компонента с2) описанного выше набора, в частности с использованием индуцирующего поля сепаратора, содержащего, по меньшей мере, один ротор, состоящий из чередующихся ферромагнитных дисков и немагнитного материала, а также, по меньшей мере, один разделитель для разделения частиц.

Этап 5) способа предусматривает смешивание реголита, обогащенного ильменитом или оксидом железа, с алюминиевым порошком.

Предпочтительно, такое смешивание выполняется в пределах следующих весовых соотношений:

- 75-78% лунного или астероидного реголита, обогащенного ильменитом с долей 40-66% вес. и 22-25% алюминиевого порошка, или

- 80-85% марсианского реголита, обогащенного оксидами железа с долей 45-65% вес. и 15-20% алюминиевого порошка.

Этап 6) предусматривает инициирование реакции самораспространяющегося высокотемпературного горения смеси, полученной в результате выполнения этапа 5) с помощью инициирования, использующего электрическое сопротивление. Во время поджига происходит инициирование реакции самораспространяющегося в виде волны горения, которая распространяется через взаимодействующие порошки без приложения дополнительной энергии. В действительности эти аспекты чрезвычайно важны с практической точки зрения, поскольку способ позволяет получить твердые окончательные продукты, характеризующиеся чрезвычайно высокой чистотой и хорошими механическими свойствами, с помощью очень простой реакции, для которой необходимо совершенно небольшое приложение извне электрической энергии.

Смесь порошков, полученная в результате этапа 5), в некоторых случаях уплотненная, помещается в реакционную камеру под источник электрического поджига, предпочтительно, состоящий из вольфрамовой катушки, которая размещается на расстоянии около 2 мм от смеси. Температура поджига достигается за счет электрического тока, генерируемого за счет разницы потенциалов, ток протекает через электрическое сопротивление в течение нескольких секунд. Во время процесса горения температура реакционной смеси обычно около 2000°C, скорость волны горения составляет приблизительно 0,5 см/с. Таким образом, можно получить предметы желаемого размера и формы с помощью соответствующих пресс-форм.

Этап 7) включает в себя сборку предметов, полученных на этапе 6), чтобы построить гражданские и/или промышленные объекты на Луне, Марсе и/или астероиде. Указанная сборка может быть выполнена с помощью стыковки предметов подходящей формы.

Примеры осуществления настоящего изобретения приведены ниже для иллюстративных, но не ограничивающих целей.

Примеры

Пример 1. Изготовление предмета в соответствии с настоящим изобретением

1,761 г ильменита от Alfa Aesar (чистота 99,8%, размер частиц - 100 меш), 1,697 г лунного реголита JSC-1A (просеянного на 45 микрон, Orbitec Technologies), и 1,092 г алюминиевого порошка (чистота 99,5%, размер частиц - 325 меш, Alfa Aesar) были надлежащим образом перемешаны. Порошки были соответствующим образом уплотнены с помощью ручного гидравлического пресса, работающего при давлении около 80 бар (бар =105 Па). Таким способом был подготовлен цилиндрический образец диаметром 11 мм и высотой 2,3 см. Образец был введен в реакционную камеру для осуществления реакции самораспространяющегося высокотемпературного горения и расположен под источником электрического поджига, выполненного из вольфрамовой катушки, которая размещается на 2 мм выше поверхности образца. В реакционной камере созданы условия вакуума, для достижения давления ниже 2,6 миллибар. Затем образец поджигается за счет термического воздействия от вольфрамовой катушки, через которую проходит электрический ток 72А, генерируемый за счет разности потенциалов 12 В, приложенной к электрическому сопротивлению, максимальное время протекания тока 3 с. Фронт волны горения способен распространяться со скоростью около 0,5 см/с, при этом температура горения составляет около 2000°C. Охлаждение окончательного продукта выполнялось внутри реакционной камеры до комнатной температуры.

Определение характеристик окончательного продукта было выполнено с помощью рентгеновского дифрактометра (XRD) и сканирующего электронного микроскопа (SEM) с эпергорассеивающей рентгеновской спектроскопией (EDS). Из этих анализов окончательного продукта видно, что он составлен, главным образом, из оксида алюминия (Al2O3), шпинеля (MgAl2O4), и хибонита (CaAl12O19), с присутствием железа (Fe) и титана (Ti).

Фиг.2 - рентгеновский дифракционный спектр веществ и продуктов, полученных в этом примере. Окончательный продукт имеет вид твердого вещества темно-серого цвета с низкой пористостью.

Пример 2. Изготовление предмета в соответствии с настоящим изобретением

1,363 г Fe2O3 (чистота +99%, размер частиц - 5 микрон, Sigma Aldrich), 1,835 г марсианского реголита JSC-1A (просеянного на 45 микрон, Orbitec Technologies), однократно нагретого в течение 2 часов в печи при 600°C, и 0,602 г алюминиевого порошка (чистота 99,5%, размер частиц - 325 меш, Alfa Aesar) были надлежащим образом перемешаны. Порошки были соответствующим образом уплотнены с помощью ручного гидравлического пресса, работающего при давлении около 80 бар (бар =105 Па). Таким способом был подготовлен цилиндрический образец диаметром 11 мм и высотой 2,3 см. Образец был введен в реакционную камеру для осуществления реакции самораспространяющегося высокотемпературного горения и расположен под источником электрического поджига, выполненного из вольфрамовой катушки, которая размещается на 2 мм выше поверхности образца. В реакционной камере были созданы условия вакуума, для достижения давления ниже 7 миллибар. Затем образец поджигается за счет термического воздействия от вольфрамовой катушки, через которую проходит электрический ток 72 А, генерируемый за счет разности потенциалов 12 В, приложенной к электрическому сопротивлению, максимальное время протекания тока - 3 с. Фронт волны горения способен распространяться со скоростью около 0,5 см/с, при этом температура горения составляет около 2000°C. Охлаждение окончательного продукта выполнялось внутри реакционной камеры до комнатной температуры.

Определение характеристик окончательного продукта было выполнено с помощью рентгеновского дифрактометра (XRD) и сканирующего электронного микроскопа (SEM) с энергорассеивающей рентгеновской спектроскопией (EDS). Из этих анализов окончательного продукта видно, что он составлен, главным образом, из оксида алюминия (Al2O3), эрцинита (FeAl2O4) и железа (Fe).

Фиг.3 - рентгеновский дифракционный спектр веществ и продуктов, полученных в этом примере. Окончательный продукт имеет вид твердого вещества темно-серого цвета с низкой пористостью.

Пример 3. Изготовление предмета в соответствии с настоящим изобретением

1,474 г Fe2O3 (чистота +99%, размер частиц - 5 микрон, Sigma Aldrich), 1,718 г марсианского реголита MMS (Mojave Martian Regolith) (Jet Propulsion Laboratories), однократно нагретого в течение 2 часов в печи при 700°C, и 0,604 г алюминиевого порошка (чистота 99,5%, размер частиц - 325 меш, Alfa Aesar) были надлежащим образом перемешаны. Порошки были соответствующим образом уплотнены с помощью ручного гидравлического пресса, работающего при давлении около 80 бар (бар =105 Па). Таким способом был подготовлен цилиндрический образец диаметром 11 мм и высотой 2,3 см. Образец был введен в реакционную камеру для осуществления реакции самораспространяющегося высокотемпературного горения и расположен под источником электрического зажигания, выполненного из вольфрамовой катушки, которая размещается на 2 мм выше поверхности образца. В реакционной камере были созданы условия вакуума, для достижения давления ниже 7 миллибар. Затем образец поджигается за счет термического воздействия от вольфрамовой катушки, через которую протекает электрический ток 72 А, генерируемый за счет разности потенциалов 12 В, приложенной к электрическому сопротивлению, максимальное время протекания тока - 3 с. Фронт волны горения была способен распространяться со скоростью около 0,5 см/с, при этом температура горения составляет около 2000°C. Охлаждение окончательного продукта выполнялось внутри реакционной камеры до комнатной температуры.

Определение характеристик окончательного продукта было выполнено с использованием рентгеновского дифрактометра (XRD) и сканирующего электронного микроскопа (SEM) с энергорассеивающей рентгеновской спектроскопией (EDS). Из этих анализов окончательного продукта видно, что он состоит, главным образом, из оксида алюминия (Al2O3) и железа (Fe).

Фиг.4 - рентгеновский дифракционный спектр реагирующих веществ и продуктов, полученных в этом примере. Окончательный продукт имеет вид твердого вещества темно-серого цвета с низкой пористостью.

Признаки и преимущества настоящего изобретения очевидны из подробного описания изобретения и из приведенных примеров. В частности, такой набор позволяет применять способ по изобретению на Луне, Марсе или астероиде при обеспечении всех материалов и устройств, которые будут использованы, таким образом обеспечиваются преимущества в значительном уменьшении как стоимости, так и общей полезной нагрузки материалов, а также времени производства гражданских и/или промышленных объектов, все эти параметры обычно являются большими при космических полетах. И действительно, поскольку изобретение позволяет эксплуатировать ресурсы, доступные на месте, для производства гражданских и/или промышленных объектов, космический полет упрощается и облегчается как с экономической точки зрения, так и с функциональной.

1. Способ изготовления предметов для гражданских и/или промышленных объектов на Луне, Марсе и/или астероиде, содержащий этапы, на которых:
1) обеспечивают набор материалов и устройств на Луне, Марсе и/или астероиде, содержащий:
a) фотоэлектрическую панель, электролизер, трансформатор напряжения и топливный элемент на основе цикла водород/кислород;
b) экскаватор;
c) i. сепаратор на основе ионной бомбардировки, содержащий ионизирующий электрод, состоящий из источника полония Ро210, и статический электрод; или
ii. сепаратор на основе индуцированного поля, содержащий ротор, состоящий из чередующихся ферромагнитных дисков и немагнитного материала, и разделитель для разделения частиц;
d) смеситель; и
e) реакционную камеру, оборудованную держателем для образца и двумя электродами и содержащую алюминиевый порошок, пресс-форму для удержания реакционной смеси и электрическое сопротивление в качестве инициирующего средства;
2) вырабатывают электричество с помощью фотоэлектрической панели;
3) извлекают реголит из грунта Луны, Марса и/или астероида с помощью экскаваторов;
4) выполняют электростатическое обогащение реголита Луны или астероида ильменитом или магнитное обогащение реголита Марса оксидами железа;
5) смешивают обогащенные таким образом минералы с алюминиевым порошком;
6) инициируют реакцию самораспространяющегося горения в полученной смеси, помещенной в пресс-форму, путем термического инициирования с использованием электрического сопротивления, и вследствие высокой температуры, достигаемой при горении смеси, в соответствующих пресс-формах получают предметы желаемого размера и формы, подходящие для стыковки между собой;
7) выполняют сборку полученных предметов для построения гражданских и/или промышленных объектов путем стыковки предметов подходящей формы.

2. Способ по п. 1, в котором на этапе 5) смешивания используют материалы в следующих весовых соотношениях:
75-78% лунного или астероидного реголита, обогащенного ильменитом, с содержанием 40-66% вес., и 22-25% алюминиевого порошка, или
80-85% марсианского реголита, обогащенного оксидами железа, с содержанием 45-65% вес., и 15-20% алюминиевого порошка.

3. Способ по п. 1 или 2, в котором указанный набор включает в себя:
a) предназначенные для производства и хранения энергии:
фотоэлектрическую панель, снабженную устройством переключения постоянного тока (DCSU);
топливный элемент с регенеративной технологией на основе цикла водород/кислород и использования протонообменных мембран;
электролизер;
преобразователь постоянного тока в постоянный ток (DDCU);
устройство дистанционного управления мощностью (RPC);
выходное устройство (OPs, Output Panels);
b) предназначенный для извлечения реголита:
экскаватор, снабженный:
- источником питания, имеющим электрическую мощность по меньшей мере 100 кВт;
- модулем зарядки аккумуляторной батареи, соединенным с электрической сетью и с фотоэлектрической панелью, установленной на самом экскаваторе;
- вспомогательным устройством с воспринимающими элементами: акселерометром, амперметром;
- вспомогательным устройством автоматизации и управления;
- модулем передачи/приема данных для дистанционного управления;
c1) предназначенные для обогащения реголитов Луны или астероида ильменитом:
сепаратор ионной бомбардировки;
вращающийся барабан;
ионизирующий электрод, состоящий из источника полония Ро210, и статический электрод;
конвейерную ленту и загрузочный бункер для подачи реголита;
вспомогательное устройство автоматизации и управления;
d) предназначенные для смешивания материалов, полученных на этапах, на которых используются вышеуказанные устройства:
смеситель, имеющий винт с горизонтальной осью;
конвейерную ленту и загрузочный бункер для подачи реголита;
вспомогательное устройство для автоматизации и управления;
алюминиевый порошок;
е) предназначенные для сжигания смеси:
реакционную камеру;
пресс-форму для удерживания реакционной смеси;
вспомогательное устройство для инициирования твердотельной реакции горения: трансформатор, электроды, разъемы, сопротивления;
конвейерную ленту и загрузочный бункер для подачи реголита;
вспомогательное устройство для автоматизации и управления.

4. Способ по п. 3, в котором указанная фотоэлектрическая панель представляет собой фотоэлектрическую установку 3000-6000 м2, распределенную по четырем взаимно перпендикулярным поверхностям и разделенную на восемь независимых секций.



 

Похожие патенты:

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 горному делу, в частности к способам строительства изолированных герметичных шахт, рудников и горнобуровых выработок, используемых для укрытия людей, а также для ведения геологоразведочных работ и разработки месторождений полезных ископаемых в горных породах космических объектов.

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

Изобретение относится к алюминотермическому получению сплава на основе хрома. Шихта содержит окись хрома, алюминий, окислитель в виде натрия бихромата и хромового ангидрида, гидроокись кальция с содержанием углерода не более 0,2 мас.%, соль поваренную, известь с содержанием углерода не более 0,2 мас.%, известь с содержанием углерода не более 0,5 мас.%, концентрат плавиковошпатовый и распыленный воздухом порошок железный.

Изобретение относится к переработке отвального сталеплавильного шлака. Способ включает грохочение с выделением негабаритных кусков шлака, магнитную сепарацию барабанным железоотделителем, дробление на щековой дробилке, магнитную сепарацию барабанным железоотделителем полученного после дробления продукта, дробление на центроударной дробилке и магнитную сепарацию.

Изобретение относится к способу алюмотермического получения титана из его тетрахлорида. Восстановление ведут во встречных турбулентных потоках с дисперсным алюминием в инертном газе.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству ферросплавов - феррохрома и ферротитана. Способ включает смешивание порошков исходных компонентов шихты, содержащей рудный концентрат и алюминий в качестве восстановителя, инициирование процесса горения, механическое отделение полученного литого ферросплава от шлаков.

Предложен способ получения титана восстановлением его из тетрахлорида с применением жидкого тетрахлорида и дисперсного алюминия в качестве восстановителя. Процесс проводят в температурном диапазоне от -23°C до +137°C и массовом соотношении исходных тетрахлорида титана и алюминия не менее, чем 5,27 к 1,00 при интенсивном перемешивании.

Группа изобретений относится к получению губчатого титана термическим восстановлением тетрахлорида титана жидким магнием. Устройство содержит реторту с ложным днищем, оснащенную крышкой с центральным патрубком и патрубком для подачи аргона, сливным устройством, и реакционную камеру.

Изобретение относится к переработке техногенных отходов. Готовят шихту путем смешивания медного гальваношлама с карбонатом натрия, хлоридом натрия и с углем или углем и касситеритовым концентратом.

Группа изобретений относится к цветной металлургии. Устройство содержит реторту с ложным днищем, оснащенную сверху крышкой с центральным патрубком и патрубком для подачи аргона, сливным устройством снизу и вибрирующим устройством, установленным в центральном патрубке.

Изобретение относится к металлургии для получения редких и редкоземельных металлов методом кальцийтермического восстановления, в частности к аппарату для металлотермического получения металлов и сплавов.
Изобретение относится к способу футерования реторт для получения металлов и сплавов металлотермической восстановительной плавкой. Способ включает установку съемной вставки в реторту с зазором между стенкой реторты и вставкой, загрузку материала футеровки в зазор между вставкой и стенкой реторты для получения футеровки реторты, извлечение вставки и установку реторты с полученной футеровкой в печи, при этом в качестве футеровки реторты используют жидкий шлак от предыдущей плавки, который отводят из печи через летку в другую реторту вне печи, предварительно подготовленную для его приема, а реторту, из которой слили шлак, извлекают из печи и футеруют с использованием жидкого шлака от предыдущей плавки для последующей плавки в печи для металлотермического восстановления, а вставка может состоять из нескольких частей.

Изобретение относится к способу и устройству для приведения в контакт двух несмешивающихся жидкостей. Способ приведения в контакт без смешивания первого вещества, состоящего из металла или сплава металлов, в жидком состоянии, и второго вещества, состоящего из соли или смеси солей, в жидком состоянии, в котором: помещают первое вещество в твердом состоянии в первый контейнер, приводят в контакт первый контейнер со вторым веществом в твердом состоянии, находящимся во втором контейнере, подвергают первый и второй контейнеры воздействию электромагнитного поля, первое вещество в жидком состоянии приходит в движение, второе вещество в твердом состоянии начинает плавиться под действием потока тепла от первого контейнера, второе вещество в жидком состоянии приходит в движение, первое вещество в жидком состоянии остается в контакте со вторым веществом в жидком состоянии в течение периода времени, извлекают первый контейнер из второго вещества в жидком состоянии, охлаждают первый контейнер до тех пор, пока первое вещество не вернется в твердое состояние. Технический результат - улучшение кинетики массопереноса. 2 н. и 33 з.п. ф-лы, 10 ил., 2 табл.
Наверх