RU2055206C1

RU2055206C1 - Method for developing moon soil for obtaining helium-3 and device for implementation the same

Info

Publication number: RU2055206C1
Application number: RU93033146A
Authority: RU
Inventors: Александр Серафимович Борисов; Илья Александрович Борисов; Александр Леонович Севьянц; Дмитрий Олегович Соболев
Original assignee: Александр Серафимович Борисов; Илья Александрович Борисов; Александр Леонович Севьянц; Дмитрий Олегович Соболев
Priority date: 1993-06-25
Filing date: 1993-06-25
Publication date: 1996-02-27

Abstract

FIELD: excavating machines. SUBSTANCE: method is realized by taking soil using soil-taking device, shipping it with subsequent soil heating, separation He-3 from He-4 and liquefaction in receiving/processing device. Soil intake is carried out by shuttling soil-taking device with cyclic lengthwise travel. Soil shipment is performed by throwing the soil to processing place. Pulling mean has two similar devices interconnected with a cable. Soil taking device is placed between pulling means. One pulling mean is provided with receiving/processing device. EFFECT: high productive capacity. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к разработке грунтов с помощью землеройной машины на Луне. The invention relates to the development of soils using an earth moving machine on the moon.

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).A known method of producing minerals from the soil, including sampling the soil and transporting it for processing [1]
A device for producing minerals from the soil, consisting of a traction suction device and a transmitting device [2]
As the closest analogue of the proposed method for the development of lunar soil to obtain helium -3 (He-3) and a device for its implementation, a method is known that includes taking soil, transporting it for processing, containing heating the soil, separating He-3 from He-4 and rock and He-3 liquefaction, and a lunar soil development device for producing He-3, including traction, soil collection, transportation and reception and processing facilities (Processes and Energy costs for mining Lunar Helium-3. INSviatoslavsky, 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). The disadvantage of this method and device for its implementation is the high specific energy consumption of the product due to the long path traveled by a traction vehicle (in the case of a moving lunar complex) or because of the long transmission device (in the case of a stationary lunar complex).

Цель изобретения уменьшение удельной энергоемкости получения Не-3. The purpose of the invention is the reduction of specific energy consumption for producing He-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. The goal is achieved by the fact that the soil is taken by shuttle passages by longitudinal movement of the soil sampling means, while the depth of the fence in one pass is not more than 1 m, and the soil is transported by continuously throwing it to the processing site.

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. The goal is also achieved by the fact that the traction means is made in the form of two mechanisms of the same type, interconnected by means of a cable, and the pick-up device is placed between the mechanisms making up the traction means and connected to the cable, while the conveying means is made in the form of a thrower and placed on the soil collection means, and on one of the mechanisms of the traction means installed receiving and processing means.

На фиг.1 и 2 показаны способ обработки лунного грунта для получения Не-3 и устройство для его осуществления. 1 and 2 show a method of processing the lunar soil to obtain He-3 and a device for its implementation.

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. The proposed method is implemented by taking the soil with a traction device in the form of two traction devices of the same type 1 and 2, a traction soil sampling device 3, transporting it with a transmitting device 4 and subsequent heating of the soil, separation of He-3 and He-4 and liquefaction in the receiving and processing device 5 and cylinders 6. In this case, the soil is taken by shuttle passages of the soil sampling device 3 with its cyclic longitudinal movement, and the soil is transported by continuously throwing it to the processing site. The traction means is made of two devices of the same type 1 and 2, interconnected by a cable 7, and the soil sampling device 3 is located between the traction means 1 and 2 and connected by a cable 7, while the soil sampling device 3 is equipped with a thrower 3 located on it, and one of the traction means equipped with a receiving-processing device 5.

Способ получения Не-3 из лунного грунта и устройство для его осуществления состоит в следующем. A method of obtaining He-3 from lunar soil and a device for its implementation is as follows.

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. One of the most important tasks for the next century for life both on Earth and in space is to provide reliable, safe, clean energy. Without energy, the Earth cannot provide for the life of 5 billion people currently living on it, and even more so 8-10 billion people who are likely to inhabit the Earth in the 21st century.

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. Given the limited reserves of oil, gas and coal, with increasing intensity of their consumption, their value will increase. The use of atomic energy (nuclear fission reaction and controlled thermonuclear fusion) will come to the forefront, provided that the environment is not polluted and the safety of this energy is obtained.

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). Known low-radioactive controlled thermonuclear fusion of deuterium (D) with helium-3 (He-3) to produce normal He-4, protons (P) and with the release of energy, but with virtually no radioactive waste than with the known and used reaction of deuterium and tritium (or lithium).

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. The initial elements of this reaction are not radioactive, and the resulting ones are so low-radioactive that it becomes possible to create a nuclear power plant in the "open air", without the problems of radioactive waste disposal.

Таким образом все упирается в получение Не-3, которого на Земле ничтожное количество (доли процента от состава природного газа). Thus, everything depends on the production of He-3, which on Earth is an insignificant amount (a fraction of a percent of the composition of natural gas).

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.According to the results of expeditions to the moon (Appolo program), according to the closest analogue and according to the project of the University of Wisconsin in the lunar soil (regolith) under the influence of solar wind and cosmic radiation in the absence of the atmosphere, a sufficient amount of He-3 was formed over millions of years, which estimated at 1 kg per 1.11 · 10 ⁸ kg of regolith. At the same time, to obtain 1 kg of He-3 at a processing depth of 1 m, it is necessary to process 76110 m ^{2 of} the moon's surface.

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. According to these data, the surface treatment of the moon, i.e. It is proposed that soil collection, delivery and reception of He-3 be carried out in two ways: by creating a stationary complex that requires a constant supply of lunar soil to the complex, and by creating a mobile complex in which the soil will be collected by a moving traction vehicle using the soil pick-up mechanism and transferred to the receiving -recycling device, where by heating, separation and subsequent reduction of it will receive He-3. All these operations will be carried out on a towing vehicle.

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. In the first case, to obtain liquefied He-3 in cylinders for processing a large surface area of the Moon, a large number of transmitting devices (conveyors) will be required, which must deliver this soil from all points of the treated surface to a stationary complex, the structures of which will have a large weight.

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. In the second case, the traction means must bypass all of this processed surface area of the Moon, having a working width (width of the traction means) of 10 30 m, he himself will need to make a long journey.

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.Thus, in both cases, significant specific energy consumption will be required. In addition, in this case, the weight of the traction means increases sharply. To avoid this, it is proposed to artificially increase by an order of magnitude or more the grip due to the fact that the traction means is made of two devices of the same type 1 and 2, spaced at a distance of the order of 1000-5000 m. An intake device 3 is placed between the devices of the same type 1 and 2 and connected to the cable 7, which in turn is connected to the devices 1 and 2 and has the ability to reciprocate between the devices 1 and 2, while moving the soil-picking device 3. The soil-picking device 3 contains a transmitting building 4 and thrower 8. When the shuttle movement of the soil sampling device 3 between devices 1 and 2, the soil is taken and fed through the transmitting device 4 to the thrower 8, which throws this soil into the receiving-processing device 5, located on one of the same type of traction devices 1 or 2. The process of throwing soil on the Moon is more advantageous than transportation by conveyors, since on the Moon the gravity is 6 times less than on Earth and therefore, with the same energy costs using throwing, you can cover more shui area of the treated surface. In addition, when throwing soil on the moon there is no spraying and braking about the atmosphere. Throwing is carried out continuously and sighting due to the use of the angle of the thrower barrel. Traction devices 1 and 2 themselves constantly, simultaneously and cyclically move parallel to each other on the surface of the moon, thus processing the necessary surface area. Upon receipt of a ground receiving-processing apparatus 4 via the special equipment is its heating to 700-800 ° ^C. This is not released from it, 3 and 4 do not. With the help of separation, He-3 is separated from He-4. He-3 is liquefied and pumped into cylinders for further delivery to Earth.

На данной стадии разработки (техпредложение) подсчитать экономический эффект не представляется возможным. At this stage of development (technical proposal), it is not possible to calculate the economic effect.

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. The technical effect compared to the prototype is to reduce the specific energy consumption when obtaining He-3 from the lunar soil due to the artificial increase in the width of the capture (coverage) of the soil sampling device during its shuttle movement between traction devices, i.e. in increasing the area of the treated surface and the exclusion of conveyors when throwing soil from the soil sampling device in the transmitting and receiving device.

Claims

1. The method of development of the lunar soil to obtain He-3, including sampling the soil, transporting it for processing, containing heating the soil, separating He-3 and He-4 and rocks and liquefying He-3, characterized in that the soil is taken by shuttle passages by longitudinal movement of the soil sampling means, while the depth of the fence in one pass is not more than 1 m, and the soil is transported by continuously throwing it to the processing site.

2. A device for the development of lunar soil to produce He-3, including traction, soil sampling, transporting and receiving and processing means, characterized in that the traction means is made in the form of two similar mechanisms interconnected by a cable, and the soil sampling means is placed between the components of the traction means by mechanisms and connected to a cable, while the transporting means is made in the form of a thrower and placed on a soil-collecting means, and on one of the mechanisms of the traction means iemno-processing means.