Использование водородосодержащих веществ для доставки строительных материалов на околоземную орбиту Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

УДК 661.961

Использование водо р одо соде ржа щих веществ для доставки строительных материалов на околоземную орбиту

A.A. Боровик1

кандидат технических наук

B.Н. Гаранин2

кандидат технических наук

1 Белорусский государственный экономический университет,

г. Минск, Беларусь

2 ЗАО «Струнные технологии», г. Минск, Беларусь

ГГ

Проведён анализ возможностей использования наиболее распространённых на Земле водородосодержащих веществ для доставки основных строительных материалов в космос. Особое внимание уделено механизму получения энергии из сырья для его транспортировки и последующего применения в строительстве на околоземной орбите. В частности, изучены возможности задействования вторичных продуктов производства водорода для создания крупных объектов в космическом пространстве. Оценка энергетической составляющей не осуществлялась, что указывает на первый этап предлагаемых исследований в области логистики доставки строительных материалов с Земли на орбиту.

Ключевые слова:

азот, аммиак, вода, водород, кислород, способ получения, строительство, транспортировка, углерод, условия космоса, хранение.

UDC 661.961

The Use

of Hydrogen-Containing Substances for the Delivery of Building Materials to Near-Earth Orbit

A. Borovik1

Ph.D. in Technical Sciences V. Garanin2

Ph.D. in Technical Sciences

1 Belarus State Economic University, Minsk, Belarus

2 Unitsky String Technologies Inc., Minsk, Belarus

rr

There is an analysis of the possibilities of using the most common hydrogen-containing substances for the delivery of basic building materials to space. Special attention is paid to the mechanism for obtaining energy from the raw materials being transported and intended for construction in near-Earth orbit. In particular, there is a study of the possibilities of using secondary substances of hydrogen production to built large objects in outer space. The energy component has not been assessed, that indicates the first phase of the proposed research in the logistics relevant to the delivery of building materials from Earth to orbit.

Keywords:

ammonia, carbon, construction, hydrogen, method of production, nitrogen, oxygen, space conditions, storage, transportation, water

Введение

Возведение и эксплуатация крупных объектов в околоземном пространстве, например космического индустриального ожерелья «Орбита» (КИО «Орбита») [1], в перспективе потребуют использования большого количества строительных материалов. Поскольку в настоящее время не представляется возможным предположить, что их будут добывать на астероидах или других космических объектах, такие материалы в основном планируется доставлять с Земли. Это потребует значительных ресурсов и повлечёт дополнительную нагрузку на окружающую среду ввиду необходимости создания части производств на нашей планете.

Получение в космосе конечных материалов для строительства из имеющихся на Земле «полуфабрикатов» (в качестве таковых рассматриваются природный газ и вода) позволит снизить вредное воздействие на природу, а также уменьшить затраты на возведение объектов за счёт использования космических условий производства (вакуум и энергия Солнца). Более того, в настоящее время уже проводятся работы по созданию космических верфей на околоземной орбите [2].

Особенности доставки

строительных материалов в космос с Земли

Основная идея исследования - обоснование создания условий не только для доставки сырья, необходимого при строительстве космических объектов, но и для его использования при выполнении работы по доставке. Для реализации данной цели лучше всего подходят материалы, получаемые с выделением энергии, которую можно потратить на их подъём в космос. В первую очередь следует обратить внимание на такие вещества, как углерод, широко задействованный на Земле в качестве основного элемента в строительных материалах (нанотрубки, стали, материалы полимерного типа) [3], и водород как источник энергии (водородная энергетика). Схема получения строительных материалов в космосе представлена на рисунке 1.

Оценка возможностей Земли и космоса показывает, что сегодня на нашей планете имеются большие запасы различных оксидов металлов, метана (СН4) и воды (Нг0), которые можно применять в качестве сырья для получения, например, сталей, стекла и синтетических материалов на основе углерода. В космосе, в свою очередь, имеются большие запасы энергии Солнца и уникальные условия вакуума, которые можно использовать для создания строительных материалов непосредственно на космических объектах.

Земля

Космос

Рисунок 1 - Схема получения строительных материалов в космосе

Широко применяются в строительстве стали, состоящие в основном из железа и углерода, а также из незначительного количества легирующих элементов. Для доставки в космос железа (Ре) предлагается использовать его оксиды (РеД), а на орбите или на Земле (требует дополнительной экономической проработки) проводить следующие химические реакции:

1оО 1 ЗН

2А1

Температура

Температура

2 Ре + ЗН Д

(1)

21 о • /\1 О . (2)

На их основании можно дополнительно получить такой строительный материал, как глинозём.

С целью определения возможности реализации процессов, представленных на рисунке 1, рассмотрим варианты применения упомянутого выше сырья с точки зрения химических реакций, где в первую очередь видится проблема использования и хранения водорода как вещества, которое в наибольшей степени участвует в энергообмене при доставке строительных материалов. Для этого необходимо оценить существующие технологии получения и транспортировки водорода на Земле в отношении его применения на орбите для удовлетворения потребности в материалах и энергии при строительстве и эксплуатации космических объектов.

Распространённые

водородосодержащие материалы на Земле

К самым распространённым природным водородосо-держащим материалам на Земле следует отнести воду (Нг0)

и природный газ (СН4), где энергия запасена в виде химических связей с Нг. Свободный (молекулярный) водород на нашей планете практически отсутствует. Незначительное количество этого газа имеется в верхних слоях атмосферы, где он образуется преимущественно при распаде паровых молекул воды вследствие поглощения ими излучения Солнца. В большом количестве водород находится на Земле в химически связанном виде. Основное его соединение -вода океанов, морей, озёр, ледников, рек и др. Кроме того, элементарный водород присутствует в виде ионов в различных кислотах, а также в виде атомов в органических соединениях с ковалентными связями (природный газ, нефть, нефтепродукты, спирты, эфиры, белки, углеводы, жиры и др.).

Свободный водород применяется как промежуточный продукт:

• при производстве аммиака, азотной кислоты, азотных и комплексных удобрений, взрывчатых веществ;

• в процессах гидрокрекинга нефтепродуктов, гидрирования (например, непредельных жиров при производстве маргарина);

• в различных малотоннажных наукоёмких отраслях промышленности - электронной, электротехнической, стекольной, фармацевтической, пищевой;

• в биотехнологиях;

• в выплавке металлов и сплавов высокой чистоты;

• в синтезе химически высокоактивных веществ и др.

Однако как энергоноситель молекулярный водород

для производства энергии используется достаточно редко (например, в качестве топлива в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) и водородных горелках, в электрохимических топливных элементах). Основная причина ограниченного применения первичного водорода заключается в том, что его практически нет в чистом свободном состоянии, поэтому Нг получают с затратами энергии или сырья (или и того и другого).

В природе молекулярный водород существует прежде всего как часть природного газа (в зависимости от сорта газа содержание данного вещества варьируется от долей процента до нескольких процентов) и, как правило, сжигается вместе с другими составляющими газа. Вместе с тем во многих странах строятся и эксплуатируются газоперерабатывающие заводы (например, Амурский ГПЗ в России), где природный газ разделяют на компоненты, в том числе и с получением молекулярного водорода.

Таким образом, свободный Нг в промышленности имеет широкое распространение в качестве технологического сырья. При этом существуют серьёзные трудности с его

получением, транспортировкой и хранением, что является главным фактором ограниченности применения.

На сегодняшний день определены перспективы получения и использования Нг как вторичного энергоносителя (например, в водородных аккумуляторах избыточной электрической энергии, а также как топлива в различных ДВС, не требующих массивных и дорогих топливных элементов в отличие от электрических аккумуляторов). Однако полностью перейти на водородную энергетику не представляется возможным из-за наличия на Земле природных способов накопления энергии, прежде всего - фотосинтеза в зелёных растениях, где задействуются углерод и кислород:

Ш) • НПО

Энергия света

СИ О • 60, (3)

Кроме того, не существует серьёзных оснований для превалирующего использования водорода как конечного источника энергии ввиду перспектив развития ядерной, солнечной, ветровой, гидравлической и термальной энергетики с выходом в конце энергетической цепочки на электрическую энергию, что на Земле считается более удобным и предпочтительным [4]. Это объясняется, прежде всего, значительным снижением общего КПД энергетических цепочек с водородом по сравнению с цепочками, применяющими другие первичные энергоносители.

Основной процесс получения энергии (0) при использовании Нг как энергоносителя описывается известной обобщённой химической реакцией [5]:

2Н. • 0 = 2Н .0 • Q.

(4)

Главное достоинство этого процесса - его экологич-ность, поскольку исходные вещества и продукты реакции являются экологически чистыми при условии использования в качестве окислителя чистого кислорода (в реакции с воздухом образуется некоторое количество весьма токсичных оксидов азота (N0,, N0) и иных вредных веществ из-за присутствия других газов, пыли, органических соединений). Кроме того, водород обладает высокой теплотворной способностью на единицу массы. Его удельная теплота сгорания равна 141 МДж/кг (для сравнения: у метана данный показатель составляет 50,2 МДж/кг, а у других видов топлива ещё меньше). По этой причине имеются широкие перспективы использования водорода как вторичного энергоносителя для накопления большого количества энергии при относительно незначительной задействованной массе.

Особенно рационально применять для получения Нг энергию, которая оказывается лишней в результате како-го-либо процесса и которую нельзя просто и дёшево сохранить, что и предлагается учитывать во время подъёма во-дородосодержащих материалов на околоземную орбиту. Общеизвестно, что генерируемая электрическая энергия потребляется в основном сразу после её производства на электростанциях, а эксплуатация огромного парка аккумуляторов, запасающих избыточную энергию (например, генерируемую ночью на АЭС и не востребованную потребителями), экономически затратна и технологически сложна. В космических условиях, где объёмы в меньшей степени влияют на выбор способа транспортировки и хранения энергии, водород по сравнению с другими газами (например, метаном) является более перспективным веществом.

Свободный Нг получают разными способами, где важное значение имеют кислород и водород [6].

1. Электрохимическое разложение воды с использованием электрической энергии, что возможно при применении катализаторов. При данном способе протекает электрохимическая реакция, записываемая обобщённым уравнением:

2Н ,0

Электрический ток

2Н, • О,

(5)

Существует много вариантов технического исполнения такого технологического процесса. В большинстве случаев используются электролизеры - бассейны с электролитами (водные растворы кислот или щелочей), в которые погружены анод и катод под электрическим напряжением. Имеются схемы с полусухими электролитами.

2. Тепловые химические реакции при высоких температурах, нередко в присутствии специальных катализаторов. Теоретически возможно термическое разложение воды по реакции:

2Нг0

Температура, катализатор

2II • 0.

(6)

Данный процесс требует специальных катализаторов и высоких температур, причём энергетическая эффективность его достаточно низкая, поэтому на практике такая технология на Земле используется редко.

3. Паровая обработка угля, реализуемая в специальных газогенераторах, в которых над раскалённым добела слоем кокса (уголь, нагреваемый без доступа кислорода)

пропускают водяной пар. При этом из-за высокой температуры атомы водорода в воде замещаются на атомы углерода под действием протекающей реакции:

С-II О СО- II.

(7)

Смесь угарного газа и водорода разделяют, а иногда используют как топливо, без разделения, что не является рациональным по причине выброса в атмосферу диоксида углерода (С0г), который можно исключить в условиях космоса и применить для получения углерода путём реализации эндотермической реакции:

СО.

Температура

С + 0,

(8)

4. Паровая конверсия метана [7]. Указанный процесс происходит при высокой температуре (около 1000 °С). При этом осуществляется взаимодействие метана с водяным паром, углекислым газом или смесью водяного пара и углекислого газа в присутствии катализатора на основе никеля с добавками оксидов магния, алюминия и других металлов:

СН4 + Нг0

Температура, катализатор

зн. + со.

(9)

Протекает основная реакция риформинга по схеме, представленной на рисунке 2.

Хранилище углеродного продукта Рисунок 2 - Схема пиролиза метана с углеродным катализатором

Образующуюся смесь водорода и угарного газа нужно затем дополнительно обрабатывать водяным паром, что позволяет превратить токсичный угарный газ в относительно безвредный углекислый газ и увеличить выход водорода:

СО • НО = СО • II.

(Ю)

СИ,

Температура, катализатор

С + 2Н,

(11)

Выход свободного молекулярного Нг в такой схеме почти вдвое меньше, чем при паровой конверсии метана. При этом отсутствует парниковый след в виде газообразного С0г, а твёрдый углерод можно относительно просто отделить от водорода и применить в других производствах, например при получении углепластиков, углеродного волокна, графенов, углеродных трубок и др. Причём данные материалы успешно используются при строительстве различных сооружений, в том числе и в космосе.

В то же время указанные технологии требуют затрат энергии, которая необходима для подъёма углерода в космос, и здесь выгодно рассматривать обычную реакцию горения метана с образованием воды и углекислого газа (его в космических условиях лучше разделять на углерод и кислород):

(III. • 20, = СО, • 2Н.0 • Q.

(12)

Стадии и оборудование паровой конверсии:

1) гидрирование сырья на кобальт-молибденовом катализаторе в трубчатом аппарате и поглощение сероводорода;

2) предварительный риформинг;

3) конвекционный риформинг в трубах печи специальной конструкции, заполненных никелевым катализатором, который нанесён на алюминиевую подложку. Тепло, необходимое для процесса, подаётся через стенки труб, нагретых снаружи путём сжигания другой части природного газа;

4) конверсия выделившегося СО в С0г в трубчатом аппарате, представленном на рисунке 2;

5) очистка продуктового водорода в блоке адсорберов короткоцикповой адсорбции.

С точки зрения энергетических затрат паровая обработка угля и паровая конверсия метана являются самыми низкозатратными технологиями (гораздо эффективнее, чем электролиз воды и водных электролитов). Однако в этих процессах присутствует углеродный след в виде углекислого газа, который желательно уловить и преобразовать в строительный материал (8) [3].

Указанная технология имеет основной недостаток -необходимость применения кислорода в химических реакциях. Вместе с тем уже существуют промышленные методики, когда под влиянием высоких температур и с использованием сплава висмута и никеля происходит реакция:

Таким образом, при получении свободного водорода кроме затрат энергии (её можно взять в космосе) образуются вещества, которые участвуют в синтезе углеродосо-держащих материалов (углепластик, графены, углеродное волокно, стали и др.) для последующего их применения в условиях космоса.

Существующие технологии транспортировки и хранения водорода

Указанные выше химические реакции проходят с образованием таких веществ, как водород, кислород и углерод, которые имеют свои особенности транспортировки и хранения. Рассмотрим водород по причине наличия особых проблем в данном отношении.

На сегодняшний день молекулярный Нг накапливают, хранят и транспортируют в газообразном или жидком виде. Плотность жидкого водорода (ЖВ): 70 кг/м5; точка замерзания: 14,01 К (-259,14 °С); точка кипения: 20,28 К (-252,87 °С). Очевидно, что плотность ЖВ значительно выше, чем молекулярного в газообразном состоянии (при давлении 1 атм и температуре 0 °С равна 0,09 кг/м5). Следовательно, с точки зрения компактного хранения и использования ЖВ значительно предпочтительнее газообразного.

ЖВ - это бесцветная жидкость без запаха, которая при смешивании с воздухом становится взрывоопасным веществом (коэффициент воспламенения 4-75 %). ЖВ требует криогенной технологии хранения, включающей специальные теплоизолированные ёмкости и трубопроводы, с которыми необходимо особое обращение, что характерно для всех криогенных технологий. ЖВ близок в этом отношении к жидкому кислороду, но предполагает большую осторожность из-за пожароопасности. Даже в случае применения ёмкостей с тепловой изоляцией вещество тяжело содержать при низкой температуре, нужной для его сохранения в жидком состоянии (обычно оно испаряется со скоростью до 1 % в день [7]). ЖВ при атмосферном давлении имеет узкий температурный показатель стабильности - всего 7 °С, что создаёт определённые трудности при его хранении.

Несмотря на все минусы, ЖВ является распространённым компонентом топлива, которое используется для реактивного ускорения ракет-носителей и космических аппаратов. Вследствие сравнительно низкой плотности и высокой удельной теплоты сгорания масса данного вещества в ракете относительно невелика, поэтому масса транспортируемой в космос полезной нагрузки выше, чем в ракетах, работающих на других видах топлива.

В большинстве жидкостных ракетных двигателей водород перед его смешиванием с окислителем и сжиганием для получения тяги применяется для регенеративного охлаждения сопла и других частей двигателя. Таким образом, несомненно ещё одно достоинство ЖВ - он может служить как охлаждающий теплоноситель (в качестве хладагента задействуется не только в ракетной технике [8]). Современные двигатели на компонентах Нг/0г потребляют переобогащённую водородом топливную смесь, что приводит к некоторому количеству несгоревшего Нг в выхлопе. Кроме того что увеличивается удельный импульс двигателя за счёт уменьшения молекулярного веса реактивной струи, использование ЖВ также сокращает эрозию сопла и камеры сгорания.

Однако в других областях необходимость создания криогенных условий хранения и малая плотность ЖВ - сдерживающие факторы для его применения. Только к 2009 г. удалось сделать ракету-носитель («Дельта-4»), которая целиком является водородной. На сегодняшний день ЖВ используется либо на верхних ступенях ракет, либо на разгонных блоках, которые значительную часть работы по выводу полезной нагрузки в космос выполняют в вакууме, что указывает на преимущества применения вещества в космосе по сравнению с атмосферой Земли. В качестве одной из мер по увеличению плотности этого вида топлива существуют предложения задействовать шугообразный водород, т. е. полузамёрзшую форму ЖВ.

Повышения плотности, а значит, и компактности также можно добиться сжатием и охлаждением молекулярного газообразного водорода. К тому же он не требует никакой криогенной техники и технологии. Именно поэтому большинство земных ДВС и газовых турбин функционируют на сжатом газообразном водороде и его смеси с другими горючими газами.

На Земле для хранения газообразного водорода чаще всего задействуют соляные пещеры - в них он почти не загрязняется примесями и не теряется. Ведутся исследования по разработке технологии хранения Н:, с использованием металлогидридов [9]. Второй естественный резервуар для водорода - истощённые пласты залежей природного

газа или нефти и водоносные горизонты. Они объёмнее соляных пещер, но водород в них сильнее загрязняется, вступая в реакцию с горной породой, микроорганизмами, жидкостями.

Сжатый водород (при давлении 700 бар, т. е. приблизительно 690 атм) имеет только 15 % плотности энергии (количество энергии на единицу объёма) бензина, значит, для хранения эквивалентного количества топлива (например, на водородной заправке) нужно в семь раз больше места. По этой причине водород для транспортировки и хранения смешивают с аммиаком (1\1Н,), у которого плотность выше, а места для такой смеси требуется меньше, что позволяет транспортировать значительное количество вещества без увеличения объёма хранилища. Однако на конверсию и реконверсию нужны дополнительные затраты. В свою очередь, аммиак можно произвести, используя реакцию:

N • ЗНг

Температура, катализатор

21МН7

(13)

Таким образом, существенные затраты энергии идут на сжижение водорода и получение различных смесей. В циклах «компримирование - охлаждение» теряется около 25-35 % его массы. Такая же операция над природным газом требует только 10 % массы. Для частичного решения указанной проблемы водород смешивают с другими веществами для перевозки в жидком виде. Главные претенденты на роль «попутчиков» Нг, как упоминалось выше, - аммиак и жидкие органические носители водорода (например, метилцикпогексан (С7Н|4)). Для того чтобы смешать водород с аммиаком, нужно 7-18 % энергии из объёма поставки. Столько же Нг теряется, когда он выделяется из этой смеси. Однако аммиак сжижается при температуре -33 °С и содержит в 1,7 раза больше водорода на кубометр, поэтому аммиачно-водородную смесь транспортировать дешевле, чем чистый Нг. Такой способ транспортировки уже широко применяется на практике [10]. Схожим образом водород можно включить в жидкий органический носитель. На конверсию и реконверсию при этом уходит 35-40 % Нг. Некоторые жидкие органические носители водорода могут быть негорючими, что делает перевозку безопаснее [11].

Ввиду широкого использования трубопроводной транспортировки природного газа данные магистрали являются перспективными и для перемещения водорода [12]. Однако далеко не все они подходят для его прокачки: трубы из низкопрочной стали теряют свою годность из-за контакта с Н:, (водородное охрупчивание). При его смешении с аммиаком или природным газом охрупчивание значительно снижается.

В некоторые страны Нг доставляют морем. Пока танкеры для перевозки водорода массово не производят. Первое такое судно, получившее название Suiso Frontier, построила компания Kawasaki Heavy Industries, а спустили его на воду в декабре 2019 г. в г. Кобе (Япония) [13]. В марте 2020 г. на танкер установили резервуар объёмом 1250 м5, в котором вещество можно перевозить в сжиженном состоянии.

Таким образом, представленная информация свидетельствует о том, что свободный водород рационально использовать сразу в местах его выработки из-за высоких затрат на транспортировку и трудностей хранения на Земле. В космосе данные процессы проще реализовать по причине наличия вакуума и сверхнизких температур (упрощаются конструкции ёмкостей для хранения Нг), что дополнительно подтверждает заключение об основном применении водорода в качестве источника энергии в космических условиях. Для повышения безопасности транспортировки следует предусматривать различные смеси Нг с жидкостями, которые после переработки смогут обеспечить выделение свободного водорода с получением различного рода строительных материалов.

Перспективы

космического использования водорода

На основании представленных данных предлагается схема переноса в космос основных веществ для строительства (рисунок 3), показывающая оборот элементов при доставке материалов с Земли на орбиту. Данный рисунок не отражает энергетические балансы, а демонстрирует лишь общие механизмы оборота веществ, среди которых следует выделить водород, способный на единицу массы накапливать значительное количество энергии.

Земля I Космос

Рисунок 3 - Схема оборота основных материалов

Помимо применения при строительстве космических объектов сырья, находящегося на Земле, следует обратить внимание на уже имеющееся за её пределами.

Как известно, космос обладает большими запасами водорода и водородосодержащих веществ (в Солнечной системе, например, на Юпитере с его спутниками и Венере) [14]. Установлено, что в недрах Юпитера и его атмосферы сосредоточены огромные объёмы водорода, метана, аммиака, воды. В атмосфере Венеры находится масса воды, серной кислоты, аммиака. В космосе перемещаются кометы, а также наблюдаются выбросы солнечной материи, в которых много водорода. В этих случаях целесообразно организовать извлечение данного вещества из указанных объектов.

Исходя из вышесказанного, использование водорода видится в первую очередь следующим образом.

1. На Луне можно строить города, накрытые герметичными куполами, под которыми создана атмосфера, пригодная для жизни. Вещества под куполом циркулируют в режиме регенерации. Первичная энергия для этих городов -солнечные панели, сгруппированные в специальные станции, которые описаны в [15]. Основная используемая энергия - электрическая, её избытки направляются на получение Н„ Водород - это топливо для ДВС транспортных средств, перемещающихся по Луне вдали от зарядных электрических станций и ведущих строительство, добычу ископаемого сырья и др.

Данное вещество используется и в других технологиях, описанных выше. В холодной лунной атмосфере энергетически сжижать Н:, будет менее трудозатратно. Водородо-содержащее и прочее сырьё возможно транспортировать с Земли, Юпитера, Венеры и др.

2. Применение ЖВ предполагает создание специальных мест на околоземных орбитальных станциях (например, КИО «Орбита») для его производства, накопления, хранения и заправки им межпланетных космических кораблей для пилотируемого и беспилотного исследования и освоения более дальнего космоса, прежде всего глубин Солнечной системы. С Земли на такую станцию в качестве полезного груза можно везти просто воду (не надо тратить энергию на получение Нг). Существует вариант транспортировки ЖВ с использованием водородно-кислородных двигателей, где и топливо, и груз - одно и то же, что позволяет удешевить данный процесс.

На околоземной станции многочисленные солнечные панели преобразуют солнечную энергию в процессе электрохимического разложения воды с получением водорода. Космический холод поможет дёшево сжижать Нг, которым заполнят объёмные резервуары, находящиеся

в тени солнечных панелей (чтобы не нагревались). Межпланетные корабли подходят к станции, заправляются ЖВ (масса заправленного корабля не менее чем на 95 % состоит из водорода; не более 5 % - двигатель, жилые и служебные помещения, аппаратура, системы и материалы жизнеобеспечения, экипаж и др.). Двигатель корабля - ядерно-плазменный. Ядерный реактор выделяет много энергии, которая идёт на нагрев Нгдо многих десятков тысяч градусов. Водород ионизируется до состояния плазмы, его ионы ускоряются мощными электромагнитными полями сверхпроводников двигателя, которые особенно эффективны в холодном космосе. Скорость истечения ионов водорода из сопла плазменного двигателя на порядок превышает скорость истечения продуктов сгорания обычных ракетных реактивных двигателей. Поэтому компактный плазменный двигатель создаёт колоссальную тягу, межпланетный корабль быстро разгоняется и на скорости в тысячи километров в секунду летит к цели. Время перелётов резко сокращается.

Следует отметить, что при функционировании космического транспорта желательно максимально избегать использования реактивной тяги, приводящей к потере веществ, в том числе ионизированного водорода. Законы сохранения импульса и энергии позволяют искать способы управления транспортными средствами в местах ускорения, замедления и маневрирования. Применение принципа, предполагающего, что ускорение одного тела приводит к замедлению другого, способствует выработке концепции беззатратного взаимодействия тел в космосе. Этот принцип, в частности, реализован в общепланетарном транспортном средстве [16], которое предусматривает поднятие грузов на околоземную орбиту без использования реактивной тяги.

Заключение

Чистый водород ввиду проблем с его транспортировкой и хранением, а также низкой удельной массы более перспективен к задействованию в космосе, чем на Земле. Использование Нг в условиях нашей планеты можно рассматривать как часть основного применения в космическом пространстве.

С точки зрения аккумулирования энергии, получаемой при осуществлении различных химических процессов, эффективнее использовать вещество, которое имеется на Земле в основном в водородосодержащих материалах.

Чистый Нг в качестве энергоносителя с целью повышения удельной ёмкости (на единицу объёма) запасаемой энергии лучше применять в жидком или шугообразном виде.

Хранение и транспортировку ЖВ легче обеспечить в космосе, так как в условиях вакуума менее энерго- и трудо-затратно поддерживать сверхнизкие температуры. На Землю водород транспортировать на сегодняшний день лучше вместе с другими включающими его веществами, например аммиаком.

Производство Нг из водородосодержащего сырья (природный газ, вода) может послужить основой для доставки в связанном виде материалов, которые необходимы при возведении КИО «Орбита».

Для транспортировки в космос сталей, чугуна и различных полимеров предлагается использовать природный газ и оксиды металлов, которые в больших количествах имеются на Земле.

Для дальнейшего промышленного освоения космоса перспективной видится отработка технологий применения вторичных продуктов, образующихся при получении молекулярного водорода. Указанные вещества планируется задействовать для производства материалов, которые затем можно использовать при сооружении различных космических объектов, в том числе КИО «Орбита».

Список основных источников

1. Юницкий, A3. Струнные транспортные системы: на Земле и в Космосе: науч. издание/А.Э. Юницкий. - Силакрогс: ПНБ принт, 2019. - 576 с.

2. Новый этап в освоении дальнего космоса. Россия начала строить орбитальную космическую верфь [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://dzen.ru/a/YNneFDGap g1a2DFZ?utm_referer=www.google.com. - Дата доступа: 12.07.2023.

3. Руденков, A.C. Углеродные нанотрубки: классификация, особенности синтеза, методы исследования, области применения/A.C. Руденков, М.А. Ярмоленко//Проблемы физики, математики и техники. - 2019. - №2(39). - С. 7-14.

4. Солодова, Н.Л. Водород как перспективный энергоноситель. Современные методы получения водорода / Н.Л. Солодова, Р.Р. Минигулов, ЕА Емельянычева // Вестник Казанского технологического университета. -2015. -№3.- С. 137-140.

5. Гзльфанд, Б.Е. Водород: параметры горения и взрыва / Б.Е. Гельфанд, O.E. Попов, Б.Б. Чайванов. - М.: Физматлит, 2008.-288 с.

6. Производство водорода из органического сырья/М. Ф. Кротов [и др.] // Энергия: экономика, техника, экология. -2011. - № 11. - С. 2-10.

7. Хранение водорода [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://newchemistry.ru/letter.php9n_fc138l -Дата доступа: 12.07.2023.

8. Юницкий, А.Э. Обоснование возможности использования водорода в качестве хладагента в гиперскоростных транспортных средствах /А.Э. Юницкий, В.Н. Гаранин,

B.В. Янчук//Безракетная индустриализация ближнего космоса: проблемы, идеи, проекты: материалы Умежду-нар. науч.-техн. конф., Марьина Горка, 23-24 сент. 2022г. / ООО «Астроинженерные технологии», ЗАО «Струнные технологии»; под общ. ред. А.Э. Юницкого. - Минск: СтройМедиаПроект, 2023. - С. 64-73.

9. Тарасов, Б.П. Проблема хранения водорода и перспективы использования гидридов для аккумулирования водорода/Б.П. Тарасов, М.В. Потоцкий, В.А. Яртысь //Журнал Российского химического общества им. Д.И. Менделеева. -2006. -TL, №6.-0 34-48.

10. Алексеева, O.K. Транспортировка водорода/O.K. Алексеева,

C.И. Козлов, В.Н. Фатеев//Транспорт на альтернативном топливе. - 2011. - №3(21]. - С. 18-24.

11. Hydrogenious LOHC Technologies [Electronic resource], -Mode of access: https://www.youtube.com/channel/ UCgUkTg8YF9m_NfqWL_TvLJA. - Date of access: 12.05.2023.

12. Надёжность и безопасность магистрального трубопроводного транспорта: сб. тез. VIII междунар. науч.-техн. конф., Новополоцк, 25-28 ноя б. 2014 г./УО «Полоц. гос. ун-т»; под общ. ред. В.К Липского. - Новополоцк: ПГУ2014. -168 с.

13. Kawasaki построила первый в мире танкер для перевозки водорода [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://neftegaz.ru/news/Suda-i-sudostroenie/681764-kawasaki-sozdala-pervyy-v-mire-tanker-dlya-perevozki-vodoroda/. - Дата доступа: 12.05.2023.

14. Basilevsky А. Т. The Surface of Venus /A. T. Basilevsky J.W. Head // Reports on Progress in Physics. - 2003. -Vol. 66, No. 10. - P 1699-1734.

15. Кожанова, E.P Космические солнечные электростанции как элементы распределённой энергосистемы / Е.Р. Кожанова, 111. Менян // Безракетная индустриализация ближнего космоса: проблемы, идеи, проекты: материалы IVмеждунар. науч.-техн. конф., Марьина Горка, 18 сент. 2021 г. / ООО «Астроинженерные технологии», ЗАО «Струнные технологии»; под общ. ред. А.Э. Юницкого. -Минск: СтройМедиаПроект, 2022. - С. 233-247.

16. Юницкий, А.Э. Струнные транспортные системы: на Земле и в Космосе: науч. издание /А.Э. Юницкий. - Минск: Беларус. навука, 2017. - 342 е.: ил.