CC BY
30
Секция ««ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ»
УДК 629.786/.788
А. В. Осипов1, К. П. Жилин1, Д. Е. Матюхин1 Научный руководитель - Д. М. Зуев2 1 Средняя общеобразовательная школа № 23 с углубленным изучением отдельных предметов, Красноярск 2Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
ПРОЕКТ СОЗДАНИЯ ТОПЛИВНОЙ ПЕРЕВАЛОЧНОЙ БАЗЫ НА ЦЕРЕРЕ
Для освоения планет солнечной системы потребуется большое количество топливных ресурсов и выгодная точка для запуска. Для данных целей подходит карликовая планета Церера в астероидном поясе. Церера имеет огромные запасы водного льда, которые послужат сырьем для добычи водорода и кислорода, пригодных для использования во многих типах двигателей. В данной работе предложены проект топливной базы, способы добычи и переработки, и концепт тяжелого транспортного корабля.
Освоение более дальних объектов солнечной системы требует большого количества топлива и других ресурсов. При запуске с Земли стоимость запуска возрастет многократно, т.к. большая часть топлива расходуется на преодоление земного притяжения. Запуск с орбиты, либо с поверхности тела с низкой гравитацией решил бы эти проблемы. В случае запуска с земной орбиты стоит вопрос о стоимости транспортировки на орбиту, поэтому наиболее выгодно производить запуск с малого тела, на котором добываются и перерабатываются все нужные ресурсы. Поэтому предлагается создание топливной базы на Церере для запуска и дозаправки миссий к планетам за астероидным поясом.
Церера имеет мантию из смеси водяного льда и гидратированных минералов [1]. Из водного льда возможно получение основных ресурсов: воды, водорода и кислорода, которые могут использоваться в большинстве типов космических двигателей. Из минералов (доломит, кальцит и другие) возможно получение металлов, а также углерода и этилена, которые можно использовать в качестве сырья для наноструктур и пластиков, включая композит RXF1 (разработан NASA), который планируется использовать как основной конструкционный материал для космических кораблей (в том числе и в этой работе). Преимущества RXF1: по сравнению с алюминием выдерживает нагрузку в 3 раза больше при плотности в 2.6 раза меньше, на 50 % лучше защищает от солнечного излучения и на 15 % от космической радиации. [2]
Планируется размещение на Церере добывающих и перерабатывающих сооружений (рис. 2). Для добычи H2 и O2 будет использоваться процесс электролиза воды, для получения которой будет построена солнечная печь (рис. 1) мощностью 850 КВт, суммарной площадью гелиостатов 1 386 кв. м., что позволит добывать 2 200 т воды ежемесячно, что дает 240 т, H2 и 1990 т O2.
Для транспортировки добытых ресурсов на орбиту предлагается использовать орбитальный лифт, трос которого будет закреплен на орбитальной станции (рис. 3), находящейся на синхронной орбите выше 700 км. Орбитальная станция будет выполнять жилую функцию - для создания искусственной гравитации будет использоваться вращающееся кольцо радиусом 40 м, которое при вращении 5 об/мин будет создавать центростремительное ускорение равное земному.
Также будут выполняться функции разгрузочного терминала для лифта и кораблей и заправочного терминала.
Рис. 1. Солнечная печь
Рис. 2. Поверхностные сооружения
Для доставки экипажа и большей части оборудования предложен концепт универсального модульного транспортного корабля HDPES (Heavy Deep Planets Exploration Ship) (рис. 4). Длина данного корабля составит 100 м, чистый вес около 100-150 тонн. HDPES, оснащенный плазменными двигателями VASIMR компании AdAstraRockets, сможет доставить 200 т груза на Цереру за полгода по кратчайшей орбите и выполнении гравитационного маневра вокруг Земли. Расход топлива составит около 200 тонн водорода. Корабль имеет несколько стыковочных шлюзов, к которым можно присоединить необходимые для экспедиции модули. Для создания гравитации будет использоваться вращающееся кольцо.
Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки
Рис. 3. Орбитальная станция
Рис. 4. HDPES
Для исследования астероидного пояса будут использоваться комплекс из челнока и планетохода, с возможность совершать посадку и подниматься с поверхности.
В данной работе были предложен концепт топливной базы, необходимые технические решения и средства, произведены примерные оценки и расчеты данных решений. Показано, что данный проект реален в 20-30 летней перспективе.
Библиографические ссылки
1. Carry B. et al. Near-infrared mapping and physical properties of the dwarf-planet Ceres //Astronomy and Astrophysics. 2008. Т. 478. №. 1. С. 235-244.
2. Bell J. et al. Radiation Shielding for a Lunar Base. 2011. URL: http://cmie.lsu.edu/NASA/Teams/ Radiation Shielding for a Lunar Base/Spring/Final Report.pdf.
© Осипов А. В., Жилин К. П., Матюхин Д. Е., 2013
УДК 539.21:537.86
А. А. Остапенко, В. В. Кретинин Научный руководитель - С. С. Аплеснин Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МУЛЬТИФЕРРОИКОВ ШХВ11-ХРЕО3
В МАГНИТНОМ ПОЛЕ
Мультиферроики на основе ЫБеОз широко и интенсивно с исследуются как модельные объекты для исследования механизма взаимодействия между электрической и магнитной подсистем, так и с возможным использованием их в спиновой электронике. В Б!РеО3 существует пространственно модулированная антиферромагнитная структура с периодом 62 нм, которая исчезает при температуре Нееля Тм = 643 К, а электрическая поляризация при Тс = 1045 К. Взаимосвязь спиновой циклоиды и поляризации осуществляется за счет антисимметричного обмена Дзялошинского-Мория. Смещение ионов в ЫРеО3 вдоль оси описывается полярным параметром порядка и характеризуется вектором электрической поляризации. При смещении ионов кислорода в п-моде кислородный октаэдр становится асимметричным вдоль оси, сжатым с одной стороны и расширенным с другой, что приводит к неустойчивым фононным модам.
В данной работе исследуются диэлектрические и магнитоэлектрические характеристики тонких пленок мультиферроиков №хВП-хРеО3 толщиной 160 нм с целью выяснения механизма магнитоэлектричекой связи для получения максимального эффекта.
В ЫРеО3 существует пространственно модулированная структура с периодом 62 нм. Замещение ионов висмута магнитными ионами неодима меняет магнитное поле анизотропии и величину обмена. Эти характеристики можно менять также под действием лазерного облучения, что дает дополнительный канал регулирования магнитоэлектрического эффекта.
На пленках NdxBi1-xFeO3 проведены измерения диэлектрической проницаемости, тангенса угла потерь в интервале частот 100 И < ю < 105 И в области температур 300 К < Т < 1 000 К без магнитного поля и в магнитном поле Н = 0,8 Тл, что представлено на рис. 1. Диэлектрическая проницаемость монотонно уменьшается с ростом частоты на 50 %, а отрицательный магнитоемкостный эффект 5с = е(И)-е(0)/е(0) возрастает по модулю в три раза с 0,5 % до 1,7 % при температуре Т = 300 К.
Частотная зависимость 5С (ю) = Аю 1/п обнаруживает кроссовер по частоте от п = 2 при ю < 103 И до п = 7. При нагревании магнитоемкостный эффект уменьшается и наблюдается скачок в 5С (Т) при температуре Т = 394 К , изображенный на рис. 2.
