Estaba investigando si habría alguna forma de obtener propulsores de la propia luna para apoyar una futura base y estaciones espaciales en el espacio cis-lunar. Encontré dos documentos que exploran cómo podría funcionar el aluminio en particular en combinación con el oxígeno líquido.
Uno es de Wickman Spacecraft & Propulsion , quien dice:
Una opción adicional disponible con aluminio es suspender el polvo de aluminio en LOX gelificado para formar un monopropulsor... Como parte de nuestra investigación, fabricamos un pequeño motor de cohete alimentado por el monopropulsor de aluminio LOX... El tanque propulsor estaba rodeado por un baño de nitrógeno líquido para evitar que el LOX hierva. Las líneas de alimentación del propulsor pasaban por un baño de nitrógeno líquido en su camino hacia la cámara de combustión. Un pistón empujaba contra el propulsor para introducir el propulsor en la cámara del motor del cohete. Si bien el empuje fue de solo una libra, el motor se puso en marcha y se detuvo varias veces sin que se produjera un retroceso del frente de la llama de combustión en el tanque de propulsor.
El otro es de un documento llamado Moon Miner's Manifesto , alojado en el sitio web de Artemis Society International :
El aluminio y el oxígeno solos proporcionarán un impulso específico algo más bajo que la mayoría de los hidrocarburos. Brower et al. espere un valor de 285 segundos... Uno [diseño del motor] sería bombear polvo de aluminio como lo hacemos con los fluidos. En este caso, probablemente será necesario usar un gas portador junto con el polvo para evitar que los granos de aluminio se suelden al vacío o se peguen debido a las fuerzas electrostáticas... Otra técnica es un motor de cohete híbrido que usa aluminio sólido y oxígeno líquido. Un diseño conceptual para tal motor fue propuesto por Brower et al. Su diseño requiere una matriz hexagonal de barras de aluminio del largo de la cámara de combustión. El oxígeno líquido bajaría por las barras para un enfriamiento regenerativo antes de alcanzar la llama en las puntas de las barras. El motor podría usar solo oxígeno y aluminio, o podría usar una operación tripropelente con hidrógeno.
Brower et al. El artículo se presentó en la 26ª Conferencia Conjunta de Propulsión en 1990 y está en el catálogo de la AIAA.
Obviamente, esto necesita mucho desarrollo, pero a primera vista parece que podría tener ventajas sobre la propuesta habitual en este punto: adquirir hielo de agua de asteroides o de cráteres permanentemente sombreados en los polos de la luna (si está presente en cantidades adecuadas y concentraciones), y dividirlo en hidrógeno y oxígeno para su uso en motores H 2 /LOX.
Las tierras altas lunares están compuestas en gran parte de anortita (CaAl 2 Si 2 O 8 ), un mineral que tiene un 15 % de aluminio y un 62 % de oxígeno. Las regiones que tienen un 80% de anortita o más parecen ser comunes. La extracción de oxígeno se ha discutido en varios artículos , requiere calentar el regolito por encima de 1100 Celsius para que los óxidos minerales se disocien y se pueda recolectar el oxígeno.
Editar: pregunté sobre esto en la comunidad de SE Chemistry y obtuve una respuesta de Jon Custer:
Materia prima de polvo fino... en una descarga de arco para vaporizar e ionizar... aceleración electrostática, luego electroimanes para separar la masa. Energía con una matriz de paneles solares. Sin partes móviles (excepto la alimentación de polvo). No se necesitan sistemas de vacío. Y separas todos los elementos a la vez.
TildalWave me ha señalado que esto requeriría una gran cantidad de electricidad y refrigerante. Se me ocurrió que tal vez el refrigerante podría evitarse colocando todo el mecanismo del separador sobre rieles, en una pista larga y sombreada que corre al lado de su campo de paneles solares. Si configura el separador para descargar el metal y los productos de escoria directamente en el suelo debajo de la pista a medida que avanza, tal vez sea solo una cuestión de averiguar cómo obtener el flujo y la velocidad a la que el separador se mueve correctamente, y el enfriamiento podría ocurrir pasivamente. Quedarían rastros lineales de metales y escoria en el suelo que podrían irradiar lentamente su calor hasta que se enfríen lo suficiente como para recolectarlos. Probablemente hay razones que no funcionarían, pero necesito que me digan cuáles son.
¿Podría algún proceso en este sentido ser competitivo con la minería de asteroides? ¿Cuáles son los problemas y obstáculos?
Hay varias cuestiones en juego aquí.
Veámoslos a su vez:
Según el documento citado del OP, los materiales existen en cantidad suficiente en la luna. Esto está bien confirmado a través de muchas fuentes, como se muestra en Wikipedia .
Sí pueden, y de hecho fueron "cosechados" por Apolo. Se requeriría mucha refinación, pero las materias primas se pueden cosechar fácilmente.
Según el documento citado anteriormente, el propulsor del cohete es una suspensión de aluminio en LOX. Siendo realistas, no preveo que esta suspensión se use en la producción real; sin embargo, los investigadores mencionan que esta no es la única mezcla posible. Tal vez en el entorno de baja gravedad, baja presión y baja temperatura de la luna, sea factible una mezcla más fácil de formar y de manejar. Se necesita investigación adicional en esta área en particular.
Nuevamente, usando un artículo citado por el OP, la respuesta parece ser cierta. En el estado actual de la tecnología (ciertamente muy temprano) parece que solo son posibles motores pequeños y de baja potencia. Sin embargo, la luna es un mundo de baja gravedad sin atmósfera apreciable. Tal aplicación de baja potencia puede ser suficiente para el salto de estación lunar a estación lunar.
Casi seguro. La electrólisis del agua (utilizada para adquirir el oxígeno) producirá hidrógeno como subproducto, como un ejemplo trivial. Sin embargo, el agua está limitada en sus ubicaciones en la Luna, pero se puede encontrar en algunos lugares.
Con base en lo anterior, llego a la conclusión de que, dada una presencia establecida de minería y fabricación en la luna, y con suficiente potencia, un motor de cohete de aluminio y oxígeno podría usar combustible de origen local para jauntear alrededor de la luna . Sin embargo, no espero que esta tecnología pueda usarse para impulsar barcos desde la luna a otros destinos.
Voy a aventurarme y sugerir que la tecnología para refinar el mineral funciona, así como la capacidad para hacer el cohete. Aquí hay algunas cosas para pensar:
Podría ver esto como una etapa de retorno para la misión minera lunar, pero no para una misión tripulada. ISRU simplemente no es tan importante para una misión lunar como lo sería para una misión a Marte.
kim titular
Kirkaiya
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HopDavid
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