Гелиосистема горячего водоснабжения для обитаемой базы на полюсах Луны

Использование экологически чистой солнечной тепловой энергии сталкивается с рядом трудностей при практической реализации энергосистем обитаемой лунной базы ввиду необходимости ее аккумулирования и хранения в течение лунной ночи. В статье рассматривается гелиосистема горячего водоснабжения для нужд системы обеспечения жизнедеятельности лунных баз, расположенных в пиках вечного света на Северном и Южном полюсах Луны. Данная система способна поддерживать требуемый уровень температуры воды в течение лунного года с учетом солнечных затмений на Луне. Гелиосистема включает в себя коллектор солнечной энергии в форме кольцевого цилиндра с осью, перпендикулярной поверхности Луны, с водородным теплоносителем и аккумулятором теплоты сезонного типа в форме кубического резервуара, расположенного под поверхностью Луны и заполненного дробленым реголитом. Данный аккумулятор обеспечивает поддержание температуры горячей воды в периоды отсутствия солнечного света. Проведен отбор проектных параметров и анализ работоспособности гелиосистемы на основе разработанной математической модели и компьютерного моделирования динамических режимов функционирования гелиосистемы, располагаемой на склоне кратера Пири на Северном полюсе и на склонах кратеров Шеклтон, Де Герлах и горе Малаперт на Южном полюсе Луны. Показано, что для Северного полюса температура воды на лунной базе достигает требуемого уровня в конце первой лунации и практически не изменяется в период солнечного затмения благодаря наличию в гелиосистеме аккумулятора теплоты. При расположении гелиосистемы в любом пике вечного света на Южном полюсе время выхода системы на требуемый тепловой режим не превышает 4 лунации, при этом требуемый уровень горячей воды обеспечивается в течение всего года. Отмечено, что из-за наличия интервалов темноты в южных пиках вечного света требуются значительно большие площади миделя солнечного коллектора и в два раза большие размеры теплового аккумулятора по сравнению с Северным полюсом.

1. Луна - шаг к технологиям освоения Солнечной системы // Под научной ред. В.П. Легостаева и B. А. Лопоты. - М.: РКК «Энергия». 2011. - 584 с.

2. Семенов, Ю.П. Результаты и проблемы разработок ракетно-космической корпорации «Энергия» в области космической энергетики / Ю.П. Семенов // Известия РАН. Энергетика. - 2003. - № 5. - С. 3-20.

3. Шибанов, Г.П. Обитаемость космоса и безопасность пребывания в нем человека / Г.П. Шибанов. - М.: Машиностроение. 2007. - 544 с.

4. Грибков, А.С. Рациональный облик системы энергоснабжения обитаемой лунной базы на разных этапах ее освоения / А.С. Грибков, Р.А. Евдокимов // Известия РАН. Энергетика. - 2011. - № 3. - С. 105-116.

5. Dakhoul, Y.M. A conceptual design for a space-based solar water heater / Y.M. Dakhoul, R.E. Somers, R.D. Haynes // Solar Energy. - 1990. - Vol. 44. - Iss. 3. - P. 161-171.

6. Бескровная, И.А. / Сравнительная оценка технико-экономической эффективности использования солнечных и ядерных энергетических установок в составе лунной базы / И.А. Бескровная [и др.] // Космическая техника и технологии. - 2014. - № 4(7). - C. 76-88.

7. Кудрявцева, Н.С. Гелиосистема горячего водоснабжения для обитаемой лунной базы / Н.С. Кудрявцева, Э.Р. Садретдинова // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). - 2017. - № 7-9. - 21-33.

8. Garcia, R.F. Preliminary design study for a lunar solar power station using local resources / R.F. Garcia // Solar Energy. - 2012. - Vol. 86. - Iss. 9. - P. 2871-2892.

9. Берн, Дж.Д Преимущества размещения лунной базы на полюсе / Дж.Д Берн // Лунные базы и космическая деятельность в XXI веке. Под ред. В.В. Мендела. - Хьюстон, 1985. - С. 105-115.

10. Vaniman, D. The Lunar Environment / D. Vaniman [et al.]. - In Lunar Sourcebook. Cambridge Univ. Press., 1991. - P. 27-60.

11. LCROSS Impact Data Indicates Water on Moon [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.nasa.gov./mission_pages/LCROSS/main/prelim_water_results.html - (Дата обращения: 21.10.2016).

12. Петров, Д.В. Площадь холодных ловушек на поверхности Луны / Д.В. Петров [и др.] // Астрономический вестник. - 2003. - Т. 37. - № 4. - С. 285-291.

13. Vasavada, A.R. Near-Surface Temperatures on Mercury and the Moon and the Stability of Polar Ice Deposits / A.R. Vasavada, D.A. Paige, S.E. Wood // Icarus. - 1999. - Vol. 141. - P. 179-193.

14. Margot, J.L. Topography of the Lunar Poles from Radar Interferometry: A Survey of Cold Trap Location / J.L. Margot [et al.]. // Science. - 1999. - No. 284. - P. 1658-1660.

15. Bussey, D.B.J. Illumination Conditions of the South Pole of the Moon Derived Using Kaguya Topography / D.B.J. Bussey // Icarus. - 2010. - Vol. 208. - P. 558-564.

16. Кудрявцева, Н.С. Основы проектирования эффективных систем терморегулирования космических аппаратов / Н.С. Кудрявцева. - М.: Изд-во МАИ. 2012. - 228 с.

17. Кудрявцева, Н.С. Оптимизация параметров гелиосистемы горячего водоснабжения / Н.С. Кудрявцева, В.В. Малоземов // Конверсия в машиностроении. - 2008. - № 1. - С. 54-55.

18. Малоземов, В.В. Совместная оптимизация массоэнергетических характеристик системы терморегулирования космических аппаратов и приборного комплекса при обеспечении требуемой надежности / Н.С. Кудрявцева, В.В. Малоземов // Вестник МАИ. -2009. - Т. 16. - № 1. - С. 5-14.

19. Кудрявцева, Н.С.Космические системы жизнеобеспечения: основы обеспечения эффективности систем терморегулирования космических аппаратов / Н.С. Кудрявцева, В.В. Малоземов // Инженерная экология. - 2012. - № 2. - С. 16-36.

20. Малоземов, В.В. Оптимизация систем терморегулирования космических аппаратов / В.В. Малоземов, Н.С. Кудрявцева. - М.: Машинострое-ние.1988. - 108 с.