Монтаж комплекса начинается с монтажа ЯЭУ в грунте и создания грунтового вала для радиационной защиты. Рядом с ЯЭУ размещается агрегат для термообработки грунта. В процессе работы добывающий агрегат движется вокруг ЯЭУ по спирали, а транспортировка добытого грунта осуществляется модульной транспортной системой. По мере удаления добывающего агрегата от ЯЭУ в транспортировку включаются дополнительные транспортные модули. Максимальное расстояние, с которого производится транспортировка грунта, 150-200 м. После обработки участка, определяемого максимально возможным удалением добывающего агрегата от ЯЭУ, производится перерыв в работе и перемещение ЯЭУ и агрегата термообработки на новый участок, где уже подготовлено место для размещения ЯЭУ и вал радиационной защиты.
Работа проводится круглосуточно в течение года. Предусмотрены перерывы в работе для перемещения на новый рабочий участок и проведения при необходимости ремонтно-профилактических работ. Предполагается, что суммарное время работы составит 80% продолжительности года.
Схема обработки лунного грунта с использованием тепловой и электрической энергии атомной теплоэлектростанции
Схема обработки лунного грунта с использованием тепловой и электрической энергии атомной теплоэлектростанции приведена на рис. выше.
Оценки годовой производительности добывающего и промышленно-перерабатывающего комплекса были выполнены для следующих исходных данных:
Тепловая мощность ЯЭУ, кВт |
7000 |
Электрическая мощность ЯЭУ, кВт |
1000 |
Теплоемкость грунта, Дж/(кгxК) |
700 |
Подогрев грунта, К |
700 |
Средняя плотность грунта, кг/м3 |
1800 |
Среднее содержание гелия-3 в грунте, мг/м3 |
14 |
Количество газов, сопутствующих 1 кг гелия-3: |
|
Водород |
6100 |
Гелий-4 |
3100 |
Вода |
3300 |
Метан |
1600 |
Окись углерода |
1900 |
Двуокись углерода |
1700 |
Азот |
500 |
При проведении оценки производительности добывающего комплекса предполагалось, что основным агрегатом, определяющим производительность, является теплообменник-рекуператор с псев-доожиженным слоем грунта. Были определены производительность по нагреву грунта до заданной температуры, габаритные размеры и количество тепловых труб, требуемых для заданной степени рекуперации, габариты и масса теплообменника-рекуператора в целом, расход водорода, требуемого для режима псевдоожиженного движения грунта. Полученные результаты позволили провести оценки химического состава газовой смеси на выходе из теплообменника-рекуператора и количество никелида лантана, требуемого для извлечения водорода из газовой смеси. Основные параметры цикла термообработки лунного грунта следующие:
Состав газовой смеси после термообработки грунта |
% |
|
Гелий |
16 |
|
Водород |
35 |
|
Вода |
18 |
|
Окись углерода |
10 |
|
Двуокись углерода |
9,1 |
|
Метан |
8,1 |
|
Азот |
2,7 |
|
Массовый расход газовой смеси, кг/с |
0,018 |
|
Масса интерметаллида для извлечения водорода, кг |
50-55 |
|
Мощность тепловых потоков в интерметаллидном отделителе водорода, кВт |
224 |
Затраты мощности на выемку грунта оценивались по аналогии с существующими агрегатами для работы с грунтом. С учетом пониженной силы тяжести в качестве аналога лунного грунта были выбраны легкие песчаные грунты и влажный, смерзшийся снег.
На основе полученных результатов были оценены габариты, масса и мощность агрегата для работы с лунным грунтом заданной производительности. Затраты энергии на транспортировку грунта принимались несущественными по сравнению с энергией, требуемой для выемки грунта.
Характеристики модуля добычи и переработки грунта следующие:
Тепловая мощность ЯЭУ, кВт |
7000 |
Электричекая мощность ЯЭУ, кВт |
1000 |
Производительность по грунту, кг/с |
130 |
Суммарная масса теплообменника-рекуператора, кг |
9000-11000 |
Масса добывающего агрегата, кг |
7000-9000 |
Мощность на выемку грунта, кВт |
60-65 |
Мощность на транспортировку грунта, кВт |
1-3 |
Электрическая мощность для электролиза воды, кВт |
66-117 |
Производительность по гелию-3, кг/год |
27,9 |
Производство попутных материалов, кг/год: |
|
Гелий-4 |
86400 |
Водород |
170200 |
Вода |
92000 |
Азот |
13900 |
Найти на unnatural: Комплексная технология полной переработки лунного грунта на основе атомной теплоэлектростанции Часть