УСТРОЙСТВО ДЛЯ СБОРА ГЕЛИЯ-3 И ГЕЛИЯ-4 Российский патент 2019 года по МПК F25J3/08 

Изобретение относится к сфере космических технологий и космической техники и может быть использовано для изготовления устройств для сбора изотопов гелия-3 и гелия-4 на Луне, а также для наземной экспериментальной отработки указанных технологии и устройств.

Из уровня техники известно устройство для сбора гелия-3 и гелия-4 из газов, выделяющихся из реголита, который нагревают солнечными лучами с помощью гелиоконцентратора, установленного на средстве лунной подвижной техники, снабженном подвижной механической частью. При этом используют зеркало - концентратор солнечных лучей, а именно: двумя зеркалами выполняют концентрирование солнечных лучей в лунном вакууме. С помощью подвижной механической части в удалении от места концентрации солнечных лучей размещают экскаваторную головку для выемки реголита /Наука и жизнь, 2004, №8, стр. 16, левая колонка и верхний, рисунок/.

Температура реголита на глубине 1 м всегда составляет порядка 250 К, поверхность реголита перед восходом остывает до 100 К, а в тени даже достижима "температура открытого космоса" 4 К. При этом для десорбции из реголита 75% содержащегося гелия-3 необходим нагрев до 600°C, 95% - до 800°C, т.е. для того, чтобы обеспечить выделение гелия из лунного реголита, имеющего низкую естественную температуру, необходим его существенный нагрев /Техника - молодежи, 2006, №4, стр. 4, раздел "Технология добычи гелия-3 на Луне", пп. 1-3/.

Концентрирование солнечных лучей зеркалами в лунном вакууме не обеспечивает сбора гелия на Луне, поскольку энергия сконцентрированных солнечных лучей идет на обогрев холодного лунного вакуума, а не на выделение гелия из реголита. Помещение с помощью подвижной механической части в удалении от места концентрации солнечных лучей экскаваторной головки для выемки реголита обусловливает извлечение гелия совместно с реголитом и вместе с другими газами, что требует для сбора гелия дополнительного нагрева и переработки реголита и тем самым определяет низкую эффективность сбора гелия на Луне.

Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению является устройство для сбора гелия-3 и гелия-4 из газов, выделяющихся из реголита, который нагревают солнечными лучами с помощью гелиоконцентратора, установленного на средстве лунной подвижной техники, снабженном подвижной механической частью, причем солнечные лучи концентрируют на поверхности реголита, а над местом концентрации солнечных лучей с помощью подвижной механической части размещают резервуар, снабженный системой охлаждения и компрессором /вихревым насосом/. При этом системой охлаждения снабжено тело резервуара - "криокулера" /US, 20110168164 А1; 14.07.2011/.

Снабжение системой охлаждения тела резервуара /криокулера/ требует для отделения гелия от сопутствующих гелию газов, содержащихся в реголите, применения набора резервуаров с различными температурами охлаждения, рассредоточенных по трубе захвата, в которой гелий смешан с другими газами, что снижает эффективность сбора гелия на Луне.

Задачей изобретения является повышение эффективности сбора гелия на Луне.

Указанная задача решена за счет того, что в устройстве для сбора гелия-3 и гелия-4 из газов, выделяющихся из реголита, который нагревают солнечными лучами с помощью гелиоконцентратора, установленного на средстве лунной подвижной техники, снабженном подвижной механической частью, причем солнечные лучи концентрируют на поверхности реголита, а над местом концентрации солнечных лучей с помощью подвижной механической части размещают резервуар, снабженный системой охлаждения и компрессором, системой охлаждения снабжено обращенное в сторону реголита воронкообразное устье резервуара.

Изобретение характеризуется следующим существенным отличительным признаком: снабжением системой охлаждения обращенного в сторону реголита воронкообразного устья резервуара.

Указанный существенный отличительный признак позволяет повысить эффективность сбора гелия на Луне.

Изобретение поясняется чертежом, на котором схематично изображено устройство для сбора гелия-3 и гелия-4, общий вид.

Устройство содержит гелиоконцентратор 1, установленный на средстве лунной подвижной техники 2, снабженном подвижной механической частью 3. Солнечные лучи концентрируют на поверхности реголита 4, при этом над местом концентрации солнечных лучей с помощью подвижной механической части 3 размещают резервуар 5 с обращенным в сторону реголита 4 воронкообразным устьем 6, снабженным системой охлаждения 7 и компрессором 8.

Нагрев поверхности реголита 4 выполняют в лунных условиях с помощью гелиоконцентратора 1, под которым понимается одна или несколько линз и/или зеркал, собирающих солнечные лучи для повышения плотности солнечной радиации. Гелиоконцентратор 1 может иметь гладкую непрерывную или прерывистую поверхность и представлять собой систему подвижных и/или неподвижных, искривленных и/или плоских зеркал и/или линз, в т.ч. надувных из полимерных прозрачных и металлизированных пленок /Большая советская энциклопедия, третье изд., т. 6, стр. 195-196, столбцы 573-574/.

Гелий-3 и гелий-4 из смеси газов, выделяющихся из реголита 4 при его нагреве, собирают методом глубокого охлаждения смеси, отделяя гелий на основе его свойства сжижаться труднее всех остальных газов. Для этого используют систему охлаждения 7. Выделяющиеся из реголита 4 газы, кроме гелия, контактируя с системой охлаждения 7 воронкообразного устья 6 и переходя в жидкое состояние, конденсируются на поверхности воронкообразного устья 6. Гелий, оставаясь в газообразном состоянии, направляемый внутренней поверхностью воронкообразного устья 6, вследствие своей легкости поднимается из нижней /широкой/ части в верхнюю /узкую/ часть воронкообразного устья 6, в которой размещен компрессор 8, и собирается в резервуар 5.

Подвижная механическая часть 3 может быть выполнена, например, раздвижной телескопической и/или в виде манипулятора.

Изобретение осуществляют с помощью известных методов и средств.

Снабжение системой охлаждения 7 обращенного в сторожу реголита 4 воронкообразного устья 6 резервуара 5 за счет конденсирования сопутствующих гелию газов, содержащихся в реголите 4 и выделяющихся из него, на поверхности обращенного к реголиту 4 воронкообразного устья 6 резервуара 5 благодаря их охлаждению системой охлаждения 7 позволяет эффективно отделить гелий от сопутствующих газов по агрегатному состоянию за счет свойства гелия сжижаться труднее всех остальных газов и обеспечить скопление газообразного гелия, поднимающегося вследствие своей легкости из нижней широкой части в верхнюю узкую часть воронкообразного устья 6 резервуара 5, что повышает эффективность сбора гелия на Луне.

Данное устройство имеет отношение к сфере космических технологии и космической техники и может быть предназначено для изготовления устройств для сбора гелия-3 и гелия-4 на Луне, а также для наземной экспериментальной отработки указанных технологий и устройств. Технический эффект, заключающийся в повышении эффективности сбора гелия на Луне, достигается за счёт того, что в устройстве для сбора гелия-3 и гелия-4 из газов, выделяющихся из реголита, который нагревают солнечными лучами с помощью гелиоконцентратора, установленного на средстве лунной подвижной техники, снабжённом подвижной механической частью, причём солнечные лучи концентрируют на поверхности реголита, а над местом концентрации солнечных лучей с помощью подвижной механической части размещают резервуар, снабжённый системой охлаждения и компрессором, системой охлаждения снабжено обращённое в сторону реголита воронкообразное устье резервуара. 1 ил.

Устройство для сбора гелия-3 и гелия-4 из газов, выделяющихся из реголита, который нагревают солнечными лучами с помощью гелиоконцентратора, установленного на средстве лунной подвижной техники, снабженном подвижной механической частью, причем солнечные лучи концентрируют на поверхности реголита, а над местом концентрации солнечных лучей с помощью подвижной механической части размещают резервуар, снабженный системой охлаждения и компрессором, отличающееся тем, что системой охлаждения снабжено обращенное в сторону реголита воронкообразное устье резервуара.