面向載人月球及火星探測(cè)任務(wù)的原位資源利用技術(shù)
定 價(jià):148 元
叢書名:載人航天出版工程/周建平總主編
- 作者:[美] 唐納德·拉普(Donald Rapp) 著,周建平 編,果琳麗,郭世亮,張志賢 等 譯
- 出版時(shí)間:2018/4/1
- ISBN:9787515914596
- 出 版 社:中國(guó)宇航出版社
- 中圖法分類:V11
- 頁(yè)碼:207
- 紙張:膠版紙
- 版次:1
- 開本:32開
《面向載人月球及火星探測(cè)任務(wù)的原位資源利用技術(shù)》介紹了NASA在原位資源利用(ISRU)技術(shù)實(shí)踐上走過的曲折探索歷程,包括對(duì)ISRU的價(jià)值探討、月球/火星的ISRU原理方法和實(shí)驗(yàn)過程,以及在有限數(shù)據(jù)的情況下,對(duì)有ISRU和沒有ISRU的任務(wù)進(jìn)行的比較,并在結(jié)論中指出人類實(shí)現(xiàn)載人登陸火星必須突破ISRU。
《面向載人月球及火星探測(cè)任務(wù)的原位資源利用技術(shù)》可為我國(guó)載人深空探測(cè)任務(wù)帶來新思想、新觀點(diǎn),并促使我國(guó)的工程技術(shù)人員更加注重基礎(chǔ)研究和原理突破,占領(lǐng)科學(xué)技術(shù)的制高點(diǎn),可供相關(guān)科研技術(shù)人員和高校研究生借鑒和參考。
從人類進(jìn)入太空最早的探險(xiǎn)活動(dòng)開始,有遠(yuǎn)見的人們已經(jīng)在考慮如何開發(fā)利用地外資源,以便最終讓人類文明從地球轉(zhuǎn)移到太空成為可能。一篇重要的早期文獻(xiàn)(Ash,Dowler and Varsi,1978)提出在火星上生產(chǎn)火星上升器所用的推進(jìn)劑,因此原位生產(chǎn)推進(jìn)劑(ISPP)這一術(shù)語(yǔ)被創(chuàng)造出來,并成為幾十年來的研究重點(diǎn)。在火星上實(shí)現(xiàn)ISPP是利用地外天體資源最顯而易見的選擇,因?yàn)樗粌H滿足了重要的需求,而且相比其他大多數(shù)可能的技術(shù)更具可行性。
隨著時(shí)間的推移,有遠(yuǎn)見的人們不局限于眼前,他們?cè)O(shè)想著將工業(yè)革命和電子革命帶到其他行星上去。在其他星球上生產(chǎn)和制造金屬物體,制造混凝土建筑塊并組裝成不同的房屋結(jié)構(gòu),用當(dāng)?shù)卦现瞥呻娮釉O(shè)備。因此,ISPP變成一個(gè)過時(shí)的術(shù)語(yǔ),并被ISRU所取代,后者比單純的原位推進(jìn)劑生產(chǎn)有著更廣泛的應(yīng)用。
羅伯特·祖布林(Robert Zubrin)是美國(guó)著名的火星技術(shù)專家,是探索火星的倡導(dǎo)者,也是火星協(xié)會(huì)(Mars Society)的創(chuàng)始人和總裁。他編寫的《進(jìn)入太空》(Entering Space)一書為人類在太空中的定居提供了一個(gè)令人深思的路線圖。
羅伯特·祖布林考慮尋找“火星表面上過去生命的化石”,以及使用“鉆井獲取仍可維持火星生命的地下水”,他認(rèn)為火星探險(xiǎn)帶來的靈感具有很大的社會(huì)價(jià)值。他同時(shí)提到:“去火星最重要的原因,就是它打開了通向未來之門。作為獨(dú)特的太陽(yáng)系的類地行星,火星擁有著不僅可以支持生命,還可以支持發(fā)展技術(shù)文明所需的所有資源,在火星上建立起我們的第一個(gè)立足之地后,將開啟人類作為多星球物種的事業(yè)!
有許多火星愛好者支持羅伯特·祖布林(火星協(xié)會(huì)的目標(biāo)是“進(jìn)一步探索和定居紅色星球”)。十多年前,他們相信可以在十年內(nèi)將人類送到火星,并開始長(zhǎng)期定居。每年同際航天發(fā)展大會(huì)都會(huì)接待一些制定火星上長(zhǎng)期定居詳細(xì)計(jì)劃的未來科學(xué)家,火星協(xié)會(huì)經(jīng)常將火星定居點(diǎn)描述為“殖民化”歷史中的下一步,并警告不要再犯與地球殖民過程中同樣的錯(cuò)誤,例如,火星協(xié)會(huì)的俄勒岡分會(huì)說:
“當(dāng)定居點(diǎn)初步建立時(shí),很可能會(huì)有幾個(gè)小型村鎮(zhèn)。隨著時(shí)間的流逝,他們應(yīng)該散布開。建設(shè)中的村鎮(zhèn)越分散,他們發(fā)展自己文化的可能性就越大。起初,村鎮(zhèn)將相互依賴,以共享資源,如食物、水、燃料和空氣。一旦火星上建立了更加穩(wěn)固的基礎(chǔ)設(shè)施,就應(yīng)該鼓勵(lì)人們建立更多的獨(dú)立村鎮(zhèn)。在任何已經(jīng)發(fā)生殖民或擴(kuò)張的地方,一個(gè)不容忽視的重要事項(xiàng)就是法律,在火星上也需要某種形式的法律。從舊西方所采用的制度中,我們可以看到,無論誰(shuí)執(zhí)法,都很難完成它的工作;鹦巧系摹敝伟补佟氨仨毷谴蠖鄶(shù)人同意并值得信賴的人。他們不應(yīng)該由當(dāng)前對(duì)政治感興趣的社會(huì)成員選出,因?yàn)檫@只會(huì)助長(zhǎng)腐敗。相反,應(yīng)該允許某些志愿者的隨機(jī)選擇制度。對(duì)于法律本身,應(yīng)該設(shè)立到位,從言論到隱私,保證每個(gè)人的所有基本權(quán)利!
唐納德·拉普,在庫(kù)伯聯(lián)盟學(xué)院獲得化學(xué)工程學(xué)士學(xué)位,1956年獲得普林斯頓大學(xué)化學(xué)工程碩士學(xué)位,1960年1月獲得伯克利大學(xué)化學(xué)物理學(xué)博士學(xué)位。多年來他從事化學(xué)物理學(xué)研究工作,著作頗豐。他任教于德克薩斯大學(xué),1973年成為教授(39歲)。在德克薩斯大學(xué),他出版了關(guān)于量子力學(xué)、分析力學(xué)以及太陽(yáng)能的教材。1979年進(jìn)入加州理工大學(xué)噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室(JPL),成為動(dòng)力學(xué)與化學(xué)系統(tǒng)處(有員工700人,其中博士100人)的首席技術(shù)專家(高級(jí)技術(shù)人員)。在噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室,他是探索新技術(shù)的先鋒,是發(fā)起起源發(fā)現(xiàn)計(jì)劃(Genesis Discovery Project)的項(xiàng)目主管,這項(xiàng)計(jì)劃的目的是將太陽(yáng)風(fēng)的樣本運(yùn)回地球。他的提案在25名競(jìng)爭(zhēng)者中脫穎而出,在“發(fā)現(xiàn)5”(Discovery 5)比賽中贏得了2.2億美元的資助。起源發(fā)現(xiàn)計(jì)劃實(shí)施于2001—2004年間。1998年,他在OMEGA MI-DEX計(jì)劃(1.39億美元)中扮演了關(guān)鍵角色。隨后,他成為深度撞擊計(jì)劃(Deep Impact Discovery)的項(xiàng)目主管。這項(xiàng)計(jì)劃的目的是用彈射物去撞擊彗星以便對(duì)其內(nèi)部進(jìn)行研究,為噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室?guī)砹?.2億美元的經(jīng)費(fèi)。深度撞擊計(jì)劃于2005年取得了舉世矚目的成就。他曾是火星探索技術(shù)項(xiàng)目的總負(fù)責(zé)人,同時(shí)也是該項(xiàng)目中原位生產(chǎn)推進(jìn)劑(ISPP)任務(wù)的負(fù)責(zé)人。他完成了一份關(guān)于將火星資源轉(zhuǎn)變成用于返回地球的推進(jìn)劑的具有里程碑意義的報(bào)告。2001年,他完成了《火星技術(shù)方案報(bào)告》。
第1章 ISRU的價(jià)值
1.1 NASA載人任務(wù)研究與ISRU
1.2 ISRU對(duì)IMLEO的影響
1.3 月球ISRU的成本效益分析
1.3.1 月球上升器推進(jìn)劑
1.3.2 月球生命保障
1.4 火星ISRU的成本效益分析
1.4.1 火星ISRU產(chǎn)品
1.4.2 火星上升器推進(jìn)劑
1.4.3 火星表面生命保障
1.4.4 火星ISRU的價(jià)值
1.5 在LEo提供利用月球資源制備的推進(jìn)劑
1.6 利用月球擺渡提供著陸推進(jìn)劑
1.7 NASA的觀點(diǎn)
第2章 火星ISRU技術(shù)
2.1 火星資源
2.1.1 火星大氣
2.1.2 火星近表面的H2O
2.2 大氣中CO2的利用方法
2.2.1 逆水-氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)
2.2.2 固態(tài)電解
2.3 薩巴蒂爾/電解過程
2.3.1 薩巴蒂爾/電解反應(yīng)
2.3.2 薩巴蒂爾/電解范例
2.3.3 減少薩巴蒂爾/電解過程中的氫氣含量
2.4 從空氣中獲取水分
2.5 壓縮和提煉CO2
2.5.1 吸附壓氣機(jī)
2.5.2 低溫壓氣機(jī)
2.6 NASA的計(jì)劃
2.6.1 DRM-5:最新的參考設(shè)計(jì)任務(wù)
2.6.2 NASA最近更新的信息
第3章 月球ISRU技術(shù)
3.1 月球資源概況
3.1.1 月壤中的硅酸鹽
3.1.2 月壤中的FeO
3.1.3 月壤中的太陽(yáng)風(fēng)化物
3.1.4 極區(qū)永久陰影區(qū)月壤中的水冰
3.2 月球ISRU過程
3.2.1 月壤FeO的氧提煉
3.2.2 月壤硅酸鹽中的氧提煉
3.2.3 月壤中的太陽(yáng)風(fēng)揮發(fā)物
3.2.4 月球兩極永久陰影區(qū)撞擊坑水冰的提取
3.3 NASA的成就和計(jì)劃
第4章 總結(jié)和結(jié)論
附錄A 運(yùn)輸效率和運(yùn)輸質(zhì)量
附錄B 地球軌道出發(fā)的核熱推進(jìn)
附錄C 氣動(dòng)輔助進(jìn)入火星軌道
附錄D 火星表面的生命保障消耗品
附錄E 在LEO軌道對(duì)飛行器進(jìn)行來自月球制備的推進(jìn)劑補(bǔ)給
附錄F 將氫送到月球或火星并貯存
參考文獻(xiàn)
譯后記