Искусственные внешние ресурсы для освоения космоса

Поскольку начальная скорость, необходимая для старта с поверхности спутников и вывода на промежуточную траекторию, невелика (для Европы 2,97 км/с), то для запуска топлива гораздо выгоднее использовать не ракеты, а газовую катапульту. При этом отпадает необходимость возить, и затем возвращать назад, топливные баки и двигатель; весь груз на 100 % состоит из полезного вещества (льда), КПД разгонной системы может быть до 50 %, и пропускная способность такой системы доставки будет в 10–20 раз выше, при равных затратах на оборудование, чем у ракетной.

Равновесная температура в системе Юпитера составляет около 120 К (от 30 К на теневой стороне до 180 на солнечной), что позволяет короткое время (несколько часов) хранить водяной лёд вообще без оболочки. Для более длительного хранения можно использовать оболочку из тонкой металлизированной полимерной плёнки толщиной менее 1 мкм, предохраняющей лёд от нагревания и сублимации; масса такой плёнки может составлять 1 грамм на квадратный метр, что позволяет завернуть в плёнку весом 1 кг более 1000 тонн льда.

При большей жадности, можно использовать плёнку повторно, либо покрывать поверхность льда антисублимационным адгезионным слоем толщиной менее 1 нм из полимерной смолы, металла или графена, тогда в 1 кг защитного покрытия можно вместить несколько миллионов тонн…

Для приведения в действие газовой катапульты лучше использовать водород, который при температуре 3000-3500К даст скорость снаряда более 3 км/с; правда, водород придётся вначале добыть из воды; но его надо добыть только 1 раз. Я надеюсь, каждому должно быть понятно, что у цивилизованных людей пушка должна быть снабжена системой отсечки газов в момент выхода снаряда из ствола, так что потери газа в космос при каждом выстреле должны быть, во всяком случае, меньше 1 %. Потом горячий газ из ствола надо будет переместить в резервуары охлаждения, где он используется для нагрева воды или плавления льда, если есть такая необходимость, так что общий КПД всей планетарной энергетической и добывающей системы может достигать 100 %; после охлаждения до 200-300К, водород сжимается и снова подаётся в резервуары нагрева, для следующего выстрела. Сжижать водород в данном случае не целесообразно, так как это увеличит расход энергии и вес используемого оборудования.

Резервуар из стали или титана, на 1 кг своего веса, может вместить газ с объемной энергией 100 кДж, и энтальпией более 300 кДж. При массе ствола пушки 10 тонн, для выстрела может быть использована энергия более 1 ГДж, из которой 500 МДж может быть передано снаряду, что позволит разогнать до скорости 3 км/с снаряд массой 110 кг, т. е. 1 % от массы пушки.

При использовании высокоэффективных конструкционных материалов массу пушки можно сократить ещё в 5-10 раз, но мы не будем жадничать, и примем, что пушка весом 10 тонн сможет разогнать ледяной снаряд весом 100 кг до скорости 3,0 км/с, с кинетической энергией 450 МДж; (диаметр снаряда 50 см при длине в 60 см; можно сделать снаряды не в виде круглого цилиндра, а шестигранной призмы, для последующей плотной упаковки при хранении). Вместе со всем вспомогательным оборудованием такой стартовый комплекс может весить 20–30 тонн.

При этом темп стрельбы будет в основном определяться мощностью и пропускной способностью системы охлаждения и повторного сжатия газа. После каждого выстрела для охлаждения газа необходимо утилизировать 650 МДж тепловой энергии, за счёт которой можно расплавить 1,5 тонны льда, либо нагреть 1,5 тонны воды на 100 градусов, либо испарить 200 кг воды. Вероятно, оптимальной будет схема, при которой газ вначале, при температуре 2000К и начальном давлении 10–20 МПа, совершает работу в газовой турбине, расширяясь в 10–12 раз по объёму, при этом часть вырабатываемой энергии сразу же идёт на сжатие уже охлаждённого газа при температуре 300К до 50-100 МПа. Удельная мощность такой системы может превышать 100 кВт на 1 кг веса, так что при массе 5 тонн такой турбо компрессорный агрегат может иметь тепловую мощность более 500 МВт, и утилизировать весь газ в течении 1 секунды после выстрела.

После охлаждения газа до 800К в турбине, остаток тепловой энергии направляется на нагрев большой массы циркулирующей воды из большого подлёдного теплового резервуара, и затем может использоваться в течении длительного времени. При этом некоторая часть тепловой энергии (5–6% от всей первоначальной энергии нагрева, то есть 50 МДж за 1 выстрел) может быть передана резервуару с высокотемпературным рассолом и более высоким тепловым потенциалом, 600-800К, и затем в течении нескольких суток может использоваться для извлечения некоторой доли запасённой тепловой энергии в виде механической или электрической, что решит проблемы энергоснабжения добывающего комплекса на поверхности Европы, а также позволит обогревать оборудование на поверхности.