Привет Хабр, меня зовут Павел, сегодня я расскажу про интересные патенты из разных стран, которые помогут человечеству покорить Марс. Я принципиально отбирал только те разработки, что могут быть потенциально реализованы в ближайшие 20-30 лет. В общем, погнали.
Маломощный реактор на расплаве топлива с быстрым спектром нейтронов
Целый коллектив авторов по заданию американского правительства разработали маломощный реактор, который потенциально будет обеспечивать первых колонистов энергией.
В описании сказано, что “представленные конструкции могут быть адаптированы для работы в условиях внеземного пространства, например, в качестве источника энергии в условиях низкой гравитации на Луне, Марсе или в космосе”.
Активная зона реактора ограничена радиальным нейтронным отражателем, размещенным внутри корпуса реактора.
Модификации для использования вне Земли могут отводить тепло непосредственно в окружающую среду (например, в космическое пространство или марсианскую/лунную атмосферу).
На схема слева видно, как будет выглядеть данный реактор. Интересно, как он себя покажет в реальных марсианских условиях?
Система привязного дирижабля для марсохода с целью исследования Марса и способ ее работы
Интересную разработку предлагают китайские авторы. Изобретение предоставляет собой систему привязного дирижабля для марсохода, предназначенную для исследования Марса, а также способ ее работы, и относится к области технологий исследования Марса с использованием летательных аппаратов.
Система терморегулирования и система электропитания обеспечивают стабильную работу электронного оборудования. Сенсорные элементы отслеживают параметры рабочей среды, состояние полета и другую информацию. Высокоразрешающая камера фиксирует сложный рельеф Марса, а затем передает данные на марсоход через коммуникационную платформу, что позволяет планировать маршрут и избегать опасных зон.
Привязная конструкция расширяет зону исследования и обеспечивает передачу данных в реальном времени, значительно увеличивая охват (зону сканирования) марсохода. Система помогает марсоходу выполнять исследовательские задачи, повышая эффективность изучения Марса. Кроме того, она может служить ретранслятором связи между несколькими марсоходами и космическим кораблем. Кстати, другой китайский патент предлагает метод выращивания овощей на Марсе.
Системы и способы добычи пропеллентов из вечной мерзлоты
Еще одна марсианская разработка от американских инженеров. В патенте раскрыты системы и методы добычи газообразных пропеллентов из полярной вечной мерзлоты Луны или Марса.
В патенте описываются следующие этапы:
Выбор мест посадки — идентификация приполярных кратеров, где поверхность содержит вечную мерзлоту;
Развертывание инфраструктуры — создание добывающего аванпоста в одном из таких мест с установкой высокоатмосферной солнечной батареи на облегченной мачте, обеспечивающей почти непрерывное энергоснабжение.
Раскрытые системы и аппараты для добычи включают ровер со встроенным куполом большой площади для криогенного улавливания газов, высвобождаемых из поверхности и многодиапазонные системы радиационного нагрева, обеспечивающие регулируемый нагрев в зависимости от глубины залегания мерзлоты.
Конструкции оптимизированы для работы в низкой гравитации и экстремальных температурных режимах.
Обитаемые модули и базы на основе космических аппаратов
Американская разработка предполагает создание и расширение лунной или планетарной базы и использование посадочных космических аппаратов в качестве состыкованных модулей для проживания и работы.
Процесс развертывания базы включает следующие этапы:
Посадка первого космического аппарата в заданном месте поверхности, который затем становится первым модулем базы:
Посадка последующих аппаратов (второго, третьего и т.д.) на безопасном расстоянии от существующих модулей с последующим перемещением по поверхности в боковое положение для стыковки с выбранными модулями базы.
Часть энергии для посадки, транспортировки по поверхности и эксплуатации обеспечивается за счет микроядерного синтеза, в котором космические лучи и мюоны взаимодействуют с топливным материалом, содержащим дейтерий, генерируя энергию.
Кстати, ровер на заглавной картинке тоже из этого патента.
Система и методы акустического мониторинга
Интересная разработка Университета Джона Хопкинса по заказу НАСА для мониторинга здоровья астронавтов и состояния окружающей среды.
Электронный стетоскоп включает в себя акустический сенсорный модуль, содержащий несколько микрофонов, расположенных в акустическом переходнике, которые обеспечивают получение множества звуковых сигналов.
Устройство регенерации воды и электродиализный аппарат
На этот раз японская разработка. Данное изобретение относится к эффективной обработке сточных вод, содержащих компоненты накипи, органические вещества, неорганические ионы и другие загрязнения. Особое внимание уделяется обработке бытовых сточных вод, включая продукты жизнедеятельности человека, в замкнутых системах, таких как:
ядерные убежища;
аварийные укрытия;
космические станции;
пилотируемые космические корабли в миссиях на Луну и Марс;
базы на других планетах.
Специальное устройство удаляет компоненты жесткости из обрабатываемой воды (включая воду после использования человеком). Электролизер высокого давления и температуры разлагает и удаляет органические вещества, мочевину, аммиак и другие соединения посредством электролиза при высоком давлении и т.д.
Что думаете об этих разработках?
Комментарии (13)
Alex283
16.07.2025 10:06в железе хоть что-нибудь есть?
sokolovps Автор
16.07.2025 10:06Думаю, что у НАСА есть рабочие прототипы в амбарах. Может, уже даже испытания проходят. Выбирают лучший. Возможно, какие-то разработки и не патентуют вовсе, а воруют у своих же. То бишь у Пентагона.
SomaTayron
16.07.2025 10:06Трудно сказать, пока что там только непонятные массовые сокращения. Ядерный движок уже отменили, теперь словно соломку готовят на случай задержек по SLS - мол во всем будет виновно сокращение персонажа и бюджета.
https://habr.com/ru/news/927684/
К слову, бывший глава НАСА Брайденстайн одновременно был в профильном комитете (Палаты представителей США по науке, космосу и технологиям) . Его сменщик Билл Нельсон еще с нулевых был в этом комитете, поэтому в Сенате бюджет всегда без проблем согласовывали - ведь со многих проектов лоббисты и кормились
По Джанет Петро и Даффи что то внятное сказать сложно - первая плоть от плоти НАСА (глава Kennedy Space Center), но в общем ничего не решала эти пол года. А Шон Даффи просто предан Трампу и словно хочет соскочить с "висяков", которые навесили на НАСА его предшественники. Вот когда соскочат, тогда что то внятное и будет прорисовываться
saag
16.07.2025 10:06Роберт Зубрин в своей книге "Mars direct" описывал некоторые технические решения, более того воплощал их в железе и примерную стоимость приводил, ничего там заоблачного не было.
Glexcel
было бы прикольно, если бы авторы этих разработок также указывали хотя бы примерную стоимость создания как опытного образца, так и стоимость при "массовом" производстве.. как бы это один из ключевых моментов, или "мы за ценой не постоим?" )
sokolovps Автор
Кстати, да. В части патентов указано - что, мол, это дешево, дешевле, че предыдущие. А дешево - это миллиард или 100 миллионов?:)
Sun-ami
Привязной дирижабль - это реально дёшево, но недолговечно, и не очень полезно по сравнению с вертолётом. Потому что из-за низкой плотности атмосферы грузоподъёмность у этого дирижабля будет маленькой, из-за этого его и высоко поднять не выйдет - длинную привязь он не сможет поднять. Плотность атмосферы на экваторе Марса - всего 17-20 г/м3 в зависимости от сезона. Дирижабль длиной 10 метров, наполненный водородом, будет иметь подъёмную силу всего лишь 2.3Н, что соответствует массе 240г на Земле и 630г на Марсе. С такой массой и оболочку-то трудно сделать, не говоря о сколько-нибудь полезной нагрузке. Из-за неизбежного просачивания водорода он быстро потеряет подъёмную силу, а сколько нибудь сильный ветер легко порвёт тонкую оболочку. А вот свободнолетающий дирижабль или воздушный шар - это может быть интересно, если снабдить его очень лёгкими средствами связи, например оптическим отражателем с модулируемой отражающей способностью, который сможет передавать данные отражением лазерного луча с марсохода или даже спутника.
SomaTayron
Интересный момент там "отводить тепло непосредственно в окружающую среду (например, в космическое пространство или марсианскую/лунную атмосферу).".
Ладно по Марсу, а о какой атмосфере Луны речь? Там или в полярные кратеры с вечной тьмой ставить и огромные излучающие радиаторы, или в грунт врывать многокилометровую систему рассеивания тепла. Правда вопрос передачи тепла от реактора к радиатору даже не поднимался, а он тоже большой будет
Sun-ami
Ключевая особенность этого реактора - он очень высокотемпературный. А значит и радиатор тоже может иметь температуру в сотни градусов Цельсия, и быть небольшим, даже при чисто лучевом способе охлаждения, тем более, что и сам реактор маломощный. Никаких многокилометровых конструкций.
SomaTayron
Я о том, что есть физический предел теплопереноса. Если нужно отвести много тепла, простым контактом с металлом уже не отделаться - нужно теплоемкое рабочее тело с насосом, а лучше компрессорное охлаждение на межагрегатном переходе теплоносителя.
Если перейти уже к конечному радиатору - если по излучению, то на спутниках с крошечными РИТЭГами радиатор занимает примерно 70% массы спутника. Например на Орионе -1 при жалких 20 Вт радиатор был 0,4м в диаметре. Только такую систему для условной Луны однозначно надо ставить в зоны вечного мрака, иначе не рассеять.
Если же рассеивать тепло через грунт, речь именно о многокилометровых конструкциях, т.к. у грунта отвратительная теплопроводность и отвод тепла - проблема не в радиаторе, а в поглощающей среде. Проигрыш в размерах, зато можно где угодно ставить, не страшно чередование свет/тень
Sun-ami
РИТЭГ New Horizons при начальной тепловой мощности 3,95 кВт, площади радиатора 1,2 м2, имел температуру радиатора около 200С. Его тепловая мощность сравнима с маломощным реактором Kilopower с электрической мощностью 1 кВт, и тепловой мощностью 4,8 кВт. У реактора на расплаве топлива температура радиатора может быть и 300С, что даёт тепловой поток на единицу площади в 2.15 раз больше.
SomaTayron
Электрическая мощность New Horizons всего 300 Вт, для нужд колонистов нужно рассматривать несколько иные масштабы. К слову, это GPHS-RTG, т.е классифицируется как источник тепла, а не энергии, т.ч. сравнивать с реактором Kilopower не корректно - это разные изделия, более близкие скорее советские ИЕУ. При этом масштабировать то не проблема, но контактная область оказывается бутылочным горлышком. Поэтому никто в здравом уме не замахивался на крупные РИТЭГи - исчезнет вся простота конструкции, а "себестоимость" мощности больше 600 ВТ начнет зашкаливать
Грубо говоря, чисто геометрически, - объем растем в зависимости от куба радиуса, а площадь поверхности - от квадрата. Чем больше масштабировать, тем выше нагрев контактной области и придется делать навороченный теплоотвод
Sun-ami
Нет смысла обсуждать электрическую мощность РИТЭГов - реакторы должны работать с тепловыми двигателями, у них намного выше КПД. РИТЭГ я привёл в пример как конструкцию с высокотемпературным радиатором. Прототип KRUSTY, сделанный по программе Kilopower, использует как теплоноситель жидкий натрий в тепловых трубках. С таким теплоотводом проблем с физическим пределом теплопереноса быть не должно в широком диапазоне мощностей реактора.