Во-вторых, учитывая сложности посадки зонда «Фили» [13, 14], была предложена мною другая система соединения с кометой. Зонд «Фили» для соединения с кометой использовал гарпуны, которые втыкались в вещество кометы, и тросами к ним подтягивался зонд. Окончательная фиксация осуществлялась шурупами ледобурами на посадочных опорах. На железном астероиде такая схема крепления не подходит, так как гарпун и шуруп-ледобур тяжело втыкать в железо. На более мягком грунте кометы Чурюмова-Герасименко зонд «Фили» раскачивался и менял ориентацию, что затрудняло связь с ним, к тому же его передатчики были повреждены. Приходилось его перестыковывать заново [13]. Вместо гарпунов и шурупов-ледобуров я предложил снабдить аппарат длинными механическими щупальцами, которые охватывают астероид (обнимают его) и таким образом присоединяют аппарат к нему [24].
В-третьих, при добыче металла на металлическом астероиде автоматическими аппаратами нецелесообразно использовать сверление, поскольку сверло или циркульная пила требует замены. Замена сверла или циркульной пилы усложняет устройство аппарата. В сложную электронику, регулирующую замену тоже могут попасть высокоэнергетические частицы и вывести её из строя. К тому же длительность работы аппарата и объём добытого вещества ограничиваются запасом свёрел или циркульных пил. С этих точек зрения добыча плавлением более совершенна: ничего не надо заменять, и длительность работы аппарата ограничивается удалённостью аппарата от Солнца при использовании в качестве источника электроэнергии для прожектора солнечных батарей.
При обсуждении моего изобретения [24] у собеседников пришлось снимать два заблуждения. Первое, это то, что все астероиды находятся за орбитой Марса, где освещённость солнечных батарей недостаточная для работы аппарата. Число известных астероидов, пересекающих орбиту Земли и долетающих до Солнца, с диаметром более 1 км составляет примерно 500 объектов, а с диаметром более 100 м – не менее 200000 объектов [4]. Самый наглядный факт, подтверждающий существование астероидов ближе орбиты Марса, – это недавнее падение астероида в горде Челябинске, вызвавшее разбиение ударной волной многочисленных стёкол. Второе заблуждение – это то, что солнечной энергии не хватит для плавления астероидного вещества. Я выполнил расчёты времени плавления вещества астероида сначала без учёта теплопотерь.
На сайте компании ЮСТ (United Smart Technologies) [27] приведены стандартные значения поверхностной плотности потока излучения от Солнца W0 для различных планет Солнечной системы (см. таблицу 1). Возьмём эти значения за основу для расчётов.
Оценим теплоту Q, необходимую для нагрева до температуры плавления, а затем для расплавления 10 см3 металла, и сравним её с энергией, поступающей от Солнца с учётом потерь на её преобразование.
Q = λm + mc(T2 – T1) = ρv (λ + c(T2 – T1) (1)
Здесь λ – удельная теплота плавления металла, m – масса металла, ρ – плотность металла, v – объём нагретого и расплавленного металла, равный 10 см2, с – удельная теплоёмкость, Т2 – температура плавления металла, Т1 – начальная температура металла до нагревания и расплавления.
Рассчитаем для нескольких металлов теплоту Q по формуле 1 для двух видов нагрева – от температуры Т2 = 203 К и от температуры Т2 = 1000 К. Температура 203 К (-700 С) взята как средняя температура поверхности кометы из исследований зондом «Фили» с космического аппарата «Розетта» поверхности кометы Чурюмова-Герасименко, находящейся на расстоянии от Солнца 555 млн км [26]. Близкий результат получил зонд «Даун» при дистанционном измерении температуры на поверхности астероида Веста, которая составляет 240–270 К [22, 30]. Температуру 203 К я взял для расчётов как самую неблагоприятную. Более благоприятная температура на поверхности астероидов вблизи Солнца, в частности у Икара вблизи перигелия температура поверхности достигает 1000 К [30]. Поэтому температуру в 1000 К я взял для расчётов как самую благоприятную.
Прежде чем приступать к расчётам необходимо уточнить поступающую от Солнца мощность излучения W0, указанную в таблицe 1, поскольку значительная часть её будет теряться при преобразовании света в электрическую энергию, а потом обратно в свет.
W = W0 × a × b × c × d = W × 0,15 × 0,85 × 0,96 × 0,04 (2)
W – мощность излучения прожектора при работе прожектора от солнечной батареи площадью 1 м2, а – КПД преобразования солнечной энергии в электрическую в солнечной батарее, b – КПД зарядки-разрядки аккумулятора, c – КПД инвертора, преобразующего постоянное напряжение в переменное, d – КПД вольфрамовой лампочки. а взято минимальное, в современных солнечных батареях КПД составляет 15–40 % [33]. b и c взяты по данным компании ЮСТ [21]. d взято по данным сайта [28]. Будем также считать, что рассеяние в разреженном инертном газе, заполняющем сферы на КПД влиять не будет. Все лучи, исходящие из вольфрамовой лампы, многократно отражаясь от внутренних блестящих стенок сферы, в которой она находится, рано или поздно выйдут через отверстия в сфере и трубки. Частоты спектра поглощения разреженного газа, заполняющего сферы, не совпадают со спектром излучения лампы, поэтому поглощения света наблюдаться не будет, и оно на КПД влиять не будет. Под коэффициентами полезного действия в формуле 2 подразумеваются отношения соответствующих потребляемых или излучаемых мощностей к соответствующей мощности, поступающей извне или от узлов предыдущего этапа работы преобразователя. Результаты расчётов мощности излучения прожектора по формуле 2 размещены в таблице 1.