仕組み
主要要素
トンネル、大気ゲートウェイ、GATES、電力システム、AstroLiner シャトルの構成を説明します。
- 全長. ~2050 km.
- 断面. 楕円形 (~17.5 × 12.5 m) で、シャトルの空力形状と安定した磁気浮上の構成に合わせて最適化されています。
- トンネル敷設深度. 最大 ~8 km。地質条件と温度条件が許せば、さらに深い敷設も可能である。加速トンネルの許容敷設深度を正確に決定できるのは、ルート沿いのボーリング、温度プロファイルの作成、岩盤の応力状態・亀裂性・水文地質の評価を含む詳細な地質調査を実施した後である。深部地層の温度と熱流量が低いほど（おおむね ~200–250 °C まで）、工学的に実現可能な深度範囲が広がり、ルート形状（曲率半径と遷移区間）を最適化する自由度も高まるため、目標速度を維持しながらトンネル内のピーク過荷重と動的荷重を低減できる。
- 構造. 複合方式。始端部（~330 km）は、加速を容易にするため、出口ゲートウェイに向かって直線的に下降する緩勾配の地下直線区間とする。主要部は、熱的安定性、真空隔離、安全性を確保するための深部埋設または地下トンネルである。
- 道路のジオメトリ. ~330km後の段落のS形弧
- 下降弧. 半径は ~6300kmで,必要な角を形成するためにトンネルを深みに流しやすい.
- 上昇円弧. 半径 2500–3500 km で、トンネルを水平線に対して約 ~5–6° の角度で出口ゲートウェイへ導く。曲率半径は、極超音速での向心加速度が 4g を超えないよう設定される。
- 真空システム. セグメント化されています。各セグメント (~50 km) は独立しており、専用の真空ポンプ、センサー、緊急弁を備えています。
加速システム
シャトルの加速と安定化は、機体搭載の超伝導磁石と、トンネル内に分散配置されたリニア電磁駆動部（巻線）との相互作用によって行われる。これらの駆動部は、通常導体（銅、アルミニウム）で構成された分割型の受動巻線であり、極低温冷却を必要としない。
- トンネル初期区間（0-330 km）. 駆動部は主として軌道の下側に配置され、磁気浮上、4gでの初期加速、および重力の能動補償に必要な磁場を形成する。
- トンネルの中間区間（330-2000 km）、特にS字弧区間では. 駆動部はトンネル全周を取り囲むように配置され、精密な加速、極超音速時にシャトルをトンネル中心へ力学的に保持すること、ならびにカーブでの進行方向安定化を担う。高い半径方向加速度が生じるトンネル終端部の床面では、構造的な余裕を持たせた強化巻線材料を使用する。330-2000 km区間では、加速度は区間開始時の 4gから終端の 0gまで曲線的に低下し、軌道終端までに最終速度~11 km/sへ到達する。
- トンネルの最終区間（2000-2050 km）. 最後の 50 kmは、大気ゲートウェイを通って大気圏へ出る前の安定化とセンタリングに用いられる。この区間では加速を行わない。
GATES変電所からのパルスエネルギーは、シャトル位置と厳密に同期して所定の巻線セグメントへ供給され、進行磁界を形成する。この磁界が機体搭載磁石の磁界と相互作用してシャトルを加速する。この構成はトンネル側の複雑さを最小化して保守性を高め、高度技術要素を再使用可能なシャトル側へ集約する。
最後のマイルの問題を解決します
位置と構造
ゲートウェイ複合施設は、コンゴ民主共和国のモヒ山頂上台地（~3400 m）に配置される。将来の拡張用として、さらに南へ 16 km の広大な南部台地が確保されており、数十基の並列ゲートウェイを収容できる。施設は、主機械シャッターとガスダイナミック・バリア生成系を備えた大規模な固定構造物である。機能的には、空に向けて傾斜配置された三重環状ノズルを持つ地上固定式ジェットエンジンに相当するが、物体を加速するためではなく、大気を押しのけ、シャトルが大気圏へ進入する際の緩衝域を形成するために用いる。
ガスダイナミック・バリア
主要作動要素。シャトルの接近により、数秒前から、トンネル軸に沿って外向きに流れる円錐状の超音速ガス流の形成が開始される。
- 発生源と構成. ガスダイナミック・バリアは、三基の独立した同心環状ジェットエンジン（リングベルト）、または同様の三重ベルト配置を持つ同等の極超音速ラムジェットエンジンによって形成される。これらはゲートウェイ出口面の周囲に設置され、空気・水素燃料混合物で作動する。水素は現地で電気分解により製造する。この三重冗長構成により耐故障性を確保し、有効なバリアの形成には任意の二系統が作動すれば十分であるため、三系統のうち一系統が故障しても機能を維持できる。各リングベルトは独立した燃料供給・制御・点火系を持つ。リングベルトはゲートウェイ外周に、小径側から大径側へ段階的に後方へずらして配置され、機械式ゲートはそのリングベルト・カスケードの後方、ゲートウェイ内部に位置する。これにより、機械式ゲートを事前に開かずにリングベルトを始動できる。
- キー機能.
1) 外向き圧力の形成により、シャトル通過中のトンネル真空を保護する；
2) 大気の事前排除と加熱をゲートウェイ前方の出口領域で行い、トンネル真空と大気の界面に勾配を形成して、両媒体の間に段階的な遷移をつくる。
ガスダイナミック・バリアはシャトルの空力防護ではなく、シャトルを大気から遮蔽するものでもない。その役割は、二つの媒体の間の遷移を時間的に引き延ばすことである。冷たい静止空気との接触で生じるほぼ瞬間的なマイクロ秒規模の衝撃荷重を、加熱された同方向流との接触時にミリ秒規模へ分散された荷重へ変換する。これによって総合的な空気力そのものは低下しないが、jerk と荷重の高周波成分が大幅に低減され、局所的な構造損傷や熱衝撃のリスクが下がる。
- 流れの形状. トンネルとシャトルの断面に対応する楕円断面の円錐状流れである。大気ゲートウェイのジェット・ベルトにある三列の環状ノズルから外向きに噴出し、数十メートルから数百メートルの長さに達する。
大気ゲートウェイのガスダイナミック・バリアは、幾何学的に完全で、定常かつ厳密な軸対称の円錐を形成する必要はない。その作動状態は物理的本質として動的であり、流れの形状、密度、速度の時間的・空間的な変動を許容する。
ゲートウェイが機能するための決定的かつ唯一の厳格な条件は、シャトルが出口を通過する全期間にわたり、外向きの正の圧力・運動量勾配を維持して大気のトンネル内侵入を完全に防ぐこと、さらに出口領域の大気を事前にガスダイナミックかつ熱的に調整することである。これによりシステムの信頼性と実現可能性が大きく向上する。
したがって流れの形状は目標値ではなく適応パラメータとして扱われ、固定的に規定した幾何形状ではなく、圧力、質量流量、運動量という積分特性に基づいてリアルタイムで最適化される。
- スケーラビリティと試験. 約千キロメートル級の加速器とは異なり、ゲートウェイ構造はモジュール式で容易にスケールできる。安定した超音速ガスダイナミック・コーンの形成、同期、ジェット・ベルトの作動という主要技術は、1:5 または 1:10 スケールの完全機能型実体試験設備で十分に実証でき、主ルートの本格建設を開始する前にプロジェクトの主要な技術リスクを低減できる。
セキュリティシステム
水素の取り扱いには、爆発・火災安全に対するより厳しい要件が課される。そのため、エアロックの全インフラはこれを前提に設計される。すなわち、水素漏洩検知系の冗長化、配管の窒素による不活性パージ、防爆仕様の機器、電解設備・貯蔵設備・推進リングの物理的分離、さらに想定される放出物を保守要員や重要インフラから離れた場所で安全に大気へ排出するための指向性換気ダクトを備える。
寸法と打上げ質量
全長 ~150 m、楕円断面 ~10x15 m。形状は極超音速ウェッジで、大気を貫通する際の抗力と熱負荷を最小化するよう最適化されている。
- 最適打上げ質量。 ~15 000 トン。
シャトルの 15 000 トンという質量は、物理的制約と実現可能性の間の「黄金の中間」に位置する工学・経済上の最適点を探った結果である。
| 判定基準 | 下限 (< 8 000 – 10 000 t) | 最適 (15 000 t) | 上限 (> 20 000 – 25 000 t) |
|---|---|---|---|
| エアロディナミクスと過負荷 | 抵抗力Fd = ρ·A·v2は,高度な過負荷 (a = Fd/m) を生み出し,複雑な活性安定を要求し,ピーク熱負荷をもたらします. | 慣性が支配的です。大気抵抗により初期に短時間（最大 5 sec）約 ~3–6g の過荷重が生じるため、より簡素な衝撃吸収システムと熱防護を使用できます。 | 負荷はわずかに減少しますが 利点は他の要因によって等しくなります |
| 熱調節 | 熱量低. m の小量により,温度が急上昇する ΔT = Q·t / (m·c),極端な冷却システムを要求する. | 熱力強度が高い. 大型構造は,空気の短時間浸透のピーク熱を吸収し分散させ,被動と活性熱保護の組み合わせを使用することができます. | 熱量が増えるが 巨大な構造から熱を引き出すのは 単一の問題になります |
| 起動エネルギー | 必要なエネルギー E = ½·m·v² は許容範囲ですが、欠点を補うものではありません。 | GATES — 発散エネルギーが 11 km/s までは ~9×10¹⁴ J (~252 GWt·h) を構成する. | エネルギー消費は線上的に増加し 蓄電池の容量や容量が不均衡に増加し 経済的に効率が悪いのです |
| 構造と物流 | 実現可能だが 動性の重要な優位性を提供しない | 格差と質量は現代の造船ドック,接と輸送の方法に適合する. | 設計は硬くなって 変形や組み立てや 開始地点への運送が問題になり コストは超線的に増加します |
| StarRoadの哲学 | 低温な装置のパラダイムに 留まりました | イネーション・タランのパラダイムを実現する:大気は障壁ではなく,質量と強さによって克服される短時間の怒りを実現する. | 産業にとって 難題となり 規模削減を 抑えることができます |
- 身体的に は, (~10 000 t) の上にあるので,後は,慣性は,空気動力に影響を支配するようになる.
- エネルギー的には インフラへの要求が急激に増加しない
- テクノロジーの観点から 規模化産業慣行 (水造,重工機械) の範囲内にとどまる.
- 経済的に 規模による引き出のコストを削減し,資本コストを制限する間をバランスします.
このパラメータは,STARROADの概念を物理的に実現可能で経済的に正当化できる計算最適です.
構成とシステム
内部建築は,多層次の長さの構造として設計され, 軍団スの高度に機能的に分離されています.
- 下部 カープの後部 完全にエネルギーと力システムに割り当てられている: ボート・リアクター,熱交換器,アクティブ・クーリング・コンター,力変換器,エネルギー蓄電器, 熱帯電池の電源と海上電源の要素 このような配置により,重量の中心を低くし,超音波飛行,計画および引導における安定性を高め,また上部の熱と放射線保護を簡素化します.
- 超導体 レビテーション・安定化システム 艦シャトルのシャトル面に沿って 部分的に底部に組み込まれています 超伝導モジュールは,磁場とトンネルの被覆い点間の隔離を最小限に抑えるために,外側の外壁と熱保護層のすぐ後ろに固定されています.
- 波ートの沿い,上部と中部を含む,全身長,移動幹線まで;
- 底部の中部と後部に
- 主翼の出口ゾーンと機械のニッチを除いて
このような分布は,磁場が均等で,超音速で高い安定性,局部損傷で断絶性がある.
- コープスの中部 機体内から分離され,エネルギーや貨物区画から隔離される. 鼻の中央ゾーンの前部は,小型の動向制御翼を配置するために使用され,経路を修正し,移行モードで安定化するために使用されます.
- 軍団スの上部 機能負荷のユニバーサルシフトモジュールを配置するために設計されています. モジュールは,サイズ,固定点,重量,重心の許容位置によって標準化され,貨物,タンカー,乗客,または組み合わせの配置が可能. 模块の設置と引き出しは,開始前にドックで実行され,また上層の幹が開いた後に軌道上でも可能である. 貨物区は,水力や電気機械の持ち上げ装置と,自動で,乗組員を巻き込まないマイクロ重力条件でモジュールを引くと引き出す方向性を確保する.
- 上部の開拓の 動力枠の支える要素ではないが,空気流通と軌道アクセス機能を実行する. に熱制御システムの折りたたたみの電極パネルが統合されている. 完全に開いて固定した後 パネルは自動的に開かれ 余分な熱を真空に放出するために冷却剤が付きます
- 舟の鼻部 複数のレベル機能の構成がある
- 上部鼻帯 橋,制御,ナビゲーション,通信システム
- 鼻の中部領域 細かい引越し翼と制御表面のメカニズム;
- 低鼻帯 クリオゲン燃料と冷却剤のタンク 低温水圧抵抗と冷却環境が気圧を押し込む時に鼻部の活性冷却システムへの最速アクセスを保証する.
このような組立ては短く熱と水力コンタクトを確保し,鼻の熱力慣性を低下させ,最も重荷した飛行場での熱保護システムの動作を信頼性を高めます. シャトルの構成は 強力な構造化,スケーラブル,モジュール構造で ハイパーサウンドスタート,軌道操作に最適化されています カープを深く回転させずに自動水泳と多回運用
コープの熱保護
シャトルの鼻部と底部は,超音波飛行と後継の導航時に極端な熱力および動力的な負荷に計算された多層の複合金属の熱保護システムで装備されています. 構造は,被動と活性要素を組み合わせて,以下を含む:
- 千度短時間温度と激烈な放射線熱に耐える外熱性耐性層
- メカニカルおよび振動の負荷を感知する強力金属底層;
- 熱を最も負荷のある地域から,特に鼻部と底部の前端から引き離すための活性冷却のコンタクト
- 基本構造を損なわないまま制御可能な老廃状態に計算されたローカル・クリティカルゾーンにおける交換可能なアブレーション要素
熱保護システムは,急激な温度 グラディエントと周期的な熱電圧を含む,熱した コープスと海に着陸する際の熱電圧を考慮して設計されています. 建築は,規制のサービス中に最も負荷の高い要素を分割し,モジュール的に交換することを前提としています.
翼
チェルノックは安定化,計画,着陸のために用意された2ペアの出張翼で装備され,空気の割れられた層に出ると開かれます.
- 前部の一対の翼は、軌道修正、ピッチおよびロールの安定化、動的擾乱の減衰を担います。滑空のため、希薄な大気層に入った後に展開します。
各前翼のパラメータ:
- 長い (根から幅): ~35m
- 根/終結の幅: ~14 / 7m;
- 面積は ~360–400m2
- 翼の裏側 シャトルの主要 エアロディナミカルқ表面である.
各裏翼のパラメータ:
- 長い (根から幅): ~100m
- 根/終結の幅: ~14 / 7m;
- 面積は ~1000–1100m2
翼の総面積は約 2800–2900 m² です。胴体のリフティングボディ形状が追加の揚力を生み、有効空力面積を約 20–30% 増加させます。
音外モードでは,総構成は,安定した計画と制御された着陸点選択を実現する L/D ≈ 9–13の指向的な空気の質を確保します. 計画と引導の典型的な速度は 90–120 m/s (≈ 320–430 km/h) の範囲で評価されます. このような速度では,着陸の安全性は絶対水平速度ではなく,垂直触覚速度,攻撃角度,グリッサッドのプロフィールによって決定されます.
パラシュートシステム
引導時に衝撃の負荷を軽減し,着陸の許容可能な窓を拡大するために,シャトルは柔らかい着陸の条件-スタットなコンターンとして動作する多重パラシュート-パラフォイルシステムと装備されます.
- 建築と配置. システムには2つのパラファイルの位置が含まれます
- 一基を上部後方区画に;
- 一基を上部前方区画に（機首部のすぐ後ろ）。
各ポジションは,スケジュールで実行された N+1 パーフォイルは,単一の点ではなく, 横断固定線 ローカルな重荷ピークを減らすため タンガージとクレーンの安定性を高めます 円筒は 互いに影響や を排除する長軸に広がっています
- 作業場と作業モード. パラフォイルは,装置の重量を完全に保持するためにではなく,最終段で垂直速度をダمپフィリングし,滑らかな触覚の相を形成するために設計されています.
- 主 parafoil 一基の面積: ~4500–6000 m²;
- 2つのパラフォイルの作業時の総アクティブ面積: ~9000–12 000m2.
触れる時の垂直速度の目標値 Vz≈1m/s.
- 追加基準. パラシュート・パラフォイルシステムは使用されています 必要な場合のみ. 落としアルゴリズムは考慮する 総重荷 (エアロダイナミック,イネーション,水動力成分のベクトル合計):
- 影響を受ける際に予測される総重荷 4gを超えない落としが実行される 活用されていない パーフォイル (翼の上)
- 及び リスク 超え 4g システムが活性化して 垂直構成速度を目標値まで減らし 滑りやすい状態に 転移します
- 複数回. パラフォイル,ストラップシステム,固定するノードルは,重力枠を分解せずに,規則的なサービス (見直し,乾燥,急流する要素の交換) を繰り返し使用するために設計されています.
自動力およびエンジン装置
チェルクは軌道でのマネーブから長年に渡る自動飛行まで ミッションの全サイクルに合わせて 完全に自動動力システムに備えています
- 基本 源 燃料は 核炉です
- タイプ: 塩溶液のコンパクト高速反応器 (JMSR) または次の世代高温ガス冷却反応器 (VTGR) 未来的には コンパクト・熱核モジュール (例えば,Helion Energyのようなフィールド圧縮のシグマに基づいて)
- 能力: 電気の 10-20MW,熱の 50-100MW.
- 目的地: マグ線レビテーションシステムの超伝導要素を搭載するすべてのボードシステムにエネルギー供給 電気磁気プラズマエンジン (EMPD)熱帯水分発電の 自動泳用の駆動器. 原子炉は,シャトル体の全使用期間 (5-10年) の間,燃料を再起動せずに動作するために設計されている.
- 機内超伝導性レビテーションと安定化システム シャトル体沿いに,ボートシステムから液体窒素または水素で冷却される高温超伝導体 (VTSP) の基礎で超伝導磁石を持つクリオゲンモジュールが統合されている. これらの磁石は,活性化および安定化のための強力な主要磁場 (磁気懸浮システム) を生み出します. レールズ (磁気鏡) のインドキュレーションқ相互作用により,トンネルの外部の電源が完全に断たれても,シャトルはレビテーションを維持することができます.
安定化管理システムは,階層原則に基づいて構築されています.
- パシブコンチュール (マイクロ秒):超伝導体のインドキュレーションқ接続は,トンネルの巻き込みと電子の関与なしに,任意の移動時,自動で返回力を生み出す.
- 機械のコンタクト (マイクロ秒 میلی秒):特化したスイッチ (FPGA, ASIC) は,不均衡を検出し,硬いアルゴリズムでセクションを切り替える.
- プログラムコンタクト (ミリ秒 数万ミリ秒): ボード計算機 (制限されたAIのサポート) は,ナノ秒間範囲で反応を要求せずに,遅いドレフとローカル不均衡を補償するために超伝導セクションの間での電流を再分配します.
このような建築は,激怒に対する反応時間をミリ秒で確保し,超音速で重量 15 000トンであるシャトルの耐久性要求を数倍に上回る.
- 基本的 引擎:高引力電磁プラズマエンジン (EMPD)
- 原則: 機内原子炉から動いている磁気プラズモディナミック (MPD) エンジンまたはアシミュート流 (VASIMR) エンジン.
- 推力: パルスモードで最大 50–100 kN（5–10 トン力）。軌道修正、軌道離脱、軌道間遷移に十分です。
- 労働機関: 液体のクセノン,アルゴーン,または水素の備蓄 (冷却システムに使用されるものでもある).
- 独立性: 機体はAIによって制御され 軌道ステーションと接続,卸し,帰還の動作を自律的に計算し実行できます
- 暖房システム 管理:
- 動向式電極. 空間で展開される液体コンタクトパネルは 原子炉や機器から余分な熱を真空に放出するものです
- 段階的な熱電池 (TA). 核的な要素は,鼻部と核的なノードに位置する. スタートと入口で大気を貫通するときにピーク熱 (メガジョウリ) を吸収し,構造の過熱を防ぐ. 宇宙や海洋では 熱は散熱器や環境を通って ゆっくりと放出されます
- 活性冷却システム. 熱保護画面と critical element を飛ぶ間に急冷却するための液体ヘリ/水素の閉ざされたコンタクト
- 予約する そして安全: 原子炉のダブル制御システム,独立した冷却回路,熱分散装置. 設計は海に落ちることなど あらゆるシナリオで 安全性を確保します
自動植樹および海上システム
大西洋の所定海域に着水した後、シャトルは完全自律型の海上航行モードに移行します。そのために、以下を使用します：
- 推進システム。 二基の格納式アジマススラスターまたはウォータージェット推進器により、低速時でも高い操船性を確保します。
- 水泳のためのエネルギー. 駆動機およびボードシステムのための電気エネルギーを確保する スタイットボート核/熱核原子炉活性ゾーンの貯蔵量は長年に渡る自律的な移行に十分です
- 航行と通信. 衛星 (GPS/GLONASS),静脈ナビゲーション,水面環境認識のためのレーダーとリード. 地質安定衛星を通じて安定した通信.
- 終止制圧システム. 余分速 (100-150 km/h) を消すために,水に触れる前に,組み合わせたシステムを使用します. 狭い面積のブレーズパラシュート (安定化および初期制約のために) 短縮されたパルス (垂直速度を正確に消すために) 降落機は,洪水後発射する.
この設定により,シャトルは着陸後,すぐに助けを必要とせずに,登録港または牽引機との出会い点まで自律的に行けることができます. 嵐の波に自律的に立ち止まって 長い航海をしたり 定番のサービスのために 定番のドックにたどり着くことができ 宇宙機からロボットシャトルへと 変身します
AstroLiner-S: スタート/簡素化版
初期段階では,StarRoadは基本的な技術的に簡素化され,運用的に保守的な構成として シャトルのスタートバージョンの AstroLiner-S (Simplified / Start) を利用することが考えられている.
この改装は,高速道路,早期貨物および操縦された打ち上げの初期利用のために設計された機能的に完全な,しかしエネルギーとシステム的に簡素化された AstroLinerのバージョンです. システムにおける技術,運用,規制リスクを段階的に軽減する.
- 重要な 考え方: AstroLiner-S。 AstroLiner-S は、StarRoad の基本原理である慣性による大気圏通過を実現しますが、機上の核または熱核エネルギー源を使用せず かつ 主バージョンの打上げ質量と外形寸法を完全に維持します。
エネルギー的に極端な操作 (解体,レビテーション,トンネル安定化) は完全に地上インフラに持ち込まれています.
AstroLiner-S チェンクは:
- 自動運転車,
- 完全に重複した
- 軌道に乗って,軌道から降りて,軌道に戻る能力がある
- しかし,トンネルの外で化学的な力しか使わない
- 機内には高電力の離子放射線源がない.
- エネルギーと超伝導システム. AstroLiner-Sの構成では,以下のものは完全に除外されている.
- 核と熱核発電所
- 放射線,熱および事故リスク
- ターンネルやスイッチの汚染のシナリオ
超伝導性レビテーション,安定化,トラスと相互作用する要素:
- 開始前に電気を注入する
- 継続的な状態に移行する
- 機内システムによって制御される
オンボードの電子機器,制御システムおよび保護システムを供給することは,時間による備蓄でトンネルを完全に開くサイクルに計算されたバッテリーおよびイネーション蓄電器 (マホビック) の 計算するіナン行われる.
離散過程で超伝導線路を積極的に制御することは,小調整電流と事故モードに制限され,高性能の連続的なエネルギー源を船内に必要とすることが排除されます.
軌道では,活性エネルギー源として折り畳み式太陽光パネルが使用されます.
- トンネルの外の移動装置
AstroLiner-Sの軌道操作は全て化学的引力を使っています
ベルトは:
- 中央引力化学馬車 (LOX/LH₂または LOX/LCH₄クラス),
- 方向性および事故管理 (RCS) の複製システム
移動装置は:
- 大気圏を出た後に航空機をターゲット軌道に打ち上げること
- 軌道パラメータの修正
- 軌道からの降伏
- 制御された空気中への入り込みと帰り
このバージョンでは電動反応と磁気プラズマエンジンを放棄することは,高力発電源が搭載されていないため,システム全体の建築的な制限として考えられない.
- 戻り 複数回
AstroLiner-S は次のことが可能です:
- 軌道から自律的に降りる
- 制御可能な空気の入口
- 航空力計画
- 翼とパラシュート・パラシュートシステムを使って海に着陸する
原子炉がないことは,
- 海上利用
- 規制サービス
- 派遣後,装置を復元する.
- 役割 AstroLiner-S について 開発 StarRoad
AstroLiner-Sは以下のように見られる.
- StarRoad シャトルの最初の量産バージョン,
- 打ち上げや失敗の統計を収集するプラットフォーム
- システム初期投入手段
- 初期軌道インフラストラクチャの基本輸送
プロジェクトが発展し,コンパクトな高性能エネルギー源が登場し,運用経験が蓄積されるにつれて,AstroLiner-Sは進化的に完全なバージョンの AstroLinerに補完または置き換えられる可能性があります. 機内エネルギー装置と電磁プラズマエンジンに搭載されています
したがって、AstroLiner-S は妥協案ではなく、主線の基本構造を変えることなく、StarRoad の運用をより早く、より安全に、より低いシステムリスクで開始できる合理的な初期レベルです。
目的と原則
本プロジェクトでは、改良型 Enhanced Geothermal Systems（EGS）技術を基盤とする、独自の統合ギガワット級エネルギー・気候インフラを構築します。作動流体には、Direct Air Capture（DAC）によって大気から回収した超臨界二酸化炭素（sCO₂）を使用します。このシステムは三つの重要な機能を同時に担います：1) 加速トンネルの熱安定性を確保するための地熱場の能動制御；2) ベースロード電力の供給；3) 大気中 CO₂ の長期利用・貯留。
GATES — ガス発電所の地下建築
熱安定性、エネルギー自立性、長期耐久性を確保するため、各加速トンネルには、小径の七本のサービス・トンネルで構成される統合 GATES システムが併設されます：
- 六本の主要コレクター・エネルギートンネル（直径 2 m）。 加速トンネル床面の 30 m 下に、軸間隔 7 m で均等に配置されます。ペアで可逆運転し、強く過冷却した（+5°C）超臨界 CO₂ を循環させます。これにより加速器断面全体の下に厚さ >15 m を超える連続冷却層が形成され、熱橋が完全に除去されます。
- 一本の技術サービス・トンネル（直径 3 m）。 加速トンネルと同じ高さで、側方 3 m に配置されます。運行を停止せずに継続的な診断・修理アクセスを確保します。GATES トンネルは、高い内圧（最大 25 MPa）、岩盤圧、動的荷重の複合作用に耐えるよう設計されます。七本のトンネルからなる複合体全体は、完全ロボット化されたマイクロトンネル掘削機（micro-TBM）群によって施工されます。 GATES はエネルギーインフラと輸送インフラを物理的・機能的に分離し、極めて高い信頼性と保守性を実現します。
冷却システムとGTMK
- 濃い冷却の輪郭 加速トンネルの下には,高圧または超批判的な状態で CO₂ の基礎で作業体が循環するGATESのコレクター・エネルギートンネルがあります. 標準低温の状態で深層のコレクターに入る前に冷流の目標温度範囲は の近くで +5...+15°C. 熱を抽選し,深層を過ぎた後 CO₂ 熱が上がるかもしれない +100温度は深さ,熱流量,エネルギー生成モードによって異なります. コンチュールは地熱熱を引き出し,主要トンネルの下の冷却地帯を形成し,大道を安全に 5–8kmほど深く敷くことができます.
- ハイドロ・サーマル・メイン・カナル（HTMC）。 StarRoad のルートに沿って、サービス道路、送電線、通信設備と並行してハイドロ・サーマル・メイン・カナル — HTMC — を建設します。これは各ターミナルを統合された地表放熱システムへ接続します。
広さ約 5–8mと深さ 2–3mの水道である.運河の底部には,いくつかの独立した高圧管道が流れ,その上で CO₂は隣接するターミナルの間を移動する. 水は熱の緩衝と中間熱の運び物として機能します
タービン,熱交換または圧縮ノード CO₂ の後に,温度が約 +50...+80°C のヘビ車に流れます. 終端間の段で約 50kmの長さで,季節,気湿度,降雨の強度によって約 +22...+35°Cまで冷却して水を温める. 夜間放射性冷却と運河の動作の様式
HTMC の水温は通常 +22…+32°C です。高温区間では +35…+45°C まで上昇し、高温側入口付近では短時間 +50…+80°C に達することがあります。この温度は生物活動を低下させる可能性がありますが、処理なしに飲用可能になるわけではありません。
上には太陽光を反映し,赤外線で熱を放出する軽い 選択性і板で閉まります.
- ターミナル冷却。 各ターミナルには、冷却塔、熱交換器、ポンプ、ブースター圧縮機、ターボエキスパンダー、予備チラーを設置します。通常運転では、低品位熱の大部分を HTMC を通じて受動的に放熱します。
グラディナーとターミナル・熱交換器は,GTMCの後,約+22...+35°Cから +15...+25°Cまで CO₂の流れを導きます.必要に応じて,備蓄チーラーは,深層のコレクターに供給する前に,温度を-5...+5°Cまで低下させる必要があります. チラーは基本的な常時モードではなくピーク,事故,季節の備蓄として使用されます.
- ブースター圧縮とターボタンダー 次のターミナル CO₂ は冷却されたが高圧で進みます. その後は,圧縮エネルギーの一部が回復するターボデタンダーに導かれ,圧力を頼りに,温度がさらに上昇して を方向的に -10...+5°Cまで拡大する. 費用と必要な段階の状態.
その後 CO₂は必要な温度,圧力,段階状態のGATESのコレクタートンネルに供給されます. このサイクルは無料のエネルギー源ではありません コンプレッサーが働きをします 運河は圧縮熱を放出します ターボデタンダーは 消費されたエネルギーを一部だけ返します 効果は 活性冷蔵装置に負荷が少なくなった場合 寒い流れが です
- 冗長性と双方向性。 コイル配管は二重化され、双方向流に対応します。一方の回路が損傷した場合、流れは予備配管または隣接ターミナル経由で再配分されます。CO₂ の流向は、熱負荷、緊急モード、各区間の状態に応じて変更できます。
- 保守性。GTMKはおよそ一キロメートルごとにゲートで区画される。区間が損傷した場合、そのセグメントを隔離し、ポンプで水位を最低限の運用水位まで下げるか、区間を部分的に排水する。減圧後、保守要員またはロボット保守システムは幹線全体を停止させることなくコイルにアクセスできる。修理中の冷却は、予備回路、流れ方向の変更、隣接ターミナルを介した熱交換の強化、およびチラーの一時稼働によって維持される。
- 制限された水管機能. GTMKは二次的な水管機能を果たすことができる. 運河は東から西に傾き続けると 水がゆっくりと自律的に移動し,セクションを洗い流したり,過剰の放出も制御できる.
夜の赤道雨は水道,水道,フィルター,流水道で運河を補充するために使用できます 水は CO₂ に直接接触しないため,局所的に濾過された後,制限された灌,ターミナルの水供給技術,防火備品,緑の保護区に使用できます.
GATES — この機能は二次性であり,水抜きは,GTMKの基本課題を侵害しない範囲でのみ許容される CO₂ 熱安定性を維持する
- 値 StarRoad. 深層のコレクター,GTMK,ターミナル冷却器,グラディルニ,ブスター・コンプレッサー,ターボデタンダー,および備蓄チில்லーは,熱管理の統一分布式システムを形成する. ローカル冷蔵庫への依存を減らす 障害性向上 ターミナル間の熱流の再分配を可能にし 深層の加速トンネルをより現実的なものにします
地表冷却システムは追加の経済機能も担い、StarRoad のルートに沿って、ターミナル、サービス道路、エネルギー拠点、水路、工業用地、灌漑農業地帯からなる線状の帯を形成します。
テクニカルトンネルと地上ターミナルとの統合
- ガス発電所との統合 傾斜トンネルごとに,追加 10-20mの深さでは,建設段階および後のエネルギー生成で岩を初期凍結および安定させるために,GATESのコレクタートンネルが通過します.
- 陸上ターミナル・コンプレックス 表面上の傾斜のトンネルは,多機能の地上ターミナルで完成する. 40ターミナルのそれぞれは,以下の独立なノードである.
- 換気・ガス浄化・設備の複合体 ターンネル内の空気状態を維持し,廃空を除去するために
- 建設基地 積木,土壌,建設材料を積み重ね,重荷し,一時的に保管する場がある.
- 管理住宅 コープス 交換スタッフ (ディスペッチャー室,休憩室,ワークショップ,倉庫) の配置のために
- GATES — ジオ熱発電所 冷却装置熱帯電池の深層のコレクタートンネルを利用し,管理する.
- 捕獲処理駅 CO₂ (DAC). 大気から直接炭素二酸化吸収装置 (Direct Air Capture) が設置され,GATESの閉ざされたサイクルが確保される:抽出された CO₂は熱媒介として液化され,浄化され,深層のコレクタートンネルに供給される.
- 外部エネルギーネットワークと通信への接続点 (リザーブ電源,ブロードバンドチャンネル)
戦略的意義
エネルギー供給と熱安定化に加え、このシステムの主要機能の一つは、主加速トンネルを超深度（5-8 km以上）に安全かつ経済的に建設できるようにすることである。熱場の能動制御と地熱流の排出によって、そうした深度を不可能にする温度制約を取り除く。これにより、大きな曲率半径を持つ最適なS字形ルートを実現でき、2050 kmのルート全体で貨物と乗員に許容可能な加速度（~4g）を維持しながら、滑らかに高度を上げ、シャトルを水平線に対して~5-6°の角度で射出できる。したがってGATESは、エネルギーだけでなくStarRoadの弾道軌道最適化全体の技術的基盤でもある。複合体全体の掘削は完全ロボット化されたmicro-TBM群で行う。
強力さと規模
- 2.5 GW発電所1基の費用：$20–30億。
- 40 基の発電所の総コスト：$80–120 billion。
この評価は,ロシアのGeoTESへのコストの下限 (イチュープのデータによると,約$650/kW) と複雑なプロジェクトのための上限 ($1,500/kW) によって確認されています.
計算の基礎として,GATESの総電力の上層評価を100GWに考慮する.実際の利用可能な電力は,地質調査後にのみ評価され,ギガワットの単位まで大幅に低い可能性があります. この場合,解放された資金は代替エネルギー源の建設に費やされます.
環境および地域機能
StarRoad は能動的な環境サービスのモデルを実装します。本プロジェクトは大気中 CO₂ の世界最大の定置型消費システムであり、超臨界状態の CO₂ は閉鎖型 GATES システム内で恒久的な作動流体として使用されます。数百万トンの二酸化炭素が大気循環から除去され、技術回路内に数世紀にわたり固定されます。これにより StarRoad は、産業部門全体の炭素排出を相殺できる強力な気候工学ツールとなります。
GTMKは,GATESの冷却システムの一部だけでなく,地域を益する二重目的の大陸間インフラも備えています:
- 灌. 排水口は,道路沿いの農地への灌のために運河の水を利用し,乾燥した地域をアフリカの緑の帯に変える.
- 自然補充. 運河は,しばしば赤道に降る雨によって自動的に補充されます.
- 引力流. 土地の自然的な傾き (3400m東 → 0m西) により,水はポンプなしで独りで運河を走らせ,無料の循環を保証します.
- 微型GES. 運河沿いの高さの変動により,地方ネットワークや自給自給のために追加再生可能エネルギーを生産するマイクロ水力発電所のカスカッドが設置できます.
StarRoadは,輸送だけでなく,地域における持続可能な発展に統合された農業エネルギープラットフォームとなっています.
GATES — ガス発電所と発電所のネットワークは加速器だけでなく,近隣の都市,工業企業,農場にも過剰な緑のエネルギーを提供しています.
パーペンデキュラー側トンネル技術システム
建設・換気・修理・避難を確保するため、ルート沿いに約 50 km 間隔で合計 40 本の傾斜輸送トンネルを建設する（傾斜角 30°、楕円断面は約 17.5 × 12.5 m）。これらは主トンネルと同じトンネル掘進設備で施工され、地表と最大 8 km の深さにある主線を結ぶ。
- ロージスティック 緊急停止時にスタッフと乗組員に独立的な避難路線を確保する (Alarm-2). 垂直の鉱山とは異なり 傾斜のトンネルは 自動運転機器を使って 一回の飛行で何十人もの人々を避難させることができます
- セキュリティ 緊急停止時にスタッフと乗組員に2つ目の独立した避難路線 (Alarm-2) を提供する.
- 拡張性。 傾斜トンネルは、将来の StarRoad 並行線を接続するための基盤となる。そこから新しい加速トンネルへ水平支線を掘削でき、アクセス網を継続的に拡大する輸送骨格へ発展させられる。
- ガス発電所との統合 傾斜トンネルごとに,追加 10-20mの深さでは,建設段階および後のエネルギー生成で岩を初期凍結および安定させるために,GATESのコレクタートンネルが通過します.
陸上ターミナル・コンプレックス
表面上の傾斜のトンネルは,多機能の地上ターミナルで完成する. 40ターミナルのそれぞれは,以下の独立なノードである.
- トンネル内の空気の状態を維持し,処理された空気を除去するための換気とガス浄化コンプレックス.
- 建材の積木,積木,土壌,建材を積み重ね,重荷し,一時的に保管する場がある建設基地.
- 交代員工 (ディスペンチャー,休憩室,工房,倉庫) の収容のための行政生活 コープス.
- 熱帯トンネルを利用し,熱帯を管理する,GATESのネットワークに統合された地熱発電所と冷却装置.
- CO₂ 回収・処理ステーション（DAC）。大気から二酸化炭素を直接回収する設備（Direct Air Capture）。GATES の閉ループを構成し、回収した CO₂ を液化・精製して、熱媒体として深部の集流トンネルへ送る。
- 外部エネルギーネットワークと通信への接続点 (備蓄電源,幅段通道).
- 地域交通網との接続のための入路 (自動車道または鉄道・線)
- 緊急医療支援点とヘリコプター場を備えた避難点 (表面への出口).
法学および環境柔軟性
技術トンネルを傾斜配置することで、StarRoad の主線が保護区域（国立公園、自然保護区、集水区域）の地下深部を通過する場合でも、地上ターミナルを保護区域の外に配置できる。これにより、公園内にインフラを建設せずに主線を保護区域の下へ通せるため、主要な法的障害が解消される。各ターミナルは最寄りの非保護地に設置し、傾斜立坑でトンネルに接続できるため、許認可が容易になり、環境負荷を低減し、保護生態系への直接的な影響のリスクを排除できる。
エネルギー供給と貯蔵システム
StarRoad加速器の電源供給システムは,次のものを提供する3階層ネットワークとして構築されています.
- 保証された備蓄 (単位の要素を拒絶すると止まりが起きない)
- 適応性速さ (スタート時の秒からフィニッシュ時のマイクロ秒まで)
- 力のケーブルの最小長さ (損失とインドキュートі性を減らす).
拓地学レベル
レベル 0: 初期蓄電器 (ターミナル)
- 40ターミナル,それぞれ重力蓄電池の公園,GEE (運河のマイクロGEE) とリチウムイオン電池 (BESS) を備えています.
- ターミナルの総容量: ~5–9GW·h (トラス上の全 ~360GW·h).
- 出力：主幹ケーブルを介して技術トンネルへ高電圧直流（最大 100 kV）を供給する。
レベル 1:セグメントコントローラ (50-kmセグメント)
- 路線は 41 セグメントに分割される（各 50 km、最後の 50 km はエアロックまで）。
- 各セグメントには,隣接する2つのターミナルからエネルギーを受信する主要分配コントローラー (断備).
- セクメントコントローラーは,エネルギーをキロメートルのエネルギーブロック (km) に分配する 1 作業を同期させています
レベル 2:キロメートルエネルギーブロック
ブロックは,各キロメートルにローカルコントローラーがあり,
- 制御器からエネルギーを受け取り
- 緩衝リチウム・イオン電池を管理する (主要トンネルの壁の下に位置する),
- フライホイールとスーパーキャパシタを介して接続された切替可能な巻線セットを制御する（トンネル壁の背後にある専用ニッチに配置）。
区分制御から2つの独立したチャンネルが ブロックごとに予約を確保します
ケーブルコースの建築
- 主幹ケーブル（レベル 0→1）：主トンネルと平行する三メートル級の技術トンネル（サービストンネル）に敷設し、主トンネルとの間隔は 3 m とする。
- 路線沿いの配電：各ターミナルからケーブルを両方向へ 50 km 延ばし（ターミナルから合計 100 km）、隣接ターミナルの供給範囲を重複させる。これにより各セグメントは少なくとも二つの隣接ターミナルから給電され、100% の冗長性を確保する。
- 主要トンネルへの入口: ケーブルは,各 1 kmで,技術トンネルから,主に,ゲーム通路を通って,キロメートルのブロックコントローラに接続される.
- ブロック内の配電：コントローラの後で電源を二つの並列経路に分ける：
- トラック・A: 緩衝リチウムイオン電池 (ブロックに容量 ~0.5–1GW·h,秒ピークを滑らせる)
- 図B: トンネル壁に設置されたマホビック (イネーション蓄積機) やイオンストーラー (スーパーコンデンサータ) による切り替えられる包装セットに.
3ゾーンでの放出率調整
シャトルの散歩プロフィールは,一回回転のピークパワーが最前 (超短脈動が不要) で,コースの終わりに低下するように最適化されています. これは様々な領域で様々な種類の蓄電器や 切り替え装置を使用することができます
| ゾーン | 経路段 | 放出時間 | 蓄電／スイッチング技術 | 理由 |
|---|---|---|---|---|
| ゾーンI (低速) | 0 – 200km | 秒からミリ秒 | リチウムイオン電池 + 標準 IGBT インバータ | シャトルは低速で移動し、一キロメートルの通過時間は >0.1 s である。バッファなしで BESS から直接動作できる。 |
| ゾーン II (中速) | 200 – 1000km | ミリ秒からマイクロ秒 | 緩衝式リチウムイオン貯蔵 + フライホイール, SiC インバーター | シャトルは加速しており、より高速なスイッチングが必要になるが、機械式フライホイールはまだ使用できる。 |
| ゾーン III (高速) | 1000 – 2000km | マイクロ秒のパルス | スーパーキャパシタ（イオニスタ）＋高速サイリスタスイッチ（GTO/IGCT） | 一キロメートルの通過時間は 0.09 s まで短くなる。ナノ秒応答のスーパーキャパシタとイオニスタだけがパルスを安定化できる。 |
重要：ゾーン III では、加速度の低下により一キロメートル当たりの必要エネルギーがゾーン I より少ない。そのため、放電速度への要求が高くても素子への負荷は低下する。
備蓄と事故耐久性
- 制御器をダブル化する 各セグメントおよびキロメートルのコントローラーは熱備蓄 (独立した電源を持つ同一の板2台) を備えています .
- 断食: ブロックは,そのセグメントコントローラーだけでなく,隣接する (技術トンネル内の備蓄ケーブルを通じて) からもエネルギーを得る.
- 巻線の局所冗長化：各キロメートルブロックには、交互に切り替える三組の独立した巻線セットがある。一組が損傷しても残る二組が動作を続け、効率は低下するが停止せずに加速を維持する。
- 緊急の開關: 短縮または過熱を検出した場合,キロメートルのコントローラーは,隣接するブロックに影響を及ぼさないように,ブロックの電源を切り開いて,区間 入り口で隔離します.
物質的実現と結論
| 要素 | 場所 | 機能 |
|---|---|---|
| 初期蓄積機 | 表面 (ターミナル) | エネルギーの長期保存 (360GW·h). |
| 道路ケーブル | テクニカルトンネル (3m) | ターミナルから 予約されたセグメントへのエネルギー転送 |
| 段控管 | 主要トンネル内でのニッシュ (各 50 km) | エネルギー分布は 10キロメートル単位で 同期化 |
| 緩衝リチウムイオン電池 | 基本トンネルの壁の下 | 秒速ピークをスムーズに調整する |
| フライホイール | トンネル壁の向こう (IIゾーン) | ミリ秒のパルス・バッファー |
| イオンストア (スーパーコンデンサータ) | トンネル壁の向こう (IIIゾーン) | マイクロ秒の安定化 失敗を補う |
| ローカルコントローラ (キロメートル) | ニッチ内に 1 km ごと | ループの切り替え管理 状態監視 バッファ管理 |
| 加速器を巻き回す | トンネル内面 | シャトルを駆動させるための磁場を作ること |
エネルギー供給の建築の利点
- 負荷の平穏な分布 トンネルの長さ全体でピークパワーが同時に求められない:最初は 緩い衝動,終わりは 短く,しかし力が低い.
- 全レベルでの冗長化。一つのターミナル、コントローラ、あるいは 50-km セグメント全体が故障してもシステムは停止しない。隣接するターミナルとセグメントがエネルギー不足を補う。
- 拡張の柔軟性。StarRoad の新しい並行路線を追加しても電力システムの再構築は不要で、既存の技術トンネルに追加の主幹ケーブルを敷設すればよい。
- コスト最適化。高価なスーパーキャパシタとフライホイールは、本当に必要な最終区間にだけ使用し、路線の初期区間ではより安価なリチウムイオン電池を使用する。