3.1.1 Линия стекловолокна

Обзор

Параметр Значение
Вход Силикаты (~5% от немагнитной фракции)
Выход Стекловолокно
Производительность ~30 т/день
Энергопотребление Солнечная печь (тепловая)
Размещение Под куполом

← Назад к обзору

Назначение линии

Часть силикатного потока (~5%) идёт на производство стекловолокна напрямую, минуя MRE-электролиз.

Почему отдельная линия:

  • Для волокна нужны силикаты в исходном виде (оксиды SiO₂, CaO, Al₂O₃)
  • В MRE оксиды разлагаются электролизом на металлы + O₂
  • Если всё электролизовать — силикатов для волокна не останется

flowchart LR
    subgraph ВХОД["НЕМАГНИТНАЯ ФРАКЦИЯ"]
        NM[/"Силикаты<br/>564 т/день"/]
    end

    NM --> |"~5%"| GF["Линия стекловолокна<br/>(солнечная печь)"]
    NM --> |"~95%"| MRE["MRE-электролиз"]

    GF --> FIBER[/"Стекловолокно<br/>~30 т/день"/]
    MRE --> METAL[/"Металлы + O₂"/]

    style GF fill:#b8e0d2
    style MRE fill:#e8a8d4

Состав силикатов (сырьё)

Силикаты реголита Меркурия уже содержат нужный состав для стекловолокна — близкий к промышленному E-glass:

Оксид Доля Роль в стекле
SiO₂ ~45% Стеклообразователь
Al₂O₃ ~15% Прочность, химстойкость
CaO ~10% Флюс (снижает Tпл)
MgO ~10% Прочность
FeO ~5% Примесь (даёт зеленоватый цвет)

Примечание: На Земле в E-glass добавляют бор (B₂O₃) для снижения температуры плавки. На Меркурии бора нет — плавим при более высокой температуре (~1400°C), что не проблема для солнечной печи.

Схема процесса

flowchart TD
    subgraph ПЛАВКА["ПЛАВКА"]
        SIL[/"Силикаты<br/>~30 т/день"/] --> SF["Малая солнечная печь<br/>1400°C"]
        SF --> MELT["Расплавленное стекло"]
    end

    subgraph ФИБЕРИЗАЦИЯ["ФИБЕРИЗАЦИЯ"]
        MELT --> FILT["Al₂O₃ фильеры<br/>(керамические)"]
        FILT --> FIBER["Волокно 5-13 мкм"]
        FIBER --> DRUM["Намоточный барабан"]
    end

    subgraph ПРОДУКТ["ПРОДУКТ"]
        DRUM --> BOBBIN[/"Бобины<br/>стекловолокна"/]
    end

    style ПЛАВКА fill:#fff3cd
    style ФИБЕРИЗАЦИЯ fill:#d4edda
    style ПРОДУКТ fill:#cce5ff

Этап Описание Температура
Плавка Силикаты плавятся в солнечной печи 1400°C
Фиберизация Расплав продавливается через керамические фильеры Al₂O₃ 1200°C
Вытягивание Волокно диаметром 5-13 мкм вытягивается барабаном —
Намотка Волокно собирается в бобины —

Оборудование

Компонент Функция Материалы
Малая солнечная печь Плавка силикатов Al зеркала, MgO тигель (местный)
Керамические фильеры Вытягивание волокна Al₂O₃ (местный)
Намоточный барабан Сбор бобин Fe рама, Al барабан

Керамические фильеры (Al₂O₃) — местное производство

Параметр Значение
Материал Al₂O₃ (корунд)
Рабочая температура до 1800°C (стекловолокно 1200-1400°C ✓)
Срок службы 3-5 лет
Источник Переработка реголита (Al 7% + O₂ 45%)

Почему керамика: На Земле традиционно используют платину (Pt-Rh). Научные исследования показали, что керамические фильеры Al₂O₃ дают волокна сопоставимого качества (ScienceDirect, 1981). Al₂O₃ производится из местного сырья (Al 7%, O₂ 45% реголита по MESSENGER).

Конструкция

Элемент Материал Назначение
Тигель MgO керамика (местная) Плавка силикатов
Фильеры Al₂O₃ керамика (местная) Формирование волокна
Охлаждение Воздушное (атмосфера купола) Охлаждение волокна

Применение стекловолокна

Продукт Критичность Назначение Альтернатива
Изоляция кабелей Критическая Вся электропроводка завода Керамические бусины (сложно)
Изоляция обмоток Критическая Все моторы, трансформаторы Al₂O₃ керамика (хрупкая)
Ткань куполов Высокая Армирование Al-мембраны, новые заводы Только металл (тяжелее)
Теплоизоляция Средняя Защита оборудования MgO керамика, вакуум
Фильтры Низкая Очистка газов В вакууме пыль падает сама

Вывод: Стекловолокно — критический материал. Без него невозможна электрика завода (кабели, моторы) и расширение (новые купола). Линия полностью локализована — керамические фильеры Al₂O₃ производятся из местного сырья (Al 7%, O₂ 45% реголита).

Источники

  • Ceramic bushing for glass fibre production (ScienceDirect, 1981) — Al₂O₃ и ZrO₂ фильеры дают волокна сопоставимые с Pt-Rh
  • MESSENGER XRS (Science, 2012) — состав реголита Меркурия (Al 7%, O₂ 45%)
  • Owens Corning, Johns Manville — крупнейшие производители стекловолокна. Технология отработана с 1930-х годов.
  • E-glass composition — стандартный состав промышленного стекловолокна

См. также