Стабілізація руху нестійких фрагментів космічного сміття

Реферат: У деяких варіантах здійснення винаходу розкриваються способи стабілізації руху нестійкого фрагмента космічного сміття. У деяких варіантах спосіб включає також зміну орбіти нестійкого фрагмента космічного сміття. UA 104927 C2 (12) UA 104927 C2 UA 104927 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 У даній заявці витребується конвенційний пріоритет на підставі попередньої патентної заявки US № 61/264,386, поданої 25 листопада 2009 р., яка повністю вводиться за допомогою посилання у дану заявку. РІВЕНЬ ТЕХНІКИ У даний час навколо Землі обертаються більше 20 тисяч фрагментів космічного сміття штучного походження. Деякі фрагменти космічного сміття знаходяться на низьких навколоземних орбітах (наприклад, на орбітах від 200 км до 2000 км). Деякі фрагменти космічного сміття знаходяться на середніх навколоземних орбітах (наприклад, на орбітах від 2000 км до 35586 км). Деякі фрагменти космічного сміття знаходяться на геосинхронних навколоземних орбітах (наприклад, на орбітах 35786 км ± 200 км). Деякі фрагменти космічного сміття знаходяться на висотах, що перевищують пояс геосинхронних навколоземних орбіт. Значна частина фрагментів космічного сміття (приблизно 40 %) концентрується на стійких кругових або еліптичних орбітах від 200 км до 2000 км. РОЗКРИТТЯ ВИНАХОДУ Космічне сміття являє собою наростаючу проблему, що пов'язана з безпекою роботи космічних апаратів на навколоземних орбітах. Оскільки фрагменти космічного сміття не мають активного керування, вони створюють небезпеку зіткнення з іншими космічними об'єктами. У даний час працюючі космічні апарати можуть протидіяти цій небезпеці (наприклад, маневрують для запобігання зіткнення). Однак таке маневрування пов'язане з витратами. У результаті скорочується термін служби працюючих космічних апаратів (наприклад, супутників або вантажних модулів) через витрату палива, що призначається для виконання інших важливих завдань. В альтернативних варіантах може здійснюватися вплив на фрагмент космічного сміття для видалення його з орбіти космічного апарата. У той час як можливість зближення космічних об'єктів і виконання маневрів у безпосередній близькості один від одного була підтверджена на практиці, у даний час невідомі засоби стабілізації руху нестійких фрагментів космічного сміття, у результаті чого можна було б захоплювати фрагменти для повернення їх на Землю або змінювати орбітальні параметри таких фрагментів для переведення їх на безпечні орбіти або для повернення на Землю. Створення надійних технічних засобів стабілізації руху нестійких фрагментів космічного сміття при нульовій силі тяжіння і нульовому тиску являє собою одне із самих серйозних завдань, яке необхідно вирішувати людині в космосі. Таким чином, існує потреба в способах стабілізації руху нестійких фрагментів космічного сміття. У деяких варіантах здійснення винаходу розкривається спосіб стабілізації руху нестійкого фрагмента космічного сміття, що включає: прикладення сили до нестійкого фрагмента космічного сміття у розташованих на ньому розрахункових точках, у результаті чого рух фрагмента стабілізується; причому силу створюють за допомогою газового струменя (газового факела), який направляється на нестійкий фрагмент космічного сміття із супутника, що знаходиться поруч; і ця сила є достатньою для створення обертаючого моменту, що діє на нестійкий фрагмент космічного сміття, який буде зменшувати момент обертання навколо однієї або декількох осей обертання цього фрагмента. У деяких варіантах величина сили, з якою впливають на нестійкий фрагмент космічного сміття, визначається рухом цього фрагмента, вектором стану його центра мас, взаємно ортогональними осями його обертання, моментами його інерції, моментом його обертання, розрахунковими точками на ньому або будь-якому поєднанні зазначених характеристик. У деяких варіантах величина прикладеної сили не ушкоджує фрагмент у розрахункових точках. У деяких варіантах розрахункові точки знаходяться на кожній із взаємно ортогональних осей обертання, що перетинаються в центрі мас, або біля них. У деяких варіантах кожна розрахункова точка розташована на кожній із трьох взаємно ортогональних осей обертання, що перетинаються в центрі мас, або біля них, і фрагмент у цих точках має достатню твердість конструкції, для поглинання сили без її пошкодження. У деяких варіантах розрахункові точки на нестійкому фрагменті космічного сміття визначаються центром мас, напрямком і величиною вектора швидкості центра мас, моментами інерції і моментом обертання навколо взаємно ортогональних осей обертання корпуса нестійкого фрагмента космічного сміття або будь-яким сполученням зазначених характеристик. У деяких варіантах кількість імпульсів газового факела, необхідних для стабілізації однієї із трьох взаємно ортогональних осей обертання, що перетинаються в центрі мас, не залежить від кількості імпульсів газу, необхідних для стабілізації двох інших осей обертання. У деяких варіантах газовий факел містить газ, обираний з: азоту; ксенону; аргону; неону; стікаючого з високою швидкістю продукту хімічного горіння окиснювача й ракетного палива; стікаючого з високою швидкістю продукту екзотермічного хімічного розкладання однокомпонентного ракетного палива на каталізаторі; водню; гелію або поєднання зазначених газів. У деяких варіантах газовий 1 UA 104927 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 факел випускають із сопла, яке вибирають із сопла, що розширюється, сопла, що звужується, та сопла постійного перетину. У деяких варіантах газовий факел випускають із сопла, що знаходиться поруч щонайменше з однією розрахунковою точкою. У деяких варіантах газовий факел випускають із сопла, що знаходиться поруч із однією з осей обертання нестійкого фрагмента космічного сміття. У деяких варіантах газовий факел випускають із сопла, розташованого на механічній руці-маніпуляторі, що розгортається. У деяких варіантах спосіб включає також захоплення стабілізованого фрагмента космічного сміття. У деяких варіантах спосіб включає також зміну орбітальних параметрів стабілізованого фрагмента космічного сміття. У деяких варіантах розкривається також супутник для стабілізації руху нестійкого фрагмента космічного сміття, що містить звичайні системи й підсистеми, які забезпечують функціонування супутника, і засоби створення і спрямування газового факела, достатнього для зменшення моменту обертання нестійкого фрагмента космічного сміття навколо однієї або декількох осей обертання. У деяких варіантах супутник містить також систему активного керування для втримання положення і орієнтації супутника при здійсненні операцій зближення та при використанні системи впливу газовими факелами для стабілізації руху нестійкого фрагмента космічного сміття або зміни його орбітальних параметрів. У деяких варіантах супутник також містить засоби аналізу руху нестійких фрагментів космічного сміття. У деяких варіантах супутник містить також лазерну систему спостереження, радарну (або на іншій радіочастоті) систему спостереження, оптичну систему спостереження або поєднання зазначених систем. У деяких варіантах супутник містить також лазерну або радарну систему спостереження і оптичну систему спостереження. У деяких варіантах супутник містить також засоби розрахунку сили дії імпульсу газового факела, кількості, тривалості і часової послідовності імпульсів газових султанів, якими необхідно впливати на нестійкий фрагмент космічного сміття. У деяких варіантах супутник містить також засоби, які можуть обслуговуватися та дозаправлятися, так що він може стабілізувати, захоплювати або змінювати орбітальні параметри багатьох фрагментів космічного сміття без необхідності його повернення на Землю або без необхідності запуску в космос нових супутників. У деяких варіантах здійснення винаходу розкриваються способи стабілізації руху нестійкого фрагмента космічного сміття, що включають: прикладення сили до однієї або декількох розрахункових точок, розташованих на взаємно ортогональних осях, що перетинаються в центрі мас нестійкого фрагмента; причому сила створює обертаючий момент, що діє на нестійкий фрагмент космічного сміття, який є достатнім для зменшення моменту обертання цього фрагмента навколо однієї або декількох осей його обертання, і сила створюється і прикладається супутником, що знаходиться поруч із фрагментом. У деяких варіантах прикладення сили включає вплив на нестійкий фрагмент космічного сміття газовим султаном, що формується супутником, який знаходиться поруч із фрагментом. У деяких варіантах на нестійкий фрагмент космічного сміття впливають одним імпульсом газового факела. У деяких варіантах на нестійкий фрагмент космічного сміття впливають декількома імпульсами газового факела. У деяких варіантах число імпульсів газового факела, необхідне для стабілізації руху нестійкого фрагмента навколо однієї осі не залежить від числа імпульсів газового факела, необхідного для демпфірування моментів інерції навколо інших осей руху нестійкого фрагмента космічного сміття. Удеяких варіантах газовий факел складається з: азоту; ксенону; аргону; неону; газоподібного аміаку; стікаючого під високим тиском продукту хімічного горіння окиснювача й ракетного палива; стікаючого під високим тиском продукту хімічної реакції між однокомпонентним ракетним паливом (наприклад, гідразином, монометилгідразином, їх різновидом або перекисом водню) і каталізатором; водню; гелію; іонізованого цезію; іонізованої ртуті; плазми, одержуваної з таких сполук як тефлон; або поєднання зазначених газів. У деяких варіантах газовий факел створюють шляхом стиску газу. У деяких варіантах газовий факел створюють шляхом спалювання окиснювача й ракетного палива. У деяких варіантах газовий факел створюють шляхом екзотермічного хімічного розкладання однокомпонентного ракетного палива, що реагує з каталізатором. У деяких варіантах газовий факел створюють шляхом електротермічного, електростатичного або електромагнітного прискорення одного або декількох робочих тіл. У деяких варіантах розрахункові точки на нестійкому фрагменті космічного сміття визначають шляхом аналізу на комп'ютері, аналізу людиною або їхнього поєднання. У деяких варіантах розрахункові точки на нестійкому фрагменті космічного сміття визначаються центром мас, напрямком і величиною обертання навколо центра мас корпуса цього фрагмента та напрямком і величиною вектора швидкості центра мас цього фрагмента. У деяких варіантах розрахункові точки на нестійкому фрагменті космічного сміття визначаються трьома взаємно ортогональними осями руху, що перетинаються в центрі мас. У деяких варіантах розрахункові 2 UA 104927 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 точки на нестійкому фрагменті космічного сміття мають твердість конструкції, достатню для поглинання прикладеної сили без небезпеки порушення конструкції (наприклад, без пошкоджень). У деяких варіантах розрахункові точки на нестійкому фрагменті космічного сміття знаходяться на одній або на декількох із трьох взаємно ортогональних осей руху і мають твердість конструкції, достатню для поглинання прикладеної сили без небезпеки порушення конструкції (наприклад, без пошкоджень). У деяких варіантах величина сили, що прикладається до нестійкого фрагмента космічного сміття, залежить від руху фрагмента, від вектора стану його центра мас, від взаємно ортогональних осей, від моменту інерції, від моменту обертання, від відстані розрахункових точок від центра мас або від будь-якого поєднання зазначених характеристик. У деяких варіантах сила, прикладена до нестійкого фрагмента космічного сміття, не перевищує межі міцності конструкції, на якій розташовані розрахункові точки. У деяких варіантах сила створюється і прикладається одним супутником, що має кілька механічних колінчатих рук-маніпуляторів. У деяких варіантах сила створюється і прикладається декількома розташованими поруч супутниками. У деяких варіантах сила створюється і прикладається декількома розташованими поруч супутниками, по одному для кожної осі обертання. У деяких варіантах сила створюється і прикладається декількома супутниками для кожної осі обертання. У деяких варіантах спосіб включає також зміну орбіти нестійкого фрагмента космічного сміття. У деяких варіантах спосіб включає також захоплення нестійкого фрагмента космічного сміття для повернення його на Землю. У деяких варіантах спосіб включає також зміну орбітальних параметрів нестійкого фрагмента космічного сміття. У деяких варіантах здійснення винаходу розкриваються супутники, використовувані для стабілізації руху нестійких фрагментів космічного сміття, причому такі супутники містять: 1) несучий відсік, що містить стандартні підсистеми та вузли сполучення; 2) засоби створення і прикладення сили, достатньої для зниження моменту обертання навколо однієї або декількох осей обертання нестійкого фрагмента космічного сміття; 3) один або кілька зовнішніх датчиків (радіолокаційна станція, лазерний далекомір, оптичні датчики або інші датчики одержання зображень); і 4) електронну систему, призначену для аналізу даних, одержуваних від датчиків, і розробки схеми (плану) стабілізації, яка включає силу, тривалість, напрямок і величину пневматичних (газових) струменів (факелів). У деяких варіантах супутник містить також систему активного керування для втримання положення супутника. У деяких варіантах супутник містить також реактивну систему керування, гіроскопи керуючих моментів, перетворювачі магнітних моментів для керування орієнтацією або поєднання зазначених систем. У деяких варіантах супутник також містить засоби сканування й аналізу руху нестійких фрагментів космічного сміття. У деяких варіантах супутник містить також систему лазерного спостереження. У деяких варіантах супутник містить також систему радарного спостереження. У деяких варіантах супутник містить також систему оптичного спостереження. У деяких варіантах супутник додатково містить засоби для розрахунку величини сили, якою необхідно впливати на нестійкий фрагмент космічного сміття (кількості, тривалості й часові послідовності імпульсів (газових) струменів (султанів), які необхідно випускати у нього та впливати на розрахункові точки фрагмента космічного сміття), або їх комбінації. У деяких варіантах супутник містить також бортовий обчислювальний модуль. У деяких варіантах супутник містить також модуль повернення на Землю, який прикріплюється до стабілізованого фрагмента космічного сміття. У інших варіантах модуль повернення на Землю містить ракетний двигун і паливо, що забезпечують тягу, достатню для переведення фрагмента космічного сміття на орбіту повернення на Землю, а також систему керування, навігації й орієнтування. У деяких варіантах супутник також містить засіб збирання нестійких фрагментів космічного сміття. У деяких варіантах супутник містить також руку-маніпулятор, що розгортається. У деяких варіантах супутник також містить контейнер для збору стабілізованих фрагментів космічного сміття. У деяких варіантах супутник також містить засіб накопичення захоплених фрагментів космічного сміття. У деяких варіантах супутник також містить контейнер для накопичення захоплених фрагментів космічного сміття. У деяких варіантах можливо технічне обслуговування супутника. У деяких варіантах можливе дозаправлення супутника. У деяких варіантах розкривається фрагмент космічного сміття, який стабілізують за допомогою способу, розкритого в даному описі. У деяких варіантах розкривається фрагмент космічного сміття, який захоплюють за допомогою способу, розкритого в даному описі. У деяких варіантах розкривається фрагмент космічного сміття, який повертають на Землю за допомогою способу, розкритого в даному описі. У деяких варіантах розкривається фрагмент космічного сміття, який стабілізують із використанням супутника, розкритого в даному описі. 3 UA 104927 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 КОРОТКИЙ ОПИС КРЕСЛЕНЬ Ознаки винаходу, що мають новизну, зазначаються конкретно у формулі, що додається. Особливості і переваги даного винаходу можна краще зрозуміти, звернувшись до нижчеподаного докладного опису, що містить ілюстративні приклади, у яких використовуються принципи винаходу, і до креслень, що додаються. Фігура 1 - система координат й осі руху нестійкого фрагмента космічного сміття. Фігура 2 - приклад схеми розрахункових точок фрагмента для впливу на них газовими струменями. Фігура 3 - схема векторів сил (F X, Y, Z), створюваних системою впливу газовими струменями на фрагмент космічного сміття. Фігура 4 - вид супутника, що здійснює утилізацію фрагментів космічного сміття, який маневрує для зближення із фрагментом і здійснює аналіз його руху. Фігура 5a - вид одного супутника, що здійснює утилізацію фрагментів космічного сміття, який орієнтує пневматичні струмені відносно трьох ортогональних осей. Фігура 5b - вид декількох супутників, що здійснюють утилізацію фрагментів космічного сміття, які орієнтують пневматичні струмені відносно трьох ортогональних осей. Фігура 6а - вид одного супутника, що здійснює утилізацію фрагментів космічного сміття, який подає газові факели в розрахункові точки фрагмента для стабілізації його руху. Фігура 6b - вид декількох супутників, що здійснюють утилізації фрагментів космічного сміття, які подають газові факели в розрахункові точки фрагмента для стабілізації його руху. ЗДІЙСНЕННЯ ВИНАХОДУ Космічне сміття складається з непрацюючих супутників, вантажних модулів, ступенів ракет, що відробили, які не були повернуті на Землю, й уламків супутників і вантажних модулів, які зруйнувалися на орбіті. Керування нормально функціонуючими супутниками або вантажними модулями здійснюється внутрішніми системами керування, що працюють в активному або пасивному режимах. Наприкінці строку життя таких систем супутники й вантажні модулі, які не повертаються на Землю, втрачають керування і тому їхній рух стає нестійким. Крім того, такі супутники й вантажні модулі можуть неочікувано виходити з ладу до закінчення строку життя, після чого вони стають некерованими і нестійкими. У результаті вони можуть почати перевертатися або обертатися навколо однієї або декількох осей (стають нестійкими). Ступені ракет, що відробили, які не повертаються на Землю, і уламки супутників і вантажних модулів, які зруйнувалися, також позбавлені керування, і їхній обертовий рух також може бути нестійким. Космічне сміття являє собою наростаючу проблему, що пов'язана з безпекою роботи космічних апаратів на навколоземних орбітах. Оскільки фрагменти космічного сміття не мають керування, вони створюють небезпеку зіткнення з іншими космічними об'єктами. У даний час працюючі космічні апарати можуть протидіяти цій небезпеці (наприклад, маневрують для запобігання зіткнення). Однак таке маневрування пов'язане з витратами. У результаті скорочується термін служби працюючих супутників (і відповідних вантажних модулів) через витрату палива, що призначається для виконання інших важливих завдань. В альтернативних варіантах може здійснюватися вплив на нестійкий фрагмент космічного сміття для видалення його з орбіти космічного об'єкта. У той час як можливість зближення космічних об'єктів і виконання маневрів у безпосередній близькості один від одного була підтверджена на практиці, у даний час не відомі засоби стабілізації руху фрагментів космічного сміття з нестійким обертанням (далі "нестійкі фрагменти"), які дозволяли б забезпечувати захоплення фрагментів для повернення їх на Землю або зміну орбітальних параметрів таких фрагментів. Створення надійних технологій для стабілізації руху нестійких фрагментів космічного сміття при нульовій силі тяжіння і нульовому тиску являє собою серйозне завдання, що повинна бути вирішена. Таким чином, існує потреба в способах стабілізації руху нестійких фрагментів космічного сміття. Використовувана термінологія Термін "супутник", як він використовується в даному описі, означає будь-який об'єкт, який виведений на орбіту людиною. У деяких варіантах супутник має можливість автономного керування. В інших варіантах керування супутником здійснюється оператором, що знаходиться на Землі. Термін "космічне сміття", як він використовується в даному описі, означає непрацюючі об'єкти, створені людиною, і об'єкти природного походження, що знаходяться у космосі. У деяких варіантах космічне сміття становлять: об'єкти, що з'являються в результаті запусків супутників (розгінні блоки, що відробили, або сміття, що викидається з корпуса ракети в процесі розгону); фрагменти, які відкидаються при розділенні ступенів (частини піроболтів або інших кріпильних пристроїв, які спрацьовують або активізуються при розділенні ступенів); супутники 4 UA 104927 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 або вантажні модулі, які неочікувано припиняють працювати або втрачають керування, але зберігають інші свої функції; супутники або вантажні модулі, які повністю вийшли з ладу; супутники або вантажні модулі, які зруйнувалися з різних причин; супутники або вантажні модулі, пошкоджені або зруйновані в результаті зіткнення з іншими супутниками або вантажними модулями або об'єктами природного походження; і залишки супутників або вантажних модулів, атакованих або виведених з ладу в результаті військових дій. Якщо фрагмент космічного сміття не має активного керування, він починає втрачати стійкість. У деяких випадках рух фрагмента космічного сміття являє собою поєднання перекидання, рискання та обертання, що, якщо відбувається по трьох осях, призводить до нестійкого, довільного або до хаотичного (нерівномірного) руху. У випадку фрагмента, що має збільшені розміри, він може мати великий момент інерції, і нестійкий рух може створювати значний момент обертання. Термін "пневматичний вплив" означає вплив на об'єкт газовим факелом, що вдаряє в нього. У деяких варіантах газовий факел створює зусилля, достатнє для створення обертаючого моменту, що діє на фрагмент космічного сміття. У деяких варіантах об'єкт являє собою нестійкий фрагмент космічного сміття. Термін "стійкий", як він використовується у даному описі, означає стан, у якому динамічний рух об'єкта в просторі, обмірюваний відносно нерухомої системи координат, знижується до нуля (або практично до нуля) щонайменше навколо двох із трьох головних осей, а рух навколо третьої осі практично не має прискорення (уповільнення). Термін "стабілізувати", як він використовується у даному описі, означає вплив сили на об'єкт у просторі, рух якого нічим не обмежується, таким чином, щоб зменшити динамічний рух цього об'єкта, обмірюваний відносно нерухомої системи координат, до нуля (або практично до нуля) щонайменше навколо двох із трьох головних осей, причому рух навколо третьої осі не має прискорення (уповільнення). Термін "стабілізований" відноситься до фрагмента космічного сміття зі зменшеним динамічним рухом, обмірюваним відносно нерухомої системи координат. У деяких варіантах динамічний рух зменшений практично до нуля щонайменше навколо двох із трьох головних осей, а рух навколо третьої осі не має прискорення (уповільнення). Терміни "газовий факел", "газовий струмінь" і "газовий потік" є взаємозамінними й означають масу газу, що викидається з отвору з високою швидкістю. При цьому маса газу переміщається деякий час в одному напрямку. Жоден з вищевказаних термінів не означає яку-небудь певну форму маси газу. У деяких варіантах газовий факел може бути розбіжним, лінійним (не розбіжним) або збіжним (тобто, сфокусованим). Термін "орбітальні параметри", як він використовується в даному описі, означає три просторові координати, які визначають положення, швидкості по кожній з цих координат, обмірювані відносно інерційної системи координат, і прискорення по кожній з цих координат обмірювані відносно інерційної системи координат. Термін "заборонна зона", як він використовується в даному описі, означає мінімальну відстань, що відокремлює нестійкий фрагмент космічного сміття від супутника, яка гарантує безпеку супутника. У деяких варіантах заборонна зона визначається обсягом простору, у якому нестійкий фрагмент обертається, рискає і/або перекидається. Термін "операції втримання станції", як він використовується в даному описі, означає маневри, використовувані для втримання космічного апарата на заданій орбіті або на заданій відстані від іншого об'єкта в космосі. Фраза "обертовий рух практично дорівнює нулю", як вона використовується в даному описі, означає, що обертовий рух відсутній, дорівнює приблизно 1 % від вихідного обертового руху, приблизно 2 % від вихідного обертового руху, приблизно 3 % від вихідного обертового руху, приблизно 4 % від вихідного обертового руху, приблизно 5 % від вихідного обертового руху, приблизно 6 % від вихідного обертового руху, приблизно 7 % від вихідного обертового руху, приблизно 8 % від вихідного обертового руху, приблизно 9 % від вихідного обертового руху або приблизно 10 % від вихідного обертового руху. Існуючі підходи до вирішення завдання стабілізації руху фрагментів космічного сміття Космічне сміття складається з непрацюючих супутників, вантажних модулів і відпрацьованих ступенів ракет, які не були повернуті на Землю, а також уламків супутників і вантажних модулів, які зруйнувалися на орбіті. Керування нормально функціонуючими супутниками або вантажними модулями здійснюється внутрішніми системами керування, які працюють в активному або пасивному режимах. Наприкінці строку життя таких систем супутники і вантажні модулі, які не повертаються на Землю, втрачають керування й тому стають нестійкими. Крім того, такі супутники і вантажні модулі можуть неочікувано виходити з ладу до закінчення строку життя, 5 UA 104927 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 після чого вони стають некерованими і нестійкими. В результаті вони можуть почати перевертатися або обертатися навколо однієї або декількох осей (стають нестійкими). Ступені ракет, що відробили, які не повертаються на Землю, і уламки супутників і вантажних модулів, які зруйнувалися, також позбавлені керування, і їхній обертовий рух також може бути нестійким. Таким чином, існує потреба у способах стабілізації руху нестійких фрагментів космічного сміття. Способи стабілізації руху нестійких фрагментів космічного сміття У деяких варіантах здійснення винаходу розкриваються способи стабілізації руху нестійких фрагментів космічного сміття. У деяких варіантах такі способи включають прикладення сили (силовий вплив) у певних точках фрагмента (наприклад, у розрахункових точках). У деяких варіантах такі способи включають вплив на певні точки фрагмента газовими струменями. У деяких варіантах такі способи включають вплив на задані розрахункові точки фрагмента газовим султаном (див. фігуру 2). У деяких варіантах здійснюють одночасний вплив на всі розрахункові точки. У деяких варіантах здійснюють послідовний вплив на всі розрахункові точки. У деяких варіантах вплив газовим факелом здійснюють із достатньою силою для зменшення усіх моментів інерції фрагмента космічного сміття. У деяких варіантах вплив газовим султаном здійснюють доти, поки обертовий рух фрагмента не знижується майже до нуля (або обертовий рух практично дорівнює нулю) щонайменше навколо двох із трьох осей обертання. У деяких варіантах на кожну розрахункову точку здійснюють вплив імпульсом газового факела. Термін "імпульс", як він використовується у даному описі, означає однократний випуск газового факела з різким включенням і різким вимиканням. Кількість імпульсів залежить від моменту інерції по кожній з осей обертання та від величини сили, з якою кожен імпульс впливає на кожну розрахункову точку. У деяких варіантах на кожну розрахункову точку здійснюють вплив одним імпульсом. У деяких варіантах на кожну розрахункову точку здійснюють вплив серією імпульсів (наприклад, короткими імпульсами). У деяких варіантах число імпульсів газового факела, необхідне для стабілізації руху нестійкого фрагмента навколо однієї осі не залежить від числа імпульсів газового факела, необхідного для демпфірування моментів інерції навколо інших осей руху нестійкого фрагмента космічного сміття. У деяких варіантах після кожного імпульсу визначають зміну моменту обертання навколо осі. У деяких варіантах вплив газом на розрахункову точку припиняють, коли обертовий рух навколо осі стабілізується. У деяких варіантах вплив газом на розрахункову точку припиняють, коли обертовий рух фрагмента знижується майже до нуля (або обертовий рух практично дорівнює нулю) щонайменше навколо двох із трьох осей обертання. Для стабілізації руху нестійкого фрагмента космічного сміття, який є нестійким по всім трьом осям, повинна бути щонайменше одна "розрахункова точка" на кожній із взаємно ортогональних осей або біля неї. Для здійснення впливу на кожну з розрахункових точок, отвір, з якого викидається газовий султан, повинен бути зорієнтований таким чином, щоб газовий факел потрапляв на розрахункові точки, і при цьому отвір знаходився за межами заборонної зони. У деяких варіантах отвір, з якого викидається газовий струмінь, знаходиться на рухливий руціманіпуляторі, яка може бути встановлена в потрібному місці. У деяких варіантах отвір, з якого викидається газовий струмінь, знаходиться на супутнику, і встановлюється в потрібному місці за рахунок позиціювання супутника й витримування його орієнтації в процесі роботи системи впливу газовими струменями. Характеристики газу, використовуваного для пневматичного впливу У деяких варіантах здійснення винаходу розкриваються способи стабілізації руху нестійких фрагментів космічного сміття. У деяких варіантах такі способи включають пневматичний вплив на задані розрахункові точки фрагмента. У деяких варіантах для газового струменя може використовуватися будь-який підходящий газ. Фактори, які визначають придатність газу, включають (без обмеження) можливість прискорення газу за допомогою тиску, випару, горіння, екзотермічного хімічного розкладання однокомпонентного палива, що вступає в реакцію з каталізатором, електромагнітних пристроїв, а також токсичність, вартість, щільність, легкість поводження, можливості зберігання або поєднання зазначених характеристик. У деяких варіантах способи включають вплив на розрахункові точки нестійкого фрагмента султаном холодного або теплого газу. Термін "холодний газ", як він використовується в даному описі, означає газ, що знаходиться під тиском, який виникає в результаті стискання або випаровування, і струмінь якого прискорюється за рахунок різниці внутрішнього тиску в резервуарі, що містить цей газ, і тиску в навколишнім середовищі (космічний простір) і потім викидається крізь отвір. Для цієї мети може використовуватися будь-який підходящий отвір. У деяких варіантах отвір являє собою сопло. У деяких варіантах отвір являє собою сопло, що 6 UA 104927 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 розширюється, сопло, що звужується, лінійне сопло (з постійним перетином) або поєднання зазначених типів. Термін "теплий газ", як він використовується у даному описі, означає газ, який прискорюється й викидається крізь отвір за рахунок випаровування. Термін "випаровування", як він використовується в даному описі, означає нагрівання зрідженого газу вище точки кипіння, у результаті чого він переходить у газоподібну фазу. У процесі випаровування зрідженого газу відбувається значне збільшення тиску в камері, у якій знаходиться газ. Струмінь газу прискорюється, коли він викидається крізь отвір за рахунок різниці внутрішнього тиску у камері, що містить цей газ, і тиску в навколишнім середовищі (космічний простір). У якості газів, які можуть прискорюватися й викидатися крізь отвір за рахунок стискання або випаровування, можуть використовуватися наступні гази (без обмеження): водень (H 2), гелій (He2), ксенон (Xe), аргон (Ar), неон (Ne), фреон, газоподібний аміак або азот (N 2). Для викидання газу може використовуватися будь-який підходящий отвір. У деяких варіантах отвір являє собою сопло. У деяких варіантах отвір являє собою сопло, що розширюється, сопло, що звужується, лінійне сопло (з постійним перетином) або поєднання зазначених типів. В деяких варіантах способи включають вплив на розрахункові точки нестійкого фрагмента космічного сміття султаном гарячого газу. У деяких варіантах гарячий газ являє собою продукт, що витікає з високою швидкістю при хімічному горінні окиснювача (наприклад, рідкого кисню, газоподібного кисню, фтору (F2), двофтористого кисню (OF2), тетрафторгідразина (N2F2), п'ятифтористої сполуки хлору (CIF5) або інших підходящих окиснювачів) і ракетного палива (наприклад, водню (H2), керосинів, таких як ракетне паливо 1 (RP-1) і ракетне паливо 2 (RP-2), метану (CH4), монометилгідразина (MMH) або інших таких палив), які викидаються з високою швидкістю крізь отвір. У деяких варіантах газ являє собою продукт, що витікає з високою швидкістю в результаті хімічного розкладання однокомпонентного палива, такого як, наприклад, гідразин (N2H4) або перекис водню (H2O2), викликаного екзотермічною реакцією між ракетним паливом і каталізатором, таким як, наприклад, іридій, срібло або платина, і цей продукт викидається з високою швидкістю крізь отвір. У деяких варіантах способи включають вплив на розрахункові точки нестійкого фрагмента газовим султаном. У деяких варіантах газ прискорюють із використанням електротермічних, електростатичних або електромагнітних пристроїв, і потім він викидається з високою швидкістю крізь отвір. За допомогою електротермічних, електростатичних або електромагнітних пристроїв можуть прискорюватися такі гази, як, наприклад, водень (H2), гелій (He2), ксенон (Xe), аргон (Ar), неон (Ne), азот (N2), іонізований цезій (Cs) або іонізована ртуть (Hg). У деяких варіантах отвір, крізь який викидається газ, розташований відносно нестійкого фрагмента космічного сміття таким чином, що газ буде падати на розрахункові точки фрагмента під потрібним кутом. У деяких варіантах отвір, крізь який викидається газовий струмінь, має будь-який підходящий розмір. Підходящий розмір отвору залежить від самих різних факторів, у тому числі, наприклад, від інженерного аналізу, від величини сили, яка повинна створюватися, від тривалості імпульсів газового струменя, від відстані отвору до фокальної точки газового струменя, від температури газового струменя та від зворотного тиску. У деяких варіантах отвір, крізь який викидається газовий струмінь, являє собою сопло, що розширюється, яке формує конічний газовий факел, що розширюється в напрямку від сопла. Частина стікаючого продукту, який падає на розрахункові точки, коли газовий факел формується соплом, що розширюється, залежить від ступеня розбіжності струменя, розміру розрахункових точок, відстані від сопла або від будь-яких їхніх поєднань, і буде зменшуватися пропорційно збільшенню відстані між соплом і розрахунковою точкою. У деяких варіантах у якості отвору, крізь який викидається газ, що має високу швидкість, використовується сопло з постійним перетином, що формує колімований газовий факел, що не розширюється, не звужується істотно на заданій відстані від сопла. Частина стікаючого продукту, що падає на розрахункові точки, коли лінійне сопло формує колімований газовий факел, залежить від наступних факторів: від розміру колімованого газового факела, розмірів розрахункових точок, точності націлювання системи, використовуваної для спрямування газового факела на розрахункові точки, або від будь-якого поєднання зазначених факторів, і буде залишатися порівняно постійною при зміні відстані (поки газовий факел не почне розширюватися природно в далекій зоні). У деяких варіантах у якості отвору, крізь який викидається газ, що має високу швидкість, використовується сопло, що звужується, яке формує газовий султан, що сходиться у певній точці на заданій відстані від сопла, причому газовий факел починає розходитися відразу після цієї точки. Частина стікаючого продукту, що падає на розрахункові точки, коли газовий факел формується соплом, що звужується, залежить від наступних факторів: від ступеня 7 UA 104927 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 сходження, розмірів розрахункових точок, точності націлювання системи, використовуваної для спрямування газового факела на розрахункові точки, від відстані від сопла, або від будь-якого поєднання зазначених факторів, і буде збільшуватися пропорційно, поки газовий факел не досягне фокальної точки, після чого вона буде зменшуватися при збільшенні відстані від сопла. Визначення розрахункових точок У деяких варіантах здійснення винаходу розкриваються способи стабілізації руху нестійких фрагментів космічного сміття. У деяких варіантах такі способи включають силовий вплив (прикладення сили) точно на розрахункові точки, розташовані на нестійкому фрагменті космічного сміття, так щоб діюча сила створювала момент, який би демпфірував або протидіяв моменту обертання фрагмента навколо однієї або декількох осей обертання. У деяких варіантах способи включають прикладення сили точно до розрахункових точок на нестійкому фрагменті космічного сміття, так щоб сила зменшувала практично до нуля обертовий рух фрагмента щонайменше навколо двох із трьох осей обертання. У деяких варіантах способи включають вплив на розрахункові точки фрагмента газовими струменями. У деяких варіантах розрахункові точки на нестійкому фрагменті космічного сміття визначають шляхом аналізу руху цього фрагмента. У деяких варіантах способи включають визначення центра мас і напрямки й величини вектора швидкості центра мас нестійкого фрагмента космічного сміття. У деяких варіантах способи включають визначення трьох взаємно ортогональних осей руху, що перетинаються в центрі мас. У деяких варіантах способи включають визначення напрямку обертання, швидкостей, моментів інерції й моменту обертання нестійкого фрагмента космічного сміття відносно трьох взаємно ортогональних осей руху, що перетинаються в центрі мас. У деяких варіантах розрахункові точки являють собою місця на несучих конструкціях нестійкого фрагмента космічного сміття. У деяких варіантах розрахункові точки - це місця на несучих конструкціях нестійкого фрагмента космічного сміття, які розташовані на одній із трьох взаємно ортогональних осей руху або біля неї. У деяких варіантах розрахункові точки - це місця на несучих конструкціях нестійкого фрагмента космічного сміття, які мають достатню твердість, щоб поглинати силу, створювану газовим султаном, що вдаряє в нестійкий фрагмент. У деяких варіантах розрахункові точки - це місця на несучих конструкціях нестійкого фрагмента космічного сміття, які розташовані на одній із трьох взаємно ортогональних осей руху або біля неї, і мають достатню твердість, щоб поглинати силу впливу газового факела. Визначення величини прикладеної сили У деяких варіантах здійснення винаходу розкриваються способи стабілізації руху нестійких фрагментів космічного сміття. У деяких варіантах такі способи включають прикладення сили (наприклад, ударний вплив газовим струменем), що створює момент, що впливає на нестійкий фрагмент космічного сміття. У деяких варіантах силу прикладають точно в розрахункових точках. У деяких варіантах силу прикладають доти, поки обертовий рух фрагмента не знижується майже до нуля (або обертовий рух практично дорівнює нулю) щонайменше навколо двох із трьох осей обертання. У деяких варіантах величина сили, яку прикладають до нестійкого фрагмента космічного сміття, залежить від руху фрагмента, від вектора стану його центра мас, від взаємно ортогональних осей, від моменту інерції, від моменту обертання й від розрахункових точок. У деяких варіантах способи включають розрахунок сили, яка повинна бути прикладена до фрагмента космічного сміття. У деяких варіантах сила, прикладена до нестійкого фрагмента космічного сміття, не перевищує межі міцності конструкцій, на яких розташовані розрахункові точки. У деяких варіантах сила, яку прикладають до нестійкого фрагмента космічного сміття, не приводить до руйнування конструкції. У деяких варіантах сила, яку прикладають до нестійкого фрагмента космічного сміття, не приводить до руйнування цього фрагмента. У деяких варіантах межу міцності конструкції визначають шляхом аналізу об'єкта (наприклад, шляхом аналізу конструкцій фрагмента та матеріалів, з яких вони виготовлені). У деяких варіантах силу, яку прикладають до розрахункової точки, розраховують до впливу газовим струменем (наприклад, після попереднього впливу). У деяких варіантах межа міцності конструкцій визначається шляхом огляду фрагмента космічного сміття, його сканування, додавання мінімальної сили з поступовим збільшенням її величини, при необхідності, або поєднання зазначених способів. У деяких варіантах сила, яка прикладається до розрахункової точки, залежить від швидкості газового факела та від маси газу, що вдаряється в розрахункову точку. Модульність 8 UA 104927 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 У деяких варіантах фрагмент космічного сміття має більші розміри. У деяких варіантах неупорядкований рух нестійкого фрагмента космічного сміття, що має більші розміри, визначає великий об'єм заборонної зони. У деяких випадках непрактично використовувати рукиманіпулятори, що розгортаються, які мають достатню довжину, що дозволяє не перетинати заборонну зону, обумовлену фрагментом, що має більші розміри. У цьому випадку у деяких варіантах пропонований спосіб передбачає використання декількох супутників. У деяких варіантах пропонований спосіб передбачає використання по одному супутнику на кожну вісь обертання. У деяких варіантах пропонований спосіб передбачає використання декількох супутників на кожну вісь обертання. У деяких варіантах кожен супутник позиціюють таким чином, щоб він мав доступ до розрахункової точки і щоб не входив при цьому в заборонну зону. У деяких варіантах супутники діють незалежно один від одного. Наприклад, кожен супутник може позиціюватися оператором, що знаходиться на Землі. У деяких варіантах супутники автономно координують свої дії один з одним. У деяких варіантах супутники автономно координують свої дії один з одним, і контролюються оператором, що знаходиться на Землі. У деяких варіантах кожен супутник може один забезпечувати стабілізацію фрагмента космічного сміття, що має малі або середні розміри. Інші джерела силового впливу (крім пневматичного) Існують самі різні способи силового впливу на нестійкі фрагменти космічного сміття. У деяких варіантах силовий вплив здійснюють шляхом фізичного контакту з механічним елементом (наприклад, з рукою-маніпулятором або з несучим відсіком супутника). Однак енергія, створювана інерцією руху або моментом обертання системи може бути досить великою, що може призвести до руйнування конструкції фрагмента космічного сміття або механічного елемента, у результаті чого можуть виникнути нові фрагменти космічного сміття. У деяких варіантах силовий вплив здійснюють шляхом контакту нестійкого фрагмента із грузлою рідиною (наприклад, з водою або з рідиною, що має складний склад). У деяких варіантах в'язкість і маса рідини здійснює силовий вплив на нестійкий фрагмент космічного сміття, у результаті чого його обертання сповільнюється. У деяких варіантах силовий вплив на нестійкий фрагмент космічного сміття здійснюють за допомогою лазера. У деяких варіантах промінь лазера впливає на один бік нестійкого фрагмента, у результаті чого випаровується частина матеріалу. У деяких варіантах при випаровуванні матеріалу і його викиді від нестійкого фрагмента, виникає сила, яка визначається масою матеріалу, що випаровується, і швидкістю його викиду, причому напрямок сили є протилежний напрямку викиду матеріалу. У деяких варіантах лазер створює тиск випромінювання на той бік фрагмента космічного сміття, який він освітлює, і цього тиску може бути достатньо для демпфірування моменту обертання навколо однієї або декількох осей обертання. У деяких варіантах силовий вплив здійснюють шляхом генерування електромагнітного поля, всередині якого обертається нестійкий фрагмент космічного сміття. У деяких варіантах при обертанні нестійкого фрагмента в електромагнітному полі в провідному матеріалі, з якого виготовлений фрагмент, виникають електричні струми (вихрові струми). У деяких варіантах взаємодія електричних струмів і природних магнітних полів Землі створює електромагнітну силу, що діє на нестійкий фрагмент космічного сміття, у результаті чого відбувається гальмування його обертання. У деяких варіантах силовий вплив здійснюють шляхом взаємодії нестійкого фрагмента космічного сміття із зернистим матеріалом (наприклад, з піском або з іншим аналогічним матеріалом). У деяких варіантах зернистий матеріал, який вдаряє в нестійкий фрагмент космічного сміття, створює силу опору навколо осі руху і сповільнює фрагмент. Способи зміни орбіти космічного сміття або його захоплення У деяких варіантах здійснення винаходу розкриваються способи захоплення нестійких фрагментів космічного сміття. Крім того, також розкриваються способи зміни орбіт нестійких фрагментів космічного сміття. Захоплення космічного сміття У деяких варіантах здійснення винаходу розкриваються способи захоплення фрагмента космічного сміття. У деяких варіантах фрагмент космічного сміття має невеликі розміри й невеликі величини енергії обертання. У деяких варіантах фрагмент космічного рівня нестійкий, і перед захопленням його рух стабілізують. У деяких варіантах рух нестійкого фрагмента космічного сміття стабілізують, використовуючи спосіб, розкритий у даному описі. 9 UA 104927 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 У деяких варіантах супутник, розкритий у даному описі зближується із фрагментом космічного сміття. У деяких варіантах енергетичні стани супутника (наприклад, орбітальна швидкість) відповідають енергетичним станам фрагмента космічного сміття. У деяких варіантах супутник захоплює фрагмент космічного сміття за допомогою будь-якого підходящого засобу. У деяких варіантах супутник захоплює фрагмент космічного сміття за допомогою рукиманіпулятора, що розгортається, мішка, буксирувального канату, сітки, магнітного пристрою, механічного пристрою або їхніх поєднань. Зміна орбітальних параметрів У деяких варіантах здійснення винаходу розкриваються способи зміни орбіти фрагмента космічного сміття. У деяких варіантах такі способи включають зміну орбітальних параметрів фрагмента космічного сміття. У деяких варіантах фрагмент космічного сміття нестійкий, і перед захопленням його рух стабілізують. У деяких варіантах способи включають спочатку стабілізацію руху нестійкого фрагмента космічного сміття, використовуючи один зі способів, розкритих у даному описі. У деяких варіантах орбітальні параметри фрагмента космічного сміття змінюють шляхом прикріплення до нього модуля повернення на Землю. У деяких варіантах модуль повернення на Землю прикріплюють до нестійкого фрагмента космічного сміття за допомогою механічної рукиманіпулятора. У деяких варіантах модуль повернення на Землю прикріплюють до нестійкого фрагмента космічного сміття шляхом механічної передачі блоку ракетних двигунів після стикування. У деяких варіантах орбітальні параметри фрагмента космічного сміття змінюють шляхом силового впливу на певні точки фрагмента (наприклад, на розрахункові точки), який забезпечує зміну кількості руху і вектора швидкості фрагмента. У деяких варіантах орбітальні параметри фрагмента космічного сміття змінюють шляхом впливу газовими струменями на певні точки фрагмента. У деяких варіантах способи включають силовий вплив на задані розрахункові точки фрагмента. У деяких варіантах способи включають вплив на задані розрахункові точки фрагмента газовим султаном (див. фігуру 2). У деяких варіантах газовий факел діє на фрагмент із силою, достатньою для зміни кількості руху й напрямку та величини вектора швидкості фрагмента. У деяких варіантах на одну або кілька розрахункових точок впливають імпульсами газового факела. У деяких варіантах газовими факелами впливають на розрахункові точки протягом протяжного інтервалу часу. У деяких варіантах тривалість дії кожного газового факела залежить від кількості руху та від необхідної повної зміни напрямку і величини вектора швидкості нестійкого фрагмента космічного сміття. У деяких варіантах необхідна зміна вектора швидкості забезпечується за один вплив газовим султаном. У деяких варіантах необхідна зміна вектора швидкості забезпечується декількома впливами газового факела. У деяких варіантах зміна вектора швидкості фрагмента космічного сміття визначають (наприклад, обчислюють) після кожного впливу газом. У деяких варіантах вплив газом на розрахункові точки припиняють, після того як буде досягнута необхідна зміна напрямку та величини нестійкого вектора швидкості фрагмента космічного сміття. Супутник У деяких варіантах здійснення винаходу розкриваються супутники, використовувані для стабілізації руху нестійких фрагментів космічного сміття, причому такі супутники містять: 1) несучий відсік, який містить стандартні підсистеми та вузли сполучення; 2) засоби для створення і прикладення зусиль, достатніх для зниження моменту обертання навколо однієї або декількох осей обертання нестійкого фрагмента космічного сміття; 3) один або кілька зовнішніх датчиків (радіолокаційна станція, лазерний далекомір, оптичні датчики або інші датчики одержання зображень); і 4) електронну систему, призначену для аналізу даних, одержуваних від датчиків, і розробки схеми стабілізації, яка включає силу, тривалість, напрямок і величину пневматичних (газових) струменів (факелів). У деяких варіантах супутник, що розкривається у даному описі, також здатний захоплювати стабілізований фрагмент космічного сміття. У деяких варіантах супутник, що розкривається в даному описі, також здатний змінювати орбіту стабілізованого фрагмента космічного сміття. У деяких варіантах супутник, розкритий у даному описі, здійснює силовий вплив на фрагмент космічного сміття (наприклад, на нестійкий фрагмент або на фрагмент, який був стабілізований). У деяких варіантах супутник, розкритий у даному описі, здійснює силовий вплив на нестійкий фрагмент космічного сміття для стабілізації його руху. У деяких варіантах супутник, розкритий у даному описі, здійснює силовий вплив на стабілізований фрагмент космічного 10 UA 104927 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 сміття для зміни його орбіти. У деяких варіантах супутник, розкритий у даному описі, здійснює силовий вплив на нестійкий фрагмент космічного сміття з використанням маси газу, що вдаряє. У деяких варіантах такий силовий вплив здійснюють газовим султаном, спрямованим із супутника. Конструкція У деяких варіантах супутник містить: засіб створення сили, достатньої для зменшення моменту обертання навколо однієї або декількох осей обертання нестійкого фрагмента космічного сміття або для зміни поступального руху супутника та відповідної зміни його орбітальних параметрів. У деяких варіантах засіб створення сили є засобом стиску газу. Газ стискають до високого тиску насосом, що подає його в контейнер або резервуар (наприклад, у балон високого тиску). Газ може бути також стиснутий шляхом подачі в балон високого тиску, що містить газ, який не знаходиться під тиском, газу або рідини з високим тиском. Газ або рідина, які подаються в балон високого тиску для стиску робочого газу, можуть впорскуватися безпосередньо в цей балон або можуть бути ізольовані від робочого газу, що стискується усередині балона мембраною, яка забезпечує поділ робочого газу і стискаючого газу або стискаючої рідини. Балон високого тиску, що має достатню міцність для утримання газу під високим тиском, з'єднаний системою труб, патрубків і клапанів з отвором. Для викидання газу може використовуватися будь-який підходящий отвір. У деяких варіантах отвір є частиною сопла. У деяких варіантах отвір являє собою сопло, що розширюється, сопло, що звужується, лінійне сопло (з постійним перетином) або поєднання зазначених типів. Коли клапани відкриваються в заданій послідовності, газ прискорюється за рахунок різниці тисків між внутрішнім тиском у балоні високого тиску, у якому міститься стиснений газ, і зовнішнім тиском навколишнього середовища (космічний простір) і потім викидається крізь отвір. Величина прискорення залежить від різниці тисків і від конструкції отвору. Створювана сила залежить від величини прискорення і маси газу, що викидається. Маса газу, що викидається, залежить від тиску і від часу, протягом якого клапани відкриті/закриті. У якості газів, які можуть прискорюватися й викидатися крізь отвір за рахунок стиску, можуть використовуватися наступні гази (без обмеження): водень (H2), гелій (He2), ксенон (Xe), аргон (Ar), неон (Ne), фреон, газоподібний аміак або азот (N2). У деяких варіантах засіб створення сили є засобом випаровування зрідженого газу. Термін "випаровування" означає нагрівання зрідженого газу вище точки кипіння, так що він переходить у газоподібну фазу. У процесі випаровування зрідженого газу відбувається значне збільшення тиску в резервуарі, у якому знаходиться газ. Струмінь газу прискорюється, коли він викидається крізь отвір за рахунок різниці внутрішнього тиску в камері, що містить цей газ, і тиску навколишнього середовища (космічний простір). У якості газів, які можуть прискорюватися й викидатися крізь отвір за рахунок випаровування, можуть використовуватися наступні гази (без обмеження): водень (H2), гелій (He2), ксенон (Xe), аргон (Ar), неон (Ne), фреон, газоподібний аміак або азот (N2). У деяких варіантах засіб створення сили є засобом спалювання окиснювача або ракетного палива. Сила створюється шляхом прискорення до високої швидкості продукту, що утворюється при хімічному горінні окиснювача (наприклад, рідкого кисню, газоподібного кисню, фтору (F 2), двофтористого кисню (OF2), тетрафторгідразина (N2F2), п'ятифторида хлору (ClF5) або інших підходящих окиснювачів) і ракетного палива (наприклад, водню (H 2), керосинів, таких як ракетне паливо 1 (RP-1) і ракетне паливо 2 (RP-2), метану (CH4), монометилгідразину (MMH) або інших таких палив), після подачі в камеру згоряння. Після того як ракетне паливо та окиснювач подані в камеру згоряння, де відбувається їхнє змішування, одержана суміш може бути запалена електричною іскрою або струмом, підривним зарядом, променем лазера або за допомогою інших засобів. Горіння суміші окиснювача і ракетного палива являє собою процес, що самопідтримується, у результаті якого у камері згоряння виникає високий тиск і висока температура, які створюють високоенергетичний стікаючий продукт. Створювана сила залежить від величини прискорення і маси продукту, що викидається. Стікаючий продукт прискорюється, коли він викидається через вузький прохід і потім через частину сопла, що розширюється, за рахунок різниці між внутрішнім тиском у камері згоряння та зовнішнім тиском навколишнього середовища (космічний простір). У деяких варіантах засіб створення сили використовує екзотермічне розкладання однокомпонентного ракетного палива. Сила виникає в результаті прискорення до високої швидкості продукту, що утворюється в результаті хімічного розкладання однокомпонентного палива, такого як, наприклад, гідразин (N2H4) або перекис водню (H2O2), викликаного екзотермічною реакцією між ракетним паливом і каталізатором, таким як, наприклад, іридій, 11 UA 104927 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 срібло або платина. Для регулювання кількості однокомпонентного ракетного палива, яке подається через каталізатор у камеру згоряння, відкривають і закривають клапани, і однокомпонентне паливо розкладається екзотермічно, перетворюючись з рідини на газ із високою температурою й високим тиском. Створювана сила залежить від величини прискорення, маси продукту, що викидається, і інтервалу часу, протягом якого клапани відкриті, так щоб однокомпонентне ракетне паливо могло надходити в камеру згоряння. Стікаючий продукт прискорюється, коли він викидається через вузький прохід і потім через частину сопла, що розширюється, за рахунок різниці між внутрішнім тиском у камері згоряння та зовнішнім тиском навколишнього середовища (космічний простір). У деяких варіантах силу створюють за допомогою електромагнітних пристроїв. У деяких варіантах сила виникає, коли газ прискорюється з використанням електротермічних, електростатичних або електромагнітних пристроїв. Термін "електротермічний", як він використовується в даному описі, означає електромагнітні пристрої, у яких використовуються електромагнітні поля для створення плазми, у результаті чого відбувається нагрівання маси ракетного палива. У деяких варіантах плазма прискорюється за рахунок дії сили Лоренца, що виникає в результаті взаємодії між струмом, що протікає в плазмі, і магнітним полем (яке забезпечується ззовні або створюється електричним струмом), що діє у випускній камері. Створювана сила залежить від величини прискорення і маси плазми, що викидається, або потоку іонів. Плазма або потік іонів прискорюються, коли вони викидаються через вузький прохід і потім через частину сопла, що розширюється. У деяких варіантах кращими ракетними паливами для цього типу систем є низькомолекулярні гази (наприклад, водень, гелій, аміак). За допомогою електротермічних, електростатичних або електромагнітних пристроїв можуть прискорюватися такі гази і метали, як, наприклад, водень (H2), гелій (He2), ксенон (Xe), аргон (Ar), неон (Ne), азот (N 2), іонізований цезій (Cs) або іонізована ртуть (Hg). У деяких варіантах для одержання високоенергетичного газу електростатичним способом може використовуватися іонний електростатичний двигун малої тяги, електростатичний ракетний двигун з термоемітером або їхнього поєднання. У кожному разі іони прискорюються під дією різниці потенціалів електростатичного поля між анодом і катодом. У деяких варіантах електромагнітна система, що забезпечує одержання високоенергетичного газу, являє собою безелектродний плазмовий двигун малої тяги, імпульсний індуктивний двигун, геліконовий двигун з подвійним електричним шаром, магнітоплазмодинамічний двигун або будь-які їхні поєднання. У деяких варіантах засіб створення сили здійснює прискорення рідини або зернистого матеріалу. У деяких варіантах рідину стискають до високого тиску насосом у контейнері або резервуарі (наприклад, у балоні високого тиску). У деяких варіантах рідина може бути стиснута шляхом подачі безпосередньо в балон високого тиску, який містить рідину, що не знаходиться під тиском, газу або рідини з високим тиском. Газ або рідина, що подаються в балон високого тиску для стискання робочої рідини, можуть впорскуватися безпосередньо в цей балон або можуть бути ізольовані від робочої рідини, що стискується усередині балона мембраною, яка забезпечує поділ робочої рідини й стискаючого газу або стискаючої рідини. Балон високого тиску, який має достатню міцність для утримання газу під високим тиском, з'єднаний системою труб, патрубків і клапанів з отвором. Може використовуватися будь-який підходящий отвір. У деяких варіантах отвір є частиною сопла. Балон високого тиску, який має достатню міцність для утримування рідини під високим тиском, з'єднаний системою труб, патрубків і клапанів з отвором. Коли клапани відкриваються у заданій послідовності, рідина прискорюється за рахунок різниці тисків між внутрішнім тиском у балоні високого тиску, у якому утримується стисла рідина, і зовнішнім тиском навколишнього середовища (космічний простір) і потім викидається крізь отвір. Величина прискорення залежить від різниці тисків і від конструкції отвору. Створювана сила залежить від величини прискорення та маси рідини, яка викидається. Маса рідини, яка викидається, залежить від тиску і від часу, протягом якого клапани відкриті/закриті. У деяких варіантах використовується зернистий матеріал. У деяких варіантах зернистий матеріал подається в імпульс газу високого тиску, забезпечуваний системою, аналогічній вищеописаній системі стисненого газу. Використання зернистого матеріалу збільшує масу та кінетичну енергію струменя стисненого газу. У деяких варіантах діючу силу створюють за допомогою лазера. Промінь лазера впливає на одну сторону нестійкого фрагмента космічного сміття, у результаті чого випаровується частина матеріалу. При випаровуванні матеріалу і його викиді від нестійкого фрагмента, виникає сила, що визначається масою матеріалу, який випаровується, і швидкістю його викиду, причому напрямок сили протилежний напрямку викиду матеріалу. В інших варіантах лазер може 12 UA 104927 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 створювати тиск випромінювання на ту сторону фрагмента космічного сміття, яку він освітлює, і цього тиску може бути достатньо для зменшення моменту обертання навколо однієї або декількох осей обертання. У деяких варіантах засіб створення сили є пристроєм порушення електромагнітного поля. Електромагнітне поле виникає щораз, коли між двома точками протікає електричний струм. У деяких варіантах електромагнітне поле створюється електричним струмом, який протікає через антену. Форма антени буде визначати форму та спрямованість електромагнітного поля. Якщо в електромагнітному полі переміщається провідний матеріал, у ньому генерується електричний струм. У деяких варіантах супутник, який використовує джерело електричної енергії, генерує електричний струм в антені, яка буде створювати електромагнітне поле, що охоплює фрагмент космічного сміття. Оскільки фрагмент обертається усередині електромагнітного поля, і може бути виготовлений з електропровідного матеріалу, то при обертанні цього фрагмента усередині електромагнітного поля будуть збуджуватися невеликі електричні струми на поверхні або усередині фрагмента. Електричні струми на поверхні або усередині фрагмента космічного сміття будуть взаємодіяти із природними магнітними полями, що оточують Землю, у результаті чого створюється сила, яка буде прагнути вирівняти струми відносно цих магнітних полів. У міру того як електричні струми на поверхні або усередині фрагмента починають вирівнюватися відносно магнітних полів, що оточують Землю, вони будуть створювати силу, що буде прагнути загальмувати обертовий рух фрагмента відносно однієї або декількох осей обертання. У деяких варіантах супутник, розкритий у даному описі, містить несучу конструкцію для засобу створення сили, достатньої для гальмування обертового руху навколо однієї або декількох осей обертання нестійкого фрагмента космічного сміття (наприклад, за допомогою газу, рідини, зернистого матеріалу, лазерного випромінювання, електромагнітного поля). У деяких варіантах компоненти несучої конструкції включають резервуар для зберігання, ємність або балон високого тиску. У деяких варіантах компоненти несучої конструкції включають засоби переміщення джерела діючої сили (наприклад, газ, рідина, зернистий матеріал) з резервуарів для зберігання, ємностей або балонів високого тиску до отвору. У деяких варіантах засоби переміщення джерела діючої сили з відсіку для зберігання до отвору являють собою ряд труб, з'єднаних між собою. У деяких варіантах супутник, розкритий у даному описі, містить несучу конструкцію для компонентів пневматичної системи. У деяких варіантах несуча конструкція для компонентів пневматичної системи включає відсік для зберігання. У деяких варіантах несуча конструкція для компонентів пневматичної системи включає засоби переміщення газу з відсіку для зберігання до отвору. У деяких варіантах засоби переміщення газу з відсіку для зберігання до отвору являють собою ряд труб, з'єднаних між собою. У деяких варіантах супутник містить отвір, крізь який проходить джерело діючої сили. Для викидання газу може використовуватися будь-який підходящий отвір. У деяких варіантах отвір є частиною сопла. У деяких варіантах отвір являє собою сопло, що розширюється, сопло, що звужується, лінійне сопло або поєднання зазначених типів. У деяких варіантах отвір, крізь який викидається газовий струмінь, являє собою сопло, що розширюється, яке формує конічний газовий султан, що розширюється в напрямку від сопла. Частина стікаючого продукту, що вдаряє в розрахункові точки, коли газовий факел формується соплом, що розширюється, є функцією від ступеня розширення, розміру розрахункових точок, відстані від сопла або від будьяких поєднань зазначених характеристик, і буде зменшуватися пропорційно збільшенню відстані між соплом і розрахунковою точкою. У деяких варіантах як отвір, крізь який викидається газ, що має високу швидкість, використовується сопло з постійним перетином, що формує колімований газовий султан, який ані розширюється, ані звужується істотно на заданій відстані від сопла. Частина стікаючого продукту, який падає на розрахункові точки, коли лінійне сопло формує колімований газовий султан, залежить від наступних факторів: від розміру колімованого газового факела, розмірів розрахункових точок, точності націлювання системи, використовуваної для спрямування газового факела на розрахункові точки, або від будь-якого поєднання зазначених факторів, і буде залишатися порівняно постійною при зміні відстані (поки газовий факел не почне розширюватися природно в далекій зоні). У деяких варіантах як отвір, крізь який викидається газ, що має високу швидкість, використовується сопло, що звужується, яке формує газовий султан, що сходиться в певній точці на заданій відстані від сопла, причому газовий факел починає розходитися відразу після цієї точки. Частина стікаючого продукту, що падає на розрахункові точки, коли газовий факел формується соплом, яке звужується, залежить від наступних факторів: від ступеня сходження, розмірів розрахункових точок, точності націлювання системи, використовуваної для спрямування газового факела на розрахункові точки, від відстані від сопла, або від будь-якого поєднання зазначених факторів, і буде 13 UA 104927 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 збільшуватися пропорційно, поки газовий факел не досягне фокальної точки, після чого вона буде зменшуватися при збільшенні відстані від сопла. У деяких варіантах отвір, крізь який викидається газовий струмінь, має будь-який підходящий розмір. У деяких варіантах підходящий розмір отвору визначається інженерним розрахунком, величиною сили, яка повинна створюватися, розрахунковою тривалістю витікання газового струменя, відстанню від отвору до фокальної точки газового струменя, температурою газового струменя, зворотним тиском або будь-якими поєднаннями зазначених характеристик. У деяких варіантах отвір розташований на основному корпусі супутника. У деяких варіантах отвір розташований на руці-маніпуляторі, прикріпленій до супутника. У деяких варіантах супутник, розкритий у даному описі, містить фізичну конструкцію (а саме, несучий модуль супутника), у якій знаходяться звичайні підсистеми супутника і зовнішні пристрої сполучення (наприклад, фізичні конструкції, комп'ютери, провідники, батареї, система керування, навігації та орієнтування (GNC), датчики навігаційної системи, системи керування середовищем, система рухової установки і система зв'язку). Термін "несучий модуль супутника", як він використовується в даному описі, означає всі елементи супутника, зазначені у даному описі, за винятком корисного навантаження (система пневматичного впливу (факелом), скануючі датчики, модуль повернення на Землю, пристрій для підбирання фрагментів космічного сміття і сховище для фрагментів). У деяких варіантах супутник, розкритий у даному описі, містить систему керування, навігації й орієнтування (включаючи керування стабілізацією та орієнтацією). У деяких варіантах супутник, розкритий у даному описі, містить засіб керування підсистемами супутника і зовнішніми пристроями сполучення. У деяких варіантах засіб керування підсистемами супутника і зовнішніми пристроями сполучення являє собою обчислювальну систему керування транспортним засобом. У деяких варіантах система керування транспортним засобом працює автономно, або її робота забезпечується дистанційно з наземної станції керування, або ж використовується поєднання зазначених режимів керування. У деяких варіантах супутник, розкритий у даному описі, містить засіб забезпечення енергією. У деяких варіантах супутник, розкритий у даному описі, містить систему керування й розподілу енергії. У деяких варіантах засіб забезпечення супутника енергією являє собою будь-яку підходящу енергетичну установку. Як енергетична установка можуть використовуватися: сонячні панелі, теплові батареї, паливні елементи, атомні реактори або їхні поєднання. У деяких варіантах супутник, розкритий у даному описі, містить засіб надання супутникові руху. У деяких варіантах засіб надання супутникові руху являє собою будь-яку підходящу рухову установку. Як рухова установка можуть використовуватися: хімічний ракетний двигун, ядерний ракетний двигун, ракетний двигун, що працює на стислому холодному газі або електричний ракетний двигун. У деяких варіантах супутник, розкритий у даному описі, містить засіб зв'язку. У деяких варіантах супутник, розкритий у даному описі, містить різні засоби зв'язку. У деяких варіантах засоби зв'язку містять щонайменше одну антену для прийому та передачі повідомлень. У деяких варіантах для передачі/прийому повідомлень використовуються радіохвилі, включаючи радіохвилі мікрохвильового діапазону, хвилі оптичної частоти або їхні поєднання. У деяких варіантах радіопристрій містить фізичні радіочастотні тракти. У інших варіантах радіопристрій реалізується програмними засобами. У деяких варіантах засіб зв'язку містить також обчислювальний модуль шифрування повідомлень. У деяких варіантах супутник, розкритий у даному описі, містить зовнішні датчики навігації. До зовнішніх датчиків відносяться, наприклад, радіолокатори, лазерні далекоміри, GPS, оптичні датчики орієнтації (наприклад, сонячні датчики, астрономічні датчики, датчики спрямування на Землю), оптичні слідкуючі пристрої або їхні поєднання. У деяких варіантах супутник, розкритий у даному описі, містить засоби забезпечення стану середовища. Фраза "забезпечення стану середовища", як вона використовується в даному описі, відноситься до систем, які запобігають перегріву або переохолодженню супутника. Як системи забезпечення стану середовища можуть використовуватися: нагрівачі, відбивачі, теплові трубки, радіатори або їхні поєднання. У деяких варіантах супутник містить також модуль повернення на Землю, що може прикріплюватися до фрагмента космічного сміття. У деяких варіантах супутник містить засоби прикріплення модуля повернення на Землю до нестійкого фрагмента космічного сміття. У деяких варіантах модуль повернення на Землю прикріплюють до нестійкого фрагмента космічного сміття за допомогою механічної руки-маніпулятора або механічних защіпок. У деяких 14 UA 104927 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 варіантах модуль повернення на Землю прикріплюють до нестійкого фрагмента космічного сміття з використанням механічної передачі блоку ракетних двигунів після стикування. У деяких варіантах супутник також містить засіб збирання нестійких фрагментів космічного сміття. У деяких варіантах засіб збирання фрагментів космічного сміття являє собою рукуманіпулятор. У деяких варіантах засіб збирання фрагментів космічного сміття являє собою мішок, яким захоплюють фрагменти сміття. У деяких варіантах засіб збирання фрагментів космічного сміття являє собою сітку. У деяких варіантах засіб збирання фрагментів космічного сміття являє собою магнітний пристрій, який притягується до частин фрагментів космічного сміття, виконаних з матеріалів, що містять залізо, і фіксується на цих частинах. У деяких варіантах супутник також містить засіб накопичення нестійких фрагментів космічного сміття. У деяких варіантах засіб накопичення нестійких фрагментів космічного сміття являє собою мішок, прикріплений до супутника. У деяких варіантах засіб накопичення нестійких фрагментів космічного сміття являє собою ящик, прикріплений до супутника. У деяких варіантах засіб накопичення нестійких фрагментів космічного сміття являє собою буксирувальний канат, прикріплений до супутника. У деяких варіантах фрагмент космічного сміття прикріплюють до буксирувального канату за допомогою магніту, гака, защіпки або поєднання зазначених засобів. Розміри У деяких варіантах загальний обсяг газу, необхідний для стабілізації руху нестійкого фрагмента космічного сміття, прямо пропорційний загальному моменту інерції цього фрагмента. У деяких випадках обсяг газу або рідини, необхідний для стабілізації руху великого фрагмента космічного сміття, істотно перевищує обсяг газу або рідини, необхідний для стабілізації руху фрагмента, що має невеликі розміри. Відповідно, у деяких варіантах розміри супутника розраховуються для забезпечення стабілізації руху найбільшого фрагмента космічного сміття, якому можна зустріти в космосі. В інших варіантах можуть виготовлятися супутники різних розмірів. Маневрування У деяких варіантах супутник, розкритий у даному описі, зближається з нестійким фрагментом космічного сміття. У деяких варіантах супутник, розкритий у даному описі, маневрує для зближення з нестійким фрагментом космічного сміття шляхом зміни своєї орбіти, щоб вона проходила паралельно вектору швидкості центра мас цього фрагмента. У деяких варіантах супутник, розкритий у даному описі, маневрує таким чином, щоб він мав доступ до трьох взаємно ортогональних осей (наприклад, за допомогою однієї або декількох рукманіпуляторів або з використанням декількох супутників) і знаходився при цьому за межами заборонної зони. У деяких варіантах супутник, розкритий у даному описі, здійснює операції по зближенню шляхом маневрування навколо нестійкого фрагмента космічного сміття для вивчення фрагмента (наприклад, для визначення його стану) і визначення потенційних розрахункових точок. У деяких варіантах супутник, розкритий у даному описі, потім виконує операції по втриманню свого положення, у той час як виконується аналіз нестійкого фрагмента космічного сміття. Це положення показане на фігурі 4. У деяких варіантах у результаті викиду газу супутником на нього буде діяти сила (наприклад, лінійна (тяга) або момент (обертання)). У деяких варіантах сила штовхає супутник убік від нестійкого фрагмента космічного сміття. У деяких варіантах супутник, розкритий у даному описі, підтримує свою орієнтацію відносно взаємно ортогональних осей X, Y і Z нестійкого фрагмента космічного сміття. У деяких варіантах супутник, розкритий у даному описі, має систему активного керування. У деяких варіантах система активного керування містить реактивну систему керування, гіроскопи керуючих моментів, перетворювачі магнітних моментів для керування орієнтацією або поєднання зазначених систем. У деяких варіантах система активного керування розраховується на утримування станції на орбіті та підтримання її орієнтації в умовах дії на неї сил, пов'язаних з роботою системи впливу падаючим газовим струменем. У деяких варіантах супутник, розкритий у даному описі, містить також основну рухову установку та систему орбітального маневрування або ракетний мікродвигун. Руки-маніпулятори У деяких випадках для стабілізації нестійкого фрагмента космічного сміття, який є нестійким по всіх трьох осях, повинна використовуватися щонайменше одна розрахункова точка на кожній із взаємно ортогональних осей або біля неї. Для здійснення впливу на кожну з розрахункових точок, отвір, з якого виходить газовий султан, повинен бути зорієнтований таким чином, щоб газовий факел попадав на розрахункові точки, і при цьому отвір знаходився за межами заборонної зони. У деяких варіантах отвір, крізь який викидається газовий струмінь, встановлюється в потрібне місце з використанням щонайменше однієї руки-маніпулятора. У 15 UA 104927 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 деяких варіантах супутник, розкритий у даному описі, містить щонайменше дві рукиманіпулятори. У деяких варіантах супутник, розкритий у даному описі, містить три рукиманіпулятори. У деяких варіантах кожна рука-маніпулятор складається з механічних шарнірно-зчленованих частин. У деяких варіантах кожна механічна шарнірно-зчленована рука являє собою універсальний пристрій. Аналіз руху У деяких варіантах супутник здійснює аналіз руху нестійкого фрагмента космічного сміття. У деяких варіантах для аналізу руху фрагмента використовується лазерна система спостереження. У деяких варіантах супутник містить засоби для лазерного спостереження. Лазерна система спостереження (або лазерний далекомір) складається з лазера, який може опромінювати фрагмент космічного сміття короткими імпульсами випромінювання малої потужності, і приймача, який може приймати відбиті імпульси й вимірювати час прибуття і напрямок кожного відбитого імпульсу лазерного випромінювання. Інформація, що надходить із лазерної системи спостереження, обробляється комп'ютером для формування об'ємної віртуальної моделі фрагмента космічного сміття, яка може використовуватися для аналізу з метою визначення цілісності конструкції, а також положення та орієнтації фрагмента і його компонентів у просторі. Лазерна система спостереження може також здійснювати спостереження за певними точками на фрагменті і визначати величину і напрямок швидкості, а також прискорення цих точок. Інформація, що надходить із лазерної системи спостереження, обробляється комп'ютером для визначення осей обертання, швидкостей обертання, моменту обертання і напрямку обертання фрагмента космічного сміття та використання цієї інформації для розробки й здійснення плану стабілізації. У деяких варіантах супутник здійснює аналіз руху нестійкого фрагмента космічного сміття. У деяких варіантах для аналізу руху фрагмента використовується радарна (або на іншій радіочастоті) система спостереження. У деяких варіантах супутник містить засоби для радарного спостереження. Радарна (або на іншій радіочастоті) система спостереження складається з передавача СВЧ-випромінювання, який може опромінювати фрагмент космічного сміття короткими імпульсами випромінювання малої потужності, і приймача, який може приймати відбиті електромагнітні імпульси та вимірювати час прибуття і напрямок кожного відбитого імпульсу. Інформація, яка надходить із радарної системи спостереження, обробляється комп'ютером для формування об'ємної віртуальної моделі фрагмента космічного сміття, яка може використовуватися для аналізу з метою визначення цілісності конструкції, а також положення та орієнтації фрагмента і його компонентів у просторі. Радарна система спостереження може також здійснювати спостереження за певними точками на фрагменті та визначати величину і напрямок швидкості, а також прискорення цих точок. Інформація, що надходить із радарної системи спостереження, обробляється комп'ютером для визначення осей обертання, швидкостей обертання, моментів обертання і напрямку обертання фрагмента космічного сміття й використання цієї інформації для розробки і здійснення плану стабілізації. У деяких варіантах супутник здійснює аналіз руху нестійкого фрагмента космічного сміття. У деяких варіантах для аналізу руху фрагмента використовується оптична система, яка стежить. У деяких варіантах супутник містить засоби для оптичного спостереження. Оптична система спостереження складається з одного або декількох оптичних датчиків (приймачів), які приймають відбите зовнішнє світло (пасивна оптична система) або відбите світло, випромінюваний джерелом світла (передавачем) (активна оптична система). Один оптичний датчик системи спостереження може визначати розходження кольорів, світлі й темні частини, краї частин, "читати" символи і написи, а також може визначати напрямок і двовимірний рух заданих розрахункових точок. Оптична система спостереження, яка складається з декількох датчиків, може додатково використовувати стереоскопічні зображення для визначення дальності до заданих розрахункових точок і визначати рух у тривимірному просторі. Інформація, що надходить із оптичної системи спостереження, обробляється комп'ютером для формування об'ємної віртуальної моделі фрагмента космічного сміття, яка може використовуватися для аналізу з метою визначення цілісності конструкції, а також положення та орієнтації фрагмента і його компонентів у просторі. Оптична система спостереження може також здійснювати спостереження за заданими точками на фрагменті і визначати величину та напрямок швидкості, а також прискорення цих точок. Інформація, що надходить із оптичної системи спостереження, обробляється комп'ютером для визначення осей обертання, швидкостей обертання, моментів обертання та напрямку обертання фрагмента космічного сміття й використання цієї інформації для розробки і здійснення плану стабілізації. 16 UA 104927 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 У деяких варіантах супутник здійснює аналіз руху нестійкого фрагмента космічного сміття. У деяких варіантах аналіз руху фрагмента здійснюється з використанням поєднання лазерної системи спостереження, радарної (або на іншій радіочастоті) системи спостереження і/або оптичної системи спостереження. У деяких варіантах супутник містить засоби лазерної системи спостереження, радарної (або на іншій радіочастоті) системи спостереження і/або оптичної системи спостереження. Розрахунки У деяких варіантах супутник, розкритий у даному описі, містить засіб для розрахунку величини сили, якою необхідно впливати на нестійкий фрагмент космічного сміття, кількості і часової послідовності імпульсів газу, якими необхідно впливати на фрагмент. У деяких варіантах засіб для виконання вищевказаних розрахунків являє собою бортовий обчислювальний модуль. У деяких варіантах засіб для виконання цих розрахунків являє собою обчислювальний модуль, що знаходиться на Землі, який обмінюється повідомленнями із супутником (як це вже зазначалося). У деяких варіантах засіб для виконання цих розрахунків являє собою поєднання бортової і наземної систем. Можливість багаторазового використання Більшість космічних апаратів є пристроями одноразового використання через труднощі заправлення паливом і дистанційним утриманням космічного апарата на його орбіті. У деяких варіантах супутник, розкритий у даному описі, може використовуватися багаторазово. У деяких варіантах супутник, розкритий у даному описі, пристосований для технічного обслуговування і ремонту (тобто, його компоненти можна знімати та заміняти їх новими). У деяких варіантах супутник, розкритий у даному описі, може бути дозаправлений паливом (як паливом для виконання маневрів у космічному просторі, так і газом, використовуваним для впливу на фрагменти космічного сміття). У той час як в описі були розглянуті кращі варіанти здійснення винаходу, фахівцеві у даній галузі буде очевидно, що такі варіанти наведені тільки як приклад. Фахівець у даній галузі техніки може запропонувати різні модифікації, зміни й заміни без виходу за межі обсягу винаходу. Необхідно розуміти, що при практичній реалізації винаходу можуть використовуватися різні альтернативні варіанти конструкцій і способів, описаних у заявці. Обсяг винаходу визначається формулою, що додається, яка охоплює способи і конструкції та їхні еквіваленти в рамках цього обсягу. ЗДІЙСНЕННЯ ВИНАХОДУ ПРИКЛАДИ Приклад 1 - спосіб стабілізації нестійкого фрагмента космічного сміття за допомогою пневматичного впливу На орбітах висотою від 600 км до 2000 км знаходиться кілька сотень непрацюючих космічних апаратів і корпусів ракет, що створюють небезпеку зіткнень, яка буде підвищуватися в міру збільшення щільності космічного сміття на низьких навколоземних орбітах (600 км). Для зниження ймовірності зіткнень приймається рішення по захопленню й поверненню на землю щороку по кілька таких космічних апаратів і корпусів ракет. Після аналізу непрацюючих космічних апаратів і корпусів ракет у зазначеному діапазоні висот визначається, що Ракетний корпус 1 становить найбільшу небезпеку зіткнень і тому він повинен мати найбільш високий пріоритет для повернення на Землю. Також визначається, що висота і орієнтація Ракетного корпуса 1 нестійкі, причому характеристики обертання навколо трьох осей зв'язані між собою, так що обертовий рух являє собою випадковий процес. Рух ракетного корпуса 1 необхідно стабілізувати, перш ніж його можна буде захопити та повернути на Землю. Для стабілізації руху ракетного корпуса використовується пневматичний вплив. Космічний апарат, який здійснює стабілізацію руху фрагментів космічного сміття шляхом впливу на них газовими струменями, виконує зближення з Ракетним корпусом 1. Це зближення здійснюється з використанням головної рухової установки, яка забезпечує переміщення космічного апарата з його вихідної орбіти на орбіту Ракетного корпуса 1. Коли космічний апарат, який здійснює стабілізацію руху фрагментів космічного сміття шляхом впливу на них газовими струменями, починає зближення з Ракетним корпусом 1, бортові датчики космічного апарата здійснюють спостереження за Ракетним корпусом 1 для визначення його розмірів. Ракетний корпус 1, який обертається, займає сферичний обсяг простору навколо центра мас, так називану "заборонну зону". Космічний апарат, який здійснює стабілізацію руху фрагментів космічного сміття шляхом впливу на них газовими струменями, залишається за межами "заборонної зони" шляхом витримування відстані від центра мас, яка щонайменше є більшою радіуса сферичного простору, який Ракетний корпус 1 займає при обертанні навколо свого центра мас. 17 UA 104927 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Потім космічний апарат маневрує навколо Ракетного корпуса 1 і виконує його сканування для визначення цілісності його конструкції і формування тривимірної моделі. Інформація, одержана в результаті сканування Ракетного корпуса 1 бортовими датчиками космічного апарата, використовується в якості вхідних даних для модуля планування системи впливу газовими струменями, що забезпечує розробку плану стабілізації, при виконанні якого не буде перевищена межа міцності Ракетного корпуса 1, обумовлена його зовнішніми пристроями, такими як антени і сонячні батареї, або інші обмеження, які визначаються в процесі сканування. Після визначення стану Ракетного корпуса 1 визначаються характеристики його поступального руху й осі обертання, і обертовий рух корпуса визначається за результатами аналізу даних, одержаних при його скануванні. Модуль планування системи впливу газовими струменями на основі цих даних розробляє план стабілізації руху фрагмента космічного сміття. Такий план стабілізації містить щонайменше одну розрахункову точку на осі руху, перпендикулярній кожній з осей, навколо яких обертається цей фрагмент. Оскільки Ракетний корпус 1 обертається навколо всіх трьох осей, план стабілізації включає три розрахункові точки. Модуль планування також розробляє послідовність пусків мікродвигуна для формування послідовності газових струменів (султанів), які будуть вдаряти в розрахункові точки, передаючи силу цих газових струменів розрахунковим точкам, у результаті чого будуть створюватися обертаючі моменти, спрямовані протилежно обертанням Ракетного корпуса 1. Планується повна послідовність пусків мікродвигуна для зменшення до нуля обертового руху Ракетного корпуса 1 щонайменше навколо двох із трьох осей обертання. Блок планування визначає також тривалість імпульсів і величини діючої сили при кожному пуску мікродвигуна. Сила, що передається кожній розрахунковій точці, є функцією сили дії кожного газового струменя (факела) і кута падіння струменя в розрахунковій точці. Оскільки Ракетний корпус 1 обертається, час і кут дії газового струменя в кожній розрахунковій точці змінюються залежно від швидкості обертання корпуса. Модуль планування також розробляє план для системи керування, навігації й орієнтування для космічного апарата, що здійснює стабілізацію руху фрагментів космічного сміття шляхом впливу на них газовими струменями, що забезпечує протидію силам, що діють на космічний апарат при викидах газових струменів, так щоб витримувалась орієнтація космічного апарата і його відстань до Ракетного корпуса 1. Космічний апарат, який здійснює стабілізацію руху фрагментів космічного сміття шляхом впливу на них газовими струменями, відповідно до плану стабілізації виконує своє позиціювання й орієнтування сопел системи впливу газовим струменем для націлювання їх на розрахункові точки. Система впливу газовим струменем формує імпульси пневматичних струменів (газових факелів), що складаються із продукту, який витікає в результаті згоряння палива й окиснювача, які знаходяться на борті космічного апарата, що здійснює стабілізацію руху фрагментів космічного сміття шляхом впливу на них газовими струменями. Ці імпульси направляють на обрані розрахункові точки на Ракетному корпусі 1. Імпульси направляються на розрахункові точки в такі моменти часу, коли вони перпендикулярні газовим струменям, і газові струмені будуть тангенціальні до окружності обертання. Космічний апарат, який здійснює стабілізацію руху фрагментів космічного сміття шляхом пневматичного впливу на них факелами, використовує свою систему керування, навігації та орієнтування для втримання положення й орієнтації шляхом протидії силам, які діють на космічний апарат при викидах газових струменів. У процесі виконання космічним апаратом, що здійснює стабілізацію руху фрагментів космічного сміття, плану впливу на ракетний корпус газовими струменями (факелами) він контролює за допомогою датчиків ракетний корпус для визначення того, що обертаючий момент, створюваний газовими факелами, які вдаряють у розрахункові точки, знижує енергію обертання й руху ракетного корпуса відповідно до плану. Модуль системи пневматичного впливу (факелами) обробляє дані, одержувані від датчиків, і використовує зворотний зв'язок для постійного контролю й відновлення плану стабілізації. Космічний апарат, який здійснює стабілізацію руху фрагментів космічного сміття шляхом впливу на них газовими струменями, продовжує виконання плану стабілізації, відслідковуючи результати впливу на Ракетний корпус 1, обробляючи інформацію зворотного зв'язку й обновляючи план стабілізації, поки обертовий рух корпуса навколо обраних осей обертання не знизиться до нуля. Приклад 2 - спосіб стабілізації руху нестійкого фрагмента космічного сміття і захоплення стабілізованого фрагмента На орбітах висотою від 600 км до 2000 км знаходиться кілька сотень непрацюючих космічних апаратів і корпусів ракет, які створюють небезпеку зіткнень, яка буде підвищуватися в міру збільшення щільності космічного сміття на низьких навколоземних орбітах (600 км). Для 18 UA 104927 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 зниження ймовірності зіткнень приймається рішення по захопленню і поверненню на землю щороку по кілька таких космічних апаратів і корпусів ракет. Після аналізу непрацюючих космічних апаратів і корпусів ракет у зазначеному діапазоні висот визначається, що Ракетний корпус 2 становить велику небезпеку зіткнень і тому він повинен мати високий пріоритет для повернення на Землю. Також визначається, що висота і орієнтація Ракетного корпуса 2 нестійкі, причому характеристики обертання навколо трьох осей зв'язані між собою, так що обертовий рух являє собою випадковий процес. Рух ракетного корпуса 2 необхідно стабілізувати і потім захопити його для повернення на Землю. Для стабілізації руху Ракетного корпуса 2 використовується вплив на нього газовими струменями. Потім космічний апарат, який здійснює стабілізацію руху фрагментів космічного сміття шляхом впливу на них газовими струменями, захоплює Ракетний корпус 2 і прикріплює механічний пристрій для його повернення на Землю. Космічний апарат, який здійснює стабілізацію шляхом впливу газовими струменями, виконує зближення з Ракетним корпусом 2. Це зближення здійснюється з використанням головної рухової установки, яка забезпечує переміщення космічного апарата з його вихідної орбіти на орбіту Ракетного корпуса 2. Коли космічний апарат, який здійснює стабілізацію шляхом впливу газовими струменями, починає зближення з Ракетним корпусом 2, бортові датчики космічного апарата здійснюють спостереження за Ракетним корпусом 2 для визначення його розмірів. Ракетний корпус 2, що обертається, займає сферичний обсяг простору навколо центра мас, так називану "заборонну зону". Космічний апарат, який здійснює стабілізацію шляхом впливу газовими струменями, залишається за межами "заборонної зони" шляхом витримування відстані від центра мас, яка щонайменше є більшою ніж радіус сферичного простору, який Ракетний корпус 2 займає при обертанні навколо свого центра мас. Космічний апарат маневрує навколо Ракетного корпуса 2 і виконує його сканування для визначення цілісності конструкції, формування тривимірної моделі Ракетного корпуса 2 і визначення на ньому підходящих точок, у яких може здійснюватися взаємодія з корпусом для його захоплення. Інформація, одержана в результаті сканування Ракетного корпуса 2 бортовими датчиками космічного апарата, використовується в якості вхідних даних для модуля планування системи впливу газовим струменем, який забезпечує розробку плану стабілізації, при виконанні якого не буде перевищена межа міцності Ракетного корпуса 2, обумовлена його зовнішніми пристроями, такими як антени і сонячні батареї, або інші обмеження, які визначаються в процесі сканування. Після визначення стану Ракетного корпуса 2 визначаються характеристики його поступального руху й осі обертання, і обертовий рух корпуса визначається за результатами аналізу даних, одержаних при його скануванні. Модуль планування системи впливу газовим струменем на основі цих даних розробляє план стабілізації руху цього фрагмента космічного сміття. Такий план стабілізації містить щонайменше одну розрахункову точку на осі руху, перпендикулярній кожній з осей, навколо яких обертається цей фрагмент. Оскільки Ракетний корпус 2 обертається навколо всіх трьох осей, план стабілізації включає три розрахункові точки. Модуль планування також розробляє послідовність пусків мікродвигуна для формування послідовності газових струменів (султанів), які будуть вдаряти в розрахункові точки, передаючи силу цих газових струменів розрахунковим точкам, у результаті чого будуть створюватися обертаючі моменти, спрямовані протилежно обертанням Ракетного корпуса 2. Планується повна послідовність пусків мікродвигуна для зменшення до нуля обертового руху Ракетного корпуса 2 щонайменше навколо двох із трьох осей обертання. Блок планування визначає також тривалість імпульсів і величини діючої сили при кожному пуску мікродвигуна. Сила, яка передається кожній розрахунковій точці, є функцією сили дії кожного газового струменя (факела) і кута падіння струменя в розрахунковій точці. Оскільки Ракетний корпус 2 обертається, час і кут дії газового струменя в кожній розрахунковій точці змінюються залежно від швидкості обертання корпуса. Модуль планування також розробляє план для системи керування, навігації й орієнтування для космічного апарата, що здійснює стабілізацію руху фрагментів космічного сміття шляхом впливу на них газовими струменями, що забезпечує протидію силам, які діють на космічний апарат при викидах газових струменів, так щоб витримувалась орієнтація космічного апарата і його відстань до Ракетного корпуса 2. Космічний апарат, який здійснює стабілізацію руху фрагментів космічного сміття шляхом впливу на них газовими струменями, відповідно до плану стабілізації виконує своє позиціювання і орієнтування сопел системи впливу газовим струменем для націлювання їх на розрахункові точки. Система впливу газовими струменями формує імпульси газових струменів (султанів), які складаються із продукту, що витікає в результаті згоряння палива й окиснювача, які знаходяться на борті космічного апарата, який здійснює стабілізацію фрагментів космічного сміття шляхом впливу на них газовими струменями. 19 UA 104927 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Ці імпульси направляють на обрані розрахункові точки на Ракетному корпусі 2. Імпульси направляються на розрахункові точки в такі моменти часу, коли вони перпендикулярні газовим струменям, і газові струмені будуть тангенціальні до окружності обертання. Космічний апарат, який здійснює стабілізацію руху фрагментів космічного сміття шляхом впливу на них газовими струменями, використовує свою систему керування, навігації й орієнтування для втримання положення й орієнтації шляхом протидії силам, які діють на космічний апарат при викидах газових струменів. У процесі виконання космічним апаратом, який здійснює стабілізацію руху фрагментів космічного сміття, плану впливу на ракетний корпус газовими струменями (факелами) він контролює за допомогою датчиків ракетний корпус для визначення того, що обертаючий момент, створюваний газовими факелами, які вдаряють у розрахункові точки, знижує енергію обертання і руху ракетного корпуса відповідно до плану. Модуль системи впливу газовими струменями (факелами) обробляє дані, одержувані від датчиків, і використовує інформацію зворотного зв'язку для постійного контролю й поновлення плану стабілізації. Космічний апарат, який здійснює стабілізацію руху фрагментів космічного сміття шляхом впливу на них газовими струменями, продовжує виконання плану стабілізації, відслідковуючи результати впливу на Ракетний корпус 2, обробляючи інформацію зворотного зв'язку й обновляючи план стабілізації, поки обертовий рух корпуса навколо обраних осей обертання не знизиться до нуля. Як тільки космічний апарат, який здійснює стабілізацію руху фрагментів космічного сміття шляхом впливу на них газовими струменями, стабілізує обертовий рух Ракетного корпуса 2 шляхом припинення обертового руху щонайменше навколо двох із трьох осей обертання, він приступає до захоплення Ракетного корпуса 2 шляхом закріплення на реактивному соплі його головної рухової установки. Космічний апарат здійснює маневри для виходу в потрібне положення по центральній осі реактивного сопла з достатньою відстанню від ракетного корпуса. За допомогою своїх двигунів малої тяги, космічний апарат, який здійснює стабілізацію руху фрагментів космічного сміття шляхом впливу на них газовими струменями, повільно скорочує відстань від Ракетного корпуса 2, залишаючись при цьому на центральній осі реактивного сопла його двигуна. При цьому при роботі двигунів малої тяги космічного апарата враховується обертання, що залишилося, Ракетного корпуса 2 навколо двох осей, яке не було повністю припинене в процесі стабілізації. Швидкість зближення регулюється таким чином, щоб при стикуванні не був ушкоджений жоден з космічних об'єктів, або не виникла сила реакції, яка могла б привести до їхнього розділення. Чотири колінчаті руки-маніпулятори із шарнірними кінцевими виконавчими органами розташовують таким чином, щоб один кінцевий виконавчий орган знаходився за межами конуса струменя тягового двигуна, а інший - всередині цього конуса. Після контакту кінцеві виконавчі органи задіюють для захоплення Ракетного корпуса 2. Після завершення захоплення космічний апарат, який здійснює стабілізацію руху фрагментів космічного сміття шляхом впливу на них газовими струменями, звільняє модуль повернення на Землю і починає рух для відокремлення від Ракетного корпуса 2. Після того, як між космічним апаратом і Ракетним корпусом 2 буде достатня відстань, включається модуль повернення на Землю, який створює достатню силу гальмування Ракетного корпуса 2, який почне втрачати висоту і увійде у щільні шари атмосфери. Приклад 3 - спосіб стабілізації нестійкого фрагмента космічного сміття зміна орбіти стабілізованого фрагмента На орбітах висотою від 600 км до 2000 км знаходиться кілька сотень непрацюючих космічних апаратів і корпусів ракет, що створюють небезпеку зіткнень, яка буде підвищуватися в міру збільшення щільності космічного сміття на низьких навколоземних орбітах (600 км). Для зниження вірогідності зіткнень приймається рішення по захопленню та поверненню на землю щороку по кілька таких космічних апаратів і корпусів ракет. Після аналізу непрацюючих космічних апаратів і корпусів ракет у зазначеному діапазоні висот визначається, що Космічний корабель 1 становить більшу небезпеку зіткнень і тому він повинен мати високий пріоритет для зміни його орбіти. Також визначається, що висота і орієнтація Космічного корабля 1 нестійкі, причому характеристики обертання навколо трьох осей зв'язані між собою, так що обертовий рух являє собою випадковий процес. Рух Космічного корабля 1 необхідно стабілізувати і потім захопити його для повернення на Землю. Для стабілізації руху Космічного корабля 1 використовується вплив на нього газовими струменями. Потім космічний апарат, який здійснює стабілізацію руху фрагментів космічного сміття шляхом впливу на них газовими струменями, виконує зміну орбіти Космічного корабля 1 для повернення його на Землю. Космічний апарат, який здійснює стабілізацію шляхом впливу газовими струменями, виконує зближення з Космічним кораблем 1. Це зближення здійснюється з використанням головної 20 UA 104927 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 рухової установки, яка забезпечує переміщення космічного апарата з його вихідної орбіти на орбіту Космічного апарата 1. Коли космічний апарат, який здійснює стабілізацію шляхом впливу газовими струменями, починає зближення з Космічним кораблем 1, бортові датчики космічного апарата здійснюють спостереження за Космічним кораблем 1 для визначення його розмірів. Космічний корабель 1, що обертається, займає сферичний обсяг простору навколо центра мас, так називану "заборонну зону". Космічний апарат, який здійснює стабілізацію шляхом впливу газовими струменями, залишається за межами "заборонної зони" шляхом витримування відстані від центра мас, яка щонайменше є більшою від радіуса сферичного простору, який Космічний корабель 1 займає при обертанні навколо свого центра мас. Космічний апарат маневрує навколо Космічного корабля 1 і виконує його сканування для визначення цілісності конструкції та формування тривимірної моделі Космічного корабля 1. Інформація, отримана в результаті сканування Космічного корабля 1 бортовими датчиками космічного апарата, використовується в якості вхідних даних для модуля планування системи впливу газовими струменями, яка забезпечує розробку плану стабілізації, при виконанні якого не буде перевищена межа міцності Космічного корабля 1, що визначається його зовнішніми пристроями, такими як антени і сонячні батареї, або інші обмеження, які визначаються в процесі сканування. Після визначення стану Космічного корабля 1 визначаються характеристики його поступального руху й осі обертання, і обертовий рух корабля визначається за результатами аналізу даних, одержаних при його скануванні. Модуль планування системи впливу газовими струменями на основі цих даних розробляє план стабілізації руху цього фрагмента космічного сміття. Такий план стабілізації містить щонайменше одну розрахункову точку на осі руху, перпендикулярній кожній з осей, навколо яких обертається цей фрагмент. Оскільки Космічний корабель 1 обертається навколо всіх трьох осей, план стабілізації включає три розрахункові точки. Модуль планування також розробляє послідовність пусків мікродвигуна для формування послідовності газових струменів (султанів), які будуть вдаряти у розрахункові точки, передаючи силу цих газових струменів розрахунковим точкам, у результаті чого будуть створюватися обертаючі моменти, спрямовані протилежно обертанням Космічного корабля 1. Планується повна послідовність пусків мікродвигуна для зменшення до нуля (або практично до нуля) обертового руху Космічного корабля 1 щонайменше навколо двох із трьох осей обертання. Блок планування визначає також тривалість імпульсів і величини діючої сили при кожному пуску мікродвигуна. Сила, що передається кожній розрахунковій точці, є функцією сили дії кожного газового струменя (факела) і кута падіння струменя в розрахунковій точці. Оскільки Космічний корабель 1 обертається, час і кут дії газового струменя в кожній розрахунковій точці змінюються залежно від швидкості обертання корабля. Модуль планування також розробляє план для системи керування, навігації та орієнтування космічного апарата, що здійснює стабілізацію руху фрагментів космічного сміття шляхом впливу газовими струменями, який забезпечує протидію силам, які діють на космічний апарат при викидах газових струменів, так щоб витримувалась орієнтація космічного апарата і його відстань до Космічного корабля 1. Крім того, оскільки космічний апарат, який здійснює стабілізацію руху фрагментів космічного сміття, буде використовувати систему стабілізації за допомогою газових струменів для зміни орбіти Космічного корабля 1, то розробляється такий план стабілізації, при якому цей корабель після стабілізації орієнтується таким чином, щоб структурний елемент (у цьому випадку реактивне сопло головної рухової установки), який спрямований по векторі швидкості корабля, був на передній стороні корабля. Космічний апарат, який здійснює стабілізацію руху фрагментів космічного сміття шляхом впливу на них газовими струменями, відповідно до плану стабілізації виконує своє позиціювання та орієнтування сопел системи впливу газовими струменями для націлювання їх на розрахункові точки. Система впливу газовими струменями формує імпульси пневматичних струменів (газових факелів), які складаються із продукту, який витікає в результаті згоряння палива і окиснювача, що знаходяться на борті космічного апарата, який здійснює стабілізацію руху фрагментів космічного сміття шляхом впливу на них газовими струменями. Ці імпульси направляють на обрані розрахункові точки на Космічному кораблі 1. Імпульси направляються на розрахункові точки в такі моменти часу, коли вони будуть перпендикулярні пневматичним струменям (газовим факелам), і пневматичні струмені (газові факели) будуть тангенціальні до окружності обертання. Космічний апарат, який здійснює стабілізацію руху фрагментів космічного сміття шляхом пневматичного впливу на них газовими струменями, використовує свою систему керування, навігації та орієнтування для утримання свого положення й орієнтації шляхом протидії силам, які діють на космічний апарат при викидах газових струменів. 21 UA 104927 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 У процесі виконання космічним апаратом, який здійснює стабілізацію руху фрагментів космічного сміття, плану впливу на ракетний корпус газовими струменями (факелами) він контролює за допомогою датчиків ракетний корпус для визначення того, що обертаючий момент, створюваний газовими факелами, які вдаряють у розрахункові точки, знижує енергію обертання та руху ракетного корпуса відповідно до плану. Модуль системи пневматичного впливу (факелами) обробляє дані, одержувані від датчиків, і використовує інформацію зворотного зв'язку для постійного контролю і відновлення плану стабілізації. Космічний апарат, який здійснює стабілізацію руху фрагментів космічного сміття шляхом впливу на них газовими струменями, продовжує виконання плану стабілізації, відслідковуючи результати впливу на Космічний корабель 1, обробляючи інформацію зворотного зв'язку та обновляючи план стабілізації, поки обертовий рух корпуса навколо обраних осей обертання не знизиться до нуля. План стабілізації виконується таким чином, щоб реактивне сопло головної рухової установки Космічного корабля 1 було спрямовано по векторі швидкості цього корабля. Реактивне сопло головної рухової системи є розрахунковою точкою, яку космічний апарат, який здійснює стабілізацію руху фрагментів космічного сміття, використовує для впливу газовим струменем у напрямку, протилежному напрямку вектора швидкості Космічного корабля 1, з такою силою, щоб зменшити величину вектора швидкості, у результаті чого цей корабель буде повернутий на Землю. Космічний апарат, який здійснює стабілізацію руху фрагментів космічного сміття шляхом впливу на них газовими струменями, здійснює маневри для суміщення з вектором швидкості Космічного корабля 1. Використовуючи двигуни малої тяги, космічний апарат, який здійснює стабілізацію руху фрагментів космічного сміття шляхом впливу на них газовими струменями, включає подачу безперервного газового струменя (факела) у реактивне сопло головної рухової системи Космічного корабля 1. Газовий струмінь вимикається, як тільки швидкість Космічного корабля 1 знизиться в достатньому ступені, щоб забезпечувалося повернення корабля на Землю. При роботі двигунів малої тяги космічного апарата, який здійснює стабілізацію руху фрагментів космічного сміття шляхом впливу на них газовими струменями, він використовує свої внутрішні системи GNC та RCS для утримання свого положення відносно Космічного корабля 1. Після того, як орбітальні параметри Космічного корабля 1 зміняться в достатньому ступені, щоб забезпечувалося його повернення на Землю, внутрішні системи GNC та RCS космічного апарата, який здійснює стабілізацію руху фрагментів космічного сміття шляхом впливу на них газовими струменями, використовуються для його стабілізації, щоб він не повернувся на Землю разом з Космічним кораблем 1. Приклад 4 - спосіб стабілізації руху нестійкого фрагмента космічного сміття за допомогою електромагнітних полів На орбітах висотою від 600 км до 2000 км знаходиться кілька сотень космічних апаратів і непрацюючих корпусів ракет, які створюють небезпеку зіткнень, яка буде підвищуватися в міру збільшення щільності космічного сміття на низьких навколоземних орбітах (600 км). Для зниження вірогідності зіткнень приймається рішення по захопленню і поверненню на землю щороку по кілька таких космічних апаратів і корпусів ракет. Після аналізу непрацюючих космічних апаратів і корпусів ракет у зазначеному діапазоні висот визначається, що Ракетний корпус 3 становить велику небезпеку зіткнень і тому він повинен мати високий пріоритет для повернення на Землю. Також визначається, що висота і орієнтація Ракетного корпуса 3 нестійкі, причому характеристики обертання навколо трьох осей пов'язані між собою, так що обертовий рух являє собою випадковий процес. Рух ракетного корпуса 3 необхідно стабілізувати і потім захопити для повернення на Землю. Стабілізацію руху Ракетного корпуса 3 здійснює космічний апарат по стабілізації фрагментів космічного сміття за допомогою електромагнітного поля. Потім космічний апарат, який здійснює стабілізацію руху фрагментів космічного сміття, захоплює Ракетний корпус 3 і прикріплює механічний пристрій для його повернення на Землю. Космічний апарат, який здійснює стабілізацію руху фрагментів космічного сміття, виконує зближення з Ракетним корпусом 3. Це зближення здійснюється з використанням головної рухової установки, яка забезпечує переміщення космічного апарата з його вихідної орбіти на орбіту Ракетного корпуса 3. Коли космічний апарат, який здійснює стабілізацію руху фрагментів космічного сміття, починає зближення з Ракетним корпусом 3, бортові датчики космічного апарата здійснюють спостереження за Ракетним корпусом 3 для визначення його розмірів. Ракетний корпус 3, що обертається, займає сферичний обсяг простору навколо центра мас, так називану "заборонну зону". Космічний апарат, який здійснює стабілізацію руху фрагментів космічного сміття, залишається за межами "заборонної зони" шляхом витримування відстані від 22 UA 104927 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 центра мас, яка щонайменше є більшою радіуса сферичного простору, який Ракетний корпус 3 займає при обертанні навколо свого центра мас. Космічний апарат маневрує навколо Ракетного корпуса 3 і виконує його сканування для визначення цілісності конструкції, її достатності для здійснення стабілізації за допомогою електромагнітного поля і достатності провідного матеріалу для забезпечення такої стабілізації, а також шляхом аналізу даних, одержаних при обстеженні Ракетного корпуса 3, визначається його обертовий рух. Космічний апарат, який здійснює стабілізацію руху фрагментів космічного сміття, займає потрібне положення відносно Ракетного корпуса 3 й орієнтує в його напрямку свою антену, так щоб цей корпус обертався всередині електромагнітного поля, створюваного космічним апаратом. Космічний апарат вмикає систему стабілізації руху фрагментів космічного сміття за допомогою електромагнітного поля, у результаті чого збуджується електромагнітне поле, яке охоплює Ракетний корпус 3, і генеруються електричні струми (вихрові струми) на поверхні або усередині провідного матеріалу, який є частиною цього корпуса. У процесі обертання Ракетного корпуса 3 усередині електромагнітного поля, створюваного космічним апаратом, який здійснює стабілізацію руху фрагментів космічного сміття, електричні струми (вихрові струми) на поверхні або усередині провідного матеріалу, який є частиною Ракетного корпуса 3, взаємодіють із природними магнітними полями Землі. Сили, що виникають у результаті цієї взаємодії, прагнуть вирівняти електричні струми (вихрові струми) на поверхні або всередині провідного матеріалу, який є частиною Ракетного корпуса 3, із природними магнітними полями Землі. У міру того як обертання Ракетного корпуса 3 починає гальмуватися силами, які виникають у результаті взаємодії між зазначеними вихровими струмами та природними магнітними полями Землі, ці струми будуть поступово зменшуватися. Зрештою, швидкості обертання Ракетного корпуса 3 щонайменше навколо двох із трьох осей знижуються до нуля (або практично до нуля) і цей рух корпуса стабілізується. Як тільки космічний апарат, який здійснює стабілізацію руху фрагментів космічного сміття, стабілізує обертовий рух Ракетного корпуса 3 шляхом припинення обертового руху щонайменше навколо двох із трьох осей обертання, він приступає до захоплення Ракетного корпуса 3 шляхом механічної фіксації на реактивному соплі його головної рухової установки. Космічний апарат здійснює маневри для виходу в потрібне положення по центральній осі реактивного сопла, з достатньою відстанню від ракетного корпуса. За допомогою своїх двигунів малої тяги, космічний апарат, який здійснює стабілізацію руху фрагментів космічного сміття, повільно скорочує відстань до Ракетного корпуса 3, залишаючись при цьому на центральній осі реактивного сопла його двигуна. При цьому при роботі двигунів малої тяги космічного апарата враховується залишкове обертання Ракетного корпуса 3 навколо двох осей, яке не було повністю припинене в процесі стабілізації. Швидкість зближення регулюється таким чином, щоб при стикуванні не був пошкоджений жоден з космічних об'єктів, або не виникла сила реакції, яка могла б привести до їхнього поділу. Чотири колінчаті руки-маніпулятори із шарнірними кінцевими виконавчими органами розташовують таким чином, щоб один кінцевий виконавчий орган знаходився за межами конуса струменя тягового двигуна, а інший - усередині цього конуса. Після контакту кінцеві виконавчі органи задіють для захоплення Ракетного корпуса 3. Після завершення захоплення космічний апарат, який здійснює стабілізацію руху фрагментів космічного сміття, звільняє модуль повернення на Землю і починає рух для відділення від Ракетного корпуса 3. Після того, як між космічним апаратом і Ракетним корпусом 3 буде достатня відстань, включається модуль повернення на Землю, який створює достатню силу гальмування Ракетного корпуса 3, який почне втрачати висоту і увійде у щільні шари атмосфери. Приклад 5 - випробування та перевірки з використанням комп'ютерного моделювання Перед тим як виготовити діючу систему проводяться випробування та перевірка роботи космічного апарата, який здійснює стабілізацію руху фрагментів космічного сміття за допомогою газових струменів, з використанням комп'ютерного моделювання. Засоби комп'ютерного моделювання можуть також використовуватися як частина процесу планування реальних завдань у космосі, для перевірки плану стабілізації до його здійснення в реальній обстановці й підтвердження того, що очікуваний результат процесу впливу газовими струменями буде відповідати плану, що моделюється. Для комп'ютерного моделювання буде потрібно розробити віртуальну модель космічного апарата стабілізації руху фрагментів космічного сміття за допомогою газових струменів, алгоритми силового впливу на нестійкі фрагменти, віртуальну модель нестійкого фрагмента космічного сміття (включаючи характеристики обертового руху й орбітальні параметри), а також 23 UA 104927 C2 5 10 15 20 25 модель середовища космічного простору (включаючи сили тяжіння та інші зовнішні сили й тиски, які діють на нестійкий фрагмент і космічний апарат). Комп'ютерне моделювання використовується для випробувань і перевірки працездатності всієї системи і її окремих підсистем, моделювання руху нестійких фрагментів космічного сміття, результатів впливу створюваних сил на такі фрагменти і всіх фаз виконання завдання. Приклад 6 - випробування та перевірки з використанням фізичного моделювання Випробування та перевірка роботи космічного апарата, який здійснює стабілізацію руху фрагментів космічного сміття за допомогою газових струменів, виконуються з використанням фізичних моделей (або реального устаткування) для перевірки результатів комп'ютерного (або віртуального) моделювання. Випробування на фізичних моделях проводяться на наземних стендах. Такі випробування можуть бути площинними або тривимірними. Площинні випробування на фізичних моделях проводяться на великих опорних площинах типу "повітряна подушка", наявних в NASA. Така опорна поверхня дозволяє забезпечити практично нульовий опір руху об'єкта у двох вимірах (по осях x та y декартової системи координат), причому фізичні моделі нестійкого фрагмента космічного сміття та космічного апарата, який здійснює стабілізацію фрагментів за допомогою газових струменів, встановлюються на опорних площадках, які підвішуються на тонкій повітряній подушці, створюваній випробувальним стендом. За допомогою такої системи проводяться випробування та перевірки роботи системи у двох вимірах і забезпечуються рухи по кутах тангажу, крену та рискання. Після перевірки роботи системи у двох вимірах одержані результати використовуються в математичному моделюванні процесу у тривимірному просторі. Тривимірні випробування на реальному устаткуванні (або на фізичних моделях) здійснюється аналогічно площинним випробуванням з використанням додаткового козлового крана з механічною рукою-маніпулятором, у результаті чого можна у динаміці імітувати рух відносно нерухомих об'єктів на землі або відносно рухливих об'єктів на повітряній подушці. У цьому випадку можна відтворювати 8 ступенів свободи, включаючи рух крана, кранового візка, поворотного шарніра, плечового шарніра, подовжувача, а також руху по кутах тангажу, крену та рискання, у результаті чого забезпечується можливість повних випробувань і відпрацьовування запропонованого способу стабілізації руху нестійкого фрагмента космічного сміття. 30 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 35 40 45 50 55 1. Спосіб стабілізації руху нестійкого фрагмента космічного сміття, який включає: прикладення сили до щонайменше першої та другої розрахункових точок, розташованих на нестійкому фрагменті космічного сміття, причому вказані перша та друга розрахункові точки розташовані на або біля взаємно ортогональних осей, що перетинаються в центрі мас нестійкого фрагмента космічного сміття, таким чином стабілізуючи рух фрагмента; в якому силу створюють пневматичним впливом на нестійкий фрагмент космічного сміття за допомогою газового факела, що прикладається із супутника, що знаходиться поруч; і в якому ця сила є достатньою для створення обертаючого моменту, що діє на нестійкий фрагмент космічного сміття, який зменшує момент обертання навколо однієї або більше осей обертання цього фрагмента. 2. Спосіб за п. 1, в якому величина сили, що прикладається до нестійкого фрагмента космічного сміття, визначається рухом цього фрагмента, вектором стану його центру мас, взаємно ортогональними осями його обертання, моментами його інерції, моментом його обертання, розрахунковими точками на ньому або будь-якою комбінацією зазначених характеристик. 3. Спосіб за п. 1, в якому величина сили, яка прикладається, не пошкоджує фрагмент у розрахункових точках. 4. Спосіб за п. 1, який додатково включає прикладення сили до третьої розрахункової точки, розташованої на або біля взаємно ортогональної осі обертання, що перетинається в центрі мас. 5. Спосіб за п. 1, в якому кожна розрахункова точка а) розташована на або біля кожної із трьох взаємно ортогональних осей обертання, які перетинаються у центрі мас, і b) фрагмент у цих точках має достатню твердість конструкції для поглинання сили без її пошкодження. 6. Спосіб за п. 1, в якому розрахункова точка (розрахункові точки) на нестійкому фрагменті космічного сміття визначається центром мас, напрямком і величиною вектора швидкості центру мас, моментами інерції та моментом обертання навколо взаємно ортогональних осей обертання корпуса нестійкого фрагмента космічного сміття або будь-якою комбінацією зазначених характеристик. 24 UA 104927 C2 5 10 15 20 7. Спосіб за п. 1, в якому кількість імпульсів газового факела, необхідних для стабілізації однієї із трьох взаємно ортогональних осей обертання, що перетинаються в центрі мас, не залежить від кількості імпульсів газу, необхідних для стабілізації двох інших осей обертання. 8. Спосіб за п. 1, в якому газовий факел містить газ, вибраний з: азоту; ксенону; аргону; неону; стікаючого з високою швидкістю продукту хімічного горіння окиснювача та ракетного палива; стікаючого з високою швидкістю продукту екзотермічного хімічного розкладання однокомпонентного ракетного палива на каталізаторі; водню; гелію або комбінацій зазначених газів. 9. Спосіб за п. 1, в якому газовий факел випускають із сопла, яке вибирають із сопла, що розширюється, сопла, що звужується, та сопла постійного перерізу. 10. Спосіб за п. 1, в якому газовий факел випускають із сопла, яке знаходиться поруч щонайменше з однією розрахунковою точкою. 11. Спосіб за п. 1, в якому газовий факел випускають із сопла, яке знаходиться поруч із однією з осей обертання нестійкого фрагмента космічного сміття. 12. Спосіб за п. 1, в якому газовий факел випускають із сопла, розташованого на руціманіпуляторі, яка механічно розгортається. 13. Спосіб за п. 1, який додатково включає захоплення стабілізованого фрагмента космічного сміття. 14. Спосіб за п. 1, який додатково включає зміну орбітальних параметрів стабілізованого фрагмента космічного сміття. 25 UA 104927 C2 26 UA 104927 C2 27 UA 104927 C2 28