Космічне дзеркало (варіанти) та спосіб його розгортання у космосі (варіанти)

1. Космічне дзеркало, що має конструкцію з жорсткою та гнучкою структурою у вигляді тонкої плівки, яке відрізняється тим, що з боку, зверненого до супутника, містить жорсткий каркас з жорсткою пластиною в його центрі, від країв якої в радіальному напрямку розходяться легкосплавні металеві штанги, складені перпендикулярно жорсткій пластині та виконані з можливістю їх розкриття автоматично механічним способом, причому жорсткий каркас приклеєний до центра металізованої плівкової основи, розташованої у складеному вигляді всередині простору, утвореного легкосплавними металевими штангами та жорсткою пластиною, і виконаної з можливістю розгортання та утворення робочої поверхні космічного дзеркала, при цьому по поверхні космічного дзеркала з боку, зверненого до супутника, розташовані канали у вигляді тонкостінних шлангів, виконаних з того ж плівкового матеріалу, що й робоча поверхня, з можливістю подачі до них газу для розгортання металізованої плівкової основи та утворення робочої поверхні космічного дзеркала. 2. Космічне дзеркало за п. 1, яке відрізняється тим, що діаметр жорсткої пластини виконаний меншим, ніж діаметр супутника. 3. Космічне дзеркало за п. 1, яке відрізняється тим, що легкосплавні металеві штанги виконані на пружинних шарнірах з фіксаторами. 2 (19) 1 3 93421 4 ний супутник, що складається з двох основних модулів - космічного дзеркала для відбиття сонячних променів, яке знаходиться у складеному вигляді, і власне супутника з автоматичною системою наведення, при цьому супутник стабілізують у просторі, космічне дзеркало розгортають і наводять у просторі так, щоб його робоча поверхня відбивала сонячні промені на задану точку поверхні Землі, автоматично змінюючи при цьому кут нахилу площини космічного дзеркала відносно до осі стабілізованого супутника, який відрізняється тим, що розкривають автоматично механічним способом складені легкосплавні металеві штанги, а на металізовану плівкову основу робочої поверхні космічного дзеркала подають статичну електрику, одержуючи по периметру робочої поверхні концентрацію електронів, які розгортають її у робочу поверхню, та при плавному наведенні космічного дзеркала на необхідний кут повертають і його центральну частину, вирівнюючи площину космічного дзеркала у потрібному напрямку. Винахід належить до космічних засобів, зокрема, космічного дзеркала і способу його розгортання у космосі, і може бути використаний як дзеркало для відбиття сонячних променів на поверхню Землі - освітлення місць катастроф, північних міст, нафтових і газових родовищ, теплиць, масових видовищ та заходів, як антени радіолокаційних станцій для дослідження далекого космосу, а також як сонячне вітрило. Відомо, що в Японії на території космічного центру Усінура поблизу Кагосіми відбувся запуск невеликої ракети S-310-34. На її борту знаходилися два сонячні вітрила, які були зроблені з однієї і тієї ж плівки товщиною 7,5мкм та відрізнялися одне від одного конструкцією системи розгортання. Перше вітрило, яке розкривалося як квітка конюшини, почало розгортатися на 100-й секунді польоту на висоті 122км над поверхнею Землі. Після того, як воно успішно розкрилося і цей процес зафіксували бортовою камерою ракети, вітрило було відстріляне, і почалося розгортання другої конструкції. Це відбулося на 230-й секунді польоту на висоті 169км. Друге вітрило мало віялову конструкцію, і воно теж успішно розкрилося. Після чого ракета, виконавши всю програму польоту, впала у море. Уся дія тривала близько 400 секунд. Це була перша в світі успішна демонстрація сонячного вітрила. Всі спроби, що раніше робилися, закінчувалися невдало. Наприклад, у 1999 році круг діаметром 25м з тонкої металізованої плівки намагалися розгорнути космонавти на станції "Мир", але плівка зачепилася за антену пристикованого корабля "Прогрес" і вітрило не розгорнулося. Потім експерименти за участю російських ракет "Волна" проводило "Планетне товариство", але теж невдало. Розробляється сонячне вітрило і в NASA, але там до льотних випробувань справа поки не дійшла [за матеріалами SpaceRef]. У даному матеріалі не розкриті ані конструкція, ані спосіб її розгортання. Відоме сонячне вітрило „Космічна регата", що містить поверхню, яка відбиває сонячне світло та лазерні промені світла, пристрій з приводом орієнтації цієї поверхні. Відбиваюча поверхня виконана на основі необхідної жорсткості та зручних контурів, включаючи рельєфні. Боки від основи сполучені з приводами дистанційного регулювання їх довжини [RU № 2001120839 A, F02K1/00, 2003]. У вказаній заявці, як і в попередньому матеріалі, не розкрита конструкція сонячного вітрила. Відомий також відбивач, що містить трансформований каркас у вигляді кільцевих соленоїдів з кільцевими маховиками, встановленими в них і виконаними з матеріалу з термомеханічною пам'яттю форми, а також розкладних стрижньових багатокутних рамок, що сполучаються з кільцевими соленоїдами за допомогою стикувальних вузлів. Дзеркальна плівкова основа відбивача виконана у вигляді смуг, що прикріплюються до рамок через формозадавальні елементи та регулятори натягу плівки. Зазначені елементи можуть бути виконані у вигляді кільцевих соленоїдів з кільцевими маховиками, що несуть на собі смуги плівки та надають відбивачеві складної, наприклад, параболічної, форми. Частина смуг плівки може з'єднуватися з рамками за схемою керованих жалюзі при використанні поверхонь відбивача як сонячне вітрило. На орбіті конструкція відбивача розкривається за рахунок ефекту пам'яті форми кільцевих маховиків, за допомогою пружинних приводів та фіксаторів стрижнів рамок, а остаточна форма поверхні плівки і керування орієнтацією відбивача здійснюються розкручуванням кільцевих маховиків всередині кільцевих соленоїдів та перерозподілом сумарного кінетичного моменту системи між різними кільцевими маховиками довжини [RU № 2104906 СІ, B64G1/22, 1998]. Вказана конструкція є достатньо складною. Найближчою до конструкції, що заявляється, є безкаркасна конструкція з жорсткою та гнучкою структурою у вигляді тонкої плівки (сонячне космічне вітрило або плівковий рефлектор, сітчасте металеве полотно або плівкові панелі сонячних батарей і тому подібне), формована відцентровими силами і укладена шляхом спірального намотування на окремий єдиний барабан, закріплений у центрі мас обертання та обладнаний керуючим приводом, закріпленим на корпусі літального апарата. Безкаркасну конструкцію виконують прямокутною, квадратною, трикутною, а також опуклоувігнутої форми, у вигляді, наприклад, параболоїда або гіперболоїда обертання та інших довільних форм, для чого суміщають центр парусності конструкції з центром її мас. Зазначена безкаркасна конструкція з жорсткою та гнучкою структурою є достатньо складною і дорогою. 5 Найближчим до способів, що заявляються, є спосіб укладання та розгортання у космосі зазначеної безкаркасної конструкції. Після виведення літального апарата у космічний простір корпус апарата з конструкцією орієнтують та стабілізують за допомогою ракетних двигунів, витрачаючи робоче тіло, і закручують увесь апарат з конструкцією до величезної небезпечної для конструкції швидкості порядку декількох обертів за секунду, використовуючи для протиобертання розгінний блок носія або ракетні двигуни. При цьому відцентрові сили розгортають вітрило за інерцією, момент якої некерований і швидко зменшується на декілька порядків у міру розгортання конструкції. Конструкція може бути розгорнена тільки один раз, а програма тяги сонячного вітрила в режимі розгону чи гальмування полягає у постійному керуванні орієнтацією, де половину кола орбіти площину вітрила тримають перпендикулярно променям сонця, а іншу половину - за їх напрямком [RU № 2002133269А, B64G1/00, 2004]. Даний спосіб розгортання у космосі безкаркасної конструкції є складним, і через обертання конструкції ускладнюється вирішення задачі безперервного та плавного наведення космічного дзеркала із заданим кутом нахилу на рухомі об'єкти. В основу винаходу поставлено задачу створення космічного дзеркала, яке мало би просту конструкцію і було би недорогим у виготовленні. Друга та третя задачі, поставлені в основу винаходу, - це створення простих способів розгортання космічного дзеркала у космосі, які давали б можливість як точної орієнтації поверхні космічного дзеркала у просторі, так і безперервного та плавного наведення на рухомі об'єкти під заданим кутом нахилу. Поставлена задача вирішується тим, що космічне дзеркало, яке має конструкцію з жорсткою та гнучкою структурою у вигляді тонкої плівки, згідно з винаходом, з боку, зверненого до супутника, містить жорсткий каркас з жорсткою пластиною в його центрі, від країв якої в радіальному напрямку розходяться легкосплавні металеві штанги, складені перпендикулярно жорсткій пластині та виконані з можливістю їх розкриття автоматично механічним способом, жорсткий каркас приклеєно до центру металізованої плівкової основи, розташованої у складеному вигляді всередині простору, утвореного легкосплавними металевими штангами та жорсткою пластиною, і виконаної з можливістю розгортання та утворення робочої поверхні космічного дзеркала, по поверхні космічного дзеркала з боку, зверненого до супутника, розташовані канали у вигляді тонкостінних шлангів, виконаних з того ж плівкового матеріалу, що й робоча поверхня, з можливістю подачі до них газу для розгортання металізованої плівкової основи та утворення робочої поверхні космічного дзеркала. Діаметр жорсткої пластини виконано меншим, ніж діаметр супутника. Легкосплавні металеві штанги виконані на пружинних шарнірах з фіксаторами. Легкосплавні металеві штанги мають довжину не менше 3м. 93421 6 Друга поставлена задача вирішується тим, що у способі розгортання у космосі вказаного космічного дзеркала, згідно з яким на орбіту Землі виводять штучний супутник, що складається з двох основних модулів - космічного дзеркала для відбиття сонячних променів, яке знаходиться у складеному вигляді, і власне супутника з автоматичною системою наведення, супутник стабілізують у просторі, космічне дзеркало розгортають і наводять у просторі так, щоб його робоча поверхня відбивала сонячні промені на задану точку поверхні Землі, згідно з винаходом, розкривають автоматично механічним способом складені легкосплавні металеві штанги, а у шланги, розташовані по поверхні космічного дзеркала з боку, зверненого до супутника, подають газ, пневматично розгортаючи металізовану плівкову основу для утворення робочої поверхні космічного дзеркала. Перша поставлена задача вирішується також тим, що космічне дзеркало, яке має конструкцію з жорсткою та гнучкою структурою у вигляді тонкої плівки, згідно з винаходом, з боку, зверненого до супутника, містить жорсткий каркас з жорсткою пластиною в його центрі, від країв якої в радіальному напрямку розходяться легкосплавні металеві штанги, складені перпендикулярно жорсткій пластині та виконані з можливістю їх розкриття автоматично механічним способом, жорсткий каркас приклеєно до центру металізованої плівкової основи, розташованої у складеному вигляді всередині простору, утвореного легкосплавними металевими штангами та жорсткою пластиною, і виконаної з можливістю розгортання за рахунок статичної електрики та утворення робочої поверхні космічного дзеркала. Діаметр жорсткої пластини виконано меншим, ніж діаметр супутника. Легкосплавні металеві штанги виконані на пружинних шарнірах з фіксаторами. Легкосплавні металеві штанги мають довжину не менше 3м. Третя поставлена задача вирішується тим, що у способі розгортання у космосі вказаного космічного дзеркала, згідно з яким на орбіту Землі виводять штучний супутник, що складається з двох основних модулів - космічного дзеркала для відбиття сонячних променів, яке знаходиться у складеному вигляді, і власне супутника з автоматичною системою наведення, супутник стабілізують у просторі, космічне дзеркало розгортають і наводять у просторі так, щоб його робоча поверхня відбивала сонячні промені на задану точку поверхні Землі, згідно з винаходом, розкривають автоматично механічним способом складені легкосплавні металеві штанги, а на металізовану плівкову основу робочої поверхні космічного дзеркала подають статичну електрику, одержуючи по периметру робочої поверхні концентрацію електронів, які розгортають її у робочу поверхню та при плавному наведенні космічного дзеркала на необхідний кут повертають і його центральну частину, вирівнюючи площину космічного дзеркала у потрібному напрямку. 7 Перевагами варіантів космічного дзеркала, що заявляються, у порівнянні з прототипом є прості конструкції та недорогий спосіб їх виготовлення. Переваги способів, що заявляються, у порівнянні з прототипом полягають у простоті розгортання космічного дзеркала у космосі та можливості як точної орієнтації у просторі, так і безперервного та плавного наведення на рухомі об'єкти. Це стає можливим завдяки порівняно невеликій масі космічного дзеркала щодо його площі та гіроскопічній стабілізації супутника наведення або космічної станції у просторі (платформи). Винахід пояснюється схемами. На Фіг.1 зображено космічне дзеркало з системою керування та орієнтації у просторі; на Фіг.2 - конструкція розгорненого космічного дзеркала з пневматичним способом розкриття, бік, звернений до супутника (варіант перший); на Фіг.3 - конструкція розгорненого космічного дзеркала з електростатичним способом розкриття, бік, звернений до супутника (варіант другий). У першому варіанті виконання (Фіг.1) космічне дзеркало з боку, зверненого до супутника 1, містить жорсткий каркас, що має в центрі жорстку пластину 2, наприклад, круглої форми, діаметр d1 якої менше діаметра d2 супутника 1. Від країв жорсткої пластини 2 (у радіальному напрямку розгорненого космічного дзеркала) розходяться легкосплавні металеві штанги 3, що мають довжину не менше 3м, складені перпендикулярно жорсткій пластині 2 і виконані з можливістю їх розкриття автоматично механічним способом. Легкосплавні металеві штанги 3 виконані на пружинних шарнірах 4 з фіксаторами. Жорсткий каркас приклеєно до центру металізованої плівкової основи 5, розташованої у складеному вигляді всередині простору, утвореного легкосплавними металевими штангами 3 та жорсткою пластиною 2, і виконаної з можливістю розгортання та утворення робочої поверхні, наприклад, круглої, космічного дзеркала. По поверхні космічного дзеркала з боку, зверненого до супутника, розташовані канали у вигляді тонкостінних шлангів 6, виконані з того ж плівкового матеріалу, що й робоча поверхня, з можливістю подачі до них повітря для розгортання металізованої плівкової основи 5. Спосіб розгортання у космосі космічного дзеркала за першим варіантом виконання здійснюють наступним чином. На орбіту Землі виводять штучний супутник, що складається з двох основних модулів - космічного дзеркала 2 для відбиття сонячних променів, яке знаходиться у складеному вигляді, і власне супутника 1 з автоматичною системою наведення. 93421 8 Супутник 1 стабілізують у просторі. Космічне дзеркало розгортають і наводять у просторі так, щоб його робоча поверхня відбивала сонячні промені на задану точку поверхні Землі. Автоматично механічним способом розкривають складені легкоплавні металеві штанги 3, а у шланги 6, розташовані по поверхні космічного дзеркала з боку, зверненого до супутника 1, подають газ, пневматично розгортаючи металізовану плівкову основу 5 для утворення робочої поверхні космічного дзеркала, наприклад, круглої форми. У другому варіанті виконання (Фіг.2) космічне дзеркало з боку, зверненого до супутника 1, містить жорсткий каркас, що має в центрі жорстку пластину 2, наприклад, круглої форми, діаметр якої d1 менше діаметра d2 супутника. Від країв жорсткої пластини 2 (у радіальному напрямку розгорненого космічного дзеркала) розходяться легкосплавні металеві штанги 3, що мають довжину не менше 3м, складені перпендикулярно жорсткій пластині 2 та виконані з можливістю їх розкриття автоматично механічним способом. Легкосплавні металеві штанги 3 виконані на пружинних шарнірах 4 з фіксаторами. Жорсткий каркас приклеєно до центру металізованої плівкової основи 5, розташованої у складеному вигляді всередині простору, утвореного легкосплавними металевими штангами 3 та жорсткою пластиною 2, і виконаної з можливістю розгортання за рахунок статичної електрики, утворення робочої поверхні, наприклад, круглої форми, космічного дзеркала. Спосіб розгортання у космосі космічного дзеркала за другим варіантом виконання здійснюють наступним чином. На орбіту Землі виводять штучний супутник, що складається з двох основних модулів - космічного дзеркала 2 для відбиття сонячних променів, яке знаходиться у складеному вигляді, і власне супутника 1 з автоматичною системою наведення. Супутник 1 стабілізують у просторі. Космічне дзеркало розгортають і наводять у просторі так, щоб його робоча поверхня відбивала сонячні промені на задану точку поверхні Землі. Далі розкривають автоматично механічним способом складені легкосплавні металеві штанги 3. На металізовану плівкову основу 5 робочої поверхні космічного дзеркала подають статичну електрику. Електрони, відштовхуючись один від одного, концентруються по периметру 7 робочої поверхні, розгортаючи космічне дзеркало. При плавному наведенні космічного дзеркала на необхідний кут повертається і його центральна частина. Статичний заряд по периметру 7 робочої поверхні вирівнює площину космічного дзеркала у потрібному напрямку. 9 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 93421 Підписне 10 Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601