Пристрій для відводу космічного об’єкта на безпечні орбіти

Реферат: Пристрій для відводу космічного об'єкта на безпечні орбіти, в якому сукупно застосовані силовий елемент, енергосилова установка, системи енергопостачання, навігації, керування, орієнтації та стабілізації вектору тяги та системи виявлення та спостереження космічних об'єктів, стиковки та/або захвату, зв'язку та передачі даних, з'єднання з космічним об'єктом. В енергосилову установку включено електричне вітрило, що, в свою чергу, включає, наприклад, набір встановлених на корпусі пристрою витягнутих на всю довжину дротів однакового розміру, які встановлені на відстані не більше радіусу Дебая один від одного, електронної гармати та керованого електричного з'єднання між кожним із дротів та гарматою, для чого кожен дріт та гармата з'єднані між собою через керований ключ, який, в свою чергу, з'єднаний з системою керування, електронна гармата електричними дротами з'єднана з системами керування та енергопостачання. UA 106946 U (54) ПРИСТРІЙ ДЛЯ ВІДВОДУ КОСМІЧНОГО ОБ'ЄКТА НА БЕЗПЕЧНІ ОРБІТИ UA 106946 U UA 106946 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до космічної техніки, конкретно - до очистки космічного простору від космічного сміття (КС). Відомий пристрій [1] для ухилення космічного апарата (КА) від зіткнення з небезпечним космічним об'єктом (КО), що включає для цього рушії, а саме: штовхачі - та нежорсткі зв'язки, що з'єднують у вихідному стані функціонально автономні частини КА, які у разі небезпеки відводяться від зустрічі з КО, а потім знову з'єднаються цими ж зв'язками. Недоліком цього рішення є принципова неможливість уведення КА в кінці терміну існування чи після дострокового виходу із ладу, а також будь-яких КО із числа космічного сміття (КС), на безпечні для діючих або перспективних КА орбіти (входу в атмосферу, з меншим строком існування або орбіти захоронення), що сприяє очищенню космосу від космічного сміття. Крім того це ускладнює технічне рішення, погіршує функціональні, габаритні, масові, інерційні, вартісні та інші характеристики апарата. Відомий КА за способом [2], що має ракетну двигунну установку для виведення останнього ступеня ракети-носія на "орбіту-могильник". Головним недоліком усіх подібних пристроїв є низька масова ефективність, пов'язана з необхідністю мати на борту запас робочого тіла для реактивного руху та допоміжні системи для зберігання цього тіла, його подачі та ін. Найбільш близьким аналогом є пристрій [3] для відводу космічного об'єкта на безпечні орбіти, в якому сукупно застосовані щонайменше силовий елемент, системи енергопостачання, навігації, керування, орієнтації та стабілізації вектору тяги та системи виявлення та спостереження космічних об'єктів, стиковки та/або захвату, зв'язку та передачі даних, з'єднання з космічним об'єктом, відділення у будь-якому складі та поєднанні. Його недоліки такі: - у разі використання реактивної енергосилової установки - низька масова ефективність, пов'язана з необхідністю мати на борту запас робочого тіла для реактивного руху та допоміжні системи для зберігання цього тіла, його подачі та ін., відносно велика вартість: - у разі використання тросових систем - низька масова ефективність, пов'язана з необхідністю мати на борту троси великої довжини, та суттєва небезпека ураження метеороїдом або космічним сміттям, відносно велика вартість; - у разі використання електродинамічних тросових систем - непридатність для полярних та геостаціонарних орбіт та суттєва небезпека ураження метеороїдом або космічним сміттям, відносно велика вартість; - у разі використання сонячних вітрил - складність у керуванні орієнтацією поверхні вітрила, суттєва небезпека ураження метеороїдом або космічним сміттям, низька масова ефективність, пов'язана з необхідністю мати на борту смуги великої довжини, відносно велика вартість, непрацездатність у тіні. В основу корисної моделі поставлена задача розробки пристрою для забезпечення можливості відводу будь-якого КО на безпечні орбіти підвищеної масової ефективності. Поставлена задача вирішується тим, що в пристрої для відводу космічного об'єкта на безпечні орбіти, в якому сукупно застосовані силовий елемент, енергосилова установка, системи енергопостачання, навігації, керування, орієнтації та стабілізації вектору тяги та системи виявлення та спостереження космічних об'єктів, стиковки та/або захвату, з'єднання з космічним об'єктом, відділення у будь-якому складі та поєднанні, в енергосилову установку включено електричне вітрило, що, в свою чергу, включає, наприклад, набір встановлених на корпусі пристрою витягнутих на всю довжину дротів однакового розміру, які встановлені на відстані не більше радіусу Дебая один від одного, електронної гармати та керованого електричного з'єднання між кожним із дротів та гарматою, для чого кожен дріт та гармата з'єднані між собою через керований ключ, який, в свою чергу, електричним дротом з'єднаний з системою керування, електронна гармата електричним дротом зв'язана з системами керування та енергопостачання. Електричне вітрило як рушійна енергосилова система, деталі її використання для переміщення у космосі та керування описані у [4]. Воно складається із набору коротких дротів, електрично зв'язаної з ними електричної гармати та допоміжних елементів. Керування відбувається немеханічним шляхом завдяки вибірковому електричному підключенню дротів до гармати. Тяга утворюється завдяки тиску протонів сонячного вітру. Суть корисної моделі продемонстрована на кресленні. На фіг. 1 зображено загальну схему пристрою, на фіг. 2 зображено схему пристрою, повністю інтегрованого з КО, з електричним вітрилом, на фіг. 3 зображено пристрій у статиці, на фіг. 4 зображено пристрій у дії, на фіг. 5 зображено приклад дії пристрою. Заявлена корисна модель реалізується таким чином (фіг. 1). 1 UA 106946 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Пристрій 1 за найближчим аналогом включає такі елементи та системи: енергосилову установку (ЕУ) 2 яка закріплена на силовому елементі; силовий елемент (СЕ) 3; систему виявлення та спостереження космічних об'єктів (СВСКО) 4 (на силовому елементі), яка електричними дротами з'єднана з системами керування та енергопостачання; систему стиковки та/або захвату космічних об'єктів (ССЗКО) 5 (на силовому елементі); систему енергопостачання (СЕП), 6 яка електричними дротами з'єднана з постачальниками; систему навігації (СН) 7 (на силовому елементі); систему керування (СК) 8 (на силовому елементі); систему орієнтації та стабілізації вектору тяги (СОСВТ) 9 (на силовому елементі); систему зв'язку та передачі даних (СЗПД) 10, яка електричними дротами з'єднана з постачальниками; систему з'єднання з космічним об'єктом (СЗКО) 11 на силовому елементі, яка електричними дротами з'єднана з постачальниками; систему відділення від КО (СВКО) 12 (на силовому елементі). ЕУ 2 забезпечує тягові зусилля для виконання всіх необхідних маневрів та орієнтації пристрою та його зв'язків з КО, а також саме вектора тяги. За найближчим аналогом всі зазначені системи і елементи можуть бути повністю або частково інтегровані з вказаними елементами та системами активних КО. Причому не інтегровані з КО елементи та системи виконані з можливістю з'єднання в єдиний або різні модулі різного рівня функціональної незалежності з можливістю функціонування разом як автономний КА. Електричне вітрило (ЕВ) 13 у складі ЕУ 2, як і всі згадані елементи і системи пристрою відомі із рівня техніки, але вони в сукупності створюють новий ефект, який не може бути досягнутий кожним із них окремо, а саме: рішення поставленої вище технічної задачі забезпечення можливості відводу будь-якого КО на безпечні орбіти підвищеної ефективності, мінімальних складності, вартості, з найменшим погіршенням функціональних, габаритних, масових, інерційних та інших характеристик діючих та передбачених до пуску апаратів. Розглянемо приклад повної інтеграції систем і елементів пристрою з такими для діючого КА 14 (фіг. 2). На КА 14 у складі ЕУ 2 встановлено ЕВ 13, яке включає: - електронну гармату (ЕГ) 15, з'єднану з СЕП 6 та СК 8; - набір дротів (Д) 16, кожен з яких з'єднаний механічно з зовнішньою поверхнею КА (тобто вони встановлені на ній) та електрично з'єднаний через свій керований ключ з ЕГ 15; - керовані ключі (КК) 17, 18 з'єднані з СК 8, ЕГ 15 та кожен зі своїм дротом 16. Пристрій діє при наявності сонячного вітру. Від Сонця 19 (фіг. 3) на КА 14 "віє" потік сонячного вітру (СВ) 20. На ЕГ 15 не подано електричне живлення від СЕП 6, тому дроти 16 не задіяні і орієнтовані довільно. При поданні СК 8 електричного живлення від СЕП 6 на ЕГ 15 формується електронний струмінь 21 (фіг. 4). По команді від СК 8 на КК 17 тих Д 16, що забезпечують тягу у заданому напрямку, вони електрично згаданим чином з'єднуються з ЕГ 15. Потік електронів із СВ 20 тече по дротах 16 через ЕГ 15 у космічний простір і замикається на них через віртуальну петлю. Д 16 та КА 14 від цього заряджаються позитивно. Від цього Д 16 один від одного відштовхуються і увесь набір Д 16 розпушується, як наелектризований чуб, як на фіг. 4 і головне, від Д 16 і КА 14 відштовхуються протони, оскільки вони з ними заряджені однаково позитивно. Це чиніть тиск на Д 16 та КА в цілому і створює тягу. Д 16 потрібні для збільшення поверхні для тиску. Наприклад, КА 14 рухається по коловій орбіті 22 Землі 23 у напрямку 24 з поз. 25 (фіг. 5) до поз. 26. Від Сонця 19 "дме" СВ 20. В поз. 25 гальмування не може відбутися, тому СК 8 не підключає ЕГ 15 до живлення від СЕП 6 та Д 16 до ЕГ 15. Коли тиск вже може гальмувати КА 14, наприклад, у поз. 26, тоді СК 8 підключає ЕГ 15 до живлення від СЕП 6 та Д 16 до ЕГ 15. Завдяки появі електронного променя 21 та протонам 27 з СВ 20 створюється тиск на Д 16 та КА 14 в цілому і відповідна тяга, як сказано вище. КА 14 гальмується і з часом переходить на орбіту спуску в щільні шари атмосфери 28. Підвищення ефективності пристрою, що заявляється, забезпечується принциповою можливістю уведення будь-яких КО на безпечні орбіти з мінімізацією складності, вартості, погіршення функціональних, габаритних, масових, інерційних та інших характеристик діючих та передбачених до пуску апаратів. Дійсно, не потрібні запаси робочого тіла та баків для їх зберігання для ЕУ (дроти у час нанотехнологій важать дуже мало), використані прості та дешеві елементи, вітер присутній завжди, немає вибухо- та пожежної небезпеки. Звідси усі переваги використання такого рушія у порівнянні з відомими для вирішення поставленої задачі: - підвищена масова ефективність (немає робочого тіла, тросів великої довжини), - мінімальна складність, в тому числі у керуванні, за рахунок малої кількості потрібних простих елементів; 2 UA 106946 U 5 10 15 20 - мінімальна вартість за рахунок малої кількості потрібних простих елементів; - необмежена працездатність, оскільки вітер присутній будь-де; - підвищена безпека внаслідок малої довжини дротів та відносно великої їх кількості. Таким чином, виконана поставлена задача розробки пристрою для забезпечення можливості відводу будь-якого КО на безпечні орбіти підвищеної масової ефективності, мінімальної складності, мінімальної вартості, необмеженої працездатності, підвищеної безпеки. Джерела інформації: 1. Пат. № 72416 Україна МПК В64G 1/22. Спосіб ухилення космічного апарата від зіткнення з небезпечним космічним об'єктом і пристрій для його для його здійснення // Авдеев В.В., Дронь М.М., Курінний В.В., Хорольський П.Г. - 20031213175. Заявл. 31.12.2003; опубл. 26.05.2008 / Бюл. № 10. 2. Пат. 46135 Україна МПК В64G 1/10, 1/24. Спосіб виведення штучного супутника на геостаціонарну орбіту // Вагнер Алан. - 99063224. Заявл. 12.09.97; Опубл. 15.08.2002 / Бюл. № 5. 3. Пат. 75901 Україна МПК H02N 11/00, В64G 1/10, 1/22, 1/24. Пристрій для відводу космічного об'єкта на безпечні орбіти // Дронь М.М., Хорольський П.Г., Хитько А.В., Дубовик Л.Г. - 201115269. Заявл. 22.12.2011; Опубл. 25.12.2012 / Бюл. № 24. 4. Пат. 2451629 РФ МПК В64G 1/40. Электрический парус для приведения в движение космического летательного аппарата // Янхуннен Пекка. - 2008134386/11. Заявл. 02.07.2007; Опубл. 10.04.2010 / Бюл. 15. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 35 Пристрій для відводу космічного об'єкта на безпечні орбіти, в якому сукупно застосовані силовий елемент, енергосилова установка, системи енергопостачання, навігації, керування, орієнтації та стабілізації вектора тяги та системи виявлення та спостереження космічних об'єктів, стиковки та/або захвату, зв'язку та передачі даних, з'єднання з космічним об'єктом, який відрізняється тим, що в енергосилову установку включено електричне вітрило, що, в свою чергу, включає, наприклад, набір встановлених на корпусі пристрою витягнутих на всю довжину дротів однакового розміру, які встановлені на відстані не більше радіусу Дебая один від одного, електронної гармати та керованого електричного з'єднання між кожним із дротів та гарматою, для чого кожен дріт та гармата з'єднані між собою через керований ключ, який, в свою чергу, з'єднаний з системою керування, електронна гармата електричними дротами з'єднана з системами керування та енергопостачання. 3 UA 106946 U 4 UA 106946 U Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5