СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ОЗОНОВОГО СЛОЯ ЗЕМЛИ Российский патент 1997 года по МПК C01B13/10 B64G1/46 

Изобретение относится к космической технике и экологии и может быть использовано при создании космических систем для восстановления озонового слоя Земли.

Известен способ восстановления озонового слоя Земли, предложенный в [1] Он заключается в облучении из космоса верхнего слоя атмосферы лазерным излучением определенной длины волны. В результате совместного солнечного и лазерного облучения молекула кислорода переходит в атомарное состояние, после чего в результате взаимодействия атома и молекулы кислорода образуется озон. В результате совместного облучения солнечным и лазерным излучением резко возрастает интенсивность генерации озона.

Ближайшим аналогом является способ эксплуатации КА для восстановления озонового слоя, описанный в [2] Он заключается в выводе на рабочую орбиту КА, генерации лазерного и микроволнового излучения и дистанционного облучения верхнего слоя атмосферы Земли.

Однако в известном способе эксплуатации не конкретизирована рабочая орбита, а также направление луча лазера, что может снизить эффективность системы генерации, привести к дополнительным затратам топлива на стабилизацию КА. При эксплуатации такого КА необходимо выбрать орбиту функционирования таким образом, чтобы верхний слой атмосферы облучался одновременно солнечным светом и лазерным излучением, так как в этом случае интенсифицируется генерация озона. При этом необходимо, чтобы КА не попадал в тень Земли и одновременно он обеспечивал бы облучение экваториальных областей Земли, где эффективность облучения максимальна.

Техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является повышение эффективности системы восстановления озонового слоя за счет выбора оптимальной орбиты функционирования, при которой облучение верхнего слоя атмосферы происходит непрерывно и с наибольшей эффективностью.

Указанный технический результат достигается в способе эксплуатации КА для восстановления озонового слоя Земли, включающем вывод на рабочую орбиту КА, генерацию лазерного и микроволнового излучения и дистанционное облучение верхнего слоя атмосферы Земли, в котором облучают часть верхнего слоя Земли, оснащенную Солнцем при нахождении КА на солнечно-синхронной орбите, при этом облучение производят из центра масс КА в направлении, перпендикулярном вектору скорости орбитального движения КА. Высота солнечно-синхронной орбиты составляет не менее 1600 км, а наклонение рабочей орбиты не менее 102 град.

Чертеж поясняет суть способа эксплуатации КА.

КА для восстановления озонового слоя Земли содержит энергетическую установку 1, например, в виде ядерно-энергетической установки, систему генерации и дистанционной передачи энергии в виде генератора 2 излучения (лазерного или микроволнового) и системы управляемых силовых зеркал 3, обеспечивающих заданное направление излучения, и системы управления 4, которая обеспечивает как функционирование КА в целом, так и его отдельных систем.

Способ эксплуатации КА для восстановления озонового слоя Земли реализуется следующим образом.

После вывода КА на опорную орбиту или сборки КА на монтажной орбите КА с помощью специального транспортного средства межорбитального буксира - переводится на рабочую орбиту высотой не менее 1600 км и наклонением не менее 102 град. Такая орбита обеспечивает следующие преимущества перед другими:
зона взаимодействия лазерных лучей всех КА системы с атмосферой на высотах расположения озонового слоя за счет суточного вращения Земли охватит сферу в диапазоне географических широт от 65^o с.ш. до 40^o ю.ш. что обеспечивает увеличение концентрации озона на площади, закрывающей все земные материки, кроме Антарктиды;
выбранная орбита относится к разряду солнечно-синхронных. Скорость ее процессии составляет один оборот в год. Это означает, что она в годовом вращении отслеживает положение Солнца, позволяя непрерывно обеспечивать одновременное взаимодействие лазерных лучей всех КА системы с освещенной Солнцем стратосферой:
принятые параметры орбиты обеспечивают постоянную освещенность КА, что рационально при использовании на них в качестве энергетической установки солнечной установки.

Учитывая наличие на КА энергетической установки, целесообразно использовать самовывод КА с опорной орбиты или с опорно-монтажной на рабочую с использованием электроракетных двигателей, питаемых от бортовой энергоустановки.

После вывода КА на рабочую орбиту производится пуск энергетической установки 1. Вырабатываемая электроэнергия подается на генератор 2, который генерирует лазерное или микроволновое излучение. Излучение подается из генератора 2 на систему управляемых силовых зеркал 3, которые установлены в центре масс КА и повернуты таким образом, чтобы отраженный от зеркала 3 луч 5 был перпендикулярен вектору скорости 6 орбитального движения КА. Благодаря расположению отражающего зеркала 3 в центре масс КА, и, следовательно, обеспечения излучения из центра масс КА, не происходит разворота КА относительно его центра масс под действием реактивной силы излучения. Благодаря повороту зеркала таким образом, что отраженный от него луч 5 перпендикулярен вектору скорости 6 орбитального движения КА не происходит изменения орбиты движения КА. Все это экономит расход рабочего тела системы коррекции орбиты КА.

Отраженный от зеркала 3 луч 5 лазерного или микроволнового излучения достигает освещенного Солнцем верхнего слоя атмосферы 7, где на высотах 20-35 км от поверхности Земли происходит интенсивное образование озона под совместным действием солнечного и лазерного излучения или нейтрализации озоноразрушающих примесей под действием микроволнового излучения. Образовавшийся в этих широтах озон под действием атмосферных процессов переносится и в более высокие широты.

Создание и эксплуатация группировки таких КА позволит решить проблему восстановления озонового слоя Земли.

Использование: в космической технике и экологии при создании космических средств для восстановления озонового слоя Земли. Сущность изобретения: космический аппарат, снабженный энергоустановкой и системой дистанционной передачи лазерного и микроволнового излучения верхнему слою атмосферы, выводится на солнечно-синхронную орбиту, например, высотой 1600 км и наклонением 102 град., и осуществляет излучение из центра масс космического аппарата перпендикулярно вектору скорости орбитального движения космического аппарата. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ эксплуатации космического аппарата для восстановления озонового слоя Земли, включающий вывод на рабочую орбиту космического аппарата, генерацию лазерного или микроволнового излучения и дистанционное облучение верхнего слоя атмосферы Земли, отличающийся тем, что облучают часть верхнего слоя атмосферы Земли, освещенную Солнцем при нахождении космического аппарата на солнечно-синхронной орбите, при этом облучение производят из центра масс космического аппарата в направлении, перпендикулярном вектору скорости орбитального движения космического аппарата
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что высота солнечно-синхронной орбиты составляет не менее 1600 км. 3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что наклонение рабочей орбиты составляет не менее 102^o.