УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ИЛЛЮМИНАТОРА Российский патент 1998 года по МПК B64G1/22 G01N21/15 

Изобретение относится к космической технике и предназначено для защиты иллюминаторов космических аппаратов от воздействия различных малоразмерных космических частиц, например космической пыли, микрометеоритов и т.п.

Известны различные устройства для очистки поверхностей, например, губки, щетки [1,2,3]. Их недостатки заключаются в низкой производительности, кроме того, они удаляют загрязнения после того, как частицы провзаимодействовали с поверхностью, подвергаемой очистке.

Известны различные варианты устройства для очистки автомобильных стекол, например [4] . Их недостаток заключается в том, что они удаляют загрязнения после того, как частицы провзаимодействовали с очищаемой поверхностью.

Известны различные варианты пылесосов, например, описанные в [5,6], однако они неприменимы в космических условиях.

Известны также различные варианты устройств для очистки поверхности от магнитных частиц, например [7], в которых сбор магнитных частиц осуществляется с помощью постоянных магнитов. Их недостаток заключается в том, что известные устройства удаляют магнитные частицы после того, как частицы провзаимодействуют с очищаемой поверхностью.

Известны защитные крышки для зеркал инфракрасного телескопа, установленного на борту космического корабля типа "Шаттл" [8]. Их недостаток заключается в том, что они защищают зеркала только в нерабочем состоянии телескопа, а при проведении наблюдений крышки должны быть открыты.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является приспособление для очистки стекол с обеих сторон с помощью магнитного устройства [9], содержащее две снабженные постоянными магнитами щетки, к которым подведены шланги, по которым подается очищающая жидкость. Щетки устанавливаются с обеих сторон стекла. Взаимное притяжение магнитов обеспечивает прижимание щеток к обеим поверхностям стекла. При передвижении одной из щеток по поверхности стекла вторая щетка за счет притяжения магнитов перемещается одновременно с первой щеткой.

Недостаток известного устройства заключается в том, что оно осуществляет очистку стекла после того, как загрязняющие частицы провзаимодействовали с очищаемой поверхностью.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении долговечности иллюминатора за счет снижения интенсивности бомбардировки иллюминатора малоразмерными космическими частицами.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в известное устройство, содержащее постоянный магнит, внесены следующие усовершенствования: постоянный магнит выполнен в виде постоянного кольцевого магнита с осевой намагниченностью и установлен соосно иллюминатору. Такое построение устройства позволяет решить задачу изобретения путем изменения траектории малоразмерных космических частиц таким образом, что они не попадают на иллюминатор. Следует отметить, что малоразмерные космические частицы обладают высокими скоростями (десятки километров в секунду), поэтому их удары разрушают поверхность иллюминатора, что приводит, по меньшей мере, к снижению прозрачности. При этом локальные повреждения поверхности иллюминатора рассеивают подающее оптическое излучение, в результате чего увеличивается фоновая засветка. Поэтому существенным является тот факт, что по сравнению с прототипом заявляемое устройство не очищает поверхность иллюминатора после того, как частицы провзаимодействовали с поверхностью иллюминатора, а снижает количество частиц, бомбардирующих поверхность иллюминатора за счет изменения их траектории в магнитном поле постоянного кольцевого магнита с осевой намагниченностью.

Сущность изобретения поясняется описанием конкретного, но не ограничивающего заявляемое техническое решение, варианта выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых:
на фиг. 1 приведен разрез устройства для защиты иллюминатора;
на фиг. 2 приведена структура магнитного поля постоянного кольцевого магнита с осевой намагниченностью.

На фиг. 1 приведены следующие обозначения: 1 - корпус космического аппарата, 2 - винт, 3 - держатель, 4 - постоянный кольцевой магнит с осевой намагниченностью, 5 - прижимная гайка, 6 - герметизирующая прокладка, 7 - иллюминатор. Герметичность иллюминатора 7 обеспечивается герметизирующей прокладкой 6 и прижимной гайкой 5. Постоянный кольцевой магнит с осевой намагниченностью 4 фиксируется на корпусе 1 соосно иллюминатору 7 с помощью держателя 3, закрепленного к корпусу космического аппарата 1 винтами 2.

Устройство для защиты иллюминатора работает следующим образом. Малоразмерные космические частицы, попадающие в магнитном поле постоянного кольцевого магнита с осевой намагниченностью 4, изменяют свою траекторию и либо не попадают на поверхность иллюминатора 7, либо бомбардируют его поверхность по периферии апертуры иллюминатора 7. Такое поведение магнитных частиц объясняется особенностями пространственного распределения магнитного поля постоянного кольцевого магнита с осевой намагниченностью 4.

Структура магнитного поля постоянного кольцевого магнита с осевой намагниченностью 4 приведена на фиг. 2. Следует отметить, что впервые правильная картина магнитного поля постоянного кольцевого магнита с осевой намагниченностью 4 была показана в [10,11]. В ряде публикаций, например, в [12], для постоянного кольцевого магнита с осевой намагниченностью показана картина распределения магнитного поля, идентичная круговому витку с током, что совершенно неправильно.

Анализ структуры магнитного поля, приведенной на фиг. 2, позволяет сделать вывод, что оно ослаблено в пределах апертуры иллюминатора и возрастает вблизи постоянного кольцевого магнита с осевой намагниченностью 4. Магнитное поле будет воздействовать на большинство малоразмерных космических частиц: частицы, обладающие собственным магнитным полем, будут двигаться в направлении, совпадающем с направлением магнитного поля постоянного кольцевого магнита с осевой намагниченностью 4, т.е. будут бомбардировать не иллюминатор 7, а постоянный кольцевой магнит с осевой намагниченностью 4; частицы, намагничивающиеся под действием магнитного поля постоянного кольцевого магнита с осевой намагниченностью 4, тоже будут двигаться в направлении, совпадающем с направлением магнитного поля постоянного кольцевого магнита с осевой намагниченностью 4. т.е. тоже будут бомбардировать не иллюминатор 7, а постоянный кольцевой магнит с осевой намагниченностью 4, а частицы обладающие электрическим зарядом, будут под действием силы Лоренца [13] двигаться по винтовой линии, ось которой совпадает с направлением магнитного поля постоянного кольцевого магнита с осевой намагниченностью 4, т.е. такие частицы тоже будут бомбардировать не иллюминатор 7, а постоянный кольцевой магнит с осевой намагниченностью 4.

Для повышения эффективности защиты иллюминатора постоянный кольцевой магнит с осевой намагниченностью 4 может быть выполнен таким образом, чтобы величина магнитного поля возрастала при удалении от оси кольца в направлении, перпендикулярном оси кольца в пределах между отверстием кольца и наружной границей кольца, т.е. чтобы градиент магнитного поля был направлен вдоль радиальной координаты r при выполнении условия R_о≤r≤R_к, где R_о- радиус отверстия кольца; R_к - радиус внешней границы кольца.

Очевидно, что определенное количество космических частиц, на которые воздействует магнитное поле, все-таки будет бомбардировать иллюминатор 7, однако вызванные ими повреждения иллюминатора 7 будут располагаться, в основном, в периферийной области иллюминатора 7, поэтому наиболее важная для работы различных оптических систем центральная часть иллюминатора 7 оказывается наиболее защищенной заявляемым устройством.

Источники информации
1. Губка и способ ее изготовления. Патент США N 4627129, МПК⁴ A 47 L 13/16, НКИ 15-244с, опубл. 86.12.09, т. 1073. N 2.

2. Швабра с отжимающим приспособлением. Патент США N 4625356, МПК⁴ A 47 L 13/14, НКИ 15-119А, опубл. 86.12.02 т. 1073, N 1.

3. Приспособление для мытья, состоящее из швабры и отжимного устройства. Заявка ПНР N 244967, МПК³ A 47 L, опубл. 85.06.18, N 13.

4. Устройство для очистки внешних поверхностей передних и задних стекол автомобиля. Международная заявка N 92/19142, МПК⁵ A 47 L 1/06, опубл. 92.11.12, N 28.

5. Пылесос. Заявка ФРГ N 3515667, МПК⁴ A 47 L 5/00, опубл. 86.11.06, N 45.

6. Ручной пылесос. Патент США N 4610048, МПК⁴ A 47 L 5/24, НКИ 15-344, опубл. 86.09.09, т. 1070, N 2.

7. Стружкоуборщик. Авт. свид. СССР N 1818076, МПК⁵ A 47 L 13/41, опубл. 30.05.91. Бюл. N 20.

8. Оптические и инфракрасные телескопы 90-х годов./ Под ред. А.Хьюит. М. : Мир, 1983, с. 163.

9. Приспособление для очистки стекол с обеих сторон с помощью магнитного устройства. Заявка Японии N 4-352924, МПК⁵ A 47 L 1/12, 1/13, опубл. 92.12.08 (ИСМ, вып. 6, A 47, B 68, 1994, N 3, с. 50).

10. Остриков М.Ф. Новые проявления магнетизма. - СПб.: Тип. ВИКА им. А. Ф.Можайского, 1994, с. 25-27.

11. Лебедев И. Мир в магнитном кольце// Техника молодежи. 1991, N 6, с. 2-3.

12. Электроника. Энциклопедический словарь. - М.: Сов. энциклопедия, 1991, с. 424.

13. Физический энциклопедический словарь/ Гл. ред. А.М.Прохоров. - М.: Сов. энциклопедия, 1984. с. 351.

Изобретение относится к космической технике и предназначено для защиты иллюминаторов от воздействия различных малоразмерных, в том числе высокоскоростных, космических частиц. Устройство содержит установленный соосно иллюминатору постоянный кольцевой магнит с осевой намагниченностью, создающий поле, ослабленное в районе апертуры иллюминатора и усиленное к периферии, благодаря чему снижается интенсивность бомбардировки иллюминатора частицами, которые обладают собственным магнитным полем, намагничиваются от кольцевого магнита или электризуются под действием космической среды и отклоняются в этих случаях от центра иллюминатора к его периферии. 2 ил.

Устройство для защиты иллюминатора, содержащее постоянный магнит, отличающееся тем, что постоянный магнит выполнен в виде постоянного кольцевого магнита с осевой намагниченностью и установлен соосно иллюминатору.