СПОСОБ СОЗДАНИЯ СВЕТЯЩИХСЯ ИСКУССТВЕННЫХ ОБРАЗОВАНИЙ В ОКОЛОЗЕМНОМ КОСМИЧЕСКОМ ПРОСТРАНСТВЕ Российский патент 2000 года по МПК H05H1/00 

Изобретение относится к области ракетно-космической техники, а именно к способам создания в околоземном космическом пространстве (ОКП) долгоживущих светящихся образований, кроме того, изобретение может быть использовано в рекламных и эстетических целях, например в проведении космических шоу.

Известны способы получения светящихся искусственных образований в околоземном космическом пространстве [1,2] при исследовании ионосферы путем воздействия на электропроводящий слой заряженными частицами большой энергии, в частности насыщение искусственным путем атомарным кислородом электропроводящего слоя ионосферы перед его возбуждением пучком заряженных частиц.

Недостатками указанных способов являются невозможность получения светящихся долгоживущих (десятки минут), крупноразмерных (в сотни километров) и различной цветовой гаммы искусственных образований. Кроме того, для осуществления способов активного воздействия на ионосферу с помощью пучка большой энергии требуется создание технически сложных устройств, потребляющих большое количество энергии, имеющих низкий КПД, высокое напряжение источников электропитания, сложных в управлении и экономически нерентабельных. Устройства подобного рода будут иметь неприемлемые массогабаритные характеристики.

Известен также способ активного воздействия на ОКП Земли и образования с помощью этого долгоживущих, крупномасштабных, плазменных образований путем инжекции в ионосферу Земли плазмы, полученной в электрических генераторах, работающих на щелочных и щелочноземельных металлах [3,4]. Данный способ позволяет создать светящиеся долгоживущие искусственные плазменные образования и управлять ими во времени и пространстве. Но при реализации этого способа для получения крупномасштабных искусственных образований с характерным размером их в сотни километров требуется в течение 5 - 10 мин инжектировать плазму с расходом нескольких граммов в секунду, при этом потребляемая мощность будет составлять несколько десятков (даже сотен) кВт, а масса установки составит сотни кг. Это экономически не выгодно.

Наиболее близким, принятым за прототип, является способ создания светящихся искусственных образований путем получения паров плазмообразующих веществ и выброса их в окружающее космическое пространство [5]. В этом способе пары плазмообразующих веществ получают в пиротехнических генераторах. В качестве плазмообразующих веществ используются щелочные и щелочноземельные металлы. Это позволяет получить красочные долгоживущие (время жизни - десятки минут) и крупноразмерные образования ( до сотни километров). Но в связи с плохой степенью ионизации вещества в пиротехническом генераторе, а также низкого КПД использования рабочего тела (несколько %) и наличие в выбрасываемом веществе пиротехнического вещества, составляющего значительную часть от обшей массы и не участвующего в создании светящегося искусственного образования, увеличивается общая потребная масса (пиротехнический состав + плазмообразующее вещество) пиротехнического генератора до десяти килограмм и более. При этом трудно, практически невозможно, управлять размерами светящегося искусственного образования в пространстве и во времени.

Нашим изобретением решается задача создания светящихся искусственных долгоживущих крупномасштабных образований, размерами которых можно управлять во времени и пространстве, а также получение светящихся образований неограниченной цветовой гаммы и обеспечение энергосбереженности.

Для достижения поставленной задачи в предлагаемом способе, включающем получение в околоземном космическом пространстве светящихся облаков, за счет выброса паров плазмообразующих веществ в околоземное космическое пространство дополнительно выбрасывают плазму, полученную в источнике плазмы, а пары различных плазмообразующих веществ, полученные за счет тепла, выделяемого в тепловом аккумуляторе, выбрасывают одновременно с выбросом плазмы в заданную точку околоземного космического пространства с возможностью изменения направления выбросов как паров плазмообразующих веществ так и плазмы. При этом необходимое количество выбрасываемой плазмы, а, следовательно, и секундный расход существенно сокращаются (примерно на порядок). Кроме того, в качестве источников плазмы используют дуговые и магнитоплазмодинамические ускорители плазмы, работающие от низковольтных источников электропитания (≈ 10 В). Тепло в тепловом аккумуляторе получают за счет сгорания термитной смеси, причем полученный продукт сгорания в твердой фазе является собственно тепловым аккумулятором. Использование других плазменных ускорителей, например, электростатических, нецелесообразно из-за их существенно больших массогабаритных характеристик и потребности в высоковольтных источниках электропитания.

Предложенный способ позволяет избежать недостатков выше перечисленных аналогов, что обеспечивает создание светящихся образований долгоживущих (десятки минут), крупномасштабных с характерным продольным размером в сотни километров, позволяет управлять ими в пространстве и во времени за счет фиксированного истечения паров (отсутствие взрыва). Время истечения может быть десятки секунд (а не доли секунд, как в способе с использованием пиротехнического генератора). Степень ионизации и КПД использования рабочего тела в устройствах, применяемых при реализации данного способа, существенно выше. С учетом этого, а также в связи с отсутствием пиротехнического состава в генераторе пара потребная масса устройств, в которых реализуется этот способ, существенно меньше, а получаемый технический эффект при одинаковой массе значительно выше (размер светящегося образования больше).

Данный способ осуществляется с помощью баллистических ракет, например метеоракет МР-12 и МР-20, а также космических аппаратов. В соответствии с предлагаемым способом выбрасываем в нужный и определяемый по циклограмме или по сценарию космического шоу момент из ускорителя (источника) плазму и направляем ее в околоземное космическое пространство одновременно с выбросом паров плазмообразующих веществ, полученных в тепловом аккумуляторе. Выброшенные пары плазмообразующих веществ и плазмы, быстро расширяясь из-за диффузии в вакууме (высота выброса ≈ 100 - 1000 км), через несколько минут займут область размером в десятки и сотни километров. При этом в околоземном космическом пространстве создается искусственное плазменное образование в результате сложных взаимодействий инжектируемых составляющих, фоновой плазмы, излучения Солнца и магнитного поля Земли. В зависимости от инжектируемого состава смеси создается желаемая гамма цветов: желто-оранжевых (натрий, литий), зеленых (барий), красных (рубидий) и др. Варьируя состав и условия выброса, т. е. изменяя положение источника плазмы относительно своей оси, изменяя геометрию выходного отверстия устройства выброса плазмообразующих веществ, можно создать искусственные светящиеся образования различных цветов, изменяющихся во времени форм и размеров. Пример эволюции светящегося облака во времени и пространстве представлен на чертеже.

С помощью предложенного технического решения возможно создавать красочное "космическое шоу", увидеть которое получат возможность большое количество людей, рассредоточенных на значительных территориях (даже на разных континентах), что весьма актуально в связи с приближением третьего тысячелетия, встреча которого будет отмечаться всем человечеством.

Передачу "космического шоу" можно осуществлять по интернету и телевидению с помощью специально запущенных для этого космических аппаратов. Кроме того, можно также организовать красочную рекламу в космосе.

Источники информации
1. Дзюбенко Н.И. и др. Исследование светящихся образований в ионосфере. Космические исследования. - 1978, т. XYI, вып. 6, с. 963-965.

2. А.с. СССР N 1279505, кл. H 05 H 1/00. Способ получения светящихся образований в ионосфере. А.А. Польшаков. Опублик. 07.06.88. Бюл. N 21.

3. Авдюшин С.И., Романовский Ю.А. и др. Программа "Активные эксперименты и антропогенные эффекты в ионосфере. Организация , аппаратурно-методическое обеспечение. " Основные результаты исследований. Космические исследования, вып. 1, 1993 г.

4. Александров В. А., Романовский Ю.А., Уткин Ю.А. и др. Электрические источники плазмы и пучков заряженных частиц для активных экспериментов в околоземном космическом пространстве (обзор). - М.: Московское отделение Гидрометеоиздата, 1990.

5. Авдюшин С. И. , Романовский Ю.А. и др. Предварительные результаты исследований искусственных образований в ионосфере в экспериментах по проекту "CRRES". Космические исследования. - 1993, вып. 1, с. 71 - 83.

Изобретение относится к области ракетно-космической техники, а именно к способам создания в околоземном космическом пространстве долгоживущих светящихся образований, может быть использовано в рекламных и эстетических целях, например, при проведении космических шоу. Техническим результатом изобретения является создание светящихся искусственных долгоживущих крупномасштабных образований, размерами которых можно управлять во времени и пространстве, а также получение светящихся образований неограниченной цветовой гаммы и обеспечение энергосбереженности. В околоземное космическое пространство дополнительно выбрасывают плазму, полученную в источнике плазмы, а пары различных плазмообразующих веществ, полученные за счет тепла, выделяемого в тепловом аккумуляторе, выбрасывают одновременно с выбросом плазмы в заданную точку околоземного космического пространства с возможностью изменения направления выбросов как паров плазмообразующих веществ, так и плазмы. 2 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ создания светящихся искусственных образований в околоземном космическом пространстве, включающий получение светящихся облаков за счет выброса паров плазмообразующих веществ, отличающийся тем, что в заданную точку околоземного космического пространства дополнительно выбрасывают плазму, полученную в источнике плазмы, а пары различных плазмообразующих веществ, полученные за счет тепла, выделяемого в тепловом аккумуляторе, выбрасывают одновременно с выбросом плазмы с возможностью изменения направления выбросов как паров плазмообразующих веществ, так и плазмы. 2. Способ создания светящихся искусственных образований в околоземном космическом пространстве по п.1, отличающийся тем, что в качестве источников плазмы используют дуговые или магнитоплазмодинамические ускорители плазмы. 3. Способ создания светящихся искусственных образований в околоземном космическом пространстве по п.1, отличающийся тем, что тепло в тепловом аккумуляторе получают за счет сгорания термитной смеси, причем полученный продукт сгорания в твердой фазе является собственно тепловым аккумулятором.