КОМПЛЕКТ МЕБЕЛИ С ФИКСАЦИЕЙ ЧЕЛОВЕКА И ВЕЩИ В КОСМОСЕ И СПОСОБ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2013 года по МПК B64G1/00 B64G99/00 

Изобретение относится к космической технике, в частности, предназначенной для обеспечения нормальной жизнедеятельности людей в космических условиях.

Известны различные конструкции для фиксации человека и вещи, включающие механическую фиксацию человека или вещи к опорной поверхности помещения различными механическими устройствами [1].

Такие конструкции достаточно просты, надежны и их широкого используют в космических условиях для фиксации в невесомости космонавтов и вещей относительно поверхности помещения.

Однако такие конструкции требуют большого количества различных механических устройств, типа ремней, упругих элементов, скоб и других конструкций на поверхности помещений (корабля или станции), а также требуют определенных навыков и физических усилий для достижения прижатия человека или вещи к опорной или фиксирующей поверхности помещения. Кроме того, такие конструкции весьма далеки от конструкций, обеспечивающих привычный комфорт и условия жизни людей на поверхности Земли.

Известен комплект мебели, принятый за прототип, содержащий набор различных предметов мебели с их произвольным количеством и сочетанием, например предметы мебели для жилых комнат, рабочих помещений и других любых помещений [2].

Такой комплект мебели широко используется в жизни людей на поверхности Земли, обеспечивая жизненный комфорт людей, а также размещение и фиксацию вещей в различных предметах комплекта мебели.

Однако такой комплект мебели не может непосредственно использоваться в космических условиях для фиксации людей и вещей, так как невесомость не позволяет человеку или вещи фиксироваться к какой-либо поверхности предмета мебели.

Предлагаемое изобретение решает задачу по обеспечению привычного земного комфорта и условий жизни людей в космических условиях, что приводит к техническому результату в виде получения модернизированного комплекта мебели, обеспечивающего фиксацию человека и вещей в космических условиях невесомости относительно предметов комплекта мебели, а при необходимости - и относительно поверхности помещения.

Поставленная задача решается тем, что в известном комплекте мебели с фиксацией человека и вещи в космосе, содержащем набор различных предметов мебели с их произвольным количеством и сочетанием, по крайней мере, один предмет мебели имеет одну или несколько фиксирующих поверхностей, содержащих слой электрета и создающих электрическое поле, которое притягивает человека или вещь на фиксирующую поверхность, при этом такой слой электрета по площади составляет 10^-2% до 100% от площади фиксирующей поверхности.

Сам предмет мебели с фиксирующей поверхностью закреплен на поверхности помещения.

Стул, содержащий сиденье, спинку и ножки, где в качестве фиксирующей поверхности выступает сиденье и/или спинка, содержащие слой электрета.

Кресло, содержащее сиденье, спинку и подлокотники, ножки, где в качестве фиксирующей поверхности кресла выступает сиденье, и/или спинка, и/или подлокотники, содержащие слой электрета.

Диван и диван-кровать, содержащие основание, боковины и секции, где все секции дивана или диван-кровати снабжены слоем электрета и выступают в качестве фиксирующей поверхности.

Кровать, содержащая кроватный каркас и матрац, где в качестве фиксирующей поверхности выступает матрац, содержащий слой электрета.

Стол, содержащий столешницу и ножки, где в качестве фиксирующей поверхности выступает столешница, содержащая слой электрета.

Шкаф или тумба с отделениями, где в качестве фиксирующих поверхностей выступает одна из плоскостей каждого отделения.

Ящик, в том числе для шкафов, столов, тумб, содержащий боковые стенки и днище, где в качестве фиксирующей поверхности выступает днище, содержащее слой электрета.

Вешалка, где в качестве фиксирующей поверхности выступает любая из поверхностей вешалки, содержащая слой электрета.

Предмет мебели на поверхностях, контактирующих с поверхностью помещения, имеет слой электрета, а сама поверхность помещения имеет слой из диэлектрического материала.

Способ для осуществления комплекта мебели, включающий изготовление комплекта мебели в виде набора различных предметов мебели с их произвольным количеством и сочетанием, на выбранном предмете мебели образуют фиксирующую поверхность с помощью слоя электрета, создающего постоянное электрическое поле.

Воздействующее на человека электрическое поле от фиксирующей поверхности предмета мебели имеет напряженность одного порядка с электрическим полем на поверхности Земли,

Слой электрета фиксирующей поверхности получают за счет помещения на поверхность предмета мебели заранее полученного готового слоя электрета, выполненного в виде пленки, или пластины, или ткани, или иной формы.

Слой электрета фиксирующей поверхности получают за счет электрофизического и/или химического воздействия на поверхность какого-либо элемента предмета мебели.

Слой электрета фиксирующей поверхности получают при использовании готового слоя электрета в качестве какого-либо элемента предмета мебели.

Элемент предмета мебели, используемый в качестве фиксирующей поверхности, снабжают слоем электрета, который располагают на внешней плоскости фиксирующей поверхности с непосредственным контактом с человеком или вещью.

Элемент предмета мебели, используемый в качестве фиксирующей поверхности, выполняют из диэлектрического материала, при этом слой электрета располагают на внутренней плоскости фиксирующей поверхности и без непосредственного контакта с человеком или вещью.

Комплект мебели содержит набор различных предметов мебели, с их произвольным количеством и сочетанием, например различные предметы мебели для жилых помещений (на космическом аппарате - КА или космической станции - КС), рабочих и подсобных помещений, или иных возможных помещений. При этом начиная от одного предмета до основной части предметов мебели, а оптимально - все 100% предметов мебели, каждый отдельный предмет мебели имеет свою одну или несколько фиксирующих поверхностей, содержащих слой электрета. Здесь используют постоянное электрическое поле, создаваемое электретом, выполненным в виде плоскости фиксирующей поверхности предмета мебели, и это поле притягивает к такой фиксирующей поверхности диэлектрические предметы, в том числе и человека, и вещи из диэлектриков (а таких вещей - абсолютное большинство) и сочетания металлов с диэлектриками. Тем самым здесь обеспечивают фиксацию человека или вещи к фиксирующей поверхности в условиях невесомости в космосе. При этом слой электрета составляет от малой части площади фиксирующей поверхности - от 0,01% - в случае требования получения малого электрического поля и использования сильного электрета; и до 100% площади фиксирующей поверхности - в случае требования получения сильного поля.

Предметы мебели закреплены на поверхности помещения с помощью любых возможных устройств, например, привинчены или прикреплены к поверхности помещения, к «полу» (точнее, поверхности, выбранной в качестве «пола» в условиях невесомости), или используют иные оригинальные крепежные устройства. Тем самым обеспечивается фиксация предметов относительно «пола», а при фиксации человека или вещи на предмете мебели это позволяет автоматически зафиксировать одновременно и положение человека или вещи относительно «пола», поверхности помещения.

Стул, содержащий сиденье и спинку, имеет в качестве фиксирующей поверхности сиденье или спинку, или их сочетание, содержащие слой электрета в любом виде, что обеспечивает прилегание поверхности тела человека к сиденью и спинке в условиях невесомости.

Кресло, содержащее сиденье, спинку и подлокотники, имеет в качестве фиксирующей поверхности сиденье, и/или спинку, и/или подлокотники, в любом сочетании, содержащие слой электрета в любом виде, что обеспечивает прилегание поверхности тела в условиях невесомости к поверхностям сиденья, спинки и подлокотникам.

Диван и диван-кровать, содержащие основание, боковины и секции (разница лишь в том, что диван-кровать содержит еще и механизм трансформации), имеют в качестве фиксирующей поверхности секции дивана (или диван-кровати), которые снабжают слоем электрета в любом виде, что обеспечивает фиксацию человека в сидячем или лежачем положениях.

Кровать, содержащая кроватный каркас и матрац, имеет в качестве фиксирующей поверхности матрац, содержащий слой электрета, например, оптимально - при использовании электретной ткани в качестве материала поверхности матраца.

Стол, содержащий столешницу и ножки, имеет в качестве фиксирующей поверхности столешницу, содержащую слой электрета, что обеспечивает прилегание, прилипание и фиксацию вещей к фиксирующей поверхности столешницы.

Шкаф или тумба с отделениями имеет в качестве фиксирующих поверхностей одну из плоскостей каждого отделения со слоем электрета, при этом выбор конкретной плоскости в качестве фиксирующей зависит от назначения отделения и фиксируемых вещей-предметов, например, если бумага или книги и т.п., то фиксирующей выбирается нижняя плоскость отделения и т.д.

Ящик, в том числе для шкафов, столов, тумб, имеющий боковые стенки и днище, в качестве фиксирующей поверхности имеет днище, содержащее слой электрета, что обеспечивает фиксацию вещей относительно днища, в том числе и при выдвижении ящика из шкафа, стола или тумбы.

Вешалка в качестве фиксирующей поверхности имеет любую из поверхностей, на которой нанесен слой электрета, при этом вещь прилипает и фиксируется к такой поверхности.

В качестве одного из вариантов выполнения предмет мебели на поверхностях, контактирующих с поверхностью помещения, имеет закрепленный слой электрета, взаимодействующий с поверхностью помещения, которую в этом случае необходимо выполнять из диэлектрического материала, что обеспечивает закрепление предмета мебели на поверхности помещения за счет электрического поля электрета предмета мебели.

Способ для осуществления комплекта мебели предусматривает изготовление комплекта мебели в виде набора различных предметов мебели, а затем на выбранном предмете мебели (вплоть до всех предметов комплекта) образуют фиксирующую поверхность с помощью слоя электрета, создающего постоянное электрическое поле. При этом слой электрета выполняют различными способами, приведенными далее в виде вариантов способа.

Для исключения вредного воздействия электрического поля на человека ограничивают электрическое поле фиксирующей поверхности, взаимодействующей с человеком, величиной напряженности электрического поля, имеющей один порядок с электрическим полем на поверхности Земли. Такая малая величина поля позволяет получить воздействие, аналогичное микрогравитации, что достаточно в космосе.

В качестве одного из вариантов способа слой электрета фиксирующей поверхности получают за счет наложения на какую-либо поверхность предмета мебели, выбранную в качестве фиксирующей поверхности, уже готового и заранее полученного слоя электрета, выполненного в виде электретной пленки, или пластины из электрета, или ткани, или иной возможной формы электрета, и этот готовый слой электрета прикрепляют (оптимально - приклеивают) к фиксирующей поверхности предмета мебели.

В качестве одного из вариантов способа слой электрета фиксирующей поверхности получают за счет электрофизического или химического, или их сочетания, воздействий на выбранную поверхность элемента предмета мебели, которая после обработки воздействием и приобретет свойства фиксирующей поверхности (за счет появления слоя электрета), и станет служить в качестве требуемой фиксирующей поверхности.

В качестве одного из вариантов способа слой электрета фиксирующей поверхности получают при использовании только одного готового слоя электрета в качестве какого-либо элемента предмета мебели, то есть электретные пленка, или пластина, или ткань используются в качестве самостоятельного элемента конструкции предмета мебели, например электретная пластина служит элементом - днищем ящика, причем это днище из электрета соединено с боковыми стенками из обычного материала (это другие элементы конструкции ящика).

В качестве одного из вариантов способа слой электрета располагают на внешней поверхности фиксирующей поверхности с непосредственным контактом электрета с человеком или вещью, то есть человек своим телом опирается непосредственно на электретный слой фиксирующей поверхности, при этом вид и тип материала фиксирующей поверхности не имеют значения (может быть любым), так как слой электрета крепится поверх этого материала и непосредственно взаимодействует с человеком или вещью.

В качестве одного из вариантов способа элемент предмета мебели - какую-либо плоскость, выбранную в качестве фиксирующей поверхности, - выполняют из диэлектрического материала, что позволяет слой электрета располагать и под фиксирующей поверхностью, на ее внутренней плоскости. И здесь нет непосредственного контакта слоя электрета с человеком или вещью, а электрическое поле электрета проходит через диэлектрический материал и воздействует на фиксируемые человека или вещь. Отсутствие непосредственного контакта поверхности слоя электрета с человеком или вещью принципиально исключает возможность износа слоя электрета и повышает срок службы электрета до максимума, определяемого лишь электретными свойствами материала в слое электрета.

Предложенные комплект мебели с фиксацией человека и вещи в космосе и способ для его осуществления поясняются рисунками на фиг.1, 2, 3, 4, при этом для демонстрации вариантов способа выделяется подробно пример стула с различным изготовлением его элементов согласно фиг.1,2, 3.

На фиг.1 изображен стул, содержащий сиденье 1 и спинку 2, ставшие фиксирующими поверхностями сиденья 1 и спинки 2 за счет закрепления слоя - пленки электрета 3 на внешней плоскости поверхности сиденья 1, и спинки 2, а также имеются ножки 4.

На фиг.2 изображен стул, в котором сиденье 1 является фиксирующей поверхностью за счет слоя - электрета 3 на внутренней плоскости сиденья 1.

На фиг.3 изображен стул, в котором сиденье 1 является фиксирующей поверхностью за счет использования готового слоя электрета 3 в качестве элемента конструкции стула - сиденья 1.

На фиг.4 изображен комплект мебели для помещения, включающий диван 5 с основанием 6, боковинами 7 и секциями 8, причем секции 8 имеют фиксирующие поверхности со слоем электрета 3, а также включает стол 9, содержащий столешницу 10 и ножки 11, содержащий фиксирующую поверхность со слоем электрета 3, а также включает тумбу с отделениями 12, содержащую ящики 13 с боковыми стенками 14 и днищем 15 и фиксирующей поверхностью со слоем электрета 3, а также включает шкаф с отделениями 16, где каждое из отделений шкафа имеет полки 17 с фиксирующей поверхностью со слоем электрета 3, для размещения вещей 18, а также включает кровать 19, содержащую кроватный каркас 20 и матрац 21 с фиксирующей поверхностью со слоем электрета 3, а также включает вешалку 22 с фиксирующей поверхностью со слоем электрета 3, а также включает кресло 23, содержащее сиденье 1, спинку 2 и подлокотники 24, каждый из которых содержит фиксирующую поверхность со слоем электрета 3, а также ножки 5, снабженные слоем электрета 3, и в котором, например, расположен человек 25, причем комплект мебели закреплен на поверхности помещения 26.

Таким образом, при работе или отдыхе человек 25 может сидеть в кресле 23 и с помощью фиксирующей поверхности со слоем электрета 3 одновременно притягиваться электрическим полем электрета 3 и к сиденью 1, и к спинке 2, и к подлокотникам 24, что обеспечивает фиксацию человека 25 в кресле 23 в условиях невесомости. Также человек 25 может переместиться и сидеть и на диване 5 с основанием 6 и боковинами 7, причем благодаря фиксирующей поверхности со слоем электрета 3 на поверхности секций 8 обеспечивают фиксацию человека 25 на диване 5. При желании человек 25 может переместиться и лежать на кровати 19 с кроватным каркасом 20 и матрасом 21 благодаря фиксации тела человека 25 на фиксирующей поверхности со слоем электрета 3, размещенной на матраце 21. При этом человек 25 может использовать для работы - писать, читать, есть и т.п. - и стол 9, содержащий столешницу 10 и ножки 11, причем благодаря фиксирующей поверхности со слоем электрета 3 на столешнице 10 обеспечивают фиксацию необходимой вещи 18 (книга, лист бумаги и т.д.) на поверхности стола 9. А для хранения вещей 18 комплект мебели включает шкаф с отделениями 16, где каждое из отделений имеет полки 17 с фиксирующей поверхностью 3 для фиксации вещей 18, а также при необходимости и тумбу с отделениями 12, содержащую ящики 13 с боковыми стенками 14 и днищем 15, причем благодаря фиксирующей поверхности со слоем электрета 3 на днище 15 обеспечивается фиксация и удержание вещей 18 в ящиках 13 в условиях невесомости. Также для удобства жизни комплект мебели включает вешалку 22 с фиксирующей поверхностью со слоем электрета 3, обеспечивающим удержание вещи 18. Причем весь комплект мебели, включающий диван 5, стол 9, тумбу 12, шкаф 16, кровать 19, кресло 23 и вешалку 22 и т.п., прикреплен к поверхности помещения 26. При этом возможна и фиксация кресла 23 к поверхности помещения 26 за счет взаимодействия электрического поля слоя электрета 3 на конце ножек кресла 4 с поверхностью помещения 26, что позволяет, при необходимости, переместить кресло 23 по поверхности помещения 26. Таким образом, здесь обеспечивают стабильное положение человека 25 и вещей 18 относительно поверхности помещения 26 при работе или отдыхе в условиях невесомости. При этом такой комплект мебели обеспечивает привычный комфорт и обстановку помещений, аналогичную в земной жизни людей.

ПРИМЕР

Рассмотрим условия жизни людей в космических условиях на кораблях и станциях, и сопоставим с земными условиями.

Известно, что у поверхности Земли - отрицательный заряд, а средняя поверхностная плотность заряда Земли равна величине ~1,15·10^-13 Кл/см², при полном заряде Земли 5,7·10⁵ Кл и среднем вертикальном градиенте электрического потенциала у земной поверхности 130 В/м. Причем частицы осадков всех видов несут на себе электрические заряды, при среднем отрицательном заряде на одну каплю ~1,3·10^-12 Кл, и капли обложного дождя заряжены до 0,5÷10 В, грозового ливня - до 300 В при среднем значении 40 В. При этом средний ток равен 5·10^-15 А…10^-14 А, для обложного дождя и до ливневого дождя или снега [3].

Таким образом, человек на поверхности Земли все время находится в электрическом поле Земли, и, несомненно, организму человека нужно это поле. В космических условиях, на космических кораблях и станциях нет подобного электрического поля, хотя и есть лишь отдельная электризация некоторых вещей, доставляющая неудобство космонавтам и требующая снятия и отвода избыточного электростатического заряда с таких вещей. Поэтому создание электрического ноля на кораблях и станциях вполне допустимо и даже необходимо при соблюдении условия общей нейтральности и отсутствия общего заряда корабля или станции. Однако получение электрического поля в ограниченном объеме на фиксирующих поверхностях предметов мебели приводит и к притягиванию самого человека или вещей с использованием диэлектрических материалов (хотя бы в качестве части конструкции вещи) на эти фиксирующие поверхности, что и позволяет удерживать - фиксировать человека или вещь на поверхности мебели.

Подчеркнем, что при длительном воздействии на человека необходимо соблюдение требования - воздействующее на человека электрическое поле от фиксирующей поверхности имеет напряженность одного порядка с электрическим полем на поверхности Земли. Именно - одного порядка, то есть электрическое поле фиксирующей поверхности может быть и в несколько раз (вплоть - до 10 раз) больше электрического поля Земли, но быть одного уровня с электрическим полем от дождя или снега (оптимально - одного уровня с электрическим полем Земли, но это уменьшает силу воздействия поля на человека). Конечно, это приводит к малым значениям силы притяжения от таких фиксирующих поверхностей, соответствуя уровню микрогравитации, однако в условиях невесомости даже такие небольшие силы обеспечивают фиксацию человека на поверхности мебели. Причем сидящий или лежащий человек имеет достаточно большие площади соприкосновения с фиксирующей поверхностью предмета мебели, что обеспечивает надежную фиксацию человека на поверхности предмета мебели.

Для фиксации вещей допустимо использовать и более сильные электрические поля, на один - три порядка превышающие электрическое поле Земли. Это обеспечивает надежную фиксацию вещей (одежда, обувь, книги и т.п.) в ящиках, в отделениях шкафов и тумб, на вешалке и т.п.

Таким образом, электрическое поле от фиксирующих поверхностей предметов мебели обеспечивает притяжение и фиксацию человека и вещей на поверхности предметов мебели.

Подчеркнем исключительную важность получения электрического поля именно с помощью электретов. Такие электреты получают, например, в виде пленки из диэлектрических материалов благодаря их поляризации, в результате которой на поверхностях пленки образуются разноименные электрические заряды. И благодаря диэлектрическим свойствам материала пленки эти два разноименных полюса могут сохраняться многие годы, создавая вокруг себя постоянное электрическое поле (электрический аналог постоянного магнита). Причем общий электрический заряд слоя электрета равен нулю относительно внешней среды, а заряды на поверхности связаны в структуре слоя, поэтому электреты безопасны в обращении, и при прикосновении к ним человек не испытывает электрического удара и через него не идет электрический заряд (в отличие от устройств со статическим электричеством от системы электродов высокого напряжения). И методы изготовления электретов, например, с помощью коронного разряда и многих других, известны и хорошо отработаны [4]. Отметим, что поверхности ленты могут быть как однополюсными, так и многополюсными. Причем электретами могут быть многие диэлектрики, например, интересны пластины из керамических электретов, на основе титанита кальция СаТiO₃, у которого в течение 5 лет заряд почти не изменяется, и даже через 10 лет величина заряда составляет до 5·10^-5 Кл/м². Это и пленки из фторопласта - 4, марка Ф-4, или поликарбоната ПК, имеющие стабильные свойства, при толщине 5…100 мкм, и их поверхностная плотность заряда 10^-4 Кл/м² сохраняется неизменной в течение нескольких лет [4]. Такие электреты имеют достаточно большое применение в различных отраслях техники.

Отметим, что для пленок майлара (толщиной 25 мкм), тефлона, SiO₂, получают плотность заряда до 10^-6 Кл/см²=10^-2 Кл/м² [5], что обеспечивает резкое повышение силы воздействия от электрета.

Очень интересны электреты на основе алюминия, при этом за счет химического воздействия на фольгу или лист из алюминия на поверхности получают окисную пленку, являющуюся диэлектриком, а затем за счет известной электрофизической обработки (как для пленки Ф-4 или ПК) в этой окисной пленке получают электрет, при этом сама основа - фольга или пластина из алюминия остается электропроводящей. То есть здесь сочетание химической и электрофизической обработки позволяет получить электрет [6].

Очень интересны и электретные ткани, содержащие множество ориентированных параллельных армирующих нитей, несущие электрический заряд разной полярности на внешней и внутренней поверхностях [7]. Отметим известные конструкции электретных фильтров, в которых заряженные частицы притягиваются к поверхности электрета, причем и нейтральные частицы приобретают наведенный полем заряд и также притягиваются к электрету. Существуют волокнистые электретные фильтры с разными материалами волокон, обычно полимерные, с длиной до нескольких метров [8].

Таким образом, для получения фиксирующих поверхностей предметов мебели используются различные типы электретов - пластины (оптимально - на основе титанита кальция), пленки (оптимально - Ф-4 и ПК, майлар) или фольга (фактически - та же пленка) из алюминия, ткани электретные. Причем возможно получение электрета за счет электрофизического воздействия на специально подобранный диэлектрический материала самого элемента конструкции предмета мебели. И такой большой выбор электретов и их разновидностей позволяет получить и богатый выбор конструкций фиксирующих поверхностей предметов мебели. Основными разновидностями являются: закрепление (склеивание) слоя электрета на внешней поверхности предмета мебели, выбранной в качестве фиксирующей поверхности; закрепление (склеивание) слоя электрета на внутренней поверхности предмета мебели, выбранной в качестве фиксирующей поверхности; обработка поверхности и получение электрета в специально подобранном материале (диэлектрическом или алюминии) элемента конструкции предмета мебели; использование готового электрета непосредственно в качестве элемента конструкции предмета мебели.

В первом варианте слой электрета располагают на внешней поверхности фиксирующей поверхности с непосредственным контактом с человеком или вещью, то есть, например, человек своим телом опирается непосредственно на электретный слой фиксирующей поверхности. Это удобно в связи с тем, что здесь не имеет никакого значения тип материала основы фиксирующей поверхности и его электропроводящие или диэлектрические свойства, и здесь достаточно на любой материал наклеить слой электрета - пленку, фольгу и т.д. Недостаток - есть износ электрета при длительном взаимодействии с телом человека.

Во втором варианте слой электрета располагают на внутренней плоскости фиксирующей поверхности, то есть под фиксирующей плоскостью и без непосредственного контакта слоя электрета с поверхностью человека или вещи. И здесь электрическое поле электрета проходит сквозь объем материала фиксирующей поверхности, что требует использования в качестве этого материала только диэлектрика (в общем-то, небольшое ограничение). Это принципиально исключает возможность физического износа слоя электрета и повышает срок службы электрета до максимума, определяемого лишь электретными свойствами материала в слое электрета. Недостаток - промежуточный слой диэлектрика резко снижает поле, воздействующее на человека, поэтому здесь необходимо использовать сильные электреты (с большой плотностью поверхностного заряда и сильным полем).

В третьем варианте слой электрета получают за счет электрофизической обработки поверхности и получения электрета в специально подобранном диэлектрическом материале элемента конструкции предмета мебели, не меняя конструкции мебели, то есть подбирают в качестве материала мебели специальный материал, обладающий электретными свойствами (пусть и не очень высокими, как Ф-4 или ПК и т.п.), и затем обрабатывают известными методами для получения электрета, например согласно

[4], [5], [8].

В четвертом варианте слой электрета фиксирующей поверхности получают за счет использования готового, заранее изготовленного электрета в качестве элемента конструкции предмета мебели (это можно оценить как изменение материала элемента конструкции мебели). Здесь электретные пленки (в том числе лист и фольгу), или пластины, или ткань используют в качестве самостоятельного элемента предмета мебели, то есть вместо традиционной древесно-стружечной плиты здесь - электретная ткань и т.п., причем именно только для фиксирующей поверхности, а другие элементы конструкции предмета мебели выполняют из обычных материалов, а именно - из любых других материалов, но не электретов.

Величина конкретных толщин и площади слоя электрета на предметах мебели определяются электретными свойствами выбранных электретов и требований к электрическому полю.

Для длительного воздействия на человека при слабом электрическом поле необходимая средняя поверхностная плотность заряда до - 10^-8÷10^-4 Кл/м². А для лучших образцов имеем поверхностную плотность заряда до ~10^-2 Кл/м². Таким образом, здесь не требуется обязательного применения электретов с максимально высокими электретными свойствами, более того, наоборот, можно уменьшать электрическое поле электретов. Поэтому в этом случае используют относительно слабые электреты, с малым нолем, то есть тонкие пленки Ф-4 или ПК, толщиной до 5 мкм, и т.п. Также здесь на выбранную поверхность (которая станет фиксирующей поверхностью) наносят слой сильного электрета в виде редкой сетки из слоя электрета или в виде системы отдельных точек из электрета, или иную геометрию из электрета, то есть здесь площадь слоя электрета мала, вплоть до 0,01÷1% по сравнению с общей площадью фиксирующей поверхности. Это характерно для первого варианта - с непосредственным взаимодействием слоя электрета с поверхностью тела человека, когда слой электрета нанесен на внешней плоскости фиксирующей поверхности. Это относится и к 3-му варианту получения фиксирующей поверхности - за счет электрофизической обработки поверхности элемента конструкции, при этом за счет отработки технологических мер при изготовлении слоя электрета также получают слой электрета в виде сетки или системы точек, кругов или иной геометрии, с относительно малой площадью электрета по сравнению с общей площадью фиксирующей поверхности. Для 2-го варианта, когда слой электрета наносят на внутренней плоскости фиксирующей поверхности, что уменьшает напряженность поля от слоя электрета на человека, допустимая поверхностная плотность заряда слоя электрета увеличивается до 10^-4÷10^-2 Кл/м² (в зависимости от толщины и свойств плиты), то есть используют более сильные электреты, близкие к лучшим образцам электретов, или увеличивают площадь электрета в сетке или системе точек из пленки отличных электретов. Для варианта с электретной тканью требуется использовать слабые электреты, что полностью реально за счет варьирования режимов изготовления такой ткани. Это относится к мебели, имеющей длительное воздействие на человека, - стул, кресло, диван, стол, диван-кровать, кровать и т.п.

Для фиксации вещей допустимо применять более мощное электрическое поле, на один-три порядка больше, чем для человека, то есть здесь можно использовать сильные электреты. При этом слой электрета имеет вид густой сетки или крупных частых точек из пленки электрета, или иную геометрию, обеспечивающую площадь слоя электрета до 10% и более - вплоть до 100% от общей площади фиксирующей поверхности. При этом реализация таких конструкций требует лишь известных характеристик электретов, то есть полностью реально для современного уровня техники. Это относится к мебели, предназначенной для хранения и фиксации вещей, - шкафы и тумбы с отделениями, ящики, вешалки и т.п.

Для фиксации самого предмета мебели на поверхности помещения возможны самые различные способы и конструкции, например, с помощью механического крепления или приклеивания. Однако в качестве одного из конструктивных вариантов предлагается применение слоя сильного электрета, закрепленного на поверхности предмета мебели, контактирующего с поверхностью помещения, выполненного из диэлектрического материала, то есть крепление слоя сильного электрета на концах ножек стола, стула, кресла и т.д. При этом сильное электрическое поле обеспечивает надежное крепление предмета мебели к поверхности помещения, однако при этом появляется возможность простого перемещения предмета мебели по поверхности помещения за счет отрыва и переноса предмета мебели (в отличие от жесткого крепления механическим креплением или приклеиванием), что дает удобство при эксплуатации мебели.

Комплект мебели традиционен и предназначен для работы или отдыха людей в различных помещениях - рабочих, жилых, служебных, кухни, подсобных и т.п. Для этого используют набор различных предметов мебели, традиционных для земных условий комфорта и удобств. Причем сама конструкция предметов мебели традиционна и соответствует известным многочисленным конструкциям. Разница лишь в вводе фиксирующей поверхности в каждом или большинстве предметов мебели. Кроме того, в условиях невесомости нет смысла изготавливать мебель из толстых плит и пластин, поэтому их толщины в 2-10 раз меньше, чем в условиях поверхности Земли.

Основными предметами мебели являются: стулья, кресла, диван, диван-кровать, кровать, стол, шкафы, тумбы, ящики, вешалки и т.д.

Существует большое количество разнообразных конструкций стульев, отличающихся геометрией сиденья и спинки, материалами, которые вполне применимы в космических условиях благодаря вводу фиксирующей поверхности на сиденье или спинке, или одновременно на сиденье и спинке, достигаемому вводом слоя электрета любым из 4-х вышеприведенных способов. При этом фиксирующие поверхности сиденья и спинки могут быть изготовлены различными способами. Очень перспективны конструкции стула, у которого в качестве сиденья или спинки используют электретную ткань, так как в условиях невесомости сила давления на такую ткань со стороны человека мала, поэтому не требуется силовых тяжелых конструкций.

Кресла содержат сиденье, спинку и подлокотники, при этом фиксирующую поверхность имеют или все элементы конструкции кресла, или только часть из них. Здесь благодаря фиксирующей поверхности подлокотников достигается и фиксация рук на подлокотниках, что удобнее по сравнению со стулом. Как и для стула, ввод электрета на кресле достигается любым из 4-х способов или даже их сочетанием.

Диван и диван-кровать содержат основание, боковины и секции (диван-кровать содержит еще механизм трансформации). При этом фиксирующую поверхность образуют на поверхностях секций, на которых обеспечивают слой электрета. Здесь применимы и электретные пленки, а оптимально - электретные ткани, накладываемые на поверхности секций. При этом фиксирующие поверхности секций обеспечивают фиксацию человека в сидячем или лежачем положениях.

Кровать содержит кроватный каркас и матрац, выполненные из различных конструкций и материалов, однако все они имеют фиксирующую поверхность на матраце за счет слоя электрета. Применимы и электретные пленки, однако оптимально использование электретной ткани в качестве материала поверхности матраца. В качестве побочного вспомогательного эффекта от такой кровати и матраца отметим возможность сна человека с использованием традиционно используемого одеяла (вместо спального мешка на космических станциях сейчас), так как одеяло выполняют из диэлектрического материала (шерсть, хлопок и т.п.), который пристает к электретной - фиксирующей поверхности матраца, а также возможность использования и традиционной простыни на матраце.

Столы выполняют многообразных конструкций и назначений - письменные, кухонные, сервировочные и т.д., также бестумбовые, однотумбовые и т.п. Однако все конструкции имеют общие элементы - столешницу и ножки, поэтому фиксирующая поверхность выполнена на плоскости столешницы за счет слоя электрета, получаемого любым способом из 4-х вариантов. Такая фиксирующая поверхность обеспечивает фиксацию вещей и облегчает выполнение различных работ человеком, например, на таком столе в условиях невесомости можно зафиксировать лист бумаги и писать текст, или фиксировать посуду, тумбы с едой и т.д.

Шкафы и тумбы выполняются многообразных конструкций и назначений - для белья, книг, секретеры, посуды, комбинированные, универсальные и т.д., с различными отделениями, предназначенными для хранения различных вещей. При этом каждое отделение шкафа или тумбы имеет фиксирующую поверхность со слоем электрета, получаемую любым способом и из любого электрета. При этом выбор конкретной плоскости в качестве фиксирующей зависит от назначения отделения и фиксируемых предметов. Так, для бумаг или книг и т.п. вещей используют нижнюю плоскость отделения в качестве фиксирующей, а для отделения, используемого для хранения верхней одежды (костюм, куртка и т.п.), фиксирующая плоскость - это плоскость по высоте отделения (обычно - стенка отделения).

Для шкафов, столов, тумб используют и ящики, вкладываемые в них, а также используют и отдельные открытые ящики. И в ящиках, имеющих боковые стенки и днище, в качестве фиксирующей поверхности используют днище, на которое накладывают слой электрета, что обеспечивает фиксацию вещей в ящике, в том числе и при выдвижении ящика из стола, шкафа и т.п. Здесь оптимально использование электретной пленки, наносимой на внешнюю поверхность днища, или использование алюминиевого листа со слоем электрета в поверхностном окисном слое такого листа.

Еще одним предметом мебели обычно являются разнообразные вешалки, и у них в качестве фиксирующей поверхности используют любую из поверхностей, на которую наносят слой электрета. При этом вещь прилипает и фиксируется частью своей поверхности к такой фиксирующей поверхности.

Безусловно комплект мебели может содержать и другие предметы мебели, используемые обычно достаточно редко в земных условиях, - это табуреты, пуфики, подставки для обуви и т.п. предметы. Эти предметы также могут использоваться в космических условиях при условии снабжения фиксирующими поверхностями для обеспечения прилипания и фиксации человека или вещей. Однако здесь они в формулу изобретения не включены, так как они не являются основными предметами комплекта мебели, это скорее - вспомогательные предметы мебели ("мелкие радости быта").

Отметим, что в качестве одного из вариантов выполнения комплекта мебели на поверхностях сложного предмета мебели (шкафы, тумбы и т.п.), за исключением фиксирующей поверхности со слоем электрета, выполнен слой электропроводящего материала, оптимально - металлическое покрытие или прикрепленная (приклеенная) фольга, наносимые на любой материал элемента конструкции, в том числе и из диэлектрика. Это обеспечивает отсутствие взаимодействия различных слоев электрета между различными элементами, например между различными фиксирующими поверхностями в различных отделениях шкафа или тумбы, или между фиксирующими поверхностями нескольких ящиков в столе или шкафу. Это связано с тем, что электропроводящий материал не пропускает электрическое поле, экранирует, разрывает связь между электрическими полями разных фиксирующих поверхностей. Также такие металлические покрытия уменьшают электрическое поле от слоев электрета и вне предмета мебели в помещении - вдали и вблизи от предмета мебели.

Также в качестве одного из вариантов выполнения предметов мебели используют изготовление из электропроводящего материала - оптимально из листа алюминия и его сплава. А на фиксирующих поверхностях химическим воздействием получают диэлектрический - окисный слой, а затем за счет электрофизического воздействия получают из окисного слоя требуемый слой электрета. При этом лист алюминия экранирует электрическое поле от различных фиксирующих поверхностей в различных отделениях шкафов или тумб, ящиках, а также уменьшает электрическое поле вне предмета мебели.

При этом все предметы мебели комплекта закреплены на поверхности помещения, что упрощает ориентацию человека относительно мебели и вещей.

Итак, использование электрического поля обеспечивает фиксацию человека или вещей на фиксирующей поверхности разнообразных предметов мебели. Причем подчеркнем, что электрическое поле создается электретами, у которых общий электрический заряд слоя электрета равен нулю относительно внешней среды, то есть эта система не дает электрического заряда для космического корабля, не дает электризации. Кроме того, это постоянное электрическое поле, поддерживающееся многие годы без какого-либо внешнего подвода энергии (это электрический аналог постоянного магнита). Также заряды на поверхности электрета связаны в структуре слоя, поэтому электреты безопасны в обращении.

Отметим, что известные устройства с электростатическим полем от электродов высокого напряжения требуют специальных электродов и системы питания высокого напряжения, причем высокое напряжение опасно для человека, что требует серьезных мер по технике безопасности.

Таким образом, предложенные комплект мебели и способ для его осуществления обеспечивают простую и практически автоматическую фиксацию человека и вещей относительно предметов мебели в условиях невесомости. Это повышает комфорт и улучшает условия жизни людей в космических условиях. Отметим, что нынешний этап жизни на космических станциях напоминает условия туристических походов - сон в спальных мешках, неустроенность быта, что терпимо в кратковременных походах. Однако по мере развития космонавтики и совершения все более длительных полетов на станциях или к планетам, а также появления пассажиров, необходимо идти к нормальным условиям длительной жизни людей в космических условиях и к повышению комфорта такой жизни людей, улучшению условий работы и отдыха.

Итак, предложенный комплект мебели обеспечивает необходимую фиксацию человека и вещей относительно предметов мебели в условиях невесомости. Этот комплект мебели полностью соответствует современному уровню техники и критерию "промышленной применимости". При этом достигается повышение жизненного комфорта и улучшение условий работы и отдыха людей в условиях длительных космических полетов. Данное изобретение найдет применение в космической технике на космических кораблях и станциях.

Источники информации

1. Н.Н.Гуровский и др. Проектирование условий жизни и работы космонавтов. - М.: Машиностроение, 1989, с.35, 95.

2. Справочник мебельщика. - М.: Лесная промышленность, 1985, с.9-16.

3. Физические величины: Справочник. / А.П.Бабичев и др. - М.: Энергоатомиздат, 1991, с.1196.

4. А.Н.Губкин. Электреты. - М.: Наука, 1978, с.55-64, 127-131, 168.

5. Электреты. / Под ред. Г.Сесслер. - М.: Мир, 1983, с.47, 77-78.

6. Патент РФ 2110863, МПК Н01G 7/02, опубл. 10.05.98 г. «Способ изготовления электретов на основе анодного оксида алюминия».

7. Патент США 5429848, МПК G11C 13/02, НКИ 428/36.2, опубл. 04.07.95 г.

8. Ю.И.Воронежцев и др. Электрические и магнитные поля в технологии полимерных композитов. Минск, Наука и техника, 1990, с.229-234.

Группа изобретений относится к комплекту мебели с фиксацией человека и вещи в космосе и к способу изготовления комплекта. Комплект мебели содержит набор различных предметов мебели. Каждый предмет мебели имеет одну или несколько фиксирующих поверхностей, содержащих слой электрета и создающих электрическое поле, которое притягивает человека или вещь на фиксирующую поверхность. Такой слой электрета по площади составляет от 10% до 100% от площади фиксирующей поверхности. Способ изготовления комплекта мебели включает изготовление комплекта мебели в виде набора различных предметов мебели. На каждом предмете мебели образуют фиксирующую поверхность с помощью слоя электрета, создающего постоянное электрическое поле. Достигается повышение надежности и упрощение фиксации человека и предметов в невесомости. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Комплект мебели с фиксацией человека и вещи в космосе, содержащий набор различных предметов мебели с их произвольным количеством и сочетанием, отличающийся тем, что каждый предмет мебели имеет одну или несколько фиксирующих поверхностей, содержащих слой электрета и создающих электрическое поле, которое притягивает человека или вещь на фиксирующую поверхность, при этом такой слой электрета по площади составляет от 10% до 100% от площади фиксирующей поверхности.

2. Комплект мебели по п.1, отличающийся тем, что сам предмет мебели с фиксирующей поверхностью закреплен на поверхности помещения.

3. Комплект мебели по п.1, отличающийся тем, что включает стул, содержащий сиденье, спинку и ножки, а в качестве фиксирующей поверхности выступает сиденье и/или спинка, содержащие слой электрета.

4. Комплект мебели по п.1, отличающийся тем, что включает кресло, содержащее сиденье, спинку, подлокотники и ножки, а в качестве фиксирующей поверхности кресла выступает сиденье и/или спинка, и/или подлокотники, содержащие слой электрета.

5. Комплект мебели по п.1, отличающийся тем, что включает диван или диван-кровать, содержащий основание, боковины и секции, а все секции дивана или дивана-кровати снабжены слоем электрета и выступают в качестве фиксирующей поверхности.

6. Комплект мебели по п.1, отличающийся тем, что включает кровать, содержащую кроватный каркас и матрац, а в качестве фиксирующей поверхности выступает матрац, содержащий слой электрета.

7. Комплект мебели по п.1, отличающийся тем, что включает стол, содержащий столешницу и ножки, а в качестве фиксирующей поверхности выступает столешница, содержащая слой электрета.

8. Комплект мебели по п.1, отличающийся тем, что включает шкаф или тумбу с отделениями, а в качестве фиксирующих поверхностей выступает одна из плоскостей каждого отделения.

9. Комплект мебели по п.1, отличающийся тем, что включает ящики, содержащие боковые стенки и днище, в том числе помещаемые в шкаф, стол, тумбу, а в качестве фиксирующей поверхности ящика выступает днище, содержащее слой электрета.

10. Комплект мебели по п.1, отличающийся тем, что включает вешалку, а в качестве фиксирующей поверхности выступает любая из поверхностей вешалки, содержащая слой электрета.

11. Комплект мебели по п.2, отличающийся тем, что предмет мебели на поверхностях, контактирующих с поверхностью помещения, имеет слой электрета, а сама поверхность помещения имеет слой из диэлектрического материала.

12. Способ изготовления комплекта мебели по п.1, включающий изготовление комплекта мебели в виде набора различных предметов мебели с их произвольным количеством и сочетанием, отличающийся тем, что на каждом предмете мебели образуют фиксирующую поверхность с помощью слоя электрета, создающего постоянное электрическое поле.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что воздействующее на человека электрическое поле от фиксирующей поверхности предмета мебели имеет напряженность одного порядка с электрическим полем на поверхности Земли.

14. Способ по п.12, отличающийся тем, что слой электрета фиксирующей поверхности получают за счет помещения на поверхность предмета мебели заранее полученного готового слоя электрета, выполненного в виде пленки или пластины, или ткани, или иной формы.

15. Способ по п.12, отличающийся тем, что слой электрета фиксирующей поверхности получают при использовании готового слоя электрета в качестве какого-либо элемента предмета мебели.

16. Способ по п.12, отличающийся тем, что слой электрета фиксирующей поверхности получают за счет электрофизического и/или химического воздействия на поверхность какого-либо элемента предмета мебели.

17. Способ по п.12, отличающийся тем, что элемент предмета мебели, используемый в качестве фиксирующей поверхности, снабжают слоем электрета, который располагают на внешней плоскости фиксирующей поверхности с непосредственным контактом с человеком или вещью.

18. Способ по п.12, отличающийся тем, что элемент предмета мебели, используемый в качестве фиксирующей поверхности, выполняют из диэлектрического материала, при этом слой электрета располагают на внутренней плоскости фиксирующей поверхности и без непосредственного контакта с человеком или вещью.