Группа изобретений относится к разработке ресурсов космической среды, к модификации и размещению на космических аппаратах соответствующих устройств, приборов и инструментов.
В группу, в частности, входят руки для манипуляторов для причаливания к астероиду (B25J 18/00), захватные головки для забора материала (B25J 15/00), вспомогательное устройство для контроля за положением точки сбора лучей расплавляющего вещество астероида прожектора с автоматическим регулятором системы наведения (G05B11/00) и системы объединения луча (G02B 27/10) от искусственного источника света (прожектора).
Искусственный источник питается от раскрываемых солнечных батарей космического аппарата. Устройство содержит узлы, в которых устройства для регулирования механической энергии конструктивно сопряжены с электрическими машинами (H02K 7/14).
(1) Известно устройство для отбора жидких продуктов плавки (по заявке на изобретение СССР №4902441/05 от 14.01.91, по патенту 1835061, G01N 1/10), содержащее шток с рукояткой, трубчатый пробоотбирающий орган и дно, отличающееся тем, что с целью повышения представительности пробы и надежности в работе, оно снабжено тягой и установленными на штоке направляющими, при этом дно жестко закреплено на нижнем торце тяги, тяга установлена в направляющих с возможностью вертикального перемещения, поворота в горизонтальной плоскости и фиксации в крайнем верхнем положении, а пробоотбирающий орган неподвижно установлен на нижнем конце штока. Кроме того, боковая поверхность дна и контактирующая с ней поверхность нижнего отверстия пробоотбирающего органа выполнены с одинаковым уклоном.
Его недостаток в том, что он приспособлен брать пробу из сосуда, который превышает по объему трубчатый пробоотбирающий орган, а его дно может спокойно перемещаться в большом объеме расплавленного металла вокруг него. Им невозможно взять пробу из лунки: дну не дадут открыться ее стенки.
(2) Известен колонковый зонд (по заявке на изобретение СССР №4356109/26 от 30.06.1988, по патенту №1650017, G01N 1/02), содержащий цилиндрический корпус с входным торцевым отверстием в передней части, отличающийся тем, что с целью расширения информативных возможностей и повышения представительности пробы за счет определения степени уплотнения керна, зонд снабжен датчиком положения головки керна относительно корпуса, выполненным в виде поршня, установленного в корпусе с возможностью скольжения при взаимодействии с керном и с усилием бокового трения, меньшим усилия, необходимого для уплотнения керна, и устройством для измерения перемещения поршня относительно корпуса. Кроме того, устройство для измерения перемещения поршня выполнено в виде троса, один конец которого соединен с поршнем, а другой намотан на барабан с возвратным натяжением. Кроме того, зонд снабжен потенциометром, связанным с барабаном. Кроме того, входное торцевое отверстие выполнено скошенным. Кроме того, зонд снабжен входным участком, сопряженным с входным отверстием и выполненным с диаметром, меньшим внутреннего диаметра корпуса.
Его недостаток в том, что он предназначен для забора частично затвердевших вязких проб, жидкая проба, особенно в условиях невесомости, при вытаскивании зонда покинет его через входное отверстие и будет утрачена.
(3) Известно устройство для забора проб из затвердевающего массива (по заявке на изобретение СССР №4016530/31-26 от 27.12.1985, патент СССР №1350529, G01N 1/02, 1/20), включающее кожух с отверстиями, установленные в нем пробоотборная полость и отсекатель с отверстиями, соосными и равными по площади отверстиям кожуха,
отличающееся тем что с целью повышения представительности отбираемых проб и удобства эксплуатации, кожух выполнен в виде полого цилиндра с сегментным пазом на одном из его торцов, отсекатель выполнен в виде установленного с возможностью поворота вокруг своей оси полого цилиндра с кольцевыми проточками, которые снабжены эластичными ленточными кольцами с отверстиями, аналогичными отверстиям отсекателя, пробоотборная полость выполнена в виде разъемной по образующей втулки с диаметрально расположенными ближе к ее торцам пазами, которые снабжены упругими стержнями, при этом один из торцов отсекателя выполнен с выступом с возможностью взаимодействия с пазом кожуха, снабжен диаметрально установленными на нем ушками. Кроме того, противоположный от паза конец кожуха выполнен из упругоэластичного материала.
Его недостаток в том, что для забора пробы в маленькой лунке диаметр пробоотборной полости должен быть очень маленьким, внешний кожух уменьшает диаметр пробоотборной полости, тогда объем забранного материала будет очень мал, либо, если сделать его размером с лунку, он будет толстыми стенками вытеснять на поверхность из лунки расплав забираемого вещества. Кроме того, извлекать забранный материал из него можно только в жидком виде, понадобится дополнительный нагрев забранного материала и затраты электроэнергии, чтобы он не затвердел.
(4) Известен пружинный буфер (по заявке на изобретение СССР №394400/25-28 от 13.08.1985, по патенту на изобретение СССР №1303771, F16F 11/00), содержащий цилиндрический корпус, закрытый с двух сторон крышками с отверстиями, размещенные в отверстиях и подпружиненные в осевом направлении упоры и размещенное в каждом из упоров устройство гашения отдачи обратного хода, отличающийся тем, что с целью исключения кинетической энергии отдачи, поверхности отверстий в крышках выполнены коническими с большим диаметром, обращенным внутрь корпуса, упоры выполнены полыми не менее чем с тремя расположенными равномерно по окружности сквозными отверстиями в стенках, а устройство гашения отдачи обратного хода представляет собой размещенные в отверстиях стенок упоров шары и подпружиненный в осевом направлении шток с конусной головкой, взаимодействующей с шарами и прижимающей их к конической поверхности.
Его недостатки не обсуждаются, он приведен в качестве примера демпфирующего устройства, которое можно применить в аппарате.
(5) Известно андрогинное устройство для стыковки космических аппаратов (по заявке на изобретение СССР №3201713/11 от 13.06.1988, по патенту на изобретение РФ №2059542, B64G 1/64), содержащее корпус, выдвижное кольцо с направляющими выступами и замками сцепки и амортизационно-приводную систему кольца, отличающееся тем, что с целью повышения надежности стыковки аппаратов преимущественно больших масс и габаритов и упрощения устройства за счет повышения удельной энергоемкости амортизационной системы, в нем амортизационно-приводная система кольца выполнена в виде нескольких независимых пневматических амортизаторов с внешними фланцами, присоединенных на карданных шарнирах к кольцу и корпусу устройства, амортизаторы подвижно установлены в гильзах с расширенными торцами, взаимодействующими с закрепленными в корпусе пятами, в гильзах установлены пневмоцилиндры, снабженные плавающими поршнями, и выполнены продольные расточки, в которые установлены пружинные толкатели, причем толкатели и пневмоцилиндры снабжены штоками, взаимодействующими с фланцами амортизаторов, а полости амортизаторов и пневмоцилиндров через запорную арматуру соединены с источниками высокого и низкого давлений воздуха аппарата.
Его недостатком является использование источников высокого и низкого давлений, которые занимают много места и усложняют конструкцию. Кроме того, устройство предназначено для стыковки двух кораблей большой массы, а не корабля и его уловителя.
(6) Известно регулируемое сопло (по заявке на полезную модель РФ №2010151575/11 от 15.12.2010, по патенту на полезную модель РФ №107514, H02K 7/14, B64D 33/04, В64В 1/26), включающее сквозной вертикальный туннель с втоком (входом) внешней среды вверху и истоком (выходом) внизу аппарата, туннель содержит внутри вентилятор и прикрыт на входе и выходе крышками, между нижним краем каждой крышки и корпусом или оболочкой несущего сопло аппарата имеются щели, отличающееся тем, что у верхней крышки спереди и сзади щель прикрыта и верхняя крышка неподвижна, нижняя крышка подвижна с возможностью регулирования высоты щели под ней и скорости истечения внешней среды. Кроме того, туннель выполнен в виде витой металлической пружины с натянутой на нее газонепроницаемой материей, на верхнем конце имеет твердое кольцо с резьбой снаружи, вворачивающееся в соответствующее кольцо с резьбой внутри, окружающее отверстие в оболочке воздухоплавательного аппарата, при этом диаметр нижнего отверстия туннеля меньше диаметра верхнего кольца. Кроме того, кроме вертикального туннеля имеется сквозной горизонтальный туннель в хвостовой части аппарата, несущего сопла, горизонтальный туннель содержит внутри вентилятор и прикрыт на входе и выходе крышками, между краем каждой крышки и корпусом или оболочкой несущего сопло аппарата имеются щели, у левой или правой крышки спереди и сзади щель прикрыта, и она неподвижна, соответственно правая или левая крышка с другой стороны туннеля подвижна с возможностью регулирования высоты щели под ней и скорости истечения внешней среды, вентилятор, расположенный в одной половине горизонтального туннеля, уравновешен в симметричной половине туннеля узкоствольными электродвигателями, регулирующими ширину щели, горизонтальное сопло выполнено с возможностью поворота хвостовой части несущего его аппарата вправо или влево.
Его недостатком является крепление для достижения легкости конструкции перемещаемых ротором электродвигателя механических элементов непосредственно к обмотке ротора, что вынуждает совмещать в материале обмотки как лучшие электрические свойства, так и лучшие механические прочностные свойства, что усложняет подбор материала обмотки.
(7) Известна легенда, что под руководством древнегреческого ученого Архимеда из отражающих солнечный свет зеркал было сделано оружие, сжигающее деревянные корабли противника, этим способом был сожжен целый флот противника, осаждавший город, в котором жил Архимед (Е. Садовая Гиперболоид Архимеда. / taining.info / history / gyperboloid-arximeda). В 1973 году Иоанис Сакас провел опыт, проверяющий реальную осуществимость этой легенды. 129 квадратных зеркал со стороной 30 см установили на расстоянии 50 м от макета корабля. Одно из зеркал имело крест из клейкой ленты, его отражение было прицелом. На мачте корабля было создано световое пятно с температурой 593°С. Корабль загорелся. Этот эксперимент был повторен в 2005 году в Массачусетском технологическом институте, и подтверждены его результаты. («Греческий огонь» или гиперболоид инженера Архимеда / grekomania.ru / greek-articles / ancient-greece / 225-grecheskij-ogon-ili-giperboloid-arhimeda).
Недостатком описанного эксперимента является то, что макет корабля был удален на значительное расстояние (50 м), при котором нелазерный луч рассеивается, поэтому не получается в месте схождения лучей создать температуру плавления металла.
(8) Известна солнечная многофункциональная сильноконцентрирующая энергоустановка (по патенту на изобретение РФ №2466489 по заявке №2010148584/07 от 30.11.2010), содержащая первичный и вторичный концентраторы, приемник, расположенный в вершине первичного концентратора перпендикулярно его оптической оси с охлаждающим устройством. В центральной части общего конического концентратора, выполненного стеклянным, со сквозным отверстием перпендикулярно его оптической оси расположены первичный концентратор-параболоид и вторичный концентратор-гиперболоид с разворотом их образующих вокруг оптической оси общего конического концентратора на 360° и закреплены на нем с помощью держателей. Приемник расположен в вершине первичного концентратора-параболоида, закреплен на нем с помощью держателя и имеет цилиндрическую форму, вытянутую вдоль оптической оси общего конического концентратора. Первичный концентратор-параболоид, вторичный концентратор-гиперболоид и основание общего конического концентратора закреплены на охлаждающем устройстве-радиаторе, в котором выполнены цилиндрические отверстия-дырки. На внутреннюю поверхность общего конического концентратора нанесено селективное покрытие. Технический результат состоит в преобразовании солнечной энергии при более низкой температуре приемника не только в электрическую, но и механическую энергию, энергию монохроматического излучения, а также в электромагнитную энергию радиопередатчика при радиосвязи.
Недостаток установки в ее больших габаритах, а также в том, что гиперболоид развернут и отражает лучи обратной стороной, что ведет к рассеиванию лучей, что маловажно при крупном приемнике лучей, но для концентрации лучей в одну точку он непригоден.
(9) Известен театральный прожектор ПТ-1000 (Л.Ц. Шкап Театральные световые приборы. М.: Энергоатомиздат, 1986, с. 46-47, 92), который состоит из разъемного корпуса из листовой стали с вентиляционными отвертиями, в передней части корпуса в обойме с пазами установлены рамки светофильтров, защитной сетки и кольцевого отсекателя, сферического контротражателя в его центре и ступенчатой линзы. Масса аппарата 17 кг, размеры рамки для светофильтра 385×385, максимальная сила света 900 кд.
Недостатки прожектора 1) использование в нем только одной лампы, что понижает надежность аппарата, если она перегорит, а люди находятся далеко от аппарата, 2) ступенчатая линза делает свет равномерным, но не концентрирует его в достаточной степени, то есть аппарат приспособлен для узкоспециального использования в театре для освещения.
(10) Известно устройство для концентрации света (патент на полезную модель РФ №92207 по заявке №2009141027/22 от 30.11.2009), заключающееся в том, что в нем реализовано сложение сигналов от двух до двадцати источников света, расположенных по окружности, каждый из которых расположен в фокусе своей индивидуальной эллиптической осветительной системы, преобразующей изображение источника излучения в область второго фокуса эллипса индивидуальной оптической системы, причем вторые фокусы всех индивидуальных оптических систем совпадают между собой и совпадают с местоположением объекта исследования. Кроме того, могут использоваться несколько кольцевых рядов источников света, расположенных таким образом, что для каждого источника света выделен свой сектор отражателя - кусок эллипсоида вращения, направляющий световой поток в общую для всех эллипсоидов точку. Кроме того, индивидуальные оптические системы могут иметь разные общие точки сбора излучения для оперативного изменения схемы подсветки в процессе сеансов работы.
Недостаток описанной конструкции в том, что каждая эллиптическая осветительная система имеет относительно небольшую площадь, судя по фигуре, она занимает порядка трети площади сферы, охватывающей со всех сторон источник света, то есть свет, выходящий через остальные две трети площади этой сферы будет рассеиваться, то есть собираемость света неполная, что снижает коэффициент полезного действия установки.
(11) Известен способ автоматической ориентации солнечных батарей и устройство для его осуществления (по патенту на изобретение РФ №2516511 по заявке №2011149155/08 от 5.12.2011), содержащий систему автоматического регулирования, состоящую из солнечной батареи и датчика, преобразующего с помощью внешней обратной связи энергию источника излучения, являющуюся функцией угла поворота солнечной батареи, в напряжение, которое подается на вход исполнительных электродвигателей, изменяющих скорость в сторону увеличения светового потока, при этом исполнительными электродвигателями изначально задается постоянная угловая скорость горизонтального и вертикального слежения солнечной батареи относительно источника излучения (солнца) с последующей корректировкой напряжением, представляющим собой разность ЭДС датчика, которое по внешней обратной связи передается на обмотки исполнительных двигателей. Также предложен датчик, используемый в указанном способе.
Недостатком принципа слежения является использование электронного датчика. Тонкая электроника в процессе эксплуатации может выйти из строя, ее использование снижает надежность системы. Для ориентации по Солнцу в этой системе требуется время, от улавливания сигнала об изменении положения относительно Солнца до поворота солнечной батареи проходит промежуток времени, в который освещаемость не оптимальна. При быстром вращении аппарата и быстрой смене положения Солнца относительно аппарата батареи не будут успевать поворачиваться вслед за Солнцем.
(12) Известны 3D-принтеры (Д. Мамонтов Простая машина желаний. / ж. Популярная механика, 2012, вып. 7, с. 104-106), в которых объемные детали и предметы печатаются послойно путем спекания лазерным излучением частиц металлического или пластикового порошка по заданной компьютером программе, описывающей их форму.
Недостатком 3D-принтеров является то, что деталь должна состоять из одного материала, не предусмотрено печатание деталей, в которых используется три материала.
(13) Известно, что многие действующие космические аппараты снабжены бурильным оборудованием для взятия проб. Например, марсоход Curiosity имеет бур, способный высверливать цилиндрические образцы породы диаметром 16 мм и высотой 64 мм (И. Лисов Хорошая была планета… / ж. Новости космонавтики, 2013, вып. 5, с. 67).
Недостатком бурильного оборудования в виде трубки с заостренными краями или циркульной пилы является то, что 1) им трудно брать многие пробы для добычи большого объема породы (десятков килограммов) из-за того, что бур или пила затупляются, стирается их режущая часть; возможно заменять бур или пилу, но это приведет к осложнению или удорожанию установки, 2) особенно это оборудование непригодно для забора образцов чистого, астероидного, редкого, малоисследованного металла по тем же причинам; но самые дешевые с точки зрения дальнейшего производства - это именно чисто металлические материалы, их не надо химически выделять из неметаллической породы, искать способы такого выделения.
(14) Известен и утвержден к исполнению проект американского космического ведомства NASA по доставке в промышленных целях астероида размером 7-8 м массой до 1300 тонн на орбиту Луны (И. Лисов Авоська для астероида или бюджет NASA-2014. / ж. Новости космонавтики, 2013, вып. 6, с. 52-56). Для этой операции требуется комплекс с начальной массой на околоземной орбите около 18800 кг, выводимый носителем класса Atlas V. Электрореактивная двигательная установка с питанием от солнечных батарей, оснащенная четырьмя-пятью двигателями с удельным импульсом около 3000 с и энергопотреблением до 10 кВт каждый, обеспечивает спиральный подъем до Луны и дальнейший полет к астероиду и позволит транспортировать захваченный объект обратно к Луне. Астероид ловится и перевозится с использованием цилиндрического контейнера внешним диаметром 15 м и длиной 10 м, разворачиваемого за счет надувных элементов каркаса. Гашение угловой скорости объекта и его успокоение обеспечивают бортовые жидкотопливные ракетные двигатели. Авторы проекта приводят оригинальный коэффициент эффективности предложенной системы: как минимум 500 тонн доставленного груза на 18 тонн исходной массы, или 28:1. Для астероида класса С это означает: до 100 тонн воды, 100 тонн соединений углерода и 90 тонн металлов (83 тонны железа, 6 тонн никеля и 1 тонна кобальта).
Недостатками данного проекта является необходимость соблюдения экологических требований: 1) чтобы осуществлять проекты по перемещению астероидов к Земле, необходимо расширить сознание землян до уровня жителей солнечной системы, на которое влияют только звезды и галактики; если не сделать этого, то земляне останутся в рамках сознания жителей одной планеты, на которое влияют, например, ритмы вращения Луны вокруг Земли; вращаясь вокруг Луны, астероид изменит сознание землян, создав дополнительный ритм своим вращением вокруг Луны, на него будет реагировать все живое на Земле; у Земли будет два спутника, а не один, методики расширения сознания еще не созданы; до сих пор значительная часть землян умирает от инсультов, самоубийств, других нарушений в нервной системе; проект должен иметь медицинское сопровождение, чтобы не вмешиваясь слишком сильно в строение мозга землян, расширить их сознание с земного до размеров сознания солнечной системы; 2) по закону всемирного тяготения сила гравитации планеты зависит от ее массы, в том числе от массы человеческого общества, если начать крупномасштабную разработку астероидов и доставку их вещества на Землю, то надо иметь в виду, что оно имеет массу, которая увеличит массу Земли и человеческого общества, а следовательно ее гравитационную силу; конечно, доставка одного астероида малозаметна для Земли, но если в течение столетий доставлять астероидное вещество на Землю, оно накопится и вызовет изменения в гравитации; поэтому возникает экологическое требование: какую массу вещества Вы доставили на Землю, такую же массу вещества Вы должны доставить с Земли в космос; изменение гравитации может отрицательно повлиять на тонкие нервные процессы на клеточном, биохимическом и ядерном уровнях; если аппарат в 28 раз меньше доставленной породы, значит во столько же раз меньше вещества с Земли будет удалено в космос, с самого начала разработок начнется несоблюдение экологических требований. Конечно, в сутки на Землю падают десятки тонн метеоритного вещества, но это вещество не затрагивает человеческое общество. Количество металла, приходящегося на одного человека в обществе, должно быть установленной определенной величиной. Возможно, в обмен на астероидное вещество придется удалять в космос мусор, например, вывозить его на Венеру, где агрессивная атмосфера с парами серной кислоты в составе будет способствовать его разложению.
Кроме того, проект пригоден для добычи полезных ископаемых, которые в больших количествах потребляются промышленностью. Для добычи редких металлов и соединений он явно избыточен: так много вещества не требуется, придется утилизировать большие объемы неиспользованной породы.
Доставка многих тонн вещества с орбиты Луны на Землю, и мусора с Земли на Венеру требует строительства космического лифта: доставлять столько вещества ракетами технологически, экологически и экономически нецелесообразно. Например, сотни взлетов ракет будут прогревать и загрязнять атмосферу Земли. У нас климат и так нарушен, проблемы с климатом усугубятся.
Не продуманы механизмы утилизации веществ, оставшихся на орбите Луны. Легче всего скинуть остатки вещества на поверхность Луны. Для первого астероида такой путь сгодится, но при длительных разработках он отрицательно скажется на гравитации Луны.
Недостатком данного предложения также является возможность не справиться с управлением астероидом на орбите Земли, он тогда рухнет на Землю или Луну, и последствия будут катастрофические.
Таким образом, соглашаясь с необходимостью осуществления этого проекта, требуется внести в него дополнения, чтобы он соответствовал своему масштабу. Доставить вещество на орбиту Луны - это только начало процесса, завершение процесса и его влияние на Землю тоже требуют расходов, которые надо закладывать в бюджет.
К сожалению в США вместо того, чтобы дорабатывать проект, его закрыли (И. Лисов Лори Гарвер уходит. / ж. Новости космонавтики, 2013, вып. 10, с. 67). Возможно, к нему вернутся через несколько лет, поскольку с течением времени его актуальность для планеты будет расти, а претворять его в жизнь придется более двадцати лет.
(15) Известно устройство для доставки контейнера с грунтом исследуемого небесного тела в посадочный аппарат возвращаемой на Землю ступени космической станции и устройство для транспортирования грузов по трубопроводу (по патенту на изобретение РФ №2413660 по заявке на изобретние №2010110071/11 от 18.03.2010), содержащее трубопровод, узел для транспортирования контейнера по трубопроводу и узел загрузки и подготовки контейнера.
Недостатками описанного способа являются 1) не учитывается возможность разгерметизации рукава внешними силами, например, при попадании метеорита в рукав, 2) твердый контейнер ограничивает максимальные размеры взятой пробы грунта, нестандартную пробу взять с его помощью невозможно, 3) не конкретизируется устройство для взятия грунта, что расширяет применимость изобретения, но при трудностях взятия грунта, например, с поверхности металлического астероида, это может сделать изобретение неосуществимым.
(16) Известны и предлагаются в качестве прототипа сообщения, что основаны две частные фирмы, российская и американская, которые планируют добывать руду в космосе на астероидах (А. Ильин Космическая «золотая лихорадка» / ж. Новости космонавтики, 2012, вып. 10, с. 19; И. Черный Насекомые космоса будут искать руду в небе. / ж. Новости космонавтики, 2013, вып. 3, с. 64-65). Сообщение о наличии уровня техники пункт 9 было получено уже после завершения основной работы над заявкой.
Недостатками идеи добывать руду на астероидах в указанных статьях названы следующие: 1) высокая себестоимость работ по добыче, средства, вложенные в добычу, многократно превышают прибыль, стоит задача по снижению стоимости работ, 2) попытка закрепится на поверхности астероида - сложная задача, 3) бурение металлического астероида - энергоемкий процесс, отпилить кусок такого астероида - не реалистичная задача. Необходимо предложить конкретные технологии, чтобы общая прогрессивная идея была воплощена в жизнь.
Целью изобретений является длительная добыча ограниченной массы полезных ископаемых на астероиде с использованием энергии Солнца, преобразованной в энергию искусственного концентрированного излучения.
Техническим результатом изобретений является следующее
- дается оптическое и механическое описание добывающей и охватывающей частей аппарата, демонстрирующее возможность существования такого аппарата,
- использование для плавления вещества астероида концентрированных лучей от нескольких ламп прожектора, при этом лампы питаются энергией Солнца, что экономит собственную энергию и топливо аппарата, снижает стоимость его использования,
- не требуется делать анализ вещества на наличие в образцах чуждых Земле патогенных микроорганизмов, они автоматически уничтожаются высокой температурой,
- независимость работы установки от количества запасов топлива на борту,
- универсальность аппарата: он может быть закреплен на астероиде любой формы и работать с любым отражающим свет веществом астероида,
- не требуется очное участие человека в нормальной, стандартной работе установки, достаточно его дистанционного участия,
- предложен медленный способ добычи для тех, кто не торопится получить результат, способ хорош в сочетании с быстрым способом добычи на другом астероиде другой техникой другого вещества,
- способ позволяет добывать не только мягкие породы, но и металлы,
- предназначено для добычи в одном цикле конечного количества вещества порядка килограммов и десятков килограммов, которого не требуется науке и промышленности слишком много, чтобы транспортировать целиком весь астероид, его содержащий, к Земле,
- способ требует точного согласования с людьми, добывающими вещества на астероидах другими способами, какое им вещество добывать, чтобы они не обогнали и не добыли то же вещество другим способом,
- возможно использовать устройство как для работы в условиях невесомости на астероиде или комете, так и в условиях гравитации, на вершинах гор на малой или большой планете,
- причаливание к астероиду осуществляется путем охвата его длинными манипуляторами,
- регуляторы положения прожектора не реагируют на черный цвет поверхности астероида,
- содержит систему прицеливания фокуса линзы к поверхности астероида,
- отсутствие тонкой электроники в системе наведения сферической солнечной батареи, отсутствие необходимости двигать солнечную батарею при перемещении аппарата и астероида относительно Солнца, в том числе при быстром перемещении, например, при быстром вращении астероида с аппаратом вокруг своей оси,
- предложена система развертывания солнечной батареи,
- обеспечивает хранение отливок добытого вещества до прибытия космического корабля для доставки его на Землю,
- обеспечивает забор расплавленного вещества астероида манипулятором и его остывание с образованием мелких отливок,
- обеспечивает перемещение места забора вещества по поверхности астероида,
- обеспечивает возможность одновременного остывания нескольких отливок,
- возможно организовать печатание деталей аппарата на 3D-принтере с последующей сборкой из них всего аппарата и вставлением элементов электрической схемы,
- аппарат обеспечивает занятость космонавтов, работающих на космической станции на орбите Земли или на станции в вершине космического лифта,
- способ не может быть использован в качестве оружия, а предназначен для временной бескровной оккупации поверхности астероидов и комет,
- достижение полной эффективности работы аппарата 54,45% с возможностью ее последующей доводки до 80-100%.
Этот технический результат достигается тем, что предложен способ добычи полезных ископаемых на астероиде, при котором осуществляют причаливание добывающего космического аппарата путем охвата астероида с двух сторон минимум тремя манипуляторами, устанавливают отдельным манипулятором на поверхности астероида блок сбора материала, плавят многоламповым герметичным прожектором из блока сбора материала поверхностный слой астероида с образованием лунок, забирают из лунок расплавленный материал, охлаждают, помещают отливки в хранилище, периодически забирают отливки из хранилища отдельным космическим кораблем, курсирующим между Землей и астероидом.
Кроме того, предложена система крепления космического аппарата к астероиду, отличающаяся тем, что охватывающие астероид манипуляторы состоят из длинной последовательности протяженных плоских пластин с возможностью ее складывания в местах соединения пластин внутри отсека космического корабля при доставке аппарата на заданную траекторию движения к астероиду с Земли и с возможностью ее раскладывания при подлете аппарата к астероиду, при охвате астероида она повторяет форму его поверхности без мелких деталей.
Кроме того, предложен способ сбора добытого материала, отличающийся тем, что блок сбора материала имеет форму паралелепипеда с отверстием в верхней грани для забора добытого материала, четыре боковых ребра параллелепипеда образованы ножками с регулируемой длиной с возможностью при изменении длины ножек наводить точку сбора лучей прожектора, закрепленного в центре параллелепипеда, на участок поверхности астероида, расплавляют его путем длительного освещения с нагреванием, из лунки расплавленный материал забирают манипулятором сбора материала, который состоит из исходящих из общего центра трубок, при этом захватный тоннель манипулятора на конце трубки выдвигают из направляющего тоннеля в центре трубки в лунку, сдвигают верхнюю и нижнюю стенки захватного тоннеля на конце трубки, оставляют боковые стенки на конце трубки неподвижными, зажимают между стенками на конце трубки забранный материал, далее задвигают захватный тоннель обратно в направляющий тоннель, освобождая лунку, поворачивают трубку вокруг центра, при этом забранный материал затвердевает в отливку, далее захватный тоннель задвигают в сачок для хранения материала, выдвигая его из направляющего тоннеля, его верхнюю и нижнюю стенки раздвигают, поршнем из глубины тоннеля выталкивают отливку в сачок манипулятора хранилища материала, далее захватный тоннель выдвигают из сачка, поршень убирают вглубь тоннеля, и двигают пустой захватный тоннель по кругу вместе с центральным колесом манипулятора сбора материала до следующего забора материала, когда в сачке накапливаются отливки, его зев стягивают петлей, герметично закупоривая отливки, трубку с сачком на конце поворачивают вместе с центральным колесом манипулятора хранилища материала, при этом устанавливают на место заполненного сачка пустой сачок, после заполнения всех сачков блок сбора материала пристыковывают к космическому кораблю, куда забираются отливки вместе с сачками, на место заполненных сачков привинчиваются пустые сачки, в ходе всех этих операций блок сбора материала перемещают манипулятором относительно поверхности астероида вокруг корпуса аппарата и поднимают над поверхностью астероида.
Кроме того, предложена система поддержания неподвижной раскрываемой сферической солнечной батареи, отличающаяся тем, что она состоит из экваториальных поддерживающих трубок и меридиональных поддерживающих трубок, экваториальные поддерживающие трубки разделены внутри и вдоль перегородками, внутри них по обе стороны от перегородок натянуты параллельные тросы, экваториальные поддерживающие трубки составлены и образуют разомкнутую окружность, меридиональные поддерживающие трубки соединены попарно двумя планками, при этом в раме из планок и меридиональных трубок находятся фотопреобразователи, соединенные в единуюэлектрическую цепь протянутыми между рамами проводами, внутри составленных друг с другом меридиональных трубок, образующих четверть меридиана и отходящих перпендикулярно каждой экваториальной трубке, натянуты тросы, на свободных концах тросов меридиональных трубок в полюсах сферы и на свободном, незамкнутом конце экваториальной окружности находятся Т-образные окончания из пластин, которые упираются в концы краевых трубок при натяжении троса, а на противоположных концах тросов они зажимаются в зажимные устройства, состоящие из двух туго движущихся зажимов, поддерживаемых стойками, двух колец на тросе, которые фиксируют один конец зажимов, и цилиндра на тросе, этот цилиндр раздвигает округлые вторые концы зажимов и направляет их между двумя кольцами, с возможностью натягивания тросов путем их накрутки на валы электродвигателей, электродвигатели, натягивающие тросы меридиональных трубок, закреплены на экваториальных трубках, электродвигатель, натягивающий тросы экваториальных трубок, закреплен на опоре, соединенной с корпусом аппарата, для поддержания уровня тросов на каждом участке между трубкой и электродвигателем у тросов экваториальных трубок использованы опорные колесики, на которые трос попадает, пройдя из первой экваториальной трубки через отверстие в опоре, у тросов меридиональных трубок использованы для этого направляющие изогнутые трубки, приваренные к экваториальным трубкам, в которые трос попадает на выходе из отверстия в боковой стенке первых концевых трубок, система поддержания солнечной батареи выполнена с возможностью ее складывания путем ослабления тросов и сложения гармошкой пар меридиональных трубок и сложения перпендикулярно им гармошкой экваториальных трубок, гармошка из экваториальных трубок укладывается по спирали в одной плоскости вблизи корпуса аппарата с возможностью размещения сложенной конструкции в отсеке взлетающей ракеты, также система выполнена с возможностью ее возвращения в округлую форму путем натягивания и фиксации тросов и благодаря наличию у трубок торцевых граней, не перпендикулярных боковым стенкам, а скошенных, что при соприкосновении торцов трубок придает конструкции изогнутую форму сферы. Описание фигур.
На фигурах представлены следующие изображения.
На фиг. 1 - космический аппарат для добычи полезных ископаемых на астероиде, общий вид сверху, на фиг. 2 - узел по перемещению пластин манипуляторов в сложенном состоянии пластин, на фиг. 3 - узел по перемещению пластин манипуляторов в разложенном состоянии пластин, на фиг. 4 - трапециевидная пластина манипулятора, на фиг. 5 - центральные пластины манипулятора, перемещающего блок сбора материала, или манипулятора, перемещающего антенну, на фиг. 6 - вид снизу на прожектор на горизонтальном срезе АА блока сбора материала, на фиг. 7 - блок сбора материала, срединный фронтальный разрез ББ, на фиг. 8 - блок сбора материала, срединный вертикальный разрез ВВ, на фиг. 9 - регулятор высоты расположения прожектора, срединный вертикальный срез ГГ, на фиг. 10 - принципиальная схема прицельного устройства регулятора высоты прожектора, на фиг. 11 - схема попадания лучей на дно верхней затеняющей трубки прицельного устройства регулятора высоты прожектора при завышенном на 5 мм уровне поверхности астероида по сравнению с точкой сбора лучей прожектора, на фиг. 12 - схема попадания лучей на дно нижней затеняющей трубки прицельного устройства регулятора высоты прожектора при заниженном на 5 мм уровне поверхности астероида по сравнению с точкой сбора лучей прожектора, на фиг. 13 - схема попадания лучей на дно средней затеняющей трубки прицельного устройства регулятора высоты прожектора при совпадении точки сбора лучей прожектора с поверхностью астероида, на фиг. 14 - место стыковки причальных колец блока сбора материала и космического корабля, на фиг. 15 - захватный тоннель манипулятора сбора материала, на фиг 16 - поворотное устройство подвижной стенки, увеличенный сред ДД, на фиг. 17 - направляющий тоннель манипулятора сбора материала и блок, приводящий его в движение, в плоскости, параллельной вертикальному срезу ВВ, увеличено по сравнению со срезом ВВ, на фиг. 18 - пустой сачок для отливок на конце манипулятора хранилища материалов, вертикальный центральный срез через него, на фиг. 19 - заполненный сачок с отливками с раскрытой передней петлей, вертикальный центральный срез через него, на фиг. 20 - пустой сачок для отливок, фронтальный срез вдоль трубки манипулятора, на фиг. 21 - заполненный сачок с отливками с затянутой передней петлей, фронтальный срез вдоль трубки манипулятора, на фиг. 22 - вид на корпус аппарата и поворотную пластину снизу, со стороны астероида, на фиг. 23 - крепление раздвоенной пластины к корпусу аппарата, на фиг. 24 - система поддержания солнечных батарей, участок сферической поверхности в развернутом положении, на фронтальном срезе ЕЕ, на фиг. 25 - система поддержки солнечных батарей, участок сферической поверхности в развернутом положении на продольном вертикальном срезе ЖЖ, на фиг. 26 - продолжение среза ЖЖ, меридиональные трубки в верхней точке полюса сферической поверхности, на фиг. 27 - горизонтальный срез 33 сферической поверхности раскрытых солнечных батарей, на фиг. 28 - вид сбоку на сложенную систему поддержки солнечных батарей, готовую к раскрытию, на фиг. 29 - вид сверху на сложенную систему поддержки солнечных батарей, готовую к раскрытию, на фиг. 30 - зажим для троса в продольном разрезе в раскрытом состоянии, на фиг. 31 - зажим для троса в продольном разрезе в состоянии фиксации троса, на фиг. 32 - механизм натягивания троса для установки меридиональных трубок на срезе ИИ, на фиг. 33 - механизм натягивания троса для установки экваториальных трубок на срезе КК, на фиг. 34 - прожектор крупным планом в вертикальном разрезе ЛЛ, на фиг. 35 - прожектор крупным планом на виде снизу.
Цифрами на фигурах обозначены
На фиг. 1: 1 - астероид, 2 - охватывающие манипуляторы, 3 - сферические солнечные батареи, 4 - блок сбора материала, 5 - манипулятор, перемещающий блок 4, 6 - антенна, 7 - манипулятор, перемещающий антенну,
На фиг. 2-3 и ниже: 8 - нижняя опорная пластина, 9 - верхняя опорная пластина, 10 - болт, 11 - внутреннее кольцо подшипника с резьбой для стержня 7, 12 - внешнее кольцо подшипника, 13 - обмотка ротора, 14 - обмотка статора, 15 - шарики подшипника, 16 - кабель, подводящий электрический ток от солнечных батарей, регулируемый компьютером, 17 - кабель подводящий электричество к статору и ротору, 18 - щетки, передающие ток к ротору, 19 - пластины манипуляторов, 20 - трубка с резьбой,
На фиг. 5: 21 - отверстия для болтов, 22 - пластина, перемещающая блок сбора материала вперед-назад, 23 - пластина, перемещающая блок сбора материала вверх-вниз,
На фиг. 6-8: 24 - прожектор, 25 - держатели прожектора, 26 - направляющие опор блока сбора материала, 27 - отверстие стыковочного узла для сбора материала из сачков, 28 - корпус блока сбора материала, 29 - держатель прицельного устройства регулятора высоты прожектора, 30 - трубка манипулятора хранилища материала, 31 - сачки манипулятора хранилища материала, 32 - регуляторы высоты прожектора, 33 - прицельные устройства регуляторов 32 в форме тройных трубок, 34 - центральное зубчатое колесо, 35 - трубки манипулятора сбора материала, 36 - держатели манипуляторов, 37 - причальное кольцо, 38 - направляющие выступы причального устройства, 39 - конусообразный магнит с конусообразным пазом в центре, 40 - пластина, являющаяся продолжением корпуса блока сбора материала, стыкуемая с пластиной манипулятора 6, перемещающего блок сбора материала, 41 - камеры видеонаблюдения, 42 - сферы с внутренней зеркальной поверхностью, 43 - трубки для направления лучей, 44 - лампы, 45 - застекленные отверстия в сфере 42 напротив трубок 43, 46 - корпус для размещения сфер 42, 47 - электрокабель, снабжающий электроэнергией лампы 44,
На фиг. 9: 48 - упор для фиксации направляющих опор в верхнем вынутом положении, 49 - внутреннее кольцо подшипника с резьбой для направляющих опор, 50 - внешний цилиндр подшипника, 51 - шарики подшипника регулятора высоты расположения линз, 52 - подставка для контакта с поверхностью астероида,
На фиг. 10: 53 - средняя затеняющая трубка прицельного устройства регулятора высоты прожектора, 54 - нижняя затеняющая трубка прицельного устройства регулятора высоты прожектора, 55 - верхняя затеняющая трубка прицельного устройства регулятора высоты прожектора, 56 - средний фотодиод, 57 - нижний фотодиод, 58 - верхний фотодиод, 59 - ось трубки 53, направленная в точку сбора лучей прожектора, 60 - ось трубки 54, направленная в точку на 5 мм ниже точки сбора лучей прожектора, 61 - ось трубки 55, направленная в точку на 5 мм выше точки сбора лучей прожектора, 62 - цепь, при замыкании которой прожектор опускается, 63 - ключ, замыкающий цепь 62, 64 - цепь, при замыкании которой прожектор поднимается, 65 - ключ, замыкающий цепь 64, 66 - цепь, регулирующая ключ 63, 67 - цепь, регулирующая ключ 65, 68 - ключ, замыкающийся при увеличении тока в цепи с фотодиодом 58 и размыкающийся при снижении тока в этой цепи, 69 - ключ, замыкающийся при уменьшении тока в цепи с фотодиодом 58 и размыкающийся при увеличении тока в этой цепи, 70 - ключ, замыкающийся при увеличении тока в цепи с фотодиодом 57 и размыкающийся при уменьшении тока в этой цепи, 71 - ключ, замыкающийся при снижении тока в цепи с фотодиодом 57 и размыкающийся при увеличении тока в этой цепи, 72 - спиральный контакт на краю резьбы направляющей 26, 73 - щетки для передачи тока, 74 - кольцеобразный контакт на цилиндре 50,
На фиг. 11-13: 75 - поверхность астероида, 76 - падающий от одной из трубок 43 луч, 77 - отраженный от поверхности 75 луч 76, 78 - точка сбора лучей прожектора,
На фиг. 14: 79 - кусок ферромагнетика, 80 - конусовидная катушка индуктивности, 81 - причальное кольцо космического корабля, 82 - пружины для амортизации удара кольца 81 о выступ 38, 83 - подвижное соединение выступа 38 и кольца 37,
На фиг. 15-16: 84 - верхняя стенка захватного тоннеля трубки манипулятора сбора материала, 85 - нижняя стенка захватного тоннеля трубки манипулятора сбора материала, 86 - верхняя опускаемая стенка захватного тоннеля в закрытом положении, 87- нижняя поднимаемая стенка захватного тоннеля в закрытом положении, 88 - боковая неподвижная стенка захватного тоннеля трубки манипулятора сбора материала, 89 - затвердевающий забранный материал, будущая отливка, 90 - открытое положение верхней подвижной стенки захватного тоннеля, 91 - открытое положение нижней подвижной стенки захватного тоннеля, 92 - поворотные устройства подвижных стенок, 93 - ротор поворотного устройства 92, 94 - статор поворотного устройства 92, 95 - зубчатое колесо поворотного устройства 92, 96 - ось поворотного устройства 92, 97 - Г-образная изгибаемая пластина для фиксации определенного положения зубчатого колеса 95, 98 - крепления оси 96 к неподвижной стенке 84, 99 - крепление оси 96 к подвижной стенке 86, 100 - выталкивающий отливку поршень, 101 - направляющая поршня,
На фиг. 17: 102 - захватный тоннель трубки манипулятора сбора материала, 103 - направляющий тоннель трубки манипулятора сбора материала, 104 - камера зубчатого колеса 105, перемещающего захватный тоннель внутри направляющего тоннеля, 106 - тоннель крепления трубки манипулятора сбора материала, 107 - дно захватного тоннеля в задвинутом положении, 108 - положение дна захватного тоннеля в выдвинутом положении, 109 - перемычка, приводящая захватный тоннель в движение вдоль направляющего тоннеля, 110 - положение перемычки 109 в выдвинутом положении захватного тоннеля, 111 - ушко для подвижного крепления перемычки 109 ко дну тоннеля 107, 112 - перемычка для крепления оси зубчатого колеса 105 к стенкам камеры 104, 113 - Г-образный упор зубчатого колеса 105, 114 - Г-образный упор центрального зубчатого колеса 34, 115 - массивная ось зубчатого колеса 34 для его крепления к ротору электродвигателя, 116 - провода подводящие электрический ток к поворотным устройствам,
На фиг. 18-21: 117 - заднее кольцо приемника отливок, 118 - передняя петля приемника отливок, 119 - заполненный сачок для хранения отливок, 120 - отливки, 121 - электродвигатель для сокращения петли 118, 122 - складки сложенного сачка, 123 - держатель кольца 117, 124 - опорный стержень для электродвигателя 121, петли 118 и кольца 117, 125 - патрон, вворачиваемый в патрон 126, 127 - ограничительное кольцо, 128 - кольцо, которым оканчивается петля 118, накинутая на кольцо 127, 129 - вращающаяся ось электродвигателя 121, 130 - конец петли 118, закрепленный на оси 129, 131 - зев передней петли, в который подается отливка из трубки манипулятора сбора материала,
На фиг. 22-23: 132 - подвижная поворачивающаяся вокруг корпуса кольцеобразная поворотная платформа, 133 - зубчатая боковая поверхность поворотной платформы 132, 134 - зубчатое колесо, приводящее во вращение платформу 132, 135 - ось электродвигателя, заслоненного колесом 134, 136 - демпферы для соприкосновения аппарата с астероидом, 137 - начальная раздвоенная пластина, служащая основанием двух манипуляторов, 138 - стержень со скобой на конце для крепления пластины 137 нижним отверстием к корпусу, 139 - параллельные треки для щеток 73 в форме параллельных окружностей, 140 - сопла двигателей малой тяги для движений от астероида, 141 - сопла двигателей малой тяги для боковых движений аппарата, 142 - бортовой компьютер, 143 -корпус аппарата,
На фиг. 24-29: 144 - экваториальная поддерживающая трубка, 145 - меридиональная поддерживающая трубка, 146 - трос, устанавливающий экваториальные трубки, 147 - трос, устанавливающий меридиональные трубки, 148 - отверстия стенок краевых трубок для выхода тросов, 149 - фотопреобразователи, 150 - планки между трубками для поддержания фотопреобразователей в расправленном состоянии, 151 - щели между трубками, 152 - опора экваториальных трубок и сферической конструкции в целом, 153 - электродвигатели, натягивающие тросы, устанавливающие меридиональные трубки, 154 - провода, соединяющие фотопреобразователи 149 в единую цепь, 155 - концевые пластины, 156 - перегородка внутри экваториальной трубки 144 между тросами 146, 157 - цилиндрическое углубление в опоре 152, 158 - опорное колесико для тросаэкваториальных трубок, 159 - зажимающие устройства для тросов, 160 - направляющие трубки, 161 - электродвигатель, натягивающий трос экваториальных трубок,
На фиг. 30-31: 162 - кольца для двусторонней фиксации троса, 163 - подвижные зажимы, 164 - округлые концы зажимов, 165 - стойка для поддержки зажимов, 166 -центрирующее трос отверстие в стойке 165, 167 - болты, относительно которых туго двигаются зажимы 163, 168 - металлический цилиндр, закрывающий зажимы,
На фиг. 32-33: 169 - вал электродвигателя, на который наматывается трос, На фиг. 34-35: 170 - провода, подводящие электричество к отдельным лампам 44, 171 - патроны ламп, 172 - держатели патронов ламп, 173 - ход луча, идущего напрямую от лампы 44, 174 - ход луча, идущего от лампы и отраженного от внутренней поверхности сферы 42 в отверстие 45.
Описание фигур.
На фигурах представлены следующие изображения.
На фиг. 1 - космический аппарат для добычи полезных ископаемых на астероиде, общий вид сверху, на фиг. 2 - узел по перемещению пластин манипуляторов в сложенном состоянии пластин, на фиг. 3 - узел по перемещению пластин манипуляторов в разложенном состоянии пластин, на фиг. 4 - трапециевидная пластина манипулятора, на фиг. 5 - центральные пластины манипулятора, перемещающего блок сбора материала, или манипулятора, перемещающего антенну, на фиг. 6 - вид снизу на прожектор на горизонтальном срезе АА блока сбора материала, на фиг. 7 - блок сбора материала, срединный фронтальный разрез ББ, на фиг. 8 - блок сбора материала, срединный вертикальный разрез ВВ, на фиг. 9 - регулятор высоты расположения линзы, срединный вертикальный срез ГГ, на фиг. 10 - принципиальная схема прицельного устройства регулятора высоты прожектора, на фиг. 11 - схема попадания лучей на дно верхней затеняющей трубки прицельного устройства регулятора высоты прожектора при завышенном на 5 мм уровне поверхности астероида по сравнению с фокусом линзы прожектора, на фиг. 12 - схема попадания лучей на дно нижней затеняющей трубки прицельного устройства регулятора высоты прожектора при заниженном на 5 мм уровне поверхности астероида по сравнению с фокусом линзы прожектора, на фиг. 13 - схема попадания лучей на дно средней затеняющей трубки прицельного устройства регулятора высоты прожектора при совпадении фокуса линзы прожектора с поверхностью астероида, на фиг. 14 - место стыковки причальных колец блока сбора материала и космического корабля, на фиг. 15 - захватный тоннель манипулятора сбора материала, на фиг 16 - поворотное устройство подвижной стенки, увеличенный сред ДД, на фиг. 17 - направляющий тоннель манипулятора сбора материала и блок, приводящий его в движение, в плоскости, параллельной вертикальному срезу ВВ, увеличено по сравнению со срезом ВВ, на фиг. 18 - пустой сачок для отливок на конце манипулятора хранилища материалов, вертикальный центральный срез через него, на фиг. 19 - заполненный сачок с отливками с раскрытой передней петлей, вертикальный центральный срез через него, на фиг. 20 - пустой сачок для отливок, фронтальный срез вдоль трубки манипулятора, на фиг. 21 - заполненный сачок с отливками с затянутой передней петлей, фронтальный срез вдоль трубки манипулятора, на фиг. 22 - вид на корпус аппарата и поворотную пластину снизу, со стороны астероида, на фиг. 23 - крепление раздвоенной пластины к корпусу аппарата, на фиг. 24 - система поддержания солнечных батарей, участок сферической поверхности в развернутом положении, на фронтальном срезе ЕЕ, на фиг. 25 - система поддержки солнечных батарей, участок сферической поверхности в развернутом положении на продольном вертикальном срезе ЖЖ, на фиг. 26 - продолжение среза ЖЖ, меридиональные трубки в верхней точке полюса сферической поверхности, на фиг. 27 - горизонтальный срез ЗЗ сферической поверхности раскрытых солнечных батарей, на фиг. 28 - вид сбоку на сложенную систему поддержки солнечных батарей, готовую к раскрытию, на фиг. 29 - вид сверху на сложенную систему поддержки солнечных батарей, готовую к раскрытию, на фиг. 30 - зажим для троса в продольном разрезе в раскрытом состоянии, на фиг. 31 - зажим для троса в продольном разрезе в состоянии фиксации троса, на фиг. 32 - механизм натягивания троса для установки меридиональных трубок на срезе ИИ, на фиг. 33 - механизм натягивания троса для установки экваториальных трубок на срезе КК, на фиг. 34 - прожектор крупным планом в вертикальном разрезе ЛЛ, на фиг. 35 - прожектор крупным планом на горизонтальном разрезе ММ.
Цифрами на фигурах обозначены
На фиг. 1: 1 - астероид, 2 - охватывающие манипуляторы, 3 - сферические солнечные батареи, 4 - блок сбора материала, 5 - манипулятор, перемещающий блок 4, 6 - антенна, 7 - манипулятор, перемещающий антенну,
На фиг. 2-3 и ниже: 8 - нижняя опорная пластина, 9 - верхняя опорная пластина, 10 - болт, 11 - внутреннее кольцо подшипника с резьбой для стержня 7, 12 - внешнее кольцо подшипника, 13 - обмотка ротора, 14 - обмотка статора, 15 - шарики подшипника, 16 - кабель, подводящий электрический ток от солнечных батарей, регулируемый компьютером, 17 - кабель подводящий электричество к статору и ротору, 18 - щетки, передающие ток к ротору, 19 - пластины манипуляторов, 20 - трубка с резьбой,
На фиг. 5: 21 - отверстия для болтов, 22 - пластина, перемещающая блок сбора материала вперед-назад, 23 - пластина, перемещающая блок сбора материала вверх-вниз,
На фиг. 6-8: 24 - прожектор, 25 - держатели прожектора, 26 - направляющие опор блока сбора материала, 27 - отверстие стыковочного узла, пропускающее свет, 28 - корпус блока сбора материала, 29 - держатель прицельного устройства регулятора высоты прожектора, 30 - трубка манипулятора хранилища материала, 31 - сачки манипулятора хранилища материала, 32 - регуляторы высоты прожектора, 33 - прицельные устройства регуляторов 32 в форме тройных трубок, 34 - центральное зубчатое колесо, 35 - трубки манипулятора сбора материала, 36 - держатели манипуляторов, 37 - причальное кольцо, 38 - направляющие выступы причального устройства, 39 - конусообразный магнит с конусообразным пазом в центре, 40 - пластина, являющаяся продолжением корпуса блока сбора материала, стыкуемая с пластиной манипулятора 6, перемещающего блок сбора материала, 41 - камеры видеонаблюдения, 42 - центральная фокусирующая линза, 43 - место сварки оправы линзы 42 с отражателями, 44 - лампы, 45 - общий большой отражатель, 46 - малые отражатели каждой лампы, 47 - электрокабель, снабжающий электроэнергией лампы 44,
На фиг. 9: 48 - упор для фиксации направляющих опор в верхнем вынутом положении, 49 - внутреннее кольцо подшипника с резьбой для направляющих опор, 50 - внешний цилиндр подшипника, 51 - шарики подшипника регулятора высоты расположения линз, 52 - подставка для контакта с поверхностью астероида,
На фиг. 10: 53 - средняя затеняющая трубка прицельного устройства регулятора высоты прожектора, 54 - нижняя затеняющая трубка прицельного устройства регулятора высоты прожектора, 55 - верхняя затеняющая трубка прицельного устройства регулятора высоты прожектора, 56 - средний фотодиод, 57 - нижний фотодиод, 58 - верхний фотодиод, 59 - ось трубки 53, направленная в фокус линзы 42, 60 - ось трубки 54, направленная в точку на 5 мм ниже фокуса линзы 42, 61 - ось трубки 55, направленная в точку на 5 мм выше фокуса линзы 42, 62 - цепь, при замыкании которой прожектор опускается, 63 - ключ, замыкающий цепь 62, 64 - цепь, при замыкании которой прожектор поднимается, 65 - ключ, замыкающий цепь 64, 66 - цепь, регулирующая ключ 63, 67 - цепь, регулирующая ключ 65, 68 - ключ, замыкающийся при увеличении тока в цепи с фотодиодом 58 и размыкающийся при снижении тока в этой цепи, 69 - ключ, замыкающийся при уменьшении тока в цепи с фотодиодом 58 и размыкающийся при увеличении тока в этой цепи, 70 - ключ, замыкающийся при увеличении тока в цепи с фотодиодом 57 и размыкающийся при уменьшении тока в этой цепи, 71 - ключ, замыкающийся при снижении тока в цепи с фотодиодом 57 и размыкающийся при увеличении тока в этой цепи, 72 - спиральный контакт на краю резьбы направляющей 26, 73 - щетки для передачи тока, 74 - кольцеобразный контакт на цилиндре 50,
На фиг. 11-13: 75 - поверхность астероида, 76 - падающий от линзы 42 луч, 77 - отраженный от поверхности 75 луч, 78 - точка, соответствующая фокусу линзы 42,
На фиг. 14: 79 - кусок ферромагнетика, 80 - конусовидная катушка индуктивности, 81 - причальное кольцо космического корабля, 82 - пружины для амортизации удара кольца 81 о выступ 38, 83 - подвижное соединение выступа 38 и кольца 37,
На фиг. 15-16: 84 - верхняя стенка захватного тоннеля трубки манипулятора сбора материала, 85 - нижняя стенка захватного тоннеля трубки манипулятора сбора материала, 86 - верхняя опускаемая стенка захватного тоннеля в закрытом положении, 87 - нижняя поднимаемая стенка захватного тоннеля в закрытом положении, 88 - боковая.. неподвижная стенка захватного тоннеля трубки манипулятора сбора материала, 89 - затвердевающий забранный материал, будущая отливка, 90 - открытое положение верхней подвижной стенки захватного тоннеля, 91 - открытое положение нижней подвижной стенки захватного тоннеля, 92 - поворотные устройства подвижных стенок, 93 - ротор поворотного устройства 92, 94 - статор поворотного устройства 92, 95 - зубчатое колесо поворотного устройства 92, 96 - ось поворотного устройства 92, 97 - Г-образная изгибаемая пластина для фиксации определенного положения зубчатого колеса 95, 98 - крепления оси 96 к неподвижной стенке 84, 99 - крепление оси 96 к подвижной стенке 86, 100 - выталкивающий отливку поршень, 101 - направляющая поршня,
На фиг. 17: 102 - захватный тоннель трубки манипулятора сбора материала, 103 - направляющий тоннель трубки манипулятора сбора материала, 104 - камера зубчатого колеса 105, перемещающего захватный тоннель внутри направляющего тоннеля, 106 - тоннель крепления трубки манипулятора сбора материала, 107 - дно захватного тоннеля в задвинутом положении, 108 - положение дна захватного тоннеля в выдвинутом положении, 109 - перемычка, приводящая захватный тоннель в движение вдоль направляющего тоннеля, 110 - положение перемычки 109 в выдвинутом положении захватного тоннеля, 111 - ушко для подвижного крепления перемычки 109 ко дну тоннеля 107, 112 - перемычка для крепления оси зубчатого колеса 105 к стенкам камеры 104, 113 - Г-образный упор зубчатого колеса 105, 114 - Г-образный упор центрального зубчатого колеса 34, 115 - массивная ось зубчатого колеса 34 для его крепления к ротору электродвигателя, 116 - провода подводящие электрический ток к поворотным устройствам,
На фиг. 18-21: 117 - заднее кольцо приемника отливок, 118 - передняя петля приемника отливок, 119 - заполненный сачок для хранения отливок, 120 - отливки, 121 - электродвигатель для сокращения петли 118, 122 - складки сложенного сачка, 123 - держатель кольца 117, 124 - опорный стержень для электродвигателя 121, петли 118 и кольца 117, 125 - патрон, вворачиваемый в патрон 126, 127 - ограничительное кольцо, 128 - кольцо, которым оканчивается петля 118, накинутая на кольцо 127, 129 - вращающаяся ось электродвигателя 121, 130 - конец петли 118, закрепленный на оси 129, 131 - зев передней петли, в который подается отливка из трубки манипулятора сбора материала,
На фиг. 22-23: 132 - подвижная поворачивающаяся вокруг корпуса кольцеобразная поворотная платформа, 133 - зубчатая боковая поверхность поворотной платформы 132, 134 - зубчатое колесо, приводящее во вращение платформу 132, 135 - ось электродвигателя, заслоненного колесом 134, 136 - демпферы для соприкосновения аппарата с астероидом, 137 - начальная раздвоенная пластина, служащая основанием двух манипуляторов, 138 - стержень со скобой на конце для крепления пластины 137 нижним отверстием к корпусу, 139 - параллельные треки для щеток 73 в форме параллельных окружностей, 140 - сопла двигателей малой тяги для движений от астероида, 141 - сопла двигателей малой тяги для боковых движений аппарата, 142 - бортовой компьютер, 143 - корпус аппарата,
На фиг. 24-29: 144 - экваториальная поддерживающая трубка, 145 - меридиональная поддерживающая трубка, 146 - трос, устанавливающий экваториальные трубки, 147 - трос, устанавливающий меридиональные трубки, 148 - отверстия стенок краевых трубок для выхода тросов, 149 - фотопреобразователи, 150 - планки между трубками для поддержания фотопреобразователей в расправленном состоянии, 151 - щели между трубками, 152 - опора экваториальных трубок и сферической конструкции в целом, 153 - электродвигатели, натягивающие тросы, устанавливающие меридиональные трубки, 154 - провода, соединяющие фотопреобразователи 149 в единую цепь, 155 - концевые пластины, 156 - перегородка внутри экваториальной трубки 144 между тросами 146, 157 - цилиндрическое углубление в опоре 152, 158 - опорное колесико для троса экваториальных трубок, 159 - зажимающие устройства для тросов, 160 - направляющие трубки, 161 - электродвигатель, натягивающий трос экваториальных трубок,
На фиг. 30-31: 162 - кольца для двусторонней фиксации троса, 163 - подвижные зажимы, 164 - округлые концы зажимов, 165 - стойка для поддержки зажимов, 166 - центрирующее трос отверстие в стойке 165, 167 - болты, относительно которых туго двигаются зажимы 163, 168 - металлический цилиндр, закрывающий зажимы,
На фиг. 32-33: 169 - вал электродвигателя, на который наматывается трос,
На фиг. 34-35: 170 - камера с газом, 171 - место сварки общего большого отражателя 45 с малыми отражателями 46, 172 - кольцо оправы, вставленное в линзу 42 при ее отливке и приваренное к малым отражателям 46, 173 - провода, подводящие электричество к отдельным лампам 44, 174 - патроны ламп, 175 - держатели патронов, 176 - ход луча, отраженного от малого отражателя 46, 177 - ход луча, отраженного сразу от большого отражателя.
Общий вид космического аппарата для добычи полезных ископаемых на астероиде приведен на фиг. 1. Аппарат крепится к астероиду с помощью трех охватывающих манипуляторов 2. Три манипулятора - это минимальное их количество, чтобы придать аппарату устойчивое положение относительно астероида во всех плоскостях. Если сделать только два манипулятора, то они обеспечивают устойчивость аппарата лишь во фронтальной плоскости, он не будет раскачиваться влево-вправо, но вперед-назад он на двух манипуляторах будет раскачиваться при движении блока сбора материала 4. Манипулятор 5, перемещающий блок сбора материала, уравновешивается с протвоположной стороны манипулятором 7, перемещающим антенну 6. Кольцеобразная поворотная платформа 132 (фиг. 22) на корпусе 143, вращаясь вокруг корпуса 143, обеспечивает перемещение манипулятора 4 и блока сбора материала 3 полностью вокруг корпуса и влево-вправо. Сгибание ближних к корпусу звеньев манипулятора 5 обеспечивает движение блока сбора материала 4 вперед-назад. Сгибание дальних от корпуса звеньев манипулятора 5 обеспечивает движение блока сбора материала вверх-вниз. Таким образом, блок сбора материала 4, подвижен относительно корпуса и может быть доставлен в любую точку поверхности астероида вокруг корпуса аппарата, куда позволяет дотянуться длина манипулятора 5. Аналогично устроен манипулятор 7.
Устройство манипуляторов, как охватывающих 2, так и перемещающего 5 блок сбора материала, подробно описано на фиг. 2-5. Основу манипуляторов составляют трапециообразные пластины, изображенные на фиг. 4 и обозначенные как 19 на фиг. 2, 3. Длина пластин составляет несколько метров, но с расчетом, чтобы помещаться в средствах доставки. На фиг. 4 не показано, но на поверхности пластин со стороны, не соприкасающейся с поверхностью астероида, делаются ушки или отверстия для протягивания провода электропитания 16 (фиг. 2, 3). В отличие от манипуляторов 2, в которых пластины расположены и перемещаются в одной плоскости, в манипуляторе 5 пластины расположены в двух плоскостях: в ближнем к корпусу конце они параллельны поверхности астероида, в дальнем конце перпендикулярны ей (фиг. 1). Поэтому на манипуляторе 5 имеется центральная пластина (фиг. 5), состоящая из двух взаимно перпендикулярных пластин 22, 23, являющаяся переходной от одной плоскости к другой. Складывание пластин для транспортировки в средства доставки и раскладывание манипуляторов для причаливания к астероиду производится узлом по перемещению пластин манипуляторов. В сложенном состоянии пластин он изображен на фиг. 2, в разложенном - на фиг. 3. Пластины 19 болтами с гайками соединены с нижней 8 и верхней 9 опорными пластинами. Нижняя пластина 8 соединена со стержнем 20 с резьбой, на которую наворачивается или с которой сворачивается внутреннее кольцо подшипника 11. Верхняя пластина 9 соединена с внешним кольцом подшипника 12. Шарики подшипника 15 расположены сверху и снизу в желобах по окружности с центром на оси стержня 20. Во вращение внутреннее кольцо 11 относительно внешнего кольца 12 приводится за счет того, что внутреннее кольцо является ротором электродвигателя и содержит обмотку 13, а внешнее кольцо является статором электродвигателя и содержит обмотку 14. Обмотки 13 и 14 изображены схематично.
При вращании кольца 11 внутри кольца 12 первое перемещается вверх или вниз по стержню 7 в зависимости от направления тока в обмотках ротора 13 и статора 14, соответственно увеличивая или уменьшая расстояние между опорными пластинами 8 и 9, ставя соседние пластины 19 вдоль одной линии в разложенном состоянии или сближая их друг с другом в сложенном состоянии. При этом трапециевидная, а не прямоугольная форма пластин на позволяет им в сложенном состоянии полностью соприкасаться друг с другом, между ними при складывании остается острый угол, чтобы они не зацеплялись друг за друга. На фиг. 2-3 изображены маленькие узлы по перемещению пластин аппарата для работы в невесомости. При работе в горах на планете они будут выглядеть более массивно.
На фиг. 6-8 показан блок сбора материала и его отдельные узлы на фиг. 9-21. Он располагается на конце манипулятора 5 (см. 4 на фиг. 1) и в целом имеет форму параллелепипеда с отверстием в верхней грани, имеет манипулятор сбора материала (см. 34, 35 на фиг. 6-8), манипулятор хранилища материала (см. 30, 31 на фиг. 6-8) и прожектор для плавления материала (см. 24 на фиг. 6-8). Ребра параллелепипеда образованы четырьмя направляющими 26, длина которых меняется регуляторами 32 высоты прожектора 24, и на которые паралелепипед опирается как на ножки, и в качестве верхней грани служит корпус со стыковочным узлом.
Стыковочный узел упрощен по сравнению с указанным в уровне техники п. 5 (фиг. 7, 8, 14). Он состоит из диэлектрического кольца 37, в котором выполнены пазы, в которые вставлены несколько десятков магнитов 39 в форме полых конусов без дна, отверстиями навстречу причаливающему кораблю (фиг. 11). Магниты размещены равномерно по окружности кольца 37. Кольцо 37 и корпус блока сбора материала 28 сделаны из диэлектрического материала. В центре корпуса 28 выполнено большое круглое отверстие 27, которое не имеет люка. Для направления причального кольца причаливающего к блоку сбора материала корабля имеются подпружиненные пружинами 82 направляющие выступы 38 и верхние видеокамеры 41, прикрепленные к кольцу 37. Причальное кольцо 37 и направляющие выступы 38 соединены подвижно соединением 83 в виде стержня с отверстиями на концах, в которые провздеты болты 10 (фиг. 11), вставленные один - выступ 38, второй - в кольцо 37.
В отличие от стыковки двух тяжелых кораблей в предложенном изобретении происходит стыковка корабля, который намного тяжелее, с легким блоком сбора материала, который манипулятором 5 отрывается от поверхности астероида и направляется навстречу космическому кораблю типа «Прогресс» или другому подобному кораблю. Амортизация осуществляется путем усилия манипулятора 5. Узлы перемещения пластин при этом находятся в разложенном положении кроме узла пластины 22. Местная амортизация осуществляется за счет пружин, находящихся между выступом 38 и кольцом 37 (на фиг. 7, 8 не показаны из-за мелкости изображения). При стыковке корабля его скорость выравнивается со скоростью астероида, и на него, ориентируясь на изображение верхних видеокамер 41, закрепленных на кольце 37, надвигается блок сбора материала 4 стыковочным узлом вперед. Причаливающий корабль имеет также стыковочное кольцо 81, на котором равномерно по окружности имеются выступы, соответствующие пазам магнитов 39. Выступы причаливающего корабля представляют из себя конусообразные обесточенные катушки 80 с куском ферромагнетика 79 внутри. При контакте катушки 80 скользят по выступам 38, приближаются к их основаниям, где ферромагнетик 79 притягивается к магниту 39. При расстыковке через катушку пропускается мощный ток, магнитное поле которого больше магнитного поля, создаваемого магнитом 39, и направлено противоположно, что отталкивает магнит 39 от ферромагнетика 79. После отлета корабля для ликвидации остаточной намагниченности ферромагнетика 79 внутри катушки 80 через нее пропускается ток, обратный току при расстыковке.
Под круглым отверстием 27 в центре корпуса 28 табурета на четырех держателях 25 закреплен прожектор 24. Плавление вещества астероида осуществляется светом прожектора путем помещения в точку сбора лучей участка поверхности на длительное время, при этом вместе с лучами прожектора к участку поверхности подводится теплота.
В подробностях прожектор изображен на фиг. 34-35. Он состоит из сфер 42 с блестящими внутренними поверхностями, сферы расположены в корпусе 46 в виде ящика из решеток, расстояние между прутьями которых меньше диаметра сфер 42. Сферы 42 снаружи приварены к прутьям решеток и состоят из двух приваренных друг к другу полусфер. Внутри сфер 42 располагаются лампы 44, ввернутые в патроны 171, которые прикреплены держателями 172 к сферам 42. По кабелю 47 и проводам 170 к лампам подается электричество от аккумулятора солнечных батарей. На нижней поверхности сфер 42 крепятся многочисленные трубки 43, в которые ведут отверстия 45 в стенках сфер42. Отверстия заполнены тугоплавким кварцевым стеклом. Внутри сфер находится разреженный инертный газ с давлением много ниже атмосферного для предохранения ламп от воздействия вакуума снаружи. Лучи 173 проходят напрямую от ламп 44 через отверстия 45 и трубки 43 в точку сбора лучей 78. Лучи 174 от ламп 44 многократно отражаются от внутренних стенок сфер до тех пор, пока не выйдут через отверстия 45 других трубок 43. Предпочтительна установка мощных вольфрамовых ламп накаливания, поскольку они имеют прозрачную колбу, которая не заслоняет отверстия 45 от отраженных от противоположной стенки лучей 174. Трубки 43 пропускают лучи только в одном направлении, лучи, входящие в трубки под большими углами, отражаются от их стенок обратно в сферу 42 и не выходят из трубок. Точка концентрации лучей 78 устанавливается на поверхности астероида и плавит ее.
Точка сбора лучей 78 должна совпадать с поверхностью астероида, чтобы нагреть и расплавить поверхностное вещество. Поверхность астероида может быть неровной. Поэтому необходимо совместить с ней точку сбора лучей. Это делается путем регулирования длины ножек параллелепипеда - направляющих 26 - путем поднятия или опускания регуляторов 32, которыми оканчиваются ножки паралелепипеда. На направляющих 26 расположены прицельные устройства 33 регуляторов 32, которые автоматически регулируют высоту каждой ножки параллелепипеда в отдельности. Для ручного управления положением линз на направляющих 26 закреплены нижние видеокамеры 41. По бокам от прожектора 24, не заслоняя ему свет, на концах держателей 36 расположены манипулятор сбора материала (указаны его трубки 35) и манипулятор хранилища материала (указаны их трубки 30 и сачки 31). Манипулятор сбора материала (фиг. 7, 8) представляет из себя трубки 35 с квадратным или круглым поперечным сечением, которые вращаются вокруг зубчатого колеса 34, служащего им основанием, закрепленного на двух держателях 36. Нижняя в данный момент времени трубка служит для забора расплавленного материала, в остальных трубках материал застывает и затвердевает, или они остаются пустыми, без материала. Хранилище материала представляет из себя трубки 30, оканчивающиеся сачками 31, в которые помещаются отливки собранного материала на хранение. Эти трубки тоже содержат зубчатое колесо 34 и вращаются вокруг него. Одна из боковых трубок манипулятора сбора материала при вращении располагается напротив входного зева одного из боковых сачков для помещения отливки в сачок. Когда этот сачок заполняется отливками, на его место путем поворота колеса 34 манипулятора хранилища материала встает и загружается следующий сачок.
К корпусу 28 для присоединения к манипулятору 5 присоединена пластина 40, которая по форме напоминает пластину 19 и совместима с узлом по перемещению пластин манипулятора 5 (фиг. 8, 2, 3).
Далее рассмотрим отдельные узлы блока сбора материала 3.
Регуляторы высоты и положения прожектора, расположенные на концах ножек табурета (32 на фиг. 7, 8), в разрезе представлены на фиг. 9. По устройству и способу действия они похожи на узел по перемещению пластин манипуляторов, изображенный на фиг. 2, 3. Только вместо нижней и верхней опорных пластин 8 и 9 направляющая 26 с резьбой оканчивается круглым упором 48 для предотвращения снятия внутреннего кольца 49 с направляющей 26 в нижнем положении регулятора 32, а вместо внешнего кольца 12 используется цилиндр 50, который имеет дно, опирающееся в поверхность астероида через подставку 52. Подставка 52 предохраняет поверхность цилиндра 50 от деформации и царапания. При упоре дна цилиндра 50 в упор 48 снизу происходит прекращение движения регулятора и положения линз 32 вверх, при упоре в него сверху происходит прекращение движения вниз. В верхней и нижней частях кольца 49 и цилиндра 50, образующих тело подшипника, в кольцеобразных желобах расположены шарики 51, благодаря которым кольцо 49 вращается внутри цилиндра 50. Кольцо 49 содержит обмотку ротора 13, а цилиндр 50 - обмотку статора 14, по которым течет электрический
ток, приводящий обмотки в движение друг относительно друга. Направляющие 26 имеют резьбу только в нижней своей части, в верхней части, где к ним присоединяются держатели 36, камеры 41 и прицельные устройства 33, они выполнены гладкими. Кольцо 49 имеет резьбу, соответствующую резьбе на направляющих 26, на внутренней своей поверхности, благодаря чему наворачивается на направляющую 26 или сворачивается с нее. Ток подается к статору 14 и ротору 13 по кабелю, протянутому вдоль направляющей внутри, и передается на обмотку 13 кольца 49 и обмотку 14 кольца 50 через щеточные контакты (описаны ниже).
Схема прицельного устройства регулятора высоты и положения прожектора изображена на фиг. 10, а принцип его работы на фиг. 11-13.
Прицельное устройство 33 (фиг. 7, 8) регулятора высоты прожектора 32 (фиг. 7, 8, 9) у каждой стойки 26 представляет из себя три параллельные затеняющие трубки 53-55 (фиг. 10). После завершения ориентации ось 59 средней трубки 53 направлена в точку сбора лучей 78, ось 60 нижней трубки 54 направлена в точку на 5 мм ниже точки сбора лучей 78, а ось 61 верхней трубки 55 направлена в точку на 5 мм выше точки сбора лучей 78. На дне средней трубки 53 находится фотодиод 56, на дне нижней трубки 54 находится фотодиод 57, на дне верхней трубки 55 находится фотодиод 58. Когда лучи из точки сбора лучей 78, отраженные от поверхности астероида, попадают на фотодиод 56, в нем течет фототок. Когда точка сбора лучей 78 перемещается вверх-вниз, отраженный поток света перестает падать, поскольку отражающая поверхность астероида находится выше или ниже точки сбора лучей соответственно в фотодиоде 56 возникает уменьшающийся фототок. Когда точка сбора лучей 78 возвращается в точку на поверхности астероида, отраженный поток света возрастает, значит в фотодиоде 56 возникает растущий фототок. Когда точка сбора лучей 78 находится выше или ниже поверхности астероида, лучи от нее не отражаются, фотодиод находится в затененном положении, фототок в нем отсутствует. Если отражающая поверхность астероида переместиться выше на 5 мм точки сбора лучей 78, то отраженные лучи осветят фотодиод 58. Если отражающая поверхность астероида переместится ниже на 5 мм точки сбора лучей 78, то отраженные лучи осветят фотодиод 57. Таким образом, каждый из трех фотодиодов может находиться в четырех состояниях: 1) постоянного фототока, когда точка, в которую направлена ось затеняющей трубки, отражает свет прожектора на фотодиод, 2) уменьшающегося фототока, когда точка, в которую направлена ось затеняющей трубки, сдвигается выше или ниже поверхности астероида, и свет прожектора покидает пределы трубки, 3) увеличивающегося фототока, когда точка, в которую направлена ось затеняющей трубки, возвращается на поверхность астероида, которая отражает свет прожектора с возрастающей освещенностью фотодиода, 4) нулевого фототока, когда точка, в которую направлена ось затеняющей трубки, находится выше или ниже поверхности астероида, и свет не попадает в затеняющую трубку и на фотодиод. Поверхность астероида неровная, поэтому лучи отражаются ею во все стороны и достигают дна трубок всех четырех прицельных устройств 33, каждое из которых приводит в движение регулятор 32 высоты прожектора на своей стойке 26.
Когда фототок на среднем фотодиоде 56 постоянен или отсутствует, электрические схемы на фиг. 10 не работают, положение регулятора 32 не меняется.
Когда поверхность астероида уходит из точки сбора лучей 78, в среднем фотодиоде 56 возникает уменьшающийся фототок, который в цепи 66, если ее замкнуть, вызовет срабатывание индукционного ключа 63 и запуск движения регулятора 32 вниз, а в цепи 67, если ее замкнуть, вызовет срабатывание индукционного ключа 65 и запуск движения регулятора 32 вверх. Выбор между ключами 63 и 65 происходит в зависимости от того, на какой фотодиод верхний 58 или нижний 57 поступят отраженные от поверхности астероида лучи прожектора. Если поверхность астероида находилась в точке сбора лучей 78 и затем ушла выше точки сбора лучей 78, она пересечет точку на 5 мм выше точки сбора лучей, тогда на верхний фотодиод 58 попадут отраженные лучи, в цепи фотодиода 58 возникнет возрастающий ток, который замкнет индукционный ключ 68 и разомкнетключ 69. при этом в цепи 66. которую замкнул ключ 68, возникнет уменьшающийся ток, поскольку средний фотодиод 56 перестает освещаться, этот уменьшающийся ток ключом 63 замкнет цепь 62, через обмотки 13, 14 пойдет электрический ток той полярности, которая опускает прожектор 24. То есть при этом направляющая 26 укорачивается, регулятор 32 движется вверх, кольцо 49 навинчивается на направляющую 26. Если поверхность астероида сместилась выше, чем на 5 мм, на верхнем фотодиоде 58 возникает уменьшающийся фототок, замкнется ключ 69 и разомкнется ключ 69, но из-за того, что средний фотодиод 56 находится в затененном положении, в цепи 66 токов не будет, ключ 63 останется в замкнутом положении, укорочение направляющей 26 продолжится.
Если поверхность астероида находилась в точке сбора лучей 78, а затем ушла ниже нее, она пересечет точку на 5 мм ниже точки сбора лучей, тогда на нижний фотодиод 57 попадут отраженные лучи, в цепи фотодиода 57 возникнет возрастающий ток, который замкнет индукционный ключ 70 и разомкнет ключ 71, при этом в цепи 67, которую замкнул ключ 70, возникает уменьшающийся ток, поскольку средний фотодиод 56 перестает освещаться, этот уменьшающийся ток ключом 65 замкнет цепь 64, через обмотки 13 и 14 пойдет электрический ток той полярности, которая поднимает прожектор 24, то есть при этом направляющая 26 удлиняется, регулятор 32 движется вниз, кольцо 49 свинчивается с направляющей 26. Если поверхность астероида сместилась ниже, чем на 5 мм, на нижнем фотодиоде 57 возникнет уменьшающийся фототок, замкнется ключ 71 и разомкнется ключ 70, но из-за того, что средний фотодиод 56 находится в затененном положении, в цепи 67 токов не будет, ключ 65 останется в замкнутом положении, удлинение направляющей 26 продолжится.
Если поверхность астероида возвращается из вышестоящего положения в точку сбора лучей 78, то она пересечет сначала точку на 5 мм выше точки сбора лучей. При этом на верхнем фотодиоде 58 возникнет уменьшающийся фототок, а на среднем фотодиоде 56 - увеличивающийся фототок. Уменьшающийся фототок в цепи верхнего фотодиода 58 замкнет ключ 69 и разомкнет ключ 68, при этом в цепи 66, которую замкнул ключ 69, возникает возрастающий фототок, поскольку средний фотодиод 56 начинает освещаться. Этот возрастающий фототок ключом 63 разомкнет цепь 62, в обмотках 13, 14 перестанет течь ток, направляющая 26 перестанет укорачиваться, прожектор 24 фиксируется в данном положении.
Если поверхность астероида возвращается из нижележащего положения в точку сбора лучей, то она пересечет сначала точку, лежащую на 5 мм ниже точки сбора лучей. При этом на нижнем фотодиоде 57 возникает уменьшающийся фототок, а на среднем фотодиоде 56 - увеличивающийся фототок. Уменьшающийся фототок в цепи нижнего фотодиода 57 замкнет ключ 71 и разомкнет ключ 70, при этом в цепи 67, которую замкнул ключ 71, возникнет возрастающий фототок, поскольку средний фотодиод 56 начинает освещаться, этот возрастающий фототок ключом 65 разомкнет цепь 64, в обмотках 13, 14 перестанет течь ток, направляющая 26 перестанет удлиняться, прожектор 24 фиксируется в данном положении.
Суть работы схемы на фиг. 10 состоит в том, что трубка 53 возвращается в определенное положение, соответствующее положению оси 59 в точке сбора лучей 78 на поверхности астероида. При изменении длины направляющей 26, на которой закреплена через держатель 29 эта трубка 53, путем движения вдоль нее регулятора 32 происходит регуляция высоты прожектора 24 с одной из четырех сторон индивидуально. За счет индивидуальной регуляции с каждой из четырех сторон, четырех углов параллелепипеда прожектор занимает положение с поверхностью астероида в точке сбора лучей даже на неровной поверхности. Прежде чем ставить блок сбора материала 4 на поверхность астероида манипулятором 5, возможно рассмотреть ее камерами 41, расположенными на направляющих 26, и выбрать подходящее место. Чтобы прожектор 24 не совершал лишних движений во время забора материала из лунки поверхность трубок 35манипулятора сбора материала делается блестящей, чтобы свет от них отражался при заборе материала и попадал на дно средней трубки 53.
При смещении блока 4 манипулятором 5 поверхность астероида может оказаться выше расстояния до точки 78 на 5 мм (фиг. 11), ниже него на 5 мм (фиг. 12) или соответствовать ему (фиг. 13). Когда блок сбора материала 4 ставится на поверхность астероида, сначала отраженный от поверхности луч не минует и попадет в нижнюю трубку 54 (фиг. 12), потом в среднюю трубку 53 (фиг. 13), потом в верхнюю трубку 55 (фиг. 11). В соответствии с тем, в какой точке он остановится, минуя верхнюю трубку или не доходя до верхней трубки и достигнув только средней трубки, сработает цепь 66 в соответствии с описанием. Если поверхность астероида окажется в положении, изображенном на фиг. 12 или ниже него, что будет видно на камерах 41, то бортовой компьютер должен будет замкнуть ключ, приводящий во вращение регулятор 32 в сторону укорочения направляющей 26. При укорочении направляющей 26 рано или поздно луч 77 достигнет сначала трубки 54, потом трубки 53, сработает схема 67, как было описано выше. Прицельное устройство 33 требуется для регулирования положения прожектора в процессе плавления вещества астероида и углубления лунки. Чтобы луч 77 не затенялся стенками лунки, прицельное устройство 33 должно быть расположено рядом с прожектором, чтобы не создавать тени, и чтобы улавливать отраженный луч 77 под острым углом. Для этих целей применяется держатель 29 (фиг. 7, 8) в виде трубки, внутри которой проходят провода от диодов. После забора вещества из лунки блестящая трубка 35 убирается, в трубку 53 перестает попадать свет, а в трубку 54 он начинает попадать при отражении луча 77 от дна лунки, срабатывает цепь 67, как было описано выше.
Манипулятор сбора материала изображен крупным планом на фиг. 14-17, в общем виде показан на фиг. 6-8.
Трубка 35 для сбора материала (фиг. 6-8) состоит из тоннеля крепления 106 (фиг. 17), имеющего на конце расширение - камеру зубчатого колеса 104, далее идет направляющий тоннель 103, в который подвижно вставлен захватный тоннель 102. Захватный тоннель имеет квадратное или круглое поперечное сечение со стороной квадрата или диаметром порядка 10-16 мм. Если быть более точным, то диаметр сечения тоннеля 102 должен определяться экспериментально. Для этого берется материал, сходный с тем, из которого состоит астероид (например, в музее упавших метеоритов), в этом материале с помощью линз расплавляется поверхностный участок, расплав удаляется, диаметр лунки в самом узком месте измеряется, из него вычитается толщина стенок тоннеля 102 манипулятора, тогда получается диаметр входного отверстия захватного тоннеля.
У захватывающей части на конце тоннеля 102 (фиг. 15) верхняя 86 и нижняя 87 стенки подвижны, а боковые стенки 88 неподвижны. Если поперечное сечение тоннеля круглое, то концы стенок 86, 87 должны быть спрямлены с внутренней стороны, чтобы плотно прижиматься друг к другу при закрытии входного отверстия. Если поперечное сечение тоннеля квадратное, то стенки 86, 87 образуют естественным образом верхнюю и нижнюю стороны квадрата. При погружении захватывающей части в лунку с расплавом стенки 86, 87 разведены в положения соответственно 90, 91 (фиг. 15). Когда внутри лунки стенки 86, 87 смыкаются, расплавленному материалу из пространства между ними некуда деваться (внизу - дно лунки, с одной пары боков - стенки лунки, с другой пары боков - стенки 86, 87), и он затекает внутрь тоннеля 102. Для удаления забранного материала 89 используется поршень 100. После затвердевания материала 89 стенки 86, 87 раздвигаются в положение 90, 91, поршень 100 выталкивает отливку наружу, помещая ее в сачок 31 хранилища. Поршень 100 приводится в движение системой, аналогичной изображенной на фиг. 2, 3, 9, только вместо стержня 20 или направляющей 26 используется направляющая 101 (фиг. 12). При этом стенки внешнего кольца 12 крепятся к неподвижным стенкам тоннеля 84, 85 (фиг. 15, 17).
Поворотное устройство 92 стенок 86 или 87 (фиг. 15) более крупно изображено на фиг. 16. Это электродвигатель, статор которого 94 неподвижно прикреплен к стенке 84 или 85, а ось 96 его ротора 93 крепится подвижно, с возможностью вращения, на креплениях 98 к стенке 84 или 85. С одной стороны ось 96 содержит зубчатое колесо 95, свободное вращение которого тормозится Г-образной пластиной 97, упирающейся в него между зубьями. С другой стороны ось 96 содержит крепление 99, соединяющее его со стенкой 86 или 87. Стенки 86 или 87 крепятся соответственно к стенкам 84 или 85 подвижно на петлях (на фиг. 15 не показаны, поскольку заслонены поворотным устройством 92). Когда ротор 93 приводит во вращение ось 96, она прикладывает к зубчатому колесу 95 достаточное усилие, чтобы изогнуть Г-образную пластину 97 и привести его во вращение. При этом вместе с осью 96 поворачивается крепление 99, вовлекая за собой в поворот стенку 86 или 87. Когда стенка 86 сомкнется со стенкой 87, крепление 99 тормозит дальнейшее вращение оси 96. При вращении ротора 93 в обратную сторону происходит обратное движение. При этом стенка 86 или 87 торцевой своей частью упирается в торцевую часть стенки соответственно 84 или 85 и длины крепления 99 не хватает, чтобы поднять стенку 86 выше положения 90 или опустить стенку 87 ниже положения 91.
Захватный тоннель 102 с противоположной стороны вставлен в направляющий тоннель 103 (фиг. 17). В полностью задвинутом состоянии дно 107 тоннеля 102 совпадает со стенками камеры зубчатого колеса 104. В полностью выдвинутом состоянии дно 107 занимает положение 108. Полностью захватному тоннелю 102 выниматься из направляющего тоннеля 103 не дает перемычка 109. Одним концом она подвижно через болт крепится к ушку 111, прикрепленному ко дну 107, другим концом подвижно через болт она крепится с края зубчатого колеса 104. Ось зубчатого колеса (на фиг. 17 она не показана, так как заслонена перемычкой 109) крепится к перемычке 112, которая закреплена между верхней и нижней стенками камеры 104. Перемычка 109 одним своим концом закреплена на периферии зубчатого колеса. Поэтому, когда колесо вращается, перемычка 109 то надвигается на колесо, то выдвигается в положение 110, соответственно втягивая тоннель 102 внутрь тоннеля 103 или выдвигая тоннель 102 из тоннеля 103. Для предотвращения свободного вращения колеса 105 установлена Г-образная пластина 113, упирающаяся между зубьями колеса 105. Колесо 105 приводится во вращение электродвигателем (на фиг 17 он заслонен колесом 105, поэтому не показан), подключенным к компьютеру. Камера зубчатого колеса 104 крепится к массивному зубчатому колесу 34 через тоннель крепления 106. От зубчатого колеса 34 под острым углом расходятся во все стороны как лучи от Солнца тоннели крепления 106 нескольких трубок для сбора материала 35. Зубчатое колесо 34 имеет массивную ось 115, совмещенную с ротором электродвигателя (не показан на фиг. 17), приводящего его во вращение, запускаемого компьютером аппаоата. Свободному вращению колеса 34 мешает Г-образная пластина 114. Г-образная пластина 114 и электродвигатель, вращающий ось 115, закреплены на концах двух держателей 36, отходящих от направляющих 26 (фиг. 7, 8).
Можно выделить четыре фазы в работе трубки для сбора материала 35. В первой фазе трубка устанавливается в нижнее положение напротив точки сбора лучей 78, тоннель 102 выдвигается из тоннеля 103, что обеспечивает попадание конца тоннеля 102 в лунку с расплавленным веществом. Берется жидкий материал 89. Во второй фазе трубкаповорачивается с помощью зубчатого колеса 115, на его место пока еще не встает следующая пустая трубка. Происходит плавление вещества линзой 42, в это время в описываемой трубке материал остывает и затвердевает. Чтобы лучи прожектора не нагревали трубку для сбора материала, мешая застывать материалу 89, она снаружи окрашена светоотражающей краской. В третьей фазе в нижнее положение ставится следующая по кругу трубка 35, в которую забирается материал. Описываемая трубка продолжает пассивно вращаться по кругу, материал 89 в ней продолжает затвердевать. В нижнее положение ставятся следующие трубки и забирают материал. Наконец, в третью фазу описываемый тоннель оказывается напротив сачка 31 для сбора отливок. Приводится в движение зубчатое колесо 105, выдвигающее тоннель 102 в сачок. Потом поршнем 100 затвердевший материал 89, превратившийся в отливку, выталкивается в сачок. Тоннель 102 задвигается обратно в тоннель 103. В четвертую фазу пустая описываемая трубка для сбора материала движется по кругу вместе с колесом 34 до тех пор, пока не окажется снова в нижнем положении, чтобы забрать новую порцию материала астероида.
Устройство манипулятора хранилища материалов показано в общем виде на фиг. 8, детали на фиг. 18-21. Подобно манипулятору для сбора материала, изображенному на фиг 17, на манипуляторе хранилища материалов имеется вращающееся центральное зубчатое колесо 34, от которого расходятся подобно лучам от Солнца трубки 30, оканчивающиеся сачками 31 (фиг. 8). Центральное зубчатое колесо 34 с электродвигателем, приводящим его во вращение, и Г-образной пластиной, фиксирующей его в определенном положении, поддерживается двумя держателями 36, отдельными от держателей 36, держащих манипулятор сбора материала, так, чтобы манипулятор хранилища материала был сбоку от линзы 42 и не загораживал свет. Внутри трубок 30 протянуты провода для снабжения электричеством электродвигателя сачка 121 (фиг. 18-21). На конце трубки 30 расположен патрон 125, в который, подобно лампочке, вворачивается опорный стержень 124, который имеет резьбу на нижнем конце и контакты для соединения проводов внутри трубки 30 и проводов электродвигателя 121 (фиг. 18, 20). Сачок имеет переднюю петлю 118, размеры зева 131 которой можно изменять, и неподвижное заднее кольцо 117 с постоянным зевом. Петля 118 крепится на верхнем конце опорного стержня 124, а кольцо 117 на верхнем конце держателя 123, крепящегося нижним концом к опорному стержню 124. На петлю 118 и кольцо 117 натянут материал сачка. Его удобнее всего выполнить из многослойного капрона или другого легко растягивающегося материала. Когда сачок 31 пустой (фиг. 18) его материал располагается преимущественно между петлей 118 и кольцом 117, образуя складки 122. За пределы кольца 117 торчит только его мешкообразный конец. По мере заполнения сачка отливками 120 они забивают собой мешкообразный конец сачка и постепенно расправляют складки 122, сдвигая материал сачка за пределы кольца 117 и увеличивая мешкообразный конец. Это происходит до тех пор, пока между кольцом 117 и петлей 118 не останется натянутая материя, и сачок полностью не заполнится отливками 120, как показано на фиг. 19. После заполнения сачка петля 118 стягивается, как показано на фиг. 21. Чтобы это было возможно, она провздета через ограничительное кольцо 127, прикрепленное к стержню 124. Один конец петли 118 заканчивается кольцом, одетым на кольцо 127, или узлом. Второй конец петли 118 (обозначен 130) закреплен на оси 129 электродвигателя 121 с возможностью его наматывания на ось 129. В электродвигателе 121 установлена тормозная система, фиксирующая ось 129 после намотки конца 130. Фиксатор может быть выполнен в виде ферромагнитного стержня, вставленного в катушку индуктивности. Ось стержня перпендикулярна оси 129. На оси 129 имеется паз, в который вставляется магнит. Когда через катушку пропускают ток, ферромагнитный стержень высовывается, попадает в паз на оси 129 и фиксирует ее.
Для затягивания петли 118 можно было бы установить датчики, реагирующие на натягивание материала сачка между петлей 118 и кольцом 117. Это было бы более точное, но дорогое решение. Дешевле установить реле времени, которое через несколько месяцев после начала сбора отливок в сачок, автоматически затянет петлю по сигналу с компьютера аппарата, запустив электродвигатель 121 и зафиксировав ось 129. Возможно сделать эту операцию не автоматической. Тогда увидев через видеокамеру 41, установленную на направляющей 26, что сачок заполнен, оператор в центре управления полетом дистанционно через компьютер аппарата включит электродвигатель 121 и затянет петлю 118.
Когда захватный тоннель манипулятора 102 с закрытыми стенками 86, 87 и с остывшей отливкой 89 внутри, как показано на фиг. 15, оказывается напротив загруженного сачка 31, он колесом 105 и перемычкой 110 выдвигается из направляющего тоннеля 103 (фиг. 17). Тогда концы стенок 86, 87, 88 входят в зев 131 сачка, и выходное отверстие захватного тоннеля оказывается внутри сачка 31. Кольцо 117 нужно для того, чтобы конец тоннеля не цеплялся за материал сачка, оно раздвигает стенки сачка. Далее стенки 86, 87 раздвигаются в положение 90, 91, и поршень 100 выталкивает отливку 120 внутрь сачка. Далее приводится вновь в движение колесо 105, которое перемычкой 109 задвигает захватный тоннель 102 внутрь направляющего тоннеля 103 и вынимает открытый захватный тоннель с выдвинутым поршнем из сачка. Отливка 120 летает внутри сачка 31. Когда отливок будет много, они растянут стенки сачка 119. Чтобы отливки не вылетали из сачка наружу, открытый захватный тоннель с выдвинутым поршнем не вынимается из сачка до тех пор, пока в него не будет вставлен следующий захватный тоннель. Чтобы отливки 120 не залетали обратно в захватный тоннель, положение поршня 100 должно быть выдвинутое, тогда он закрывает вход в тоннель. Поршень 100 задвигается внутрь только после того, как захватный тоннель вынут из сачка.
Электродвигатель зубчатого колеса 34, поворачивающего трубку 30 вокруг центральной оси, должен быть снабжен реле времени, которое через несколько месяцев повернет заполненный сачок, а на его место встанет трубка с пустым сачком, который тоже будет постепенно заполняться. Через год или несколько лет, в зависимости от температуры плавления материала астероида, все сачки хранилища будут заполнены. Тогда к причальному кольцу 37 причалит космический корабль современной модификации, например, «Прогресс». У него откроется автоматически люк. Внутри корабля находится манипулятор копирующего типа, похожий на таковой на международной космической станции. Манипулятор просунет свою руку через отверстие 27, отвинтит стержни 124 из патронов 125 и вместе с заполненными отливками сачками 119 поместит их внутрь космического корабля. Далее манипулятор прикрутит новые стержни 124 с пустыми сачками 31 в патроны 125. Единственной проблемой будет задержка времени передачи информации от рук оператора на Земле на манипулятор на космическом корабле, которая может составлять 5-15 минут. Но эта проблема легко преодолима, поскольку положение сачков будет фиксировано относительно положения корабля. Достаточно манипулятором взяться за стержень 124, остальные операции можно будет проделать без визуального контроля. Достаточно вставить стержень 124 в патрон 125, и тоже остальные операции по навинчиванию новых сачков можно проделать вслепую.
Далее космический корабль отстыковывается от аппарата, закрывает люк и улетает с заполненными сачками к Земле. На орбите Земли он пристыковывается к космической станции, и космонавты забирают отливки. Несколько лет космический корабль находится на орбите или летает к другому астероиду для стыковки с подобным аппаратом, пока сачки заполняются новыми отливками, потом на орбите Земли дозаправляется и летит второй раз к астероиду. Количество полетов к астероиду ограничено только временем жизни космического корабля и солнечных батарей и удаленностью астероида с аппаратом от Солнца.
В конце описания конструкции аппарата возвратимся к его общему плану и рассмотрим поворотную платформу 132 и корпус 143 аппарата снизу со стороны астероида (фиг. 22-23).
На кольцеобразной поворотной платформе 132 установлено четыре демпфера 136 (фиг. 22), которые необходимы при посадке аппарата на астероид для смягчения удара при соприкосновении корпуса с астероидом. В архиве ФИПСа существует множество конструкций демпферов. В качестве примера возможной конструкции, применимой в описываемом изобретении, приведен пружинный буфер (уровень техники п. 4), но можно применить и другие конструкции буфера. Пружинный буфер более предпочтителен по сравнению с гидравлическими конструкциями, поскольку нет угрозы утечки из него жидкости, его тяжелее вывести из строя.
В центре поворотной пластины 132 расположен корпус 143. Он имеет поворотную ось (загорожена электродвигателем с внешним кольцом подшипника 12) и крепится к перемычке, соединяющей противостоящие края кольцеобразной платформы 132 (на виде снизу перемычку не видно, она находится на противоположной стороне корпуса). Корпус 143 имеет цилиндрическую форму с маленькой высотой, близкую к дискоообразной. Его боковая поверхность 133 выполнена зубчатой, ее зубья соответствуют зубьям на зубчатом колесе 134, которое имеет общую ось 135 с электродвигателем, который на фиг. 22 не показан, поскольку загораживается зубчатым колесом 134. Электродвигатель с осью 135 вставлен в круглое отверстие в поворотной платформе 132 и закреплен в ней, большая его часть высовывается с верхней стороны поворотной платформы.
На поворотной платформе 132 в твердой оболочке закреплен компьютер 142. Он находится с нижней стороны поворотной платформы, чтобы она заслоняла его от прямого попадания солнечных лучей и перегрева. Демпферы крепятся к поворотной платформе 132 через промежуточные стержни, чтобы их совместная со стержнями высота в сжатом состоянии превышала высоту компьютера с большим запасом, и компьютер не ударился о поверхность астероида при посадке.
Крепление начальной пластины 19 манипулятора 5 к поворотной платформе 132 неподвижное. Крепление манипулятора 2 к корпусу 143 подвижное (см. фиг. 22, 23). С одной боковой стороны корпуса расположен один охватывающий манипулятор 2, который имеет одну начальную пластину 19, с другой стороны расположено два охватывающих манипулятора 2, которые имеют общую начальную раздвоенную пластину 137. Общий начальный участок пластины 137 (фиг. 23) через узел по перемещению пластин манипуляторов соединен с начальной пластиной 19 манипулятора 2 противоположной стороны почти как показано на фиг. 2, 3, только вместо нижней опорной пластины 8 (на фиг. 2, 3) выступает стержень со скобой 138 (на фиг. 23), а вместо второй пластины 19 выступает нераздвоенный конец пластины 137. Фиг. 23 фактически является вариантом вида сбоку на фиг. 3, только вместо пластины 19 выступает нераздвоенный конец пластины 137, а вместо пластины 8 - стержень со скобой 138. После раздвоения пластины 137 к каждому ее концу отдельно через узел по перемещению пластин манипуляторов крепится пластина 19 манипулятора 2, и далее у каждого манипулятора 2 идет своя последовательность пластин 19.
Стержень со скобой 138 выполняется высоким, чтобы в сложенном положении пластин 19 и 137 манипуляторов 2 противоположных сторон было место, куда складываться, но в то же время высота их не слишком большая, чтобы при посадке находящиеся в разложенном положении пластины 19 и 137 манипуляторов 2 противоположных сторон находились ниже уровня сложившихся демпферов 136 и не ударились о поверхность астероида. Стержень со скобой 138 неподвижно крепится к корпусу 143.
Вдоль нижней поверхности корпуса проложены кабели 16, подводящие питание от солнечных батарей 3 к манипуляторам и компьютеру. Для передачи напряжения кольцеобразной платформы 132 на манипуляторы 2 на корпусе выполняются параллельные кольцеобразные треки 139 (на фиг. 22 из-за мелкого масштаба они изображены одной окружностью) в форме окружностей, по которым скользят щетки 73, отдельная для каждого провода (из-за мелкого масштаба изображения на фиг. 22 они показаны одной щеткой).
Узел по перемещению пластин 19 и 137 манипуляторов 2 противоположных сторон, расположенный в центре корпуса 143 на виде снизу, складывает пластины 19 и 137 не полностью, а лишь частично, насколько позволяет высота стержня со скобой 138. В сложенном состоянии пластины 19 и 137 не задевают демпферы 136 и компьютер 142 при вращении платформы 132. Собственно в этом и состоит их назначение. В разложенном положении пластины 19 и 137 манипуляторов 2 противоположных сторон прижимаются к корпусу 143, и их уровень ниже демпферов 136, то есть это расположение предназначено для посадки.
На корпусе 143 аппарата видны сопла двигателей малой тяги 140 для движения от астероида. На вращающейся платформе 132 виднеются по бокам сопла двигателей боковых движений 141. Высота сопел двигателей 140 должна быть ниже высоты демпферов 136 на стержнях в сжатом положении, чтобы исключить удар сопел при посадке о поверхность астероида. На нижней стороне корпуса расположены только сопла двигателей, сами двигатели и сопла для движения к астероиду находятся на верхней стороне аппарата. Сопла 141 двигателей малой тяги позволяют совершать движения в горизонтальной плоскости, сопла 140 позволяют аппарату перемещаться от астероида, на верхней стороне аппарата есть сопла, которые позволяют перемещаться аппарату в сторону астероида. Аппарат оснащен системами навигации и наведения, антенной для связи с Землей и т.п.. Эти системы не рассматриваются, так как непосредственного отношения к добыче полезных ископаемых не имеют и описаны для других межпланетных аппаратов.
Астероид может вращаться вокруг своей оси с большой скоростью так быстро, что солнечные батареи обычной конструкции не будут успевать подстраиваться под изменение положения Солнца. Поэтому имеет смысл сделать сферические неподвижные солнечные батареи, которые будут освещаться частично под разными углами при перемещении Солнца. Если взять за основу расчет, что на расстоянии от Земли до Солнца с 1 квадратного метра солнечных батарей вырабатывается 100 Вт электроэнергии (В.Н. Гущин Основы устройства космических аппаратов. М.: Машиностроение, 2003, с. 226), и свет освещает под углом, близким к 90 градусам приблизительно одну десятую поверхности сферы, тогда площадь сферы для выработки 2,6 кВт электроэнергии (24 лампы по 100 Ватт и энергопотребление остальных систем 200 Вт) округленно равна
Sсф=0,1×4πr2
Здесь Sсф - площадь поверхности сферы, r - радиус сферы, 0,1 - часть сферы, освещаемая прямыми лучами.
Отсюда радиус сферы равен
r=(Sсф/0,1×4π)0,5=(10×2600 Вт /100 Вт/м2×4×3,14)0,5=4,55 м
Это достаточно объемная сфера, ее невозможно разместить в отсеке ракеты в целом виде, придется складывать. На фиг. 24-33 отображено, как выглядит складываемая система поддержания сферической солнечной батареи. Она состоит из составленных друг с другом экваториальных поддерживающих трубок 144 (фиг. 24, 25), которые образуют каркас сферы вдоль ее экватора, и отходящих от них вверх и вниз составленных меридиональных поддерживающих трубок 145, которые образуют каркас сферы вдоль ее меридианов. Внутри трубок находятся натянутые тросы 146 и 147, которые поддерживают трубки в соединенном положении. Экваториальные трубки 144 двойные, они перегорожены продольными перегородками 156. Меридиональные трубки 145 соединены парами двумя планками 150 с образованием трапециевидных рам. Между планками 150 и трубками 145 размещаются фотопреобразователи, например, кремниевые фотопреобразователи (В.Н. Гущин Основы устройства космических аппаратов. М.: Машиностроение, 2003, с. 222) в виде трапециевидных пластин. На фиг. 24 допущено искажение изображения: Щели 151 имеют на фигуре треугольную форму в связи с необходимостью проекции площади сферы на плоскость бумаги. В сферической поверхности щели 151 имеют вид узкого изогнутого прямоугольника. Торцевые поверхности трубок не перпендикулярны боковым поверхностям, поскольку, если бы они были перпендикулярны, трубки, контактируя между собой торцевыми поверхностями, образовали бы прямые линии. Торцевые поверхности трубок располагаются под такими углами, чтобы экваториальные трубки 144 образовали многоугольник, близкий к окружности (фиг. 27), а меридиональные трубки 145, отходящие от одной экваториальной трубки 144, образовали ломанную линию, близкую к четверти окружности меридиана (фиг. 25, 26). Через экваториальные трубки проходит два троса по обе стороны перегородки 156. Это позволяет в конце раскрытия солнечной батареи трубкам 144 не вращаться вокруг своей продольной оси, а занимать единственно возможное положение между двумя параллельными тросами 146. Если бы трос 146 был один, трубка 144 могла бы повернуться вокруг своей оси и раскрыть батареи в горизонтальной плоскости экватора, не образовав сферической поверхности. Длины двух параллельных тросов 146 по окружности экватора минимальны. Чтобы раскрыть батареи в другой плоскости потребуется длина тросов больше минимальной, которую они набрать не могут из-за фиксации в зажимающих устройствах 159 строго в положении, соответствующем минимальной длине троса по окружности.
На фиг. 24-27 изображена развернутая сферическая солнечная батарея, на фиг. 28-29 изображена свернутая сферическая солнечная батарея. Сворачивание батареи достигается вручную на Земле при ослаблении тросов 146, 147 и складывании конструкции из трубок гармошками вдоль меридианов и гармошкой вдоль экватора. На фиг. 28-29 изображена батарея перед раскрытием, гармошка из экваториальных трубок расположена по прямой. Для более компактного сложения в отсеке ракеты ее можно расположить не по прямой, а завернув по спирали в одной плоскости. При высвобождении из отсека ракеты она распрямится, для чего при упаковке ее можно переложить пружинами между трубками, которые опадут при распрямлении гармошки из экваториальных трубок.
Разворачивание батареи достигается автоматически путем работы электродвигателей 153 и 161. Электродвигатели 153 или 161 на свой вал 170 тросы, соответственно 147 или 146, втягивают их петли в трубки и натягивают их, в результате трубки 145 соединяются встык, образуя меридианы сферы, а трубки 144 соединяются встык, образуя экватор сферы. Сначала устанавливается при наворачивании тросов на вал электродвигателя 161 экватор сферы (фиг. 33), затем - ее меридианы путем наворачивания тросов 147 на валы электродвигателей 153 (фиг. 32). Фиксация троса 146 производится в двух точках: 1) на дальнем от электродвигателя 161 конце троса, оканчивающегося Т-образно, при этом пластина 155 с намотанным на нее и приваренным к ней концов обоих тросов 146 упирается в края последней трубки 144, 2) в зажимающем устройстве 159 вблизи электродвигателя 161. Фиксация каждого троса 147 аналогично производится в двух точках: 1) в полюсе сферы Т-образный конец троса 147 с намотанным на пластину 155 и приваренным к ней его концом (фиг. 26) упирается в края последней трубки, 2) на экваторе вблизи электродвигателей 153 другой конец троса закрепляется в зажимающем устройстве 159.
Зажимающие устройства 159 (фиг. 30-31) установлены на опоре 152 вблизи электродвигателя 161 (фиг. 33) и на трубках 144 вблизи электродвигателей 153 (фиг. 32). Оно включает стойку 165, к которой прикреплены два подвижных, изогнутых дугой зажима 163, которые закреплены болтами 167 туго, но с возможностью поворота. Зажимы 163 способны раскачиваться относительно болтов 167, но только при приложении большого усилия, поскольку трение в месте их соединения с болтом 167 высокое. Зажимы имеют округлые концы 164, между которыми свободно проходит трос 146 или 147, который не отклоняется слишком далеко от положения отверстия 166 в стойке 165. Концы зажимов 164, если они располагаются вблизи троса, позволяют иметь достаточно раздвинутые противоположные концы зажимов 163, чтобы мимо этих противоположных концов прошел цилиндр 168 и первое кольцо 162. Цилиндр 168 и кольца 162 нанизаны на трос 146 или 147 (фиг. 31) и приварены к нему. Расстояние между цилиндром 168 и первым к нему кольцом 162 близко к расстоянию по прямой между концами зажима 163. Когда цилиндр 168 раздвигает округлые концы 164 (фиг. 31) противоположные концы зажимов 163 смыкаются и попадают между кольцами 162. В результате при попытке сдвинуть трос, кольца 162 упираются в зажимы 163 и препятствуют сдвигу, трос оказывается фиксированным. Диаметр колец 162 и цилиндра 168 много меньше диаметра трубок 144 и 145, поэтому они легко проходят через трубки и фиксируют трос в натянутом положении.
Чтобы трос 146 на концевом участке был натянут по прямой, на его выходе из конца первой трубки 144 и через углубление 157 и отверстие 148 в опоре 152, он обернут вокруг колесика 158, верхний край которого находится напротив отверстия 166 и вала электродвигателя 170. Колесико 158 имеет высокие бортики, чтобы трос 146 не соскальзывал с колесика. Чтобы трос 147 на концевом участке был натянут по прямой, на его выходе из первой трубки 145 через отверстие 148 в ее боковой стенке он протянут через изогнутую направляющую трубку 160 (фиг. 32), верхний конец которой находится на той же высоте от внешней поверхности экваториальной трубки 144, что и отверстие 166 и вал электродвигателя 170.
Несколько слов необходимо сказать о способе изготовления описанного аппарата. Наиболее оптимальным является печатание деталей аппарат на 3D-принтере (уровень техники п. 12). Сложностью при воплощении этой идеи в жизнь является то, что требуется минимум четыре материала, которые имеются в составе деталей: это металлический электропроводный материал для деталей электрической схемы, это металлический прочный материал для манипуляторов, несущих механическую нагрузку, это диэлектрический прочный материал для блока сбора материала и материал для изоляции проводов. Пока что в открытой печати не описываются 3D-принтеры, способные создавать машины из четырех материалов. Поэтому придется по отдельности распечатать каждую механическую деталь, а электрические элементы вставить в нее во время и после печатания.
Так, например, пластины манипуляторов (фиг. 4, 5) можно распечатать на 3D-принтере из металлического порошка, оставив в них отверстия для болтов и отверстия или ушки для проводов, а провода 16, 17 в них вставляются при сборке. Сложнее будет между кольцами 11, 12 вставить обмотки 13, 14 (фиг. 2. 3). Обмотки 13, 14 будут выглядеть как катушки индуктивности, их можно снаружи (для катушки 13) или изнутри (для катушки 14) обернуть тонким слоем пластика для изоляции от материала колец. Придется при печатании узлов по перемещению пластин манипуляторов, регулятора высоты расположения прожектора, узла по перемещению поршня 100 сначала распечатать колодец без верхних горизонтальных стенок, удалить из него порошок, потом в него вставить катушки, просунув через оставленное отверстие начальный участок провода катушки для контакта с проводами 17, потом вновь засыпать пустоты порошком и напечатать верхние горизонтальные стенки, замуровав катушку внутри колодца. Для образования контактов 72, 74 придется в колодец без потолка просунуть тонкую трубку и напылить через нее тонкий слой взвеси пылинок металла, образующего контакт. Когда место напыления высохнет, на стенках останется металл.
В случае печатания прожектора на 3D-принтере скобы держателей 172 патронов не понадобится приваривать к сферам 42, они будут цельнометаллическими вместе со сферами. Патроны 171 ламп 44 придется делать их металла. Но полусферы сфер 42 все равно придется приваривать, поскольку необходимо ввернуть лампочки внутрь сфер и наполнить сферы газом.
Некоторые детали типа демпферов 136, двигателей малой тяги, электродвигателей для зубчатых колес и для затягивания петель хранилища, солнечных батарей делаются отдельно общепринятыми способами и присоединяются к отверстиям для них в корпусе аппарата методом сварки, при приостановке печати на 3D-принтере или после нее.
Возможно изготовить детали аппарата и без 3D-принтера, но это займет больше времени. Сборка аппарата из отдельных деталей производится вручную, например, соединение болтами, протягивание проводов и т.п.
Завершая описание устройства и действия отдельных узлов космического аппарата для добычи полезных ископаемых на астероиде, необходимо описать его работу в целом.
Для стыковки аппарата ему необходимо нагнать астероид, выровнять его скорость со скоростью астероида, уменьшить расстояние между ним и астероидом до нуля, работая двигателями малой тяги, залететь с освещенной Солнцем стороны астероида, потом охватить манипуляторами 2 астероид с двух сторон, далее манипулятором 5 поставить блок сбора материала 4 на поверхность астероида, и плавить концентрированными лучами прожектора в условиях окружающего вакуума с низкой теплоемкостью поверхностный слой астероида, собирать расплавленное вещество, остужать до состояния отливок и помещать отливки в хранилище. Периодически блок сбора материала 4 перемещается вдоль поверхности астероида манипулятором 5. Если через несколько лет работы аппарата Солнце начнет светить с противоположной стороны астероида, то аппарату, возможно, придется отстыковаться от астероида и пристыковаться на другой освещенной стороне с помощью двигателей малой тяги и манипуляторов 2. Раз в несколько лет к астероиду прилетает космический корабль и забирает материал из хранилища. Возможна на нескольких астероидах одновременная работа нескольких описанных аппаратов, их мог бы обслуживать один космический корабль, забирая у них собранных материал.
Добывающие и охватывающие узлы аппарата можно использовать в горной местности на малой или крупной планете для добычи полезных ископаемых из поверхностного слоя на склонах горы. Тогда пластины манипуляторов и места их крепления должны быть более массивными и толстыми, чем изображено на фигурах, чтобы они могли преодолевать силу тяжести. Работа аппарата на малой или крупной планете осуществляется в дневное время суток, ночью аппарат переключается в режим ожидания. На склон горы аппарат доставляется на тросе вертолетом, дирижаблем или космическим кораблем. Стыковочного узла у аппарата, работающего на склонах гор нет, он работает непрерывно только один цикл, после чего снимается вертолетом, дирижаблем или космическим кораблем. Для второго и последующего циклов работы после опустошения хранилища он доставляется повторно из долины или с орбиты планеты, где производилось освобождение хранилища и замена заполненных отливками сачков на пустые.
Возможно использовать аппарат на старых кометах, когда они пролетают вблизи Солнца, и когда поверхностный слой льда на них местами испаряется, оголяя более тугоплавкие участки вещества на прогалинах, из которых и производится забор вещества.
Для подробной характеристики способа необходимо подробно оценить его эффективность, проанализировав все стороны его применения.
Если оценивать только экономическую эффективность проектов по освоению других планет Солнечной системы, в том числе комет и астероидов, то такие проекты неэффективны. Прибыль от них много меньше потраченных денег. В то же время, если следующее поколение людей, наши дети, не начнет промышленное освоение других планет, из-за нехватки ресурсов начнется снижение численности населения Земли, и наши внуки будут жить в феодальном обществе. Поэтому некоторые ученые предлагают вообще отказаться от расчетов экономической эффективности, как несоответствующейдействительности. Это тоже неправильно. Эффективность восходит к закону сохранения энергии, и необходимо требовать, чтобы затраченная энергия, затраченные финансовые ресурсы, не превышали исходную энергию, имеющиеся в наличии финансовые ресурсы, и была сопоставима с полученной энергией, прибылью. Погоня за экономической эффективностью приводит к появлению простых и дешевых продуктов и удорожанию сложных продуктов. Среди простых и дешевых продуктов есть небольшое количество гениальных находок, но большинство из них получается за счет снижения качества продукции. Те, кто добивается высокого качества продукции, покупает дорогое сырье и средства производства и вынужден отдавать проценты по кредитам, продавать свой продукт дороже. Дорогой продукт недоступен большинству населения, оно покупает дешевый продукт, поэтому распространяется некачественная продукция. Таким образом, использование экономической эффективности без учета технической эффективности недостаточно. Поэтому необходимо расширить понятие эффективности до полной эффективности, учитывающей не только воззрение экономистов, но и других профессий. Для расчета полной эффективности Эполн предлагается следующая формула:
Всего в формуле 1 22 члена, поэтому полученный результат делится на 22. Каждый член уравнения выражает оценку эффективности с точки зрения какой-либо профессиональной направленности, все члены будут описаны ниже. Максимальная полная эффективность 100%. Каждый из членов уравнения может принимать три значения: «+1», если эффективность данного вида однозначно есть, «0» - если есть как отрицательный, так и положительный эффект, «- 1», если по данному виду эффективности эффекта нет или он отрицательный, то есть решение неэффективно. Полная эффективность измеряется в процентах. Связать ее с экономикой возможно, но это будет неформальная связь. Каждый член формулы можно ввести в экономику своим отдельным способом. Например, римский клуб предложил оценивать экологическую эффективность предприятий. Для этого он предлагает с предприятий, которые загрязняют окружающую среду, брать экологический налог, который будет тем выше, чем больше степень загрязнения. Те предприятия, которые произвели обновление производства с учетом экологических требований, такой налог не платят. Но окружающий нас мир гораздо разнообразнее, чем экономика и экология, и это надо учитывать при расчете эффективности. Для крупных проектов необходимо искать полную эффективность. Несоответствие экономической и полной эффективности стало причиной современного экономического кризиса. Он еще ждет своего решения. Денег не хватает для снабжения или по недомыслию не снабжаются деньгами многие важные направления человеческой деятельности, в том числе существуют возражения экономистов о том, что надо снабжать деньгами межпланетную космонавтику. Поэтому на примере данной заявки попробуем доказать, что межпланетные проекты эффективны. Оценим полную эффективность предложенного изобретения. Проанализируем каждый член формулы 1 по отдельности.
1) Экономическая эффективность. Ээкон=-1. Будут потрачены миллиарды рублей на строительство космических аппаратов, но взамен они привезут килограммы или десятки килограммов малоизученного вещества, которое сразу распродать не получится. Если продавать его по спекулятивным ценам, число покупателей будет невелико, вещество окажется нераспроданным. С течением времени его освоят, но это займет десятки лет. Самым правильным использованием данного вещества на этапе хранения будет положить его в банк. Оно будет дороже золота и сможет обеспечивать своим весом бумажные и электронные деньги. Например, лунный грунт, привезенный американскими космонавтами с Луны, до сих пор хранится и не используется. Но редкое вещество будет в более выгодном положении, чем простой песок лунного грунта. Оно обладает ценностью и со временем будет усвоено лабораториями и промышленностью. Неэффективно добывать описанным способом золото, оно в избытке имеется на Земле, лежит в банках и никак не используется, практическая его ценность падает, поскольку на Земле продолжается его добыча, и его количество с каждым годом все больше. Чтобы сохранить ценность золота надо сокращать его добычу, а не увеличивать. Редкое вещество сначала понадобится в малых количествах в лабораториях для испытаний, спустя годы и десятилетия испытания завершатся, и оно станет использоваться в промышленных масштабах. Поэтому не имеет смысл добывать его быстро и сразу много.
2) Экологическая эффективность. Ээколог=0. Ракеты, доставляющие аппарат на межпланетную траекторию, своим топливом будут загрязнять атмосферу. После использования редкого вещества понадобится его утилизация. Поскольку на Земле оно не встречается, земные микроорганизмы его не способны усваивать, придется выбрасывать его обратно за пределы Земли. Но объективности ради необходимо сравнить добычу материала на астероиде с добычей его на Земле. Чтобы добыть металл на Земле, его находят в экологически чистом, нетронутом людьми районе, заселяют его, раскапывают экологически чистые пустоши, сваливают там отходы, мусор от растущих человеческих поселений и т.П.. Добывая металл в космосе, мы сохраняем в неприкосновенности природу на Земле. Это экологически правильно. Поэтому с экологической точки зрения изобретение имеет как плюсы, так и минусы.
3) Историческая эффективность. Эисторич=+1. Образование новой общественно-экономической формации тесно связано с освоением новых территорий, для чего необходимо строить новые средства транспорта. Например, капитализм и социализм связаны с освоением других материков, развитием морского и воздушного транспорта (открытие Америки, открытие нового морского пути в Индию и Китай, международные авиалинии и т.п.). Возникновение роботовладельческого общества связывается с освоением планет солнечной системы, а коммунистического - с освоением других звездных систем. Аппарат способствует возникновению роботовладельческого общества, поскольку, во-первых, он автоматический, то есть появится еще один вид роботов, во-вторых, он осваивает ранее недоступную территорию астероидов. Исторически аппарат эффективен.
4) Биологическая эффективность. Эбиолог=+1. Человечество сильно размножилось, ему через несколько десятков лет не будет хватать ресурсов на Земле. Аппарат позволяет добывать полезные ископаемые на территории более широкого ареала, за пределами Земли. В отличие от быстрых способов добычи, характерных для мужского начала в технике, способ медленный и соответствует женскому началу в технике. Он эффективен в сочетании с быстрым способом добычи на другом астероиде или планете другого вещества с помощью буровых и пилящих устройств, поскольку позволяет избежать отдачи. Быстрый способ вызывает отдачу - непроизвольные психические сдвиги у отдельных землян, которые становятся женским началом по отношении к быстроработающей мужской технике. Нарушения в психике у землян компенсируют отсутствие женского начала у техники. При наличии женских аппаратов техника будет замкнута сама на себя, а не на людей. Биологически аппарат эффективен.
5) Политическая эффективность. Эполит=+1. Для США и объединенной Европы было бы политически эффективно добывать метеоритное железо и распространенные на Земле металлы в Солнечной системе на астероидах. Это обеспечило бы им независимость в добыче этих металлов от других стран. Но это верно прежде всего для Европы, чьи запасы руд истощены. Для России это неактуально, она располагает запасами руды на Земле, для нее политически правильно осваивать Сибирь, а не добывать железо и другие распространенные металлы в космосе. Но это касается только материалов, которые есть на Земле. Изобретение предлагает добывать материал редкий, которого на Земле нет или очень мало. Добыв его, можно будет торговать им с другими странами, получать новые материалы и приборы, которые не имеют другие страны. Самостоятельная добыча нового материала в космосе будет способствовать химической независимости России. Поэтому политически изобретение эффективно.
6) Энергетическая эффективность. Ээнерг=+1. Аппарат использует для работы энергию солнечного света, которая неисчерпаема в ближайшие миллиарды лет и доставляется к нему без использования отдельных средств доставки. Поэтому его работа не ограничена количеством запаса топлива.
7) Техническая эффективность. Этех=0. Аппарат просто устроен. Чем проще устройство. Тем меньше вероятность, что он сломается. Но он содержит в своем составе новые узлы, доводка которых потребует испытаний. Возможно на аппарате разместить и дополнительную исследовательскую аппаратуру, что увеличит отдачу от него. Наряду с положительными сторонами есть и отрицательная сторона его не испытанности.
8) Промышленная эффективность. Эпром=0. Для изготовления аппарата требуются 3D-принтеры, они эффективны, но полностью на них аппарат напечатать нельзя, так как в нем используется несколько разных материалов. Это осложняет производство.
9) Духовная эффективность. Эдух=+1. Интуитивные озарения происходят более легко и бывают боле плодотворными, когда преодолеваются ранее недоступные границы. Например, достижение аппаратами «Вояджер» границ Солнечной системы способствовало появлению множества новых научных догадок и открытий. Пересечение веществом с ранее недоступного астероида границ биосферы и попадание его на Землю в собственность землян будет способствовать новым интуитивным озарениям. Усвоение промышленностью нового метеоритного вещества одновременно раздвинет химические границы познания. При этом нормы морали не нарушаются, как просит православная церковь. Так что духовная эффективность проекта высокая.
10) Программно-математическая эффективность. Эпрогр=0. Аппарат нуждается в написании множества программ для его обслуживания. Они еще не написаны и требуют длительной работы нескольких программистов. В то же время аппарат содержит стандартные узлы, которые могут быть использованы в других установках, некосмического назначения, следовательно, вместе с ними могут быть использованы программы для них. Поэтому в программном обеспечении аппарата ожидаются как плюсы, так и минусы.
11) Спортивная эффективность. Эспорт=+1. Поскольку над проектами добычи полезных ископаемых на астероидах будут заниматься две фирмы американская и российская, между ними возникнет состязание, например, кто больше привезет материала с астероида на Землю в весовой категории отливок или единичных заборов пробы до 50 граммов. Если это будут российские аппараты, это будет спортивная победа нашей промышленности в неолимпийском виде спорта.
12) Военная эффективность. Эвоен=+1. Территория астероида фактически временно оккупируется, но здесь не требуется применять военные средства, способные оборонять аппарат от военного нападения, поскольку на Земле нет сил, способных осуществлять такое нападение. Временная оккупация астероидов эффективна, потому что оккупация на Земле новой территории связана с войной на этой территории. Все территории на Земле поделены, и большинство из них заселено. На оккупацию на Земле требуется тратить огромные силы. Временная оккупация астероидов - оккупация с минимальным сопротивлением, только экстремальные условия космоса являются в ней военным противником, поэтому она эффективна.
13) Медицинская эффективность Эмед=0. Инопланетное вещество вряд ли сможет свободно усваиваться организмом человека, возможны иммунные реакции. Но в малых дозах некоторые яды имеют лечебный эффект. Возможно также, со временем будут получены хорошо воспринимаемые организмом человека соединения астероидного вещества, которые будут иметь лечебный эффект. Но на поиски и испытания таких соединений уйдут годы и десятилетия. Медицинская эффективность есть, но ее надо искать. Получение проб материала путем его плавления эффективно с медицинской точки зрения. Если материал астероида отпилить циркульной пилой, то в нем могут оказаться древние микроорганизмы, патогенные для жителей Земли. При плавлении любые микроорганизмы гибнут. Плавление дешевле, чем аппаратура для анализа вещества на наличие в нем микроорганизмов.
14) Кадровая эффективность. Экадр=+1. Работа на 3D-принтере потребует участия в производстве профессиональных программистов и математиков. Проектирование аппарата потребует участия электриков, механиков и программистов для написания обслуживающих его программ. В то же время для сборки аппарата из распечатанных на 3D-принтере деталей достаточно иметь среднее образование, это работа для рук. Для забора образцов грунта из хранилища понадобится аппарат, созданный в стандартной космической промышленности. То есть для создания и обслуживания аппарата потребуется участие сотен специалистов разного профиля, кадровое разнообразие он обеспечивает. Проект интересный, поэтому может оказаться привлекательным как для опытных специалистов, так и для молодежи.
15) Социальная эффективность. Эсоц=+1. Проект обеспечивает работой несколько сотен человек, способствуя решению проблемы безработицы. Проект интересен для спонсора с точки зрения рекламы его финансового участия в проекте. Поэтому, возможно, эти несколько сотен человек будут обеспечены высокой зарплатой даже в существующей финансовой системе.
16) Культурная эффективность. Экульт=+1. Проект может вдохновить многих художников, скульпторов, композиторов, сценаристов на создание картин, скульптур, симфоний, сценариев фильмов и спектаклей и других произведений искусства. Проект интересен для журналистов, поскольку читатели, зрители и слушатели будут с интересом следить за ходом проекта.
17) Географическая эффективность. Эгеогр=+1. Здесь правильней говорить об астрономической эффективности, поскольку астероид находится за пределами Земли. В результате проекта будет достигнута точка, ранее недостижимая на территории астероида или кометы, что роднит это событие с географическими открытиями XVII-XIX веков.
18) Юридическая эффективность. Эюр=+1. Юридически это очень красивое решение. В первые годы добычи полезных ископаемых на других планетах и астероидах будет наблюдаться противоборство двух юридических школ. Согласно первой точке зрения территория других планет, где происходит добыча полезных ископаемых, принадлежит той стране, чьи представители ведут добычу полезных ископаемых, то есть, кто технически способен достигнуть новой территории на другой планете, тому она и принадлежит. Вторая точка зрения состоит в том, что территория других планет должна быть поделена между всеми странами Земли по каким-либо признакам. Имеется в виду, что те страны, которые пока самостоятельно не способны достигнуть территории других планет, со временем смогут это сделать, поэтому им должна быть оставлена территория на других планетах, которую они пусть даже через тысячу лет освоят. Если доставить на орбиту Луны астероид и распилить его, то другие страны могут предъявить претензии на свою долю вещества этого астероида. Не решен вопрос о том, может ли астероид находиться в частной собственности и о порядке передачи собственности страны на вещество астероида в собственность фирмы. Когда фирма какой-либо страны или группы стран добудет несколько килограммов или десятков килограммов вещества астероида, она реализует право этой страны или стран взять свою долю вещества, оставляя возможность другим странам добыть свою долю самостоятельно. Кроме того, после окончания добычи для себя и своей страны, фирма может добыть несколько килограммов вещества и для дружественной страны, которая первоначально не участвовала в проекте. Таким образом юридически учитываются интересы всех стран.
19) Психологическая эффективность. Эпсих=+1. Граждане страны будут испытывать чувство психологического комфорта от того, что они живут в великой стране, способной самостоятельно добывать полезные ископаемые на других планетах.
20) Бытовая и коммунальная эффективность. Эбыт=0. Само изобретение неприменимо для использования в быту, в легкой и пищевой промышленности. Даже человекоподобные роботы для обслуживания людей имеют более сложные суставы, чем узлы аппарата, они должны иметь больше степеней свободы при поворотах. Но добытое вещество может быть добавлено в материалы, которые используются для изготовления бытовых предметов и материалов в коммунальном хозяйстве с приобретением ими новых, более продвинутых свойств. Материалы с добавлением астероидного вещества могут использоваться в станках и механизмах легкой и пищевой промышленности.
21) Транспортная эффективность. Этрансп=+1. Аппарат стимулирует движение уже созданных космических кораблей для транспортировки астероидного вещества на Землю по Солнечной системе.
22) Педагогическая эффективность. Эпед=0. Материалы заявки могут быть использованы для преподавания студентам технических вузов, но описания механической части должны быть дополнены программами для компьютеров для полной воспроизводимости результатов. Тогда возможно создать несколько групп ученых, параллельно работающих над организацией полета к нескольким астероидам одновременно. Первая ведущая группа более опытных ученых создаст первый аппарат, а остальные группы молодых ученых воспроизведут их результат, создав подобные аппараты в учебных целях.
Просуммировав полученные баллы, находим полную эффективность изобретения
Возможно полную эффективность выразить в баллах по пятибалльной шкале. Тогда 20% соответствуют 1 баллу, а 54,45% соответствуют 2,7225 баллам из пяти возможных. То есть в целом изобретение имеет довольно низкую эффективность. Чтобы приступить к его реализации требуется полная эффективность 5 баллов (80-100%). Полная эффективность - это не постоянная величина, она может быть повышена до требуемого уровня. Пути повышения полной эффективности данной заявки до 80-100% состоят в том, чтобы снабдить компьютер программным обеспечением, точно выяснить, какие вещества могут быть добыты на астероиде, испытав или предсказав их медицинское, военное, применение, применение в химической промышленности, в материалах в быту и коммунальном хозяйстве. Экологическую эффективность можно повысить за счет использования ракетных топлив, безвредных для атмосферы типа кислорода и водорода и за счет выбрасывания используемых материалов куда-нибудь на Венеру, не на земные свалки.
Таким образом космические проекты по освоению планет Солнечной системы, если подробно их прорабатывать, могут быть доведены до полной эффективности 80-100%, что позволяет с успехом их осуществлять. Но для того, чтобы они были конкурентоспособны со способами производства бытовых предметов, требуются изменения в экономической системе, обеспечивающие поддержание полной, а не только экономической эффективности. Можно считать эффективность и по более простым формулам, но они не обеспечат переход общества к роботовладельческому строю, общество останется в состоянии социалистическо-капиталистической общественно-экономической формации и холодной войны. Хочется пожелать менеджерам и реализаторам проекта освоения астероидов, чтобы они в погоне за золотом и легкими деньгами не упустили более выдающегося результата.
Хотя предложенное изобретение по масштабам меньше американского проекта по доставке астероида на орбиту Луны, считаю, что не надо подражать американцам и строить подобный корабль. Каждая страна в космосе должна иметь свою специализацию.. Если американцы хотят специализироваться на добыче широко распространенных металлов на астероидах, пожелаем им успеха в этой деятельности. Думаю, что Россия должна сосредоточить свои усилия на добыче урана на Луне и Марсе для ядерных электростанций. Тогда на астероидах она могла бы ограничиться второстепенной ролью.
Группа изобретений относится к разработке ресурсов космической среды с помощью соответственно оснащённых космических аппаратов (КА). КА причаливает к астероиду (1), охватывая его с двух сторон манипуляторами (2). Блок (4) сбора материала перемещают и устанавливают особым манипулятором (5). Антенну (6) развёртывают с помощью манипулятора (7). Энергией от сферической солнечной батареи (3) питают установленный в блоке (4) многоламповый прожектор с концентрирующей свет оптической системой. Плавят им поверхностный слой астероида с образованием лунок. Забирают из лунок расплавленный материал, охлаждают, помещают отливки в хранилище, откуда их периодически забирают отдельным КА, курсирующим между Землей и астероидом. Техническим результатом группы изобретений является добыча ограниченной массы полезных ископаемых на астероиде с использованием энергии Солнца. 4 н.п. ф-лы, 35 ил.
1. Способ добычи полезных ископаемых на астероиде, при котором осуществляют причаливание добывающего космического аппарата путем охвата астероида с двух сторон минимум тремя манипуляторами, устанавливают отдельным манипулятором на поверхности астероида блок сбора материала, плавят многоламповым герметичным прожектором из блока сбора материала поверхностный слой астероида с образованием лунок, забирают из лунок расплавленный материал, охлаждают, помещают отливки в хранилище, периодически забирают отливки из хранилища отдельным космическим кораблем, курсирующим между Землей и астероидом.
2. Система крепления космического аппарата к астероиду, отличающаяся тем, что охватывающие астероид манипуляторы состоят из длинной последовательности протяженных плоских пластин с возможностью ее складывания в местах соединения пластин внутри отсека космического корабля при доставке аппарата на заданную траекторию движения к астероиду с Земли и с возможностью ее раскладывания при подлете аппарата к астероиду, при охвате астероида она повторяет форму его поверхности без мелких деталей.
3. Способ сбора добытого материала, отличающийся тем, что блок сбора материала имеет форму паралелепипеда с отверстием в верхней грани для забора добытого материала, четыре боковых ребра параллелепипеда образованы ножками с регулируемой длиной с возможностью при изменении длины ножек наводить точку сбора лучей прожектора, закрепленного в центре параллелепипеда, на участок поверхности астероида, расплавляют его путем длительного освещения с нагреванием, из лунки расплавленный материал забирают манипулятором сбора материала, который состоит из исходящих из общего центра трубок, при этом захватный тоннель манипулятора на конце трубки выдвигают из направляющего тоннеля в центре трубки в лунку, сдвигают верхнюю и нижнюю стенки захватного тоннеля на конце трубки, оставляют боковые стенки на конце трубки неподвижными, зажимают между стенками на конце трубки забранный материал, далее задвигают захватный тоннель обратно в направляющий тоннель, освобождая лунку, поворачивают трубку вокруг центра, при этом забранный материал затвердевает в отливку, далее захватный тоннель задвигают в сачок для хранения материала, выдвигая его из направляющего тоннеля, его верхнюю и нижнюю стенки раздвигают, поршнем из глубины тоннеля выталкивают отливку в сачок манипулятора хранилища материала, далее захватный тоннель выдвигают из сачка, поршень убирают вглубь тоннеля, и двигают пустой захватный тоннель по кругу вместе с центральным колесом манипулятора сбора материала до следующего забора материала, когда в сачке накапливаются отливки, его зев стягивают петлей, герметично закупоривая отливки, трубку с сачком на конце поворачивают вместе с центральным колесом манипулятора хранилища материала, при этом устанавливают на место заполненного сачка пустой сачок, после заполнения всех сачков блок сбора материала пристыковывают к космическому кораблю, куда забираются отливки вместе с сачками, на место заполненных сачков привинчиваются пустые сачки, в ходе всех этих операций блок сбора материала перемещают манипулятором относительно поверхности астероида вокруг корпуса аппарата и поднимают над поверхностью астероида.
4. Система поддержания неподвижной раскрываемой сферической солнечной батареи, отличающаяся тем, что она состоит из экваториальных поддерживающих трубок и меридиональных поддерживающих трубок, экваториальные поддерживающие трубки разделены внутри и вдоль перегородками, внутри них по обе стороны от перегородок натянуты параллельные тросы, экваториальные поддерживающие трубки составлены и образуют разомкнутую окружность, меридиональные поддерживающие трубки соединены попарно двумя планками, при этом в раме из планок и меридиональных трубок находятся фотопреобразователи, соединенные в единую электрическую цепь протянутыми между рамами проводами, внутри составленных друг с другом меридиональных трубок, образующих четверть меридиана и отходящих перпендикулярно каждой экваториальной трубке, натянуты тросы, на свободных концах тросов меридиональных трубок в полюсах сферы и на свободном, незамкнутом конце экваториальной окружности находятся Т-образные окончания из пластин, которые упираются в концы краевых трубок при натяжении троса, а на противоположных концах тросов они зажимаются в зажимные устройства, состоящие из двух туго движущихся зажимов, поддерживаемых стойками, двух колец на тросе, которые фиксируют один конец зажимов, и цилиндра на тросе, этот цилиндр раздвигает округлые вторые концы зажимов и направляет их между двумя кольцами, с возможностью натягивания тросов путем их накрутки на валы электродвигателей, электродвигатели, натягивающие тросы меридиональных трубок, закреплены на экваториальных трубках, электродвигатель, натягивающий тросы экваториальных трубок, закреплен на опоре, соединенной с корпусом аппарата, для поддержания уровня тросов на каждом участке между трубкой и электродвигателем у тросов экваториальных трубок использованы опорные колесики, на которые трос попадает, пройдя из первой экваториальной трубки через отверстие в опоре, у тросов меридиональных трубок использованы для этого направляющие изогнутые трубки, приваренные к экваториальным трубкам, в которые трос попадает на выходе из отверстия в боковой стенке первых концевых трубок, система поддержания солнечной батареи выполнена с возможностью ее складывания путем ослабления тросов и сложения гармошкой пар меридиональных трубок и сложения перпендикулярно им гармошкой экваториальных трубок, гармошка из экваториальных трубок укладывается по спирали в одной плоскости вблизи корпуса аппарата с возможностью размещения сложенной конструкции в отсеке взлетающей ракеты, также система выполнена с возможностью ее возвращения в округлую форму путем натягивания и фиксации тросов и благодаря наличию у трубок торцевых граней, не перпендикулярных боковым стенкам, а скошенных, что при соприкосновении торцов трубок придает конструкции изогнутую форму сферы.
| СПОСОБ ОТКЛОНЕНИЯ ОПАСНЫХ КОМЕТ С ТРАЕКТОРИИ СТОЛКНОВЕНИЯ С ЗЕМЛЕЙ | 2003 |
|
RU2266240C2 |
| JP 2012132301 A, 12.07.2012 | |||
| WO 2009055552 A2, 30.04.2009 | |||
| CN 102967484 A, 13.03.2013 | |||
| US 20040242405 A1, 02.12.2004 | |||
| US 20050269132 A1, 08.12.2005 | |||
| US 6313391 B1, 06.11.2001. | |||
