Устройство защиты Земли от космических объектов Российский патент 2017 года по МПК B64G1/52 B64G1/56 

Изобретение предназначено для изменения орбиты массивных космических тел, приближающихся к Земле.

Известен «КОМПЛЕКС БОРЬБЫ С АСТЕРОИДАМИ», RU, 3аявка №2003107601, А. МПК7 B64G 1/00.

Комплекс борьбы с астероидами, содержащий ракетоноситель с системой управления его движением в виде совокупности блоков ракетных двигателей, расположенных по окружности с центром на продольной оси ракетоносителя и могущих создавать с помощью конических мишеней, возбуждаемых импульсами лазерного излучения, поступательное и вращательное движение ракетоносителя, и с взрывным устройством в виде кассеты с совокупностью выбрасываемых вблизи астероида субснарядов, причем каждый субснаряд содержит коническую мишень, возбуждаемую импульсом лазерного излучения, и подрывается при столкновении с астероидом или с помощью головки самонаведения - при прохождении вблизи него, а также содержащий радиопеленгатор наведения, осуществляющий пеленгование ракетоносителя по сигналам радиопередатчика, размещенного на ракетоносителе, и наведение его путем передачи команд по линии радиосвязи на борт ракетоносителя.

Недостатком является низкая эффективность этого способа, высокая стоимость комплекса для изменения орбиты очень массивных космических тел.

Известна конструкция «БЕЗВЗРЫВНАЯ МНОГОСТУПЕНЧАТАЯ РАКЕТА С ДВУХСТОРОННИМ ДЕЙСТВИЕМ И ДИСТАНЦИОННЫМ УПРАВЛЕНИЕМ ДЛЯ ИЗМЕНЕНИЯ ТРАЕКТОРИИ ДВИЖЕНИЯ АСТЕРОИДА, ПОСРЕДСТВОМ ТОЛКАЮЩИХ ТЯГОВЫХ ГАЗОВ НИЖНЕЙ-ЗАДНЕЙ ЧАСТИ РАКЕТЫ». RU, Заявка №98107985, А,. МПК B64G 9/00.

1. Группа многоступенчатых ракет носителей, каждая из которых содержит: например жидкостные ракетные двигатели, стабилизатор, бак горючего, бак окислителя, приборный отсек с аппаратурой системы управления, отличающаяся тем, что ракета носитель выполнена в виде многоступенчатой ракеты двойного действия и содержит три части: многоступенчатую ракету-носитель целенаправленного тягового действия нижнюю-заднюю часть, верхнюю-переднюю часть обратного тормозного действия и сгораемый головной обтекатель, внутри которого закреплен раструб, в котором выполнены отверстия по окружности и к которому закреплена, например, спиральная пружина, при этом ракетные двигатели нижней-задней, целенаправленной части ракеты выполнены с большей тяговой мощностью, тогда как верхняя-передняя обратного действия часть ракеты снабжается ракетными двигателями меньшей тяговой мощности для выбрасывания газов на период стыковки.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что при его использовании необходимо выполнить условие: чтобы продольная ось центральной ракеты двухстороннего действия и всей группы этих ракет и их факелы тяговых двигателей были бы направлены на астероид под оптимально выгодным острым углом относительно первоначальной траектории движения астероида, при этом демпферное устройство выполнено для плавного стыкования упомянутых ракет с астероидом.

Недостатком является низкая эффективность этого способа, высокая стоимость комплекса для изменения орбиты очень массивных космических тел.

Известен «СПОСОБ ИЗМЕНЕНИЯ ТРАЕКТОРИИ ПОЛЕТА ОБЪЕКТА В ВИДЕ КРУПНОГО МЕТЕОРИТА, АСТЕРОИДА ИЛИ ЯДРА КОМЕТЫ, С УВОДОМ ЕГО В СТОРОНУ ОТ ОРБИТЫ ЗЕМЛИ. RU, Патент №2547315, С1, МПК B64G 99/00 (2009.01), МПК B64G 1/56 (2006.01).

Изобретение относится к космонавтике и может быть использовано для защиты Земли от космических объектов (КО). Формируют линию воображаемой окружности на поверхности КО и равномерно по поверхности воображаемого купола, опирающегося на эту окружность, устанавливают группы зарядов, воздействуют на КО последовательно серией, согласованной с геометрическими размерами и плотностью КО, взрывов, отделяющихся от космических перехватчиков с системой управления, двигателями коррекции траектории полета, двигателями выравнивания скоростей и устройством наведения на цель пространственно распределенных групп ядерных или термоядерных зарядов взрывчатых веществ с детонатором, жидкостью и дистанционным устройством одновременного подрыва всех зарядов группы в приповерхностных слоях метеоритно-кометного вещества, при этом в вершине воображаемого купола производят взрыв зарядов большей, или равной, или меньшей мощности, а остальные взрывы производят зарядами равной мощности. Воображаемый купол формируют сферической, эллиптической, параболической и произвольной формами. Изобретение позволяет изменить траекторию полета КО к Земле без разрушения (ПРОТОТИП).

Недостатком является низкая эффективность этого способа, высокая стоимость комплекса для изменения орбиты очень массивных космических тел. Необходимость применения радиоактивных боевых частей поражения.

Техническим результатом является более эффективное изменение скорости и траектории полета космического объекта.

Технический результат достигается тем, что при столкновении устройства с космическим объектом происходит суммирование импульсов энергии удара и реактивного импульса от выброса продуктов взрыва твердых парафинов и обломков космического объекта, т.к. устройство летит на встречных или угловых курсовых траекториях к космическому объекту, а вкорпусе расположен термоизолированный контейнер из нескольких частей, как правило больше трех, с твердыми парафинами, а в головной части корпуса в стволе расположен набор из ударных элементов (называемых далее «ударными ядрами»), состоящих из твердых парафинов, как правило от 2 до 5 штук, имеющих свои системы наведения и ориентации.

На чертеже изображено «Устройство защиты Земли от космических объектов».

Устройство защиты Земли от космических объектов (1), состоящее из корпуса (2), системы наведения и ориентации (3), лазерного измерителя расстояния и положения на орбите (4), запущенное с Земли средством доставки с третьей космической скоростью, летит на встречных или угловых курсовых траекториях к космическому объекту (5), а в корпусе (2) расположен термоизолированный контейнер (6) из нескольких частей, как правило трех и больше, содержащих твердые парафины (7) и имеющих, каждая из частей (8), свою систему наведения и ориентации (9), а в головной части (10) корпуса (2) в стволе (11) расположен набор из ударных ядер (12), как правило от 2 до 5 штук, имеющих свои системы наведения и ориентации (9), состоящих из твердых парафинов (7).

Температура плавления:

Пентаконтагектан -123°C,

Наноконтатриктан +132°C.

Температура на поверхности устройства от солнечного излучения составляет 120°C. Это позволяет очень тонкой полированной поверхности корпуса с вакуумной прослойкой обеспечивать комфортное хранение парафина и минимальную массу устройства.

Известно из Интернета, http://www.elite-games.ru/downloads/science/bipf.pdf «Космическая артиллерия. Ее боеприпасы и поражающие факторы. Общий обзор».

«… Когда скорость соударения переваливает за 10 км/с, то снаряд и преграда ведут себя уже не как твердые тела, а как жидкости. Снаряд "расплескивает" материал мишени и сам при этом "срабатывается". Именно так действует кумулятивная струя. Из-за высоких температур происходит частичная ионизация вещества в зоне соударения. Диаметр канала в веществе мишени существенно (в 4-5 раз и более) превышает калибр снаряда. При дальнейшем увеличении скорости процесс ионизации идет все более интенсивно. Интересно отметить, что именно на такой скорости (10,2 км/с) предполагалась встреча медного ударного модуля, в виде шарового сегмента массой 370 кг, с ядром кометы Tempel 1 в рамках эксперимента Deep Impact, выполненного в июле 2005 г. Ожидалось, что диаметр кратера составит 80-100 м, а глубина 30.

Высокоскоростной удар при скоростях соударения больших 20 км/с (так называемый гиперскоростной удар) изучен недостаточно. Качественная картина состоит в том, что в пределе (на очень большой скорости соударения порядка сотен км/с) картина взаимодействия поражающего элемента и преграды, по всей видимости, стремится к картине, которая характерна для воздействия на вещество плазменных сгустков. Но при прочих равных условиях поражающий эффект такого соударения все же больше, поскольку все вещество снаряда практически мгновенно превратится в плазму более плотную, чем та, которую можно получить в специальных ускорителях плазмы. Косвенно результат гиперскоростного удара мы можем оценить по размерам кратеров на поверхности ближайших к нам планет без атмосферы - Луны и Меркурия».

В настоящее время скорости в 20 км/с достигаются в лабораторных условиях с помощью газового кумулятивного взрыва по типу «ударное ядро». Это сформированный в сферической выемке взрыва предмет из металла или твердого материала в форме ядра.

При запуске с Земли средства доставки устройство достигает третьей космической скорости и по траектории летит навстречу космическому объекту (5) (КО). Встреча устройства (1) и КО (5) происходит на встречных или угловых курсовых траекториях к траектории полета КО (5). Скорость КО (5) достигает от 10 до 30 км/с. Вторая космическаяскорость равна 11 км/с. Суммарная встречная скорость движения КО (5) и устройства (1) составляет до 41 км /с. Скорость детонации тротила при плотности 1,64 - 6950 м/с.

Интернет: - https://ru.wikipedia.org/wiki/Тринитротолуол). Механизм детонации.

Детонация может возникать в газах, жидкостях, конденсированных веществах и гетерогенных средах. При прохождении фронта ударной волны вещество нагревается. Если ударная волна достаточно сильная, то температура за фронтом ударной волны может превысить температуру самовоспламенения вещества, и в веществе начинаются химические реакции горения. В ходе химических реакций выделяется энергия, подпитывающая ударную волну. Такое взаимодействие газодинамических и физико-химических факторов приводит к образованию комплекса из ударной волны и следующей за ней зоны химических реакций, называемого детонационной волной.

Механизм детонации (интернет: Википедия, Детонация). Детонация может возникать в газах, жидкостях, конденсированных веществах и гетерогенных средах. При прохождении фронта ударной волны вещество нагревается. Если ударная волна достаточно сильная, то температура за фронтом ударной волны может превысить температуру самовоспламенения вещества, и в веществе начинаются химические реакции горения. В ходе химических реакций выделяется энергия, подпитывающая ударную волну. Такое взаимодействие газодинамических и физико-химических факторов приводит к образованию комплекса из ударной волны и следующей за ней зоны химических реакций, называемого детонационной волной. Кинетическая энергия (Е) тела массой = 1000 кг, двигающегося со скоростью V=41000 м/с, равна 840500000000 Дж. Масса взята условно. Формула твердых парафинов (химический класс - алканы) - CnH2n+2

Пример для расчета характеристик устройства с твердым парафином: Пентаконтагектан 150СН302 (выбран условно).

За время столкновения 0.0005 с выделяется атомарный водород Н+, он просто не успевает превратиться в молекулу Н2, и атомарный углерод - С.

Из 1 моль 150СН302 получается Водорода (Н+) (атомарный газ) 150 моль, а из Углерода - (С) (атомарный газ) получается 302 моль.

Общий объем полученного газа из 1 моля вещества 150СН302 10124.8 литра.

Один моль 150СН302 весит 2.102 грамма.

1 кг 150СН302 дает 4816.7 литра в нормальных условиях.

При взрыве 1 кг тротила (ТНТ) получается 280 литров газа при нормальных условиях (600 литров при температуре в 3000°C). Объем продуктов разложения Пентаконтагектана, при нормальных условиях, относительно ТНТ, в от 6.9 крат до 17 крат больше.

Разогрев продуктов разложения Пентаконтагектана до уровня плазмы вызывает эффект фугасного взрыва. А продукты этого взрыва вылетают узконаправленно из воронки, ранее образованной от попадания ударных ядер, на теле КО и создается реактивный импульс, противоположный направлению движения КО. Скорость КО изменится, значит, изменится и орбита его движения. На разогрев продуктов распада пойдет до 10% от кинетической энергии соударения. А это составляет ориентировочно 840500000 Дж на 1 кг устройства.

Все КО имеют свою скорость вращения. Она возникает от соударения с другими КО.

При подлете к КО из ствола выбрасывается, как правило, от 2 до 5 управляемых дистанционно ударных ядер из твердого парафина. Масса каждого ударного ядра рассчитывается на получение определенной глубины и формы воронки и имеет массу многократно меньшую, чем любая из частей контейнера. Т.к. каждое ударное ядро имеет свою систему наведения и ориентации, то по лазерной системе наведения рассчитывается точка попадания на КО для всех ударных ядер. Ударные ядра отделяются от устройства с интервалом, достаточным для полного оборота КО. Таким образом, выстроенные в одну линию все ударные ядра и само устройство попадают в одну точку на КО. Последствие всех взрывов от попадания ударных ядер - глубокая воронка на поверхности КО. В эту воронку попадают контейнеры устройства (1) с основным запасом твердого парафина. При этом контейнеры с парафином также разделяются, как и ударные ядра. Взрыв каждой части контейнера происходит на дне уже созданной воронки. Стенки воронки имеют форму сопла реактивного двигателя, что позволяет резко повысить КПД от столкновения и создаваемого реактивного импульсного двигателя на поверхности КО. При замедлении скорости КО изменяется орбита полета КО в сторону Солнца.

Технико-экономические показатели значительно превышают все известные варианты, т.к. ударные ядра формируют воронку в форме реактивного сопла на теле КО, а разделение устройства на контейнеры увеличивает мощность каждого последующего взрыва в виде реактивного импульса. Твердые парафины очень дешевый, экологически чистый материал. При аварии на старте не наступают катастрофические последствия, как с устройствами, содержащими ядерные заряды или взрывчатые вещества. А также при столкновении с поверхностью КО не происходит самопроизвольный взрыв на поверхности КО без заглубления в тело КО, т.к. детонация начинается сразу при контакте с поверхностью. При столкновении при скорости в 10000 м/с взрыв ядерного заряда происходит на поверхности и в условиях вакуума только оплавляет поверхность КО. В этом подавляющее преимущество перед всеми известными устройствами и способами.

Перечень позиций

1 - устройство защиты Земли от космических объектов

2 - корпус

3 - система наведения и ориентации устройства

4 - лазерный измеритель расстояния и положения на орбите

5 - космический объект (КО)

6 - термоизолированный контейнер

7 - твердый парафин

8 - часть контейнера

9 - система наведения и ориентации ударных ядер и контейнеров

10 - головная часть

11 - ствол

12 – ударный элемент (ядро).

Изобретение относится к средствам защиты и предназначено для изменения орбиты массивных космических тел, угрожающих столкновением с Землей. Устройство состоит из корпуса, системы наведения и ориентации, лазерного дальномера. В корпусе расположен термоизолированный составной контейнер, отделяемые части которого содержат твердые парафины и имеют свои системы наведения и ориентации. В головной части корпуса в стволе расположен набор из ударных элементов (от 2 до 5), имеющих свои системы наведения и ориентации. Данные элементы также содержат твердые парафины. Устройство сближается с космическим телом типично со скоростями, равными или большими третьей космической. При соударениях с этим телом ударных элементов и частей контейнера высвобождается большая внутренняя энергии с одновременным образованием заглубленного кратера (воронки). Последний играет роль «сопла» для продуктов взрывов указанных элементов и частей. Технический результат состоит в более эффективном изменении траектории полета угрожающего космического тела. 1 ил.

Устройство защиты Земли от космических объектов, состоящее из корпуса, системы наведения и ориентации, лазерного дальномера и запускаемое с Земли средством доставки с обеспечением полёта с третьей космической скоростью на встречных или угловых курсовых траекториях к космическому объекту, отличающееся тем, что в корпусе расположен термоизолированный контейнер из нескольких частей, как правило больше трех, содержащих твердые парафины и имеющих, каждая, свою систему наведения и ориентации, а в головной части корпуса в стволе расположен набор от 2 до 5 ударных элементов, имеющих свою систему наведения и ориентации и состоящих из твердых парафинов.