Устройство для изменения траектории астероида, ядра кометы и других 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. Заявка №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 движения 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. МПК⁷ 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 мощностью, 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 мощностей, 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)

Недостатками являются низкая эффективность этого способа, высокая стоимость комплекса, для изменения орбиты очень массивных космических тел, необходимость применения радиоактивных боевых частей поражения.

Техническим результатом изобретения является более эффективное изменение скорости (траектории полета) космического объекта (астероида, ядра кометы и др.).

Технический результат достигается тем, что при столкновении устройства с космическим объектом происходит суммирование импульса энергии удара и реактивного импульса от выброса продуктов взрыва гидрида металла и обломков космического объекта, так как устройство летит на встречных или угловых курсовых траекториях в космическому объекту, а в корпусе расположен термоизолированный контейнер с гидридом металла, полученным электрохимическим способом насыщения водородом, или на основе никелевой матрицы, имеющей различные варианты насыщения водородом, причем в головной части корпуса на выдвижной пневматическим способом телескопической штанге расположен ударный элемент (называемый ниже «ударным ядром») из гидрида металла на основе никелевой матрицы, имеющей различные варианты насыщения водородом.

На чертеже изображено «Устройство для изменения траектории астероида, ядра кометы и других космических объектов».

Устройство для изменения траектории астероида, ядра кометы и других космических объектов состоит из корпуса (1), системы наведения и ориентации (2), лазерного дальномера (3), и запущенное с Земли средством доставки с третьей космической скоростью и устройство летит на встречных или угловых курсовых траекториях к космическому объекту (4), а в корпусе (1) расположен термоизолированный контейнер (5) из гидрида металла (9), полученного электрохимическим способом, или на основе никелевой матрицы, имеющей различные варианты насыщения их водородом, причем в головной части (6) корпуса (1) на выдвижной пневматическим способом телескопической штанге (7) расположено «ударное» ядро (8) из гидрида металла на основе никелевой матрицы, имеющей различные варианты насыщения их водородом. Формирование структуры металла и сплава с определенной степенью дефектности осуществлено электрохимическим методом с использованием в качестве нанообразующих добавок - бора. Получение электрохимическим способом системы Ni-B-H позволяет получать различные по химическому составу сплавы, в которых, варьируя содержанием примеси неметалла - Бором, можно увеличить содержание включаемого водорода. Насыщаемые электрохимическим методом системы NiB_x, где x=0…0,5 имеют порядка 3% вес. водорода (при необходимости можно получить больше).

Гидрид сплава на основе матрицы никелевого сплава начинает активно выделять водород при температуре выше 150 градусов Цельсия, а температура обшивки устройства будет до 120 градусов Цельсия. Даже очень тонкая полированная поверхность (порядка 8-10 мкм) с вакуумной прокладкой от гидрида сплава обеспечит комфортное состояние хранения гидрида, и на термозащиту нужно минимальное количество массы устройства.

Возможно использование и другого материала, а именно: синтезирована электрохимическая система, например Ni-In композит с фазовым составом Ni₇₀In₃₀, имеющий структуру, способную удерживать допированный водород методом ионной имплантации, а также последующую термодесорбцию водорода. Образцы содержат водорода порядка 8-10% отвеса.

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 30-40 м. После столкновения оценки изменились - диаметр кратера 200 м, а глубина 50 м.

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».

При запуске с Земли средства доставки устройство достигает третьей космической скорости, и по траектории летит на встречу с космическим объектом (4) (КО). Встреча головной части (6) и КО (4) происходит на встречных или угловых курсовых траекториях к траектории полета КО (4). Скорость КО (4) достигает от 10 до 30 км/с третья космическая скорость равна 11 км/с. Суммарная встречная скорость движения КО и головной части составит до 41 км/с. (41000 м сек.). «Кинетическая энергии (Е) тела массой m=1000 кг со скоростью v=41000 м/с равна 840500000000 джоулей (Величина массы взята условно).

http://www.calc.ru/kineticheskaya-energiya/massa-1000+skorost-41000.

Гидрид никеля - бинарное неорганическое соединение металла никеля и водорода с формулой NiH₂. В 1 объеме металла содержится до 1,5 объема жидкого водорода.

Известно о повышении эффекта насыщения металла атомарным Водородом в присутствии Бора «Власов Н.М., Звягинцева А.В. Математическое моделирование водородной проницаемости металлов / Монография. Воронеж: ВГТУ, 2012. 247 с.»

Известно из Интернета:

http://www.ihism.ru/Docs/IHISM-14%20-%20program.pdf.

«ВЛИЯНИЕ БОРА НА ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРНЫХ И ПРИМЕСНЫХ ЛОВУШЕК ДЛЯ АТОМОВ ВОДОРОДА В ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ»

А.В. Звягинцева

Воронежский государственный технический университет, Россия

«… Материалы данной работы направлены на рассмотрение возможности применения электрохимических систем для аккумулирования водорода. Электролитические металлы и сплавы, в отличие от металлургических систем, имеют другой механизм взаимодействия.

Во-первых: водород на электроде (катоде) выделяется совместно с образующимися атомами металла согласно уравнениям:

.

Во-вторых: наличие атомного водорода (реакция 2) повышает вероятность взаимодействия металла с водородом.

В-третьих: по дефектам структуры наиболее вероятно взаимодействие атома водорода. Поэтому процесс наводороживания электрохимических систем отличается от взаимодействия водорода с металлами металлургического производства…

Впервые исследования возможности электрохимических систем к поглощению водорода проводили по двум направлениям:

1. Формирование структуры металла и сплава с определенной степенью дефектности: за счет введение в основной металл примесей неметаллов в электролит, способствующих получению мелкокристаллической структуры с оптимальной степенью дефектности формируемой электрохимической системы, которые являются местами закрепления водорода. За счет формирования структурных и примесных ловушек для атомов водорода в структуре металла.

2. Дополнительное введение водорода в подготовленную металлическую матрицу методом ионной имплантации».

«… Основными достоинствами металлогидридных систем хранения связанного водорода являются: высокая объемная плотность водорода, приемлемый интервал рабочих давлений и температур, постоянство давления при гидрировании и дегидрировании, возможность регулирования давления и скорости выделения водорода, высокая чистота выделяемого водорода, компактность и безопасность в работе.

Гидриды металлов и сплавов реагируют с водородом согласно уравнению:

,

где М - металл, сплав твердого раствора или интерметаллид; s - атомное отношение водорода к металлу.

Реакция экзотермическая и обратимая, то есть водород может быть восстановлен путем нагрева гидрида и для его хранения не требуется сложных криостатных систем. Извлечение свободного водорода для большинства металлов осуществляется при невысоких температурах 185-230°С и, соответственно, малозатратно по энергии…»

Водород в системах, формируемых электрохимическим методом, содержится в атомарном состоянии.

За время столкновения 0.0005 сек и выделяется водород Н⁺. Он просто не успевает превратиться в молекулу Н₂.

NiH₂=Ni+2Н⁺=>1 моль NiH₂=1 моль Ni+2 моль атомарного Н⁺=>61 грамм = 59 грамм + 2 грамма.

1 моль = 22.4 литра газа в нормальных условиях.

3 моль = 67.2 литра газа.

В 1 кг NiH₂ содержится 16.39 моль и получается 1101.4 литра атомарного газа. Произведем расчет на содержание Бора не более 3-5% от общей массы гидрида, поэтому его не учитываем при расчетах.

Разогрев этого газа до уровня плазмы вызывает эффект фугасного взрыва. А продукты этого взрыва вылетают узконаправленно из воронки на теле КО, создавая реактивный импульс, противоположный направлению движения КО (4). Скорость КО (4) изменится, а значит изменится и орбита его движения.

Для полного разрушения сплава на основе никелевой матрицы необходима энергия до 15 Мега Дж. На 1 кг сплава.

Из вышеприведенного расчета энергия соударения 1 кг равна 840500000 джоулей. Следовательно, этой кинетической энергии движения достаточно для полного уничтожения в атомарное состояние до 56 кг сплава.

Излишек этой энергии в замкнутом объеме пойдет на разогрев атомарного газа до сверхвысоких температур. Даже при КПД в 10% разогрев газа может быть выше 10000 град Цельсия.

При подлете в КО (4) выдвигается от воздействия газов горения пиротехнического состава телескопическая штанга с закрепленным на нем «ударным» ядром. Длина штанги позволяет создать двойной взрыв в месте столкновения устройства с КО (4). Первый взрыв от энергии удара «ударного» ядра образует воронку в теле КО (4). Второй взрыв от энергии контейнера с гидридом сплава происходит на дне первой воронки. Наиболее благоприятный интервал между взрывами 0.0005 сек. Это время первого взрыва. Таким образом, создается глубокая воронка в теле КО (4). Форма воронки позволяет считать ее выхлопным соплом газового ракетного двигателя. Весь объем от взрыва атомарного газа в виде низкотемпературной плазмы, состоящей из атомов Бора, Никеля, водорода, и части породы КО (4) вылетают из воронки в противоположном движении от направления столкновения. Создается мощный суммарный импульс, который состоит из кинетического импульса устройства, и от реактивного импульса выброса плазмы. Как известно, для смещения КО (4) с действующей орбиты, необходимо изменить скорость полета КО (4). Для космических объектов массой несколько тысяч тонн достаточно одного устройства, для большей массы КО (4) необходимо несколько таких устройств. При таком воздействии на КО (4) не используются опасные вещества с радиоактивным боевым зарядом, Стоимость устройства минимальна. Устройство используется полностью для выполнения необходимого маневра КО (4).

Технико-экономические показатели устройства значительно выше прототипа, так как стоимость ядерного заряда значительно выше, а с точки зрения экологии - преимущество подавляющее. Исключается катастрофические последствия для экологии Земли при аварийной ситуации на старте и выходе в космос атомного заряда.

Изобретение относится к средствам защиты и предназначено для изменения орбиты массивных космических тел (КТ), угрожающих столкновением с Землей. Устройство состоит из корпуса, системы наведения и ориентации, лазерного дальномера. В корпусе расположен термоизолированный контейнер с гидридом металла, полученным путём электрохимического насыщения водородом. В головной части корпуса на выдвижной штанге расположен ударный элемент из гидрида металла на основе никелевой матрицы, насыщенной водородом. Устройство сближается с КТ со скоростями, равными или большими третьей космической. При соударении ударного элемента с КТ высвобождается большая внутренняя энергия, с образованием заглубленного кратера (воронки). С короткой задержкой (~ 0,0005 с), зависящей от длины штанги, происходит второй взрыв - на дне воронки, играющей роль «сопла» для продуктов взрыва контейнера. Технический результат состоит в более эффективном изменении траектории полета угрожающего КТ. 1 ил.

Устройство для изменения траектории астероида, ядра кометы и других 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 с гидридом металла, полученным электрохимическим способом насыщения водородом, или на основе никелевой матрицы, имеющей различные варианты насыщения водородом, причем в головной части корпуса на выдвижной пневматическим способом телескопической штанге расположен ударный элемент из гидрида металла на основе никелевой матрицы, имеющей различные варианты насыщения водородом.