СПОСОБ ВЫПОЛНЕНИЯ ИМИТАЦИОННОГО КОСМИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ Российский патент 2018 года по МПК G01N29/00 

Изобретение относится к сфере космических исследований и технологий и может быть использовано для экспериментальной отработки технологии улучшения условий атмосферной видимости при посадке спускаемого аппарата на поверхность Марса.

В настоящее время отрабатываются способы и средства высадки космонавтов на поверхность Марса /RU 2625218 С1; В64G 6/00; 27.04.2016; 12.07.2017/. Наиболее вероятными периодами для высадки на Марс являются противостояния, когда расстояние между Землей и Марсом становится наименьшим. Однако противостояния Марса обычно совпадают с периодами глобальных пылевых бурь /Физическая энциклопедия, М.: Большая Российская энциклопедия, 1992, т. 3, стр. 48/. Вызванный пылевой бурей подъем в марсианскую атмосферу огромного количества мелких пылевых частиц сильно ухудшает условия атмосферной видимости, что повышает опасность аварии или катастрофы при посадке спускаемого аппарата на поверхность Марса.

Повысить безопасность посадки можно путем улучшения условий атмосферной видимости. Из уровня техники известна идея повышения прозрачности атмосферы Марса путем снижения дисперсности системы, состоящей из твердых частиц, находящихся во взвешенном состоянии в газовой среде марсианской атмосферы, за счет акустической коагуляции, вызванной воздействием звуковых волн /RU 2014128791 А; А01G 15/00, В01D 51/08; 14.07.2014; 10.02.2016/.

Однако звук в условиях сильно разреженной марсианской атмосферы распространяется только на небольшие расстояния и вследствие этого не может улучшить атмосферную видимость и повысить безопасность посадки спускаемого аппарата на поверхность Марса.

Наиболее близким к заявленному изобретению известным техническим решением является способ выполнения имитационного космического исследования, при котором в пространстве барокамеры, снабженной системой охлаждения, выполняют взвесь пылевых частиц, соответствующих по размерам и химическому составу марсианской пыли, в газовой среде, соответствующей марсианской атмосфере по химическому составу, температуре, давлению и содержанию пылевых частиц, и экспериментально воздействуют на эту взвесь излучениями /RU 2639624 С1; G09В 23/12; 10.01.2017; 21.12.2017/.

Однако излучения не вызывают колебательных движений мелкодисперсных частиц газовой среды, и вследствие этого не обеспечивают их коагуляции, что не ведет к улучшению марсианской атмосферной видимости и не способствует повышению безопасности посадки спускаемого аппарата на поверхность Марса.

Задачей изобретения является обеспечение улучшения условий марсианской атмосферной видимости и повышение безопасности посадки спускаемого аппарата на поверхность Марса.

Указанная задача решена за счет того, что в способе выполнения имитационного космического исследования, при котором в пространстве барокамеры, снабженной системой охлаждения, выполняют взвесь пылевых частиц, соответствующих по размерам и химическому составу марсианской пыли, в газовой среде, соответствующей марсианской атмосфере по химическому составу, температуре, давлению и содержанию пылевых частиц, и экспериментально воздействуют на эту взвесь, в пространстве барокамеры выполняют микровзрывы, генерирующие инфразвук.

Изобретение характеризуется следующим существенным отличительным признаком: выполнением в пространстве барокамеры микровзрывов, генерирующих инфразвук.

Указанный существенный отличительный признак позволяет обеспечить улучшение условий марсианской атмосферной видимости и повышение безопасности посадки спускаемого аппарата на поверхность Марса.

В состав атмосферы Марса входят: углекислый газ - 95%, азот - 2,7%, аргон - 1,6%, кислород - 0,15% по объему. Давление у поверхности в зависимости от рельефа изменяется от 180 до 1000 Па /Физическая энциклопедия, М.: Большая Российская энциклопедия, 1992, т. 3, стр. 48/.

Спектральные наблюдения молекулярных полос углекислого газа в инфракрасной области, а также; ослабление радиосигналов автоматических межпланетных станций /АМС/ "Маринер-4, 6 и 7" при захождении их за диск Марса позволили установить значение полного давления на среднем уровне поверхности Марса в 65±200 Па. Из радионаблюдений АМС "Маринер-6" температура атмосферы Марса вблизи экватора составляет 250 К, температура ночной атмосферы в точке с широтой +36° по измерениям с АМС "Маринер-7" составила 205 К, а ближе к полюсу, на широте +79°, 164 К /Большая советская энциклопедия, третье изд., т. 15, стр. 410, столбец 1216/.

Согласно модели, отвечающей данным измерений содержаний химических элементов в грунте, основными химическими соединениями по массе в марсианской пыли являются: двуокись кремния - 45%, окись железа - 18%, окись магния - 8%, серный ангидрид - 8%, окись алюминия - 5%, окись кальция - 5%. Содержание пылевых частиц в марсианской атмосфере во время бури достигает 0,01 кг/м³, средний размер частиц 1-3 мкм. В спокойной атмосфере также присутствует пыль со средними размерами частиц 0,05-0,1 мкм /Физическая энциклопедия, М.: Большая Российская энциклопедия, 1992, т. 3, стр. 48-49/.

Выполнение в пространстве барокамеры микровзрывов, генерирующих инфразвук, позволяет воздействовать инфразвуком на содержащуюся в пространстве барокамеры взвесь пылевых частиц, соответствующих по размерам и химическому составу марсианской пыли, в газовой среде, соответствующей марсианской атмосфере по химическому составу, температуре, давлению и содержанию пылевых частиц, и экспериментально установить диапазон параметров инфразвука, при которых наблюдается акустическая коагуляция мелких твердых частиц, взвешенных в газовой среде, имитирующей марсианскую атмосферу, сопровождающаяся повышением прозрачности исследуемой среды.

Инфразвуковое воздействие на пылегазовую смесь приводит к коагуляции мелкодисперсной шли, при этом интенсивно коагулируют частицы малых размеров /EA 24935 В1; 30.11.2016; стр. 10-11/. В отличие от звука инфразвук имеет свойство распространяться на очень большие расстояния благодаря малому поглощению инфразвуковых волн в разных средах, в т.ч. и газовой, что позволяет за счет акустической коагуляции мелких твердых частиц, содержащихся в марсианской атмосфере, повышать ее прозрачность и улучшать атмосферную видимость.

Генерирование инфразвука микровзрывами способно ускорять процесс коагуляции пылевых частиц за счет увеличения скорости распространения инфразвука в газовой среде при повышении температуры и давления, вызванного микровзрывом. Это основано на том, что скорость инфразвука в газах растет с ростом температуры и давления /Большая советская энциклопедия, третье издание, т. 23, стр. 520, столбцы 1546-1547/, а взрыв производит резкое повышение давления, плотности и температуры среды /БСЭ, т. 5, стр. 10, столбец 16/.

Микровзрывы, генерирующие инфразвук, могут создаваться, например, при контакте метана с кислородом, в т.ч. в смеси метана с воздухом. При содержании в воздухе от 5-6% до 14-16% метана смесь около источника тепла с температурой 650-750°С взрывается /БСЭ, т. 16, стр. 141, столбец 410/. Такая смесь может быть выполнена, например, в капсуле в виде готовой смеси или смеси, получаемой на месте применения смешиванием в указанных пропорциях двух компонентов /метана и воздуха/. Инициирование микровзрыва вызывают, например, с помощью нагревательного элемента, температуру которого повышают до указанных значений. Такие капсулы могут использоваться как в экспериментальных, так и реальных космических условиях, например, путем вброса и/или запуска капсул в марсианскую атмосферу при снижении и/или перед снижением спускаемого аппарата.

Изобретение осуществляют с помощью известных методов и средств.

Таким образом, выполнение в пространстве барокамеры микровзрывов, генерирующих инфразвук, при экспериментальном воздействии на взвесь пылевых частиц, соответствующих по размерам и химическому составу марсианской пыли, в газовой среде, соответствующей марсианской атмосфере по химическому составу, температуре, давлению и содержанию пылевых частиц, благодаря установлению параметров инфразвука, при которых происходит акустическая коагуляция имитирующих пылевых частиц, взвешенных в газовой среде, соответствующей марсианской атмосфере, ведущая к повышению прозрачности взвеси за счет снижения ее дисперсности, позволяет обеспечить улучшение условий марсианской атмосферной видимости и благодаря возможности визуального контроля повысить безопасность посадки спускаемого аппарата на поверхность Марса.

Изобретение относится к сфере космических исследований и технологий и может быть использовано для экспериментальной отработки технологии улучшения условий атмосферной видимости при посадке спускаемого аппарата на поверхность Марса. В пространстве барокамеры, снабженной системой охлаждения, выполняют взвесь пылевых частиц, соответствующих по размерам и химическому составу марсианской пыли, в газовом среде, соответствующей марсианской атмосфере по химическому составу, температуре, давлению и содержанию пылевых частиц, и экспериментально воздействуют на эту взвесь. При этом в пространстве барокамеры выполняют микровзрывы, генерирующие инфразвук. Техническое решение позволяет обеспечить улучшение условий марсианской атмосферной видимости и повышение безопасности посадки спускаемого аппарата на поверхность Марса.

Способ выполнения имитационного космического исследования, при котором в пространстве барокамеры, снабженной системой охлаждения, выполняют взвесь пылевых частиц, соответствующих по размерам и химическому составу марсианской пыли, в газовой среде, соответствующей марсианской атмосфере по химическому составу, температуре, давлению и содержанию пылевых частиц, и экспериментально воздействуют на эту взвесь, отличающийся тем, что в пространстве барокамеры выполняют микровзрывы, генерирующие инфразвук.