КАМЕРА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ФИЗИЧЕСКИХ, КЛИМАТИЧЕСКИХ И АТМОСФЕРНЫХ ЯВЛЕНИЙ Российский патент 2021 года по МПК G09B23/12 G01N25/58 

Изобретение относится к исследовательским камерам и позволяет проводить эксперименты и наблюдения в условиях равных условиям на поверхности космических объектов.

Далее по тексту словосочетание «камера для исследований физических, климатических и атмосферных явлений в нестандартных условиях» может быть заменено на «камера для исследований».

Условия создаваемые на других планетах для жителей Земли являются нестандартными, так на других планетах как внутри солнечной системы, так и за ее пределами различается состав почвы, атмосферы, кислотность, количество радиации и уровень излучений и т.д.

В ходе изучения других планет возникают вопросы, в частности о наличии на их поверхности жизни и возможности в перспективе высадки людей на поверхность планеты.

При этом проверка возможности наличия и зарождения жизни возможна в условиях равных или примерно равных условиям на поверхности планеты, а оценка возможности высадки людей может производиться с учетом возможности возникновения нестандартных физических явлений на поверхности планеты.

Стандартными для человека физическими явлениями можно считать, например, горение огня в присутствии кислорода, сварочные работы в бескислородной среде и другие.

Следует полагать, что в условиях, например, спутника Юпитера Ио, атмосфера которого имеет высокое содержание диоксида серы, горение и другие процессы могут протекать при иных условиях, а также возможно обнаружение неизвестных ранее физических явлений.

Для изучения этих вопросов и предлагается данное изобретение.

Из уровня техники известен патент RU 41270, описывающий испытательную камеру для проведения климатических испытаний радиотехнического оборудования.

Отличия от заявленного решения состоят в том, что:

- Камера для исследований предполагает полную герметичность пространства для исследований;

- Камера для исследований включает в себя шлюзовую камеру для выравнивания давления и состава воздуха;

- Камера для исследований включает в себя емкости с газом или жидкостью;

- Камера для исследований может включать в себя систему полива внутреннего пространства, освещение, ультрафиолетовые и иные излучатели, манипуляторы.

Известен патент RU 192120, описывающий испытательную камеру для исследований силикатного кирпича.

Отличия от заявленного решения состоят в том, что:

- Камера для исследований предполагает полную герметичность пространства для исследований;

- Камера для исследований включает в себя шлюзовую камеру для выравнивания давления и состава воздуха;

- Камера для исследований включает в себя емкости с газом или жидкостью;

- Камера для исследований может включать в себя систему полива внутреннего пространства, освещение, ультрафиолетовые и иные излучатели, манипуляторы.

Известен патент KR 101718732 В1, описывающий барокамеру с возможностью регулирования давления и температуры внутри камеры.

Отличия от заявленного решения состоят в том, что:

- Камера для исследований включает в себя шлюзовую камеру для выравнивания давления и состава воздуха;

- Камера для исследований включает в себя емкости с газом или жидкостью;

- Камера для исследований может включать в себя систему полива внутреннего пространства, освещение, ультрафиолетовые и иные излучатели, манипуляторы.

Известен патент RU 2639624, описывающий камеру для проведения экспериментов с марсианской пылевой суспензией.

Отличия от заявленного решения состоят в том, что:

- Камера для исследований предполагает возможность имитации атмосферы не только Марса, но и любой другой планеты;

- Камера для исследований является универсальной и предназначается для широкого спектра исследований;

- Камера для исследований включает в себя шлюзовую камеру для выравнивания давления и состава воздуха;

- Камера для исследований включает в себя емкости с газом или жидкостью;

- Камера для исследований может включать в себя систему полива внутреннего пространства, освещение, ультрафиолетовые и иные излучатели, манипуляторы.

Технический результат заявленного изобретения состоит в разработке камеры для проведения исследований в условиях имитируемо атмосферы и климата других планет с возможностью дополнительного внесения в исследуемое пространство дополнительных объектов и с возможностью проведения механических действий внутри камеры без нарушения герметичности.

Технический результат достигается при помощи применения емкостей с газом и/или жидкостью, предназначенными для наполнения пространства внутри камеры, что позволяет сымитировать атмосферу, шлюзового отсека, предотвращающего потери герметичности при внесении внутрь камеры дополнительных объектов, при помощи манипуляторов или герметично присоединенных перчаток, с помощью которых можно производить механические воздействия внутри камеры, а имитация климата обеспечивается дополнительным оборудованием, в частности ветровой трубой, системой охлаждения, нагревательным элементом, источниками света и излучения и т.д.

Частными случаями изготовления конструкции являются:

- Изменение размеров конструкции;

- Изменение числа элементов в конструкции;

- Изменение формы элементов конструкции по отдельности или совместно;

- Использование других способов внесения дополнительных объектов

- Применение магнитов;

- Применение устройств для уменьшения объема камеры;

- Применение газоанализаторов и устройств для определения биологических материалов.

Краткое описание чертежей:

Фиг. 1 - Камера для исследований, вид спереди и сверху без передней стенки;

Фиг. 2 - Вид спереди и снизу без передней стенки;

Фиг. 3 - Вид сзади;

Фиг. 4 - Камера для исследований со стеклом вместо передней стенки (на расстоянии);

Фиг. 5 - Камера для исследований с передней стенкой с окошками (на расстоянии);

Фиг. 6 - Камера для исследований с передней стенкой с манипуляторами (на расстоянии);

Фиг. 7 - Камера для исследований с передней стенкой с перчатками (на расстоянии);

Фиг. 8 - Камера для исследований с закрепленной передней стенкой (с перчатками);

Фиг. 9 - Часть камеры для исследований с вырезом в месте соединения шлюзового отсека с исследовательским пространством;

Фиг. 10 - Камера для исследований в разрезе.

На изображениях камеры для исследования физических, климатических и атмосферных явлений в нестандартных условиях указаны следующие элементы:

1. Корпус камеры

2. Дверцы шлюзового отсека

3. Индикатор

4. Баллоны с газом/жидкостью

5. Трубки

6. Кран

7. Ветровая труба

8. Трубки охлаждения

9. Трубки полива

10. Светильник

11. Нагревательный элемент

12. Компрессор системы охлаждения

13. Вентилятор (схематично)

14. Стекло

15. Передняя стенка

16. Окошки

17. Манипулятор

18. Встроенные перчатки

19. Аналог почвы

20. Вакуумный насос (схематично)

21. Клапан перепускной (схематично).

Камера для исследований физических, климатических и атмосферных явлений в нестандартных условиях имеет основные части, такие как корпус (1) ограничивающий пространство внутри исследовательской камеры совместно со стеклом или передней стенкой, шлюзовой отсек ограниченный дверцами (2), индикаторы (3), баллон (4) с газом или жидкостью расположенный на поверхности корпуса и подключенный с помощью трубок (5) и кранов (6) или клапанов к исследовательскому пространству* внутри камеры и/или пространству внутри шлюзовой камеры, вакуумный насос или насосы (20), клапан (21) и стекло (14) или переднюю стенку (15) с расположенными на ней окошками (16).

*- под исследовательским пространством следует понимать пространство внутри камеры ограниченное корпусом и передней стенкой или стеклом, в котором проводятся исследования или эксперименты.

При этом камера для исследований может включать различные варианты передней стенки и такие системы как:

1. Система для моделирования ветра

2. Система охлаждения

3. Система нагрева

4. Система полива

5. Система освещения

6. Система создания излучения

7. Магнитная система

В целом камера для исследований работает следующим образом:

Внутрь исследовательского пространства в корпусе (1) камеры размещается имитация почвы (19) с необходимым составом (если эксперимент предусматривает применение почвы), причем размещение производится при снятой передней стенке (15) или стекле(14), или через шлюзовой отсек. Также там размещаются при необходимости отдельные объекты для испытаний. Далее исследовательское пространство плотно, с достижением герметичности, закрывается стенкой (15) и/или дверцей (2).

Далее с помощью вакуумного насоса (20) (при необходимости) откачивается воздух содержащийся в исследовательском пространстве, после чего можно открыть кран (6) с помощью которого газ или жидкость из баллона (4) по трубкам (5) начнет поступать в исследовательское пространство, создавая имитацию атмосферы с необходимым химическим составом. При этом характеристики имитируемой атмосферы контролируются с помощью индикаторов (3), которые могут представлять собой измеритель давления, измеритель влажности, измеритель кислотности, измеритель радиации, термометр, газоанализатор и т.д.

Следует заметить, что исследовательское пространство должно быть герметичным.

Для проведения манипуляций с объектами внутри камеры для исследований предлагается использовать резиновые или силиконовые перчатки (18) герметично закрепленные на стенке (15) или манипуляторы (17) управление которыми может быть организовано механически при помощи рычагов (на изображениях не показаны), по проводам или по радиоканалу (что более предпочтительно с точки зрения сохранения герметичности).

При необходимости внесения дополнительных объектов в исследовательское пространство для сохранения герметичности необходимо применять шлюзовую камеру. Для этого необходимо открыть первую, наружную дверцу (2) шлюзовой камеры вручную или с помощью автоматики. Далее дверца герметично закрывается, и из шлюзовой камеры откачивается воздух с помощью вакуумного насоса шлюзовой камеры (20) и открывается кран (6) связанный с пространством шлюзовой камеры. Внутрь шлюзовой камеры аналогично поступает газ или жидкость из баллона (4), при этом имитация атмосферы внутри шлюзовой камеры контролируется при помощи индикаторов (3) связанных со шлюзовой камерой. Когда показатели на индикаторах (3) шлюзовой камеры становятся равны показателям на индикаторах исследовательского пространства можно приступать к открытию второй, внутренней дверцы (2) шлюзовой камеры, которая также может быть открыта вручную (с применением перчаток (18)), с помощью манипулятора (17) или автоматически. Далее объект исследований переносится из шлюзовой камеры в исследовательское пространство с помощью манипулятора (17) или перчаток (18). После закрытия второй дверцы (2) можно задействовать клапан (21) для выравнивания характеристик внутри шлюзовой камеры с окружающей атмосферой, либо клапан можно задействовать позднее, перед следующим применением шлюзовой камеры.

Передняя стенка может быть изготовлена в одном из следующих типов:

1) Стекло (фиг. 4). В этом случае обеспечивается максимальная обзорность. Также на стекло можно установить манипулятор (17) или перчатки (18), но следует учитывать возможную хрупкость стекла, что снижает вероятность его применения при исследованиях, когда внутри камеры для исследований создается избыточное или недостаточное (в сравнении с окружающей атмосферой) давление.

2) Стенка с окошками (фиг. 5). Предусматривает отсутствие манипуляторов или перчаток (17, 18), при этом сама стенка (15) изготавливается из прочных материалов, а для контроля внутреннего пространства в стенке (15) делаются окошки (16) куда вставляются стекла, которые могут быть высокопрочными.

3) Стенка с манипулятором (фиг. 6). Стенка (15) изготавливается из прочных материалов, для контроля внутреннего пространства делается одно или несколько окошек (16), а для перемещений объектов внутри камеры для исследований используются манипуляторы (17), которые могут управляться механически (например, с помощью рычагов), электрически по проводам, или по радиоканалам. Манипуляторы (17) могут иметь различный вид, сменные наконечники (зажимы, захваты, лопатки, имитация трех-четырех- или пятипалой руки). Преимущественно предназначена для работы внутри камеры для исследований и проведения экспериментов требующих произведение каких-либо действий в условиях, когда давление в исследовательском пространстве не равно давлению окружающего камеру воздуха.

4) Стенка с перчатками (фиг. 7). Предназначается для тех случаев, когда давление внутри камеры для исследований равно давлению окружающего воздуха и необходимо производить перемещение объектов внутри камеры или какие-либо действия. В этом случае человек засовывает руки в перчатки (18), сделанные из герметичного материала (например, резина или силикон) и герметично закрепленные на корпусе, и производит необходимые действия внутри камеры (например, достает из шлюзового отсека новый объект исследований).

Различные системы, указанные на изображениях, предназначаются для более полного повторения особенностей атмосферы и климата на поверхностях планет. Их включение и управление может осуществляться вручную (путем задействования выключателя, крана или клапана) или автоматически (при этом автоматика будет поддерживать заданный режим), а работа осуществляется следующим образом:

1) Система моделирования ветра. Включает в себя ветровую трубу (7), которая подсоединяется к отверстиям в корпусе (1) и вентилятор (13), встроенный в ветровую трубу и обеспечивающий движение газа по трубе. При этом через одно из отверстий газ засасывается в трубу (7), а через другое подается, что может имитировать ветер внутри камеры для исследований. А сила потока газа регулируется скоростью вращения лопастей вентилятора (13).

2) Система охлаждения. Включает в себя трубки охлаждения (8), встроенные в корпус камеры, которые формируют замкнутую систему, включающую в себя компрессор (12). Система указана схематично и в реальных условиях может иметь иной вид. При работе компрессора (12) охлаждающий газ (хладагент), производя движение по трубкам (8), производит теплообмен внутри камеры для исследований, вбирая в себя тепло и охлаждая исследовательское пространство.

3) Система нагрева. Включает в себя нагревательный элемент (11), расположенный на одной из поверхностей корпуса (1) камеры с возможностью подключения к электропитанию и предназначенный для нагрева исследовательского пространства внутри камеры с целью достижения необходимой температуры.

4) Система полива. Предназначается для имитации осадков или для внесения сжиженных газов внутрь камеры. Может включать в себя баллон (4) с жидкостью, который через трубку (5) и кран (6) или клапан подключен к трубкам полива (9). При этом трубки полива (9) имеют отверстия в своей нижней части предназначенные для имитации дождя. Задействование системы может происходить при помощи клапана или крана (6), при открытии которого жидкость из баллона (4) устремляется в трубку полива (9) и просачиваясь через отверстия в нижней части трубки имитирует дождь.

5) Система освещения. Включает в себя один или несколько светильников (10), расположенные на одной или нескольких поверхностях корпуса, которые предназначаются для освещения исследовательского пространства при их включении, и/или для имитации освещения на поверхности какой-либо планеты.

6) Система создания излучения. Внутри исследовательского пространства могут быть размещены электромагнитные излучатели, излучатели радиоволн, антенны, или, вариативно, лампы в светильнике или светильниках (10) могут быть заменены на лампы с инфракрасным и/или ультрафиолетовым эффектом. Также возможно размещение внутри камеры радиоактивных материалов для имитации радиоактивного излучения. Причем лампы и излучатели могут использоваться совместно друг с другом или по отдельности в количество от одной и более штук.

7) Магнитная система (на изображениях не указана). Может быть выполнена в виде электромагнита, расположенного под корпусом (1) камеры с возможностью магнитного воздействия на исследовательское пространство, для создания условий нахождения магнитных материалов или для имитации низкой или высокой гравитации в некоторых экспериментах (например экспериментах с железосодержащими материалами).

Особенности изобретения:

1. Размер устройства. Камера для исследований практически неограниченна в размерах при условии возможности достижения герметичности.

2. Дверцы шлюзового отсека (2) указанные на изображениях открываются в одну сторону. В реальности возможно использование раздвижных дверей, подъемных, возможно открытие в наружную, внутреннюю или разнонаправленные стороны, а также возможно применение блокираторов и замковых механизмов, увеличивающих плотность прилегания дверцы к стенкам шлюзового отсека для достижения наилучшей герметичности.

3. При использовании автоматических систем возможно замена крана (6) на электромагнитный кран, клапан или блокиратор обеспечивающий герметичность в закрытом состоянии и открывающийся под действием электричества (электромагнетизма).

4. Датчики. В случае если контроль за исследовательским пространством обеспечивается автоматически, то возможно применение (вместо, или совместно с индикаторами (3)) соответствующих датчиков.

5. Возможно размещение манипулятора внутри камеры для исследований на любой из стенок, а также на нижней или верхней поверхности. Такой манипулятор сможет применяться с любым типом передней стенке и при наличии на ней манипуляторов (17) дополнять их.

Заявленный результат достигается при помощи применения емкостей с газом и/или жидкостью, предназначенными для наполнения пространства внутри камеры, шлюзового отсека предотвращающего потери герметичности при внесении внутрь камеры дополнительных объектов, при помощи манипуляторов или герметично присоединенных перчаток, а имитация климата обеспечивается дополнительным оборудованием.

Изобретение относится к исследовательским камерам и позволяет проводить эксперименты и наблюдения в условиях, равных условиям на поверхности космических объектов. Камера для исследований физических, климатических и атмосферных явлений включает в себя корпус, ограничивающий исследовательское пространство внутри исследовательской камеры совместно со стеклом или передней стенкой, шлюзовую камеру, ограниченную герметичными дверцами, индикаторы для контроля имитации атмосферы внутри шлюзовой камеры и исследовательского пространства, баллон, содержащий газ или жидкость, размещенный на поверхности корпуса и подключенный с помощью трубок и кранов или клапанов к пространству внутри шлюзовой камеры или к исследовательскому пространству внутри камеры и к пространству внутри шлюзовой камеры, перепускной клапан для выравнивания характеристик внутри шлюзовой камеры с окружающей атмосферой, вакуумный насос для откачки воздуха из исследовательского пространства или шлюзовой камеры. Достигается возможность проведения исследований в условиях имитируемой атмосферы и климата других планет с возможностью дополнительного внесения в исследуемое пространство дополнительных объектов и проведения механических действий внутри камеры без нарушения герметичности. 18 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Камера для исследований физических, климатических и атмосферных явлений, включающая в себя корпус, ограничивающий исследовательское пространство внутри исследовательской камеры совместно со стеклом или передней стенкой, шлюзовую камеру, ограниченную герметичными дверцами, индикаторы для контроля имитации атмосферы внутри шлюзовой камеры и исследовательского пространства, баллон, содержащий газ или жидкость, размещенный на поверхности корпуса и подключенный с помощью трубок и кранов или клапанов к пространству внутри шлюзовой камеры или к исследовательскому пространству внутри камеры и к пространству внутри шлюзовой камеры, перепускной клапан для выравнивания характеристик внутри шлюзовой камеры с окружающей атмосферой, вакуумный насос для откачки воздуха из исследовательского пространства или шлюзовой камеры.

2. Камера для исследований физических, климатических и атмосферных явлений по п. 1, отличающаяся тем, что размещение объектов для испытаний в исследовательском пространстве обеспечивается при снятой передней стенке или стекле или через шлюзовую камеру.

3. Камера для исследований физических, климатических и атмосферных явлений по п. 1, отличающаяся тем, что газ или жидкость из баллона поступает в исследовательское пространство или пространство шлюзовой камеры после открытия крана, или клапана, или блокиратора.

4. Камера для исследований физических, климатических и атмосферных явлений по п. 1, отличающаяся тем, что исследовательское пространство должно быть герметичным.

5. Камера для исследований физических, климатических и атмосферных явлений по п. 1, отличающаяся тем, что проведение манипуляций внутри камеры может осуществляться при помощи резиновых или силиконовых перчаток, герметично закрепленных на передней стенке, или манипуляторов, управление которыми может быть организовано механически с помощью рычага, по проводам или по радиоканалу.

6. Камера для исследований физических, климатических и атмосферных явлений по п. 1, отличающаяся тем, что дверцы шлюзовой камеры являются герметичными, открываются вручную или с помощью автоматики и могут быть выполнены раздвижными, подъемными, с открытием в наружную, внутреннюю или разнонаправленные стороны.

7. Камера для исследований физических, климатических и атмосферных явлений по п. 1, отличающаяся тем, что индикаторы могут представлять собой измеритель давления, измеритель влажности, измеритель кислотности, измеритель радиации, термометр, газоанализатор.

8. Камера для исследований физических, климатических и атмосферных явлений по п. 1, отличающаяся тем, что вместо передней стенки может применяться стекло или передняя стенка выполняется в виде стенки с окошками, стенки с манипулятором, не исключая возможности наличия окошка, или стенки с перчатками, не исключая возможности наличия окошка.

9. Камера для исследований физических, климатических и атмосферных явлений по п. 1, отличающаяся тем, что имеет систему моделирования ветра, состоящую из ветровой трубы, подсоединенной к отверстиям в корпусе и встроенного в нее вентилятора.

10. Камера для исследований физических, климатических и атмосферных явлений по п. 1, отличающаяся тем, что имеет систему охлаждения, состоящую из трубок охлаждения встроенных в корпус камеры и компрессора, внутри которых находится хладагент.

11. Камера для исследований физических, климатических и атмосферных явлений по п. 1, отличающаяся тем, что имеет систему нагрева, состоящую из нагревательного элемента, расположенного на одной из поверхностей корпуса.

12. Камера для исследований физических, климатических и атмосферных явлений по п. 1, отличающаяся тем, что имеет систему полива, состоящую из баллона с жидкостью, который через трубку и кран подключен к трубкам полива, имеющим отверстия в нижней части.

13. Камера для исследований физических, климатических и атмосферных явлений по п. 1, отличающаяся тем, что имеет систему освещения, состоящую из одного или нескольких светильников, расположенных на одной или нескольких поверхностях корпуса.

14. Камера для исследований физических, климатических и атмосферных явлений по п. 1, отличающаяся тем, что имеет систему создания излучения, состоящую из расположенных внутри исследовательского пространства электромагнитных излучателей, излучателей радиоволн, антенн или включающую в себя лампы в светильнике или светильниках с инфракрасным и ультрафиолетовым эффектом.

15. Камера для исследований физических, климатических и атмосферных явлений по пп. 1 и 14, отличающаяся тем, что лампы и излучатели могут использоваться совместно друг с другом или по отдельности в количестве от одной и более штук.

16. Камера для исследований физических, климатических и атмосферных явлений по п. 1, отличающаяся тем, что имеет магнитную систему, выполненную в виде электромагнита, расположенного под корпусом камеры с возможностью воздействия на исследовательское пространство.

17. Камера для исследований физических, климатических и атмосферных явлений по п. 1, отличающаяся тем, что размер устройства неограничен при условии возможности достижения герметичности.

18. Камера для исследований физических, климатических и атмосферных явлений по п. 1, отличающаяся тем, что при использовании автоматических систем возможна замена крана на электромагнитный кран, клапан или блокиратор.

19. Камера для исследований физических, климатических и атмосферных явлений по п. 1, отличающаяся тем, что если контроль за исследовательским пространством обеспечивается автоматически, то возможно применение датчиков.