БИНАРНЫЙ КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ ДЛЯ ПОИСКА И СБОРА ВНЕЗЕМНЫХ ИЗЛУЧАЮЩИХ НАНООБЪЕКТОВ В ОКРЕСТНОСТЯХ ТОЧЕК ЛИБРАЦИИ ПЛАНЕТ, ВХОДЯЩИХ В СОЛНЕЧНУЮ СИСТЕМУ Российский патент 2022 года по МПК B64G1/22 B82Y35/00 

Изобретение относится к исследовательским малоразмерным бинарным космическим аппаратам (БКА), весом менее 1000 грамм, предназначенным для поиска и сбора в космическом пространстве наноразмерных объектов внеземного происхождения, скопления которых расположены в окрестностях точек либрации (точек Лагранжа) в виде пылевых облакоподобных структур (например, пылевые облака Кордылевского в системе Луна-Земля). Цель исследований - на основании физико-химического анализа собранных БКА излучающих нанообъектов внеземного происхождения, осуществить лабораторный синтез подобных нанообъектов с новыми свойствами, не встречающимися на Земле.

Используемое в описании изобретения словосочетание «бинарный космический аппарат» (БКА) понимается как космический аппарат, состоящий из двух корпусов и общей армированной гибкой ленточной солнечной батареи, расположенной между ними, разворачиваемый за счет разматывания солнечной батареи, смотанной в рулон, при реверсивном перемещении одного корпуса относительно другого в противоположные стороны и обратно, осуществляемом с помощью мультивекторных матричных ракетных двигателей (ММРД). Гибкая ленточная солнечная батарея (СБ) - это гибкая диэлектрическая ленточная подложка, на которую нанесен массив соединенных между собой тонкопленочных солнечных фотоэлементов в сочетании с микроконтейнерами для сбора нанообъектов. Точки либрации - это точки, где гравитационное и центробежное ускорения, воздействующие на помещенное в окрестностях точки тело, уравновешиваются, в связи с чем так называемые «малые тела» могут там накапливаться [1].

Нанообъекты - отдельные наночастицы размером в интервале 2-100 нанометров и системы наночастиц, образующие однородные или неоднородные многозвенные конструкции, размеры которых меньше 2000 нанометров. В зависимости от размера и материала из которого образовались нанообъекты они могут обладать свойствами реагирования на магнитные или электрические поля, в зависимости от окружающих факторов изменять свою полярность мгновенно или сохранять ее постоянно, переходить из одного физического состояния в другое, например, от воздействия световых или рентгеновских фотонов преобразовывать длины волн электромагнитного излучения [2].

Известен микро-спутник с солнечной батареей, выполненной в виде гибкой подложки с нанесенными тонкопленочными солнечными фотоэлементами, намотанной при выведении вокруг корпуса микро-спутника и развертываемой с помощью пружин после выхода на заданную орбиту. Микро-спутник содержит: корпус спутника, механизм развертывания на базе торсионных пружин, солнечные батареи, выполненные из гибкой подложки с нанесенными тонкопленочными фотоэлементами, двигатели, антенны, солнечный датчик, конусный узел стыковки с другим спутником [3].

Недостатком устройства является отсутствие возможности коррекции траектории поиска в зависимости от результатов экспресс-анализа излучающих свойств внеземных нанобъектов с различными физическими свойствами, собранных раздельно с помощью электрического и магнитного поля, с последующей конвейерной герметизацией собранных нанообъектов при сканировании окрестностей точек либрации планет, входящих в Солнечную систему.

Известен бинарный космический аппарат для поиска и сбора внеземных объектов со свойствами квантовых точек в окрестностях точек либрации, содержащий два панелеобразные корпуса, соединенных с контейнерами, гибкую подложку с тонкопленочными солнечными фотоэлементами, которая выполнена в виде диэлектрической ленты с возможностью свертывания в рулон, с нанесенными информационными, силовыми, высоковольтными шинами, коллинеарной антенной, позиционной штрих-кодовой лентой, микроконтейнерами, в каждом из которых размещены пленочные электроды и жесткие диэлектрические микроподложки, также содержит два мультивекторных матричных ракетных двигателя, две выдвижные телескопические штанги, два линейных шаговых двигателя, три реверсивных шаговых двигателя, три катушки для размещения гибкой диэлектрической ленточной подложки и герметизирующей самоклеющейся пленки, прижимной электромагнит, два лазерных дальномера, две ПЗС-матрицы, два солнечных датчика, датчик штрих-кода, два дисковых токосъемника, два контроллера, два стабилизатора напряжения, приемопередатчик [4].

Недостатком устройства является отсутствие возможности коррекции траектории поиска в зависимости от результатов экспресс-анализа излучающих свойств внеземных нанобъектов с различными физическими свойствами, собранных раздельно с помощью электрического и магнитного поля, с последующей конвейерной герметизацией собранных нанообъектов при сканировании окрестностей точек либрации планет, входящих в Солнечную систему.

Наиболее близким по технической сущности является бинарный космический аппарат для поиска и сбора внеземных объектов со свойствами квантовых точек в окрестностях точек либрации, содержащий два панелеобразные корпуса, соединенных с контейнерами, гибкую подложку с тонкопленочными солнечными фотоэлементами, которая выполнена в виде диэлектрической ленты с возможностью свертывания в рулон, с нанесенными информационными, силовыми, высоковольтными шинами, коллинеарной антенной, позиционной штрих-кодовой лентой, микроконтейнерами, в каждом из которых размещены пленочные электроды и жесткие диэлектрические микроподложки, также содержит два мультивекторных матричных ракетных двигателя, две выдвижные телескопические штанги, два линейных шаговых двигателя, три реверсивных шаговых двигателя, три катушки для размещения гибкой диэлектрической ленточной подложки и герметизирующей пленки, термоэлемент, два лазерных дальномера, две ПЗС-матрицы, два солнечных датчика, датчик штрих-кода, два дисковых токосъемника, два контроллера, два стабилизатора напряжения, приемопередатчик [5].

Недостатком устройства является отсутствие возможности коррекции траектории поиска в зависимости от результатов экспресс-анализа излучающих свойств внеземных нанобъектов с различными физическими свойствами, собранных раздельно с помощью электрического и магнитного поля, с последующей конвейерной герметизацией собранных нанообъектов при сканировании окрестностей точек либрации планет, входящих в Солнечную систему.

Отличие предлагаемого технического решения от выше изложенных заключается во введении двух цилиндрообразных корпусов, что позволило осуществить намотку гибкой солнечной батареи непосредственно вокруг корпусов без применения дополнительных катушек. Введение четырех ММРД с волнообразными цилиндрическими поверхностями генерирующих пакеты тяг с заданными комбинациями их величин и направлений, позволило осуществить реверсивное вращение двух корпусов в сочетании с реверсивным перемещением их относительно друг друга. Это позволило с помощью ММРД с волнообразными цилиндрическими поверхностями многократно разворачивать и сворачивать в рулон СБ. Введение четырех дискообразных сканирующих лазерных дальномеров, работающих с обзором горизонта в 360° градусов, размещенных на торцах цилиндрообразных корпусов, позволило постоянно отслеживать расстояние между верхними и нижними торцами корпусов и угол наклона оси симметрии одного корпуса относительно другого, а также постоянно отслеживать расстояние до рядом расположенных БКА при сканировании окрестностей точки либрации одновременно несколькими БКА. Введение плоских катушек, соединенных с шинами электропитания расположенных на дне микроконтейнеров, позволило сформировать массив притягивающих электромагнитных полей для сбора и накопления исследуемых излучающих нанообъектов с магнитными свойствами. Введение цилиндрического термоэлемента, соединенного с выдвижной П-образной штангой, соединенной с прижимными линейными шаговыми двигателями, соединенными с плоскими шаговыми двигателями, позволило осуществить заварку одного или нескольких микроконтейнеров с собранными излучающими нанообъектами с равномерным прижатием термоэлемента к поверхностям завариваемых микроконтейнеров с нанесенными микрогранулами термоплавкого клея. Введение микрогранул термоплавкого клея, нанесенных на верхние части микроконтейнеров, позволило производить герметичное соединение материала герметизирующей пленки с материалом микроконтейнеров имеющих разные жаропрочные характеристики. Введение навигационной звездной камеры позволило самостоятельно корректировать траекторию сканирования по звездам, предотвращать столкновения с космическими объектами, способными разрушить БКА, фотографировать космические объекты. Введение камеры для экспресс-анализа позволяет обнаружить излучение нанообъектов в виде люминесценции или флуоресценции нанообъектов и более подробно с меньшим шагом сканировать район окрестности со скоплением излучающих нанообъектов для сбора большего их количества за меньшее время. Введение второй гибкой диэлектрической ленточной подложки позволило разместить на ее теневой стороне индикаторные микроконтейнеры для сбора излучающих нанообъектов. Введение УФ и ИК светофильтров, обращенных к Солнцу, упорядочено расположенных на окнах второй герметизирующей пленки с лицевой стороны, позволило создать непрерывный источник возбуждения излучающих нанообъектов. Введение первого и второго шаговых двигателей, соединенных с П-образной штангой, позволило поворачивать камеру для эксресс-анализа на исследуемые индикаторные микроконтейнеры и навигационную звездную камеру на отслеживание окружающей обстановки без разворота БКА с помощью ММРД. Введение пятого шагового двигателя, соединенного со шпулей, насаженной на нижнею часть второго цилиндрообразного корпуса, позволяет производить намотку и размотку второй герметизирующей пленки в противоположном направлении вращения от направления намотки на второй корпус с помощью ММРД первой герметизирующей пленки, а намотку на первый корпус осуществлять в одном и том же направлении, что позволяет индикаторным микроконтейнерам оставаться все время в затененной зоне (с задней стороны солнечных батарей), что необходимо для регистрации слабого излучения флуоресценции. Введение дисковых солнечных датчиков, размещенных на первом и втором цилиндрообразных корпусах между полотнами первой и второй герметизирующих пленок, позволило производить ориентацию солнечных батарей одновременно с развертыванием или свертыванием БКА.

Техническим результатом является возможность коррекции траектории поиска в зависимости от результатов экспресс-анализа излучающих свойств внеземных нанобъектов с различными физическими свойствами, собранных раздельно с помощью электрического и магнитного поля, с последующей конвейерной герметизацией собранных нанообъектов при сканировании окрестностей точек либрации планет, входящих в Солнечную систему.

Технический результат предложенного изобретения достигается совокупностью существенных признаков, а именно: бинарный космический аппарат для поиска и сбора внеземных излучающих нанообъектов в окрестностях точек либрации планет, входящих в Солнечную систему, содержащий два корпуса, гибкую подложку с тонкопленочными солнечными фотоэлементами, которая выполнена в виде диэлектрической ленты с возможностью свертывания в рулон, с нанесенными информационными, силовыми, высоковольтными шинами, коллинеарной антенной, позиционной штрих-кодовой лентой, микроконтейнерами, пленочными электродами, жесткими диэлектрическими микроподложками, также содержит мультивекторные матричные ракетные двигатели, выдвижные телескопические штанги, линейные шаговые двигатели, термоэлемент, герметизирующую пленку, солнечный датчик, датчик штрих-кода, два контроллера, два стабилизатора напряжения, приемопередатчик, четыре мультивекторных матричных ракетных двигателя с волнообразными цилиндрическими поверхностями, четыре линейных шаговых двигателя, четыре выдвижные телескопические штанги, четыре дискообразные сканирующие лазерные дальномера, шпулю, индикаторные микроконтейнеры с размещенными в них с противоположных сторон под жесткими диэлектрическими подложками, по два пленочных электрода соединенных с высоковольтными шинами и плоской электромагнитной катушкой, расположенной посредине, соединенной с силовой шиной, вторую гибкую диэлектрическую ленточную подложку с нанесенными штрих-кодовой лентой и одним рядом индикаторных микроконтейнеров, соединенную с одного края с первым цилиндрооразным корпусом, а с противоположного края механически со шпулей, вторую герметизирующую пленку с упорядочено чередующимися по длине УФ и ИК светофильтрами с формой повторяющей форму жестких диэлектрических микроподложек и с шагом, равным шагу размещенным на второй гибкой диэлектрической подложке индикаторных микроконтейнеров, камеру для экспресс-анализа, навигационную звездную камеру, первый, второй, третий, четвертый, пятый плоские шаговые двигатели, первый и второй прижимные линейные шаговые двигатели, термоэлемент, выполненный цилиндрическим, П-образную штангу, выдвижную П-образную штангу, микрогранулы термоплавкого клея, нанесенные на края микроконтейеров, первый и второй корпуса выполнены цилиндрообразными на их торцах закреплены первый, второй, третий, четвертый дискообразные сканирующие лазерные дальномеры, на торцах которых размещены статоры первого, второго, третьего, четвертого плоских шаговых двигателей, поворачивающиеся роторы первого и второго соединены с П-образной штангой, а роторы третьего и четвертого соединены с первым и вторым прижимными линейными шаговыми двигателями через центральные сквозные отверстия первого, второго, третьего, четвертого плоских шаговых двигателей проходят выдвижные телескопические штанги, соединенные с мультивекторными матричными ракетными двигателями с волнообразными цилиндрическими поверхностями, соединенные с цилиндрообразными корпусами, к боковым стенкам которых механически крепятся края первой герметизирующей пленки, наложенной с теневой стороны на полотно первой гибкой диэлектрической ленточной подложки с размещенными в три ряда микроконтейнерами, электропроводящие силовые шины соединены с тонкопленочными солнечными фотоэлементами и плоскими электромагнитными катушками, расположенными под жесткими диэлектрическими микроподложками в микроконтейнерах центрального ряда, высоковольтные шины соединены с пленочными электродами, расположенными в соседних от центрального ряда микроконтейнерах, а информационная шина соединяет первый и второй контроллеры, размещенные в первом и втором цилиндрообразных корпусах, к торцам первого из которых через первый и второй плоские шаговые двигатели, управляемые первым контроллером, прикреплена П-образная штанга с прикрепленными камерой для экспресс-анализа и навигационной звездной камерой, а второй корпус через первый и второй прижимные линейные шаговые двигатели, управляемые вторым контроллером, соединен с выдвижной П-образной штангой, проходящей через сквозное отверстие, расположенное по оси симметрии цилиндрического термоэлемента, для равномерного давления на запаиваемые первой и второй герметизирующими пленками края микроконтейнеров с собранными нанообъектами, кроме того, на первом и втором корпусах на расстоянии равном высоте шпули симметрично закреплены первый и второй дисковые солнечные датчики, к торцу второго корпуса с внутренней стороны прикреплен пятый плоский шаговый двигатель, который соединен со шпулей, надетой на второй цилиндрообразный корпус между вторым дисковым солнечным датчиком и четвертым дискообразным сканирующим лазерным дальномером и вращающейся в противоположном направлении от направления вращения второго цилиндрообразного корпуса.

Сущность изобретения поясняется на Фиг. 1 и Фиг. 2, где представлен бинарный космический аппарат для поиска и сбора внеземных излучающих нанообъектов в окрестностях точек либрации планет, входящих в Солнечную систему, в момент развертывания гибкой ленточной СБ (Фиг. 1 - вид спереди Фиг. 2 - Вид сзади). На Фиг. 3 представлена структурная блок-схема бинарного космического аппарата для поиска и сбора внеземных излучающих нанообъектов в окрестностях точек либрации планет, входящих в Солнечную систему. На Фиг. 4 и Фиг. 5 представлен выносной элемент А (10:1) (Фиг. 4 - вид спереди, Фиг. 5 - вид сзади) в увеличенном масштабе, поясняющий топологию расположения на первой и второй гибких диэлектрических ленточных подложках электропроводящих шин и микроконтейнеров для сбора и последующей герметизации собранных излучающих нанообъектов. На Фиг. 6, Фиг. 7 - схематично поясняются этапы развертывания БКА. На Фиг. 8 - этап сканирования окрестности точки либрации, сбор и герметизация собранных нанообъектов. На Фиг. 9, - этап свертывание БКА.

Бинарный космический аппарат для поиска и сбора внеземных излучающих нанообъектов в окрестностях точек либрации планет, входящих в Солнечную систему, содержит: (Фиг. 1, Фиг. 2) первый 1 и второй 2 цилиндрообразные корпуса, первый 3, второй 4, третий 5, четвертый 6 ММРД с волнообразными цилиндрическими поверхностями, первый 7, второй 8, третий 9, четвертый 10 линейные шаговые двигатели, первую 11, вторую 12, третью 13, четвертую 14 выдвижные телескопические штанги, первый 15, второй 16, третий 17, четвертый 18 дискообразные сканирующие лазерные дальномеры, первый 19, второй 20, третий 21, четвертый 22, пятый 23 плоские шаговые двигатели, первый 24 и второй 25 прижимные линейные шаговые двигатели, цилиндрический термоэлемент 26, выдвижную П-образную штангу 27, первую 28 и вторую 29 герметизирующие пленки (Фиг. 1), первую 30 и вторую 31 гибкие диэлектрические ленточные подложки, тонкопленочные солнечные фотоэлементы 32, силовые шины 33, информационную шину 34, высоковольтную шину с положительной полярностью 35, высоковольтную шину с отрицательной полярностью 36, пленочные электроды 37 (Фиг. 4), плоские электромагнитные катушки 38, жесткие диэлектрические микроподложки 39, микроконтейнеры 40, индикаторные микроконтейнеры 41, УФ светофильтр 42, ИК светофильтр 43, позиционную штрих-кодовую ленту 44, датчик штрих-кода 45, первый 46, второй 47 дисковые солнечные датчики, навигационную звездную камера 48, камеру для экспресс-анализа 49, П-образную штангу 50, первый 51 и второй 52 контроллеры, первый 53 и второй 54 стабилизаторы напряжения, высоковольтный источник питания 55, коллинеарную антенну 56, приемопередатчик 57, шпуля 58, микрогранулы термоплавкого клея 59 (Фиг. 4, Фиг. 5). На фиг.З, в границах замкнутых пунктирных линий, расположены элементы, конструктивно размещенные в первом 1 и втором 2 цилиндрообразных корпусах, λ1, λ2, λ3, λ4 - выделенные длинны волн электромагнитного излучения оптического диапазона, излучаемые первым 15, вторым 16, третьим 17, четвертым 18 дискообразными сканируемыми лазерными дальномерами, λf - длины волн флуоресценции собранных излучающих нанообъетов.

Первая гибкая диэлектрическая ленточная подложка 30 (Фиг. 4) армирована диэлектрическими замкнутыми упорядоченными прямоугольными ребрами жесткости в виде бортиков, образующих на поверхности гибкой диэлектрической ленточной подложки 30 множество прямоугольных, открытых сверху планарных микроконтейнеров 40. В каждом микроконтейнере 40, размещенном вдоль краев гибкой диэлектрической ленточной подложки 30, размещен пленочный электрод 37, на который наложена жесткая диэлектрическая микроподложка 39. Жесткие диэлектрические микроподложки 39 выполнены шириной меньше радиуса цилиндрообразного корпуса 1 и 2 для уменьшения асимметрии формы рулона при проведении многослойной намотки. В зависимости от расположения пленочных электродов 37 в верхней или нижней части гибкой диэлектрической ленточной подложки 30 они соединены с высоковольтными шинами 35 и 36 с положительной и отрицательной полярностью. При включении высоковольтного источника питания 55 создается электрическое поле, которое притягивает к пленочным электродам 37 противоположно заряженные наночастицы, которые осаждаются, не достигнув их на жестких диэлектрических микроподложках 39. Микроконтейнеры 40 сортируют нанообъекты по трем классам: два - для сбора отрицательно и положительно заряженных нанообъектов, один - для сбора нанообъектов с магнитными свойствами. Индикаторные микроконтейнеры 41 для повышения концентрации нанообъектов на жесткой диэлектрической подложке осуществляют интегрированный сбор одновременно всех нанообъектов. Притягивающее электрическое поле создается пленочными электродами 37, на которые подается высоковольтное напряжение, а магнитное поле создается с помощью плоских катушек 38, при протекании тока через которые создается электромагнитное поле, притягивающее ферромагнитные нанообъекты. Пленочные электроды 37 и плоские катушки 38 расположены под жескими диэлектрическими подложками 39.

На второй гибкой диэлектрической ленточной подложке 31 в один ряд расположены индикаторные микроконтейнеры 41 (Фиг. 5). На дне каждого из них под жесткой диэлектрической микроподложкой 39, прозрачной для ультрафиолетового (УФ) излучения и ближнего инфракрасного (ИК), находятся два пленочных электрода 37, соединенные с высоковольтными шинами положительной полярностью 35 и отрицательной полярностью 36, посередине расположена плоская электромагнитная катушка 38, соединенная с силовой шиной 33. В отличие от первой гибкой диэлектрической ленточной подложке 30, на которой размещены элементы для осуществления раздельного сбора нанообъектов, вторая 31 гибкая диэлектрическая ленточная подложка обеспечивает максимальную концентрацию на жесткой диэлектрической микроподложке 39 нанообъектов со смешанными свойствами, для проведения экспресс-анализа на наличие изучающих свойств (люминесценции, флуоресценции). В качестве источника возбуждения используется длинны волн электромагнитного излучения, выделенные с помощью УФ 42 и ИК 43 светофильтров из спектра солнечного света. Чередующиеся УФ 42 и ИК 43 (Фиг. 4) светофильтры расположены на поверхности второй герметизирующей пленки 29 с шагом, равным шагу распределения жестких диэлектрических микроподложек 39 на второй 31 (Фиг. 5) гибкой диэлектрической ленточной подложке. Определенная длина волны УФ или ИК диапазона, пройдя через светофильтр, микроподложку, возбуждают нанообъекты, которые преобразуют исходную длину волны в длинны волн со стоксовым или антистоксовым сдвигом в зависимости от физических и химических свойств материалов, из которых состоят излучающие нанообъекты, пойманные электрическими или магнитными полями. Камера для экспресс-анализа 49 постоянно отслеживает два ближних из всех движущихся при развертывании БКА индикаторных микроконтейнера 41 и при фиксировании наличия флуоресценции на одной или двух жестких диэлектрических микроподложках 39 (возбуждаемых УФ и ИК длинами электромагнитных волн) выдает сигнал на первый контроллер 51, который уменьшает шаг сканирования траектории поиска, для более подробного целенаправленного поиска и запоминает по штрих-коду номер микроконтейнера, время возникновения флуоресценции, звездные координаты точки. Флуоресценция - слабое излучение, и для его фиксации камера для экспресс-анализа 49 и индикаторные микроконтейнеры 41 расположены с теневой стороны БКА. Полоса затемнения с задней стороны солнечных батарей, которую пересекают притягиваемые для анализа излучающие нанообъекты, создается второй герметизирующей пленкой 29, которая выполнена светонепроницаемой с окнами из чередующихся пар УФ и РЖ светофильтров. Проведение предварительного анализа на наличие флуоресценции нанообъектов в космосе позволяет собрать больше излучающих нанообъектов за меньший интервал времени, сократить время лабораторного анализа с помощью зондовой и флуоресцентной микроскопии за счет проведения исследований, в первую очередь, тех жестких диэлектрических микроподложек индикаторных микроконтейнеров и рядом расположенных микроконтейнеров, где были уже зафиксированы излучающие нанообъекты.

Для исключения попадания Земных наночастиц планарные микроконтейнеры 40 и 41 сверху завариваются первой 28 и второй 29 герметизирующими пленками в космосе и послойно, вместе с первой 30 и второй 31 гибкими диэлектрическими ленточными подложками наматываются, соответственно, на второй цилиндрообразный корпус 2 и на шпулю 58, вращающеюся синхронно в противоположном направлении. Первая герметизирующая пленка 28 в исходном положении расположена с теневой стороны (с обратной стороны солнечных фотоэлементов) первой гибкой диэлектрической ленточной подложки 30 и повторяет ее геометрическую форму. Идентификационный штрих-код, нанесенный на позиционную ленту 44 под каждым вертикальным рядом планарных микроконтейнеров 40 и под индикаторными микроконтейнерами 41, позволяет определить время запайки микроконтейнеров по коду, считываемому датчиком штрих-кода 45, и камерой для экспресс-анализа 49 считывать штрих-код под индикаторным микроконтенером 41, в котором возникла флуоресценция. Это позволяет маркировать кластеры собранных нанообъетов, например, в зонах либрации L4 и L5 в системе Земля-Луна, для топологического анализа распределения излучающих нанообъектов в облокоподобных пылевых структурах и оптимально при поведении сканирования самокорректировать поисковые траектории.

Для осуществления изобретения могут быть использованы, например, известные технологии изготовления компонентов. В качестве мультивекторного матричного ракетного двигателя (ММРД) с волнообразной цилиндрической поверхностью может быть использована мультивекторная матричная ракетная двигательная система с цифровым управлением величины и направления тяги, которая состоит из плоской дискообразной с волнообразным внешним контуром монолитной термостойкой диэлектрической подложки с размещенными на ней квадратной матричной реверсивной структурой двигательных ячеек, соединенной с повторяющим ее контур цилиндрообразной полой с волнообразным профилем монолитной термостойкой диэлектрической подложкой с радиально-веерной ориентацией всех продольных осей конусообразных микропор на центры чередующихся сопряженных вогнутых и выпуклых полуокружностей, образующих в совокупности замкнутую волнообразную внешнею поверхность. Все конусообразные микропоры заполнены твердым топливом и ранжированы по объему в пропорциях последовательных степенях числа два (1-2-4-8-16-32), обеспечивающих генерацию множества разнонаправленных векторов тяги с прецизионным цифровым управлением в двоичном коде величиной тяги каждой ячейки [6].

При изготовлении СБ могут быть использованы известные технологии изготовления гибких солнечных тонкопленочных батарей, выполненных на базе гибкой подложки с нанесенными тонкопленочными фотогальваническими элементами, изготовленными, по меньшей мере, из аморфного кремния (a-Si), теллурида кадмия (CdTe), арсенида галлия (GaAs) [3].

Устройство работает следующим образом: после доставки БКА в точку либрации включаются первый 7, второй 8, третий 9, четвертый 10 линейные шаговые двигатели, осуществляющие выдвижение первой 11, второй 12, третей 13, четвертой 14 телескопических штанг, отводящие первый 3, второй 4, третий 5, четвертый 6 ММРД с волнообразной цилиндрической поверхностью от торцов первого 1 и второго 2 цилиндрообразных корпусов. Первый 24 и второй 25 прижимные линейные шаговые двигатели отводят цилиндрический термоэлемент 26 от цилиндрообразного корпуса 2 (Фиг. 6). Одновременно включаются первый 15, второй 16, третий 17, четвертый 18 дискообразные сканирующие лазерные дальномеры, работающие на выделенных длинах волн λ1, λ2, λ3, λ4 для исключения влияния помех от активных или пассивных источников. После проверки работоспособности первого 15, второго 16, третьего 17, четвертого 18 дискообразных сканирующих лазерных дальномеров включаются первый 3, второй 4, третий 5, четвертый 6 ММРД с волнообразными цилиндрическими поверхностями, которые создают вращение первого 1 и второго 2 цилиндрообразных корпусов, разматывая свернутые в рулон первую 30 и вторую 31 гибкие диэлектрические ленточные подложки, с одновременным удалением одного цилиндрообразного корпуса от другого, растягивая полотна первой 30 и второй 31 гибких ленточных подложек в противоположные стороны для исключения провисания (Фиг. 7). После развертывания на требуемую длину (Фиг. 8) первой 30 гибкой диэлектрической ленточной подложки с тонкопленочными солнечными фотоэлементами 32 БКА переходит в режим ориентации и слежения за Солнцем. Поворот лицевой стороны первой 30 гибкой диэлектрической ленточной подложки в направлении Солнца и одновременное оптимальное ее натяжение осуществляется с помощью первого 3, второго 4, третьего 5, четвертого 6 ММРД с волнообразными цилиндрическими поверхностями, осуществляющие сближение или удаление, или изменение угла наклона, соответственно, первого 1 или второго 2 цилиндрообразных корпусов. С помощью навигационной звездной камеры 48 определяется начальная точка сканирования и корректируется траектория сканирования исследуемой окрестности токи либрации. Согласно коду координат Солнца, полученных от первого 46 и второго 47 дисковых солнечных датчиков и информации, поступающей с первого 15, третьего 17 и второго 16, четвертого 18 дискообразных сканирующих лазерных дальномеров о расстоянии и углах осей между первым 1 и вторым 2 цилиндрообразными корпусами, осуществляются синхронные угловые повороты первого 1 и второго 2 цилиндрообразных корпусов, без изменения расстояния между ними (Фиг. 7). Поворот навигационной звездной камеры 48 или камеры для экспресс-анализа 49, закрепленных на П-образной штанге 50 и соединенной с двух концов с первым 19 и вторым 20 плоскими шаговыми двигателями, осуществляется их синхронным поворотом на заданный угол в режиме проведения навигации или режиме анализа пойманных в индикаторные микроконтейнеры 41 нанообъектов на наличие у них флуоресценции. На первой гибкой диэлектрической ленточной подложке 30, кроме тонкопленочных солнечных фотоэлементов 32 и соединяющих их силовых шин 33, также, нанесены коллинеарная антенна 56 и проводной двунаправленный канал связи в виде информационной шины 34 для обмена информацией между первым 51 и вторым 52 контроллерами.

Для втягивания пылеобразных структур, состоящих из нанообъектов, на гибкой диэлектрической ленточной подложке 30 размещены высоковольтные шины 35 и 36, соединенные с пленочными электродами 37 (Фиг. 4), расположенными под жесткими диэлектрическими микроподложками 39, на которых осаждаются противоположно заряженные нанообъекты, накапливаемые на дне микроконтейнеров 40. Электрический ток, выработанный тонкопленочными солнечными фотоэлементами 32, поступает на плоские катушки 38, создающие магнитное поле для втягивания (забора) нанообъектов с магнитными свойствами, а также магнитных наночастиц в сочетании с нейтрально заряженными структурами (например, ферромагнитные наносферы, в порах которых расположены замерзшие коллоидные растворы). Электрический ток, выработанный тонкопленочными солнечными фотоэлементами 32, также поступает на входы первого 53 и второго 54 стабилизаторов напряжения, которые выдают стабилизированные напряжения для питания высоковольтного источника питания 55 и приемопередатчика 57, для зарядки аккумуляторов первого 51 и второго 52 контроллеров и обеспечения электропитанием всех датчиков и двигателей. Высоковольтное напряжение с источника высоковольтного питания 55 подается на высоковольтные шины с положительной 35 и отрицательной 36 полярностью, расположенные на солнечной стороне первой 30 и теневой стороне второй 31 гибких диэлектрических ленточных подложках для создания притягивающих электрических полей на дне микроконтейнеров 40 и индикаторных микроконтейнеров 41.

По мере сканирования облачных структур происходит последовательная герметизация микроконтейнеров 40 и 41. Герметизация собранных нанообъектов происходит следующим образом. Цилиндрический термоэлемент 26 с помощью первого 24 и второго 25 прижимных линейных шаговых двигателей, работающих синхронно, прижимается параллельно к второму цилиндрическому корпусу 2, вторым 52 контроллером включается режим нагрева цилиндрического термоэлемента 26, который через первую 28 и вторую 29 герметизирующие пленки (температура плавления которых ваше температуры плавления термоплавкого клея) нагревает микрогранулы термоплавкого клея 59 (Фиг. 4, Фиг. 5), напыленные на верхний части боковых стенок микроконтейнеров 40 и 41. В результате нагрева микрогранулы термоплавкого клея 59 плавятся, приобретая адгезионные свойства, склеивают поверхность микроконтейнеров 40 и 41 с поверхностями первой 28 и второй 29 герметизирующих пленок (Фиг. 5). Одновременно третий 21 и четвертый 22 плоские шаговые двигатели поворачивают цилиндрический термоэлемент 26 вокруг оси второго цилиндрообразного корпуса 2 на определенный угол и за определенный временной интервал, определяемые программой второго контроллера 52 для герметизации одной или нескольких линеек микроконтейнеров 40 и 41. После завершения цикла сегментной герметизации (сегментное термосклеивание с использованием температуры и давления) третий 21 и четвертой 22 плоские шаговые двигатели переводят цилиндрический термоэлемент 26 в исходное угловое положение, а первый 24 и второй 25 прижимные линейные шаговые двигатели отводят цилиндрический термоэлемент 26 от второго 2 цилиндрообразного корпуса для подмотки первой 30 и второй 31 гибких диэлектрических ленточных подложек и начала герметизации следующих микроконтейнеров 40 и 41.

На Фиг. 6 и Фиг. 7 - схематично поясняются этапы развертывания БКА. На Фиг. 8 - этап сканирования окрестности точки либрации сбор и герметизация собранных нанообъектов. На Фиг. 9 - этап свертывание БКА. Фиг. 6, первый этап - тестирование дальномеров и электронного оборудования. Фиг. 7, второй этап - выдвижение двигателей и ориентация положения БКА на Солнце. Фиг. 8, третий этап - развертывание гибкой подложки с размещенными фотоэлементами и микроконтейнерами для забора внеземных нанообъектов и перемещение БКА по окрестности точки либрации, а также сбор нанообъектов за счет притяжения их к поверхностям жестких диэлектрических микроподложек, расположенных в открытых микроконтейнерах, и последующая герметизация открытых частей микроконтейнеров с собранным наноматериалом запайкой герметизирующей пленкой. Схематически многослойное сканируемое пылеобразное облако изображено на заднем плане. Фиг. 9, четвертый этап - полное свертывание гибкой подложки в рулон и переход системы в энергоэкономичный режим ожидания транспортного космического аппарата для перемещения собранных нанообъектов в исследовательскую лабораторию электронной и зондовой микроскопии, расположенной на Земле или на орбитальной станции в космосе.

Предложенная конструкция бинарного космического аппарата для поиска и сбора внеземных излучающих нанообъектов в окрестностях точек либрации планет, входящих в Солнечную систему, позволяет: развернуть и свернуть поисковое гибкое ленточное полотно большой площади между двумя растягивающими ее маневровыми ММРД с волнообразной цилиндрической поверхностью. Осуществить коррекцию поисковой траектории в зависимости от концентрации излучающих нанообъектов, обнаруженных при экспресс-анализе исследуемой пылеоблачной структуры с одновременным раздельным сбором нанообъектов с магнитными и немагнитными свойствами, попавшими в зону притяжения электрических и магнитных полей. Реализовать конвейерную герметизацию собранных на жесткие микроподложки нанообъектов, разделенных по классам и размещенных в соответствующих микроконтейнерах, в сочетании со свертыванием в компактный, транспортируемый рулон гибкого ленточного полотна, что ранее невозможно было осуществить с помощью известных конструкций малоразмерных космических аппаратов.

Источники информации

1. Патент на изобретение RU 2691686 С1, 17.06.2019, G01N 1/02, B64G 4/00, Способ забора и доставки на Землю проб космической пыли из окрестностей точек либрации системы Земля-Луна и комплекс средств для его реализации / Цыганков О.С.

2. Патент на изобретение RU 2723899 С1, 18.06.2020, G01Q 60/24, В82Υ 35/00, сканирующий зонд atomho-силового микроскопа с отделяемым ТЕЛЕУПРАВЛЯЕМЫМ НАНОКОМПОЗИТНЫМ ИЗЛУЧАЮЩИМ ЭЛЕМЕНТОМ, ЛЕГИРОВАННЫМ КВАНТОВЫМИ ТОЧКАМИ, АПКОНВЕРТИРУЮЩИМИ И МАГНИТНЫМИ НАНОЧАСТИЦАМИ структуры ядро-оболочка / Линьков В.Α., Гусев С.И., Вишняков Н.В., Линьков Ю. ., Линьков П.В.

3 Patent US 9758260 В2, Sep. 12, 2017, B64G 1/22, B64G 1/10, LOW VOLUME MICRO SATELLITE WITH ELEXIBLE WINDED PANELS EXPANDABLE AFTER LAUNCH.

4. Патент на полезную модель RU 202757 U1, 04.03.2021, B64G 1/22, В82 В 1/00, БИНАРНЫЙ КОСМИЧЕСКИЙ аппарат для поиска и сбора ВНЕЗЕМНЫХ ОБЪЕКТОВ СО СВОЙСТВАМИ КВАНТОВЫХ ТОЧЕК В ОКРЕСТНОСТЯХ ТОЧЕК ЛИБРАЦИИ / ЛИНЬКОВ В. А.

5. Патент на изобретение RU 2744277 С1, 04.03.2021, B64G 1/22,

БИНАРНЫЙ КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ ДЛЯ ПОИСКА И СБОРА ВНЕЗЕМНЫХ ОБЪЕКТОВ СО СВОЙСТВАМИ КВАНТОВЫХ ТОЧЕК В ОКРЕСТНОСТЯХ ТОЧЕК ЛИБРАЦИИ /

Линьков В. А.

6. Патент на изобретение RU 2707474 С1, 26.11.2019, F02K 9/95, B64G

1/40, МУЛЬТИВЕКТОРНАЯ МАТРИЧНАЯ РАКЕТНАЯ ДВИГАТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА С ЦИФРОВЫМ УПРАВЛЕНИЕМ ВЕЛИЧИНОЙ И НАПРАВЛЕНИЕМ ТЯГИ ДВИГАТЕЛЬНЫХ ячеек для малоразмерных космических аппаратов / Линьков В. Α., Гусев С.И., Колесников С. В., Линьков Ю. В., Линьков П. В., Таганов А. И.

Изобретение относится к малоразмерным исследовательским бинарным космическим аппаратам (БКА), предназначенным для поиска и сбора излучающих наноразмерных объектов внеземного происхождения, скопившихся в космических пылевых структурах, расположенных в окрестностях точек либрации. БКА содержит два цилиндрообразных корпуса, в центрах торцов которых размещены телескопические штанги, на которых размещены четыре мультивекторных матричных ракетных двигателя с волнообразными цилиндрическими поверхностями для сканирования облачно-пылевых структур, развертывания и свертывания двух гибких ленточных подложек с размещенными солнечными элементами и микроконтейнерами для индикации излучения со стоксовым или антистоксовым сдвигом в УФ и ИК диапазонах и сбора нанообъектов с помощью электрического и магнитного поля. Самокоррекция траектории поиска излучающих нанообъектов осуществляется по мере обнаружения флуоресценции нанообъектов с помощью индикаторных микроконтейнеров, расположенных на второй гибкой ленточной подложке, и камеры для экспресс-анализа. Герметизация собранных нанообъектов осуществляется запайкой микроконтейнеров герметизирующими пленками с одновременным свертыванием их в рулон, транспортируемый на Землю для лабораторных исследований. Достигается возможность коррекции траектории поиска в зависимости от результатов экспресс-анализа излучающих свойств внеземных нанобъектов с различными физическими свойствами, собранных раздельно с помощью электрического и магнитного поля, с последующей конвейерной герметизацией собранных нанообъектов при сканировании окрестностей точек либрации планет, входящих в Солнечную систему. 9 ил.

Бинарный космический аппарат для поиска и сбора внеземных излучающих нанообъектов в окрестностях точек либрации планет, входящих в Солнечную систему, содержащий два корпуса, гибкую подложку с тонкопленочными солнечными фотоэлементами, которая выполнена в виде диэлектрической ленты с возможностью свертывания в рулон, с нанесенными информационными, силовыми, высоковольтными шинами, коллинеарной антенной, позиционной штрих-кодовой лентой, микроконтейнерами, пленочными электродами, жесткими диэлектрическими микроподложками, также содержит мультивекторные матричные ракетные двигатели, выдвижные телескопические штанги, линейные шаговые двигатели, термоэлемент, герметизирующую пленку, солнечный датчик, датчик штрих-кода, два контроллера, два стабилизатора напряжения, приемопередатчик, отличающийся тем, что содержит четыре мультивекторных матричных ракетных двигателя с волнообразными цилиндрическими поверхностями, четыре линейных шаговых двигателя, четыре выдвижные телескопические штанги, четыре дискообразные сканирующие лазерные дальномера, шпулю, индикаторные микроконтейнеры с размещенными в них с противоположных сторон под жесткими диэлектрическими подложками двумя пленочными электродами, соединенными с высоковольтными шинами и плоской электромагнитной катушкой, расположенной посредине, соединенной с силовой шиной, вторую гибкую диэлектрическую ленточную подложку с нанесенными штрих-кодовой лентой и одним рядом индикаторных микроконтейнеров, соединенную с одного края с первым цилиндрооразным корпусом, а с противоположного края - механически со шпулей, вторую герметизирующую пленку с упорядоченно чередующимися по длине УФ и ИК светофильтрами с формой, повторяющей форму жестких диэлектрических микроподложек, и с шагом, равным шагу размещенных на второй гибкой диэлектрической подложке индикаторных микроконтейнеров, камеру для экспресс-анализа, навигационную звездную камеру, первый, второй, третий, четвертый, пятый плоские шаговые двигатели, первый и второй прижимные линейные шаговые двигатели, термоэлемент, выполненный цилиндрическим, П-образную штангу, выдвижную П-образную штангу, микрогранулы термоплавкого клея, нанесенные на края микроконтейеров, первый и второй корпуса выполнены цилиндрообразными, на их торцах закреплены первый, второй, третий, четвертый дискообразные сканирующие лазерные дальномеры, на торцах которых размещены статоры первого, второго, третьего, четвертого плоских шаговых двигателей, поворачивающиеся роторы первого и второго соединены с П-образной штангой, а роторы третьего и четвертого соединены с первым и вторым прижимными линейными шаговыми двигателями, через центральные сквозные отверстия первого, второго, третьего, четвертого плоских шаговых двигателей проходят выдвижные телескопические штанги, соединенные с мультивекторными матричными ракетными двигателями с волнообразными цилиндрическими поверхностями, соединенные с цилиндрообразными корпусами, к боковым стенкам которых механически крепятся края первой герметизирующей пленки, наложенной с теневой стороны на полотно первой гибкой диэлектрической ленточной подложки с размещенными в три ряда микроконтейнерами, электропроводящие силовые шины соединены с тонкопленочными солнечными фотоэлементами и плоскими электромагнитными катушками, расположенными под жесткими диэлектрическими микроподложками в микроконтейнерах центрального ряда, высоковольтные шины соединены с пленочными электродами, расположенными в соседних от центрального ряда микроконтейнерах, а информационная шина соединяет первый и второй контроллеры, размещенные в первом и втором цилиндрообразных корпусах, к торцам первого из которых через первый и второй плоские шаговые двигатели, управляемые первым контроллером, прикреплена П-образная штанга с прикрепленными камерой для экспресс-анализа и навигационной звездной камерой, а второй корпус через первый и второй прижимные линейные шаговые двигатели, управляемые вторым контроллером, соединен с выдвижной П-образной штангой, проходящей через сквозное отверстие, расположенное по оси симметрии цилиндрического термоэлемента, для равномерного давления на запаиваемые первой и второй герметизирующими пленками края микроконтейнеров с собранными нанообъектами, кроме того, на первом и втором корпусах на расстоянии, равном высоте шпули, симметрично закреплены первый и второй дисковые солнечные датчики, к торцу второго корпуса с внутренней стороны прикреплен пятый плоский шаговый двигатель, который соединен со шпулей, надетой на второй цилиндрообразный корпус между вторым дисковым солнечным датчиком и четвертым дискообразным сканирующим лазерным дальномером и вращающейся в противоположном направлении от направления вращения второго цилиндрообразного корпуса.