Опорный блок информационных знаков на поверхности Луны и способ его эксплуатации Российский патент 2023 года по МПК B64G1/16 

Группа изобретений относится к космической технике, в частности, к устройствам и технологиям, обеспечивающим продуктивность и безопасность деятельности космонавта в скафандре на поверхности Луны, а именно, к средствам установки ориентиров движения, геодезических реперов и демаркационных знаков при установлении границ. Изобретение может быть использовано на Земле или другой планете с твердой поверхностью.

Основные геологические образования на поверхности Луны классифицируются следующим образом: моря, талассоиды, материки, горные хребты, кратеры, кратерные цепочки, светлые лучи, извилистые борозды. Глобальные макрогеологические структуры лишь опосредовано будут влиять на трудовую деятельность космонавта. А вот локальный ландшафт в зоне доступности, микрорельеф поверхности, непосредственно определяют позу космонавта, способ передвижения и, что важно, положение относительно базовой точки и направление движения к ней.

Визуальное определение расстояний на Луне затруднено из-за изменений картины рельефа в зависимости от высоты Солнца над горизонтом. При малой высоте Солнца некоторые элементы рельефа видятся совсем близкими. При подъеме Солнца на большую высоту выясняется, что они находятся на расстоянии в разы дальше. При передвижении мобильных аппаратов и космонавтов необходимо определять параметры движения: курс, скорость, отклонение от маршрута. Для решения навигационных задач придется учитывать отличительные особенности лунной природы - отсутствие заметного магнитного поля, кратерную сетку. Наземные радиотехнические системы, используя радиоинтерферометрический способ измерений, могут с высокой точностью определять селенографические координаты объектов только на видимой части поверхности Луны.

На Луне сохраняется возможность использования радиосистем, работающих в УКВ-диапазоне, с помощью которых измеряются два параметра: дальность до объекта и его азимут. Такие системы эффективны только в пределах прямой видимости. Увеличение высоты антенны на 10 м обеспечивает приращение дальности действия системы в среднем на 3 км.

На Луне нельзя применять магнитный способ измерения, а при реализации астрономического метода возникают трудности из-за малой угловой скорости вращения Луны.

По-видимому, будут использоваться связные и навигационные спутники Луны. Поскольку селеноцентрическая стационарная орбита физически не существует, такие спутники могут быть размещены в окрестностях точек либрации Земля-Луна.

Отзывы астронавтов - участников программы «Аполлон» характеризуют условия и особенности перемещения по поверхности Луны. «Большую часть неправильностей рельефа составляют элементы валов кратеров. Совершенно неясен характер микрорельефа на удаленных к горизонту участках. Отчетливо выраженная неровность лунной поверхности усугублялось тем, что скрадывалось расстояние до удаленных форм рельефа». (Н. Армстронг. Исследование лунной поверхности // Земля и Вселенная. 1970. №6, С. 30-36). «Системы ориентиров в этой заколдованной пустыне просто не существовало. Ориентиры на фотокарте нельзя было узнать на местности. Ни одно расстояние нельзя было определить даже с точностью 50%, при приближении оно «становилось» длиннее и короче. Нельзя было распознать откосы и обрывы высотой даже в 3-5 м. (Мировая пилотируемая космонавтика. Под редакцией Ю.М. Батурина. Москва. Издательство «РТСофт», С. 137).

Исходя из научных данных о поверхности Луны и докладов экипажей «Аполлона», можно сделать вывод о целесообразности и необходимости создания системы ориентиров, указателей, знаков и размещения их на осваиваемых площадях по мере их расширения, по аналогии с бакенами и буями на водных путях Земли.

Таковые знаки будут нести информационное содержание (в вербальной форме, в виде пиктограмм, стрелок и символов), а также гаджеты (радиомаяки, антенны УКВ-связи, осветительные или мигающие огни и т.п.). Но кроме этого, знаки должны иметь несущую структуру для установки на поверхности, т.е. на самых разных лунных грунтах: это пылевато-песчаные глубиной 1-5 см, пористые глубиной 15-25 см, щебеночно-гравийные поверхности с пылевым слоем и валунными включениями, а также крупные камни, скальные обломки (1÷4 м), выходы скальных образований на поверхность, при этом участки поверхности имеют различной степени уклоны, особенно кратерные валы. Грунты отличаются большим разнообразием, но нежелательно, чтобы несущие структуры были также различны по конструкции и материалам. Таким образом, формируется концепция, в соответствии с которой знак может состоять из опоры -фундаментальной его части, и съемной и заменяемой «надстройки» с возможностью регулирования положения последней.

Известна система амортизации нагрузок (САН) на космический аппарат при посадке на безатмосферные объекты (патент RU 2725098, МПК: B64G 1/62 (2006.01), опубл. 29.06.2020, бюл. №19), обеспечивающая эффективную амортизацию нагрузок в момент соприкосновения и сцепление с поверхностью, после которого система переходит в стабильное состояние за счет уплотнения, изменения формы наполнителя адекватно микрорельефу подстилающей поверхности, но без изменения объема, а значит и массы. Прототип.

САН содержит прикрепленный к днищу космического аппарата несущий фланец с кольцевым выступом и загрузочным отверстием, снабженным крышкой, мягкую мешкообразную оболочку, выполненную из кольчужной сетки, кромкой прикрепленную посредством бандажа к упомянутому кольцевому выступу и заполненную наполнителем в виде гранулированных элементов.

Представленная в упомянутом патенте САН не может быть использована для декларированной в данной заявке задачи по следующим причинам:

- использование наполнителя искусственного изготовления, что влечет за собой нерациональную доставку его с Земли;

- однозначное положение «надстройки», отсутствие регулировок для приведения к вертикали при установке на поверхности с уклоном;

- отсутствие методики «безударной» установки на поверхность.

Задачей группы изобретений является создание опорного блока для информационных знаков (ориентиры, реперы, стрелки) служебных гаджетов (радиомаяки, ретрансляторы, антенны, осветители, проблесковые огни), а также выраженных вербально, устанавливаемых в критических точках маршрута передвижения, обеспечивающих продуктивную и безопасную деятельность космонавтов в скафандре на поверхности Луны.

Техническим результатом группы изобретений является обеспечение продуктивной и безопасной деятельности космонавтов в скафандре на поверхности Луны при передвижениях пешком или с использованием моторизованного транспортного средства, путем маркирования точек на маршруте передвижения.

Технический результат достигается тем, что в опорном блоке информационных знаков на поверхности Луны, содержащем несущий фланец с ручками и загрузочным отверстием, снабженным крышкой, мягкую мешкообразную оболочку, прикрепленную к фланцу и заполненную наполнителем, причем горловина упомянутой оболочки прикреплена к фланцу посредством прижимного кольца, а оболочка заполнена наполнителем из природного песчано-пылевого реголита Луны с включением 20-25% твердотельных гранул размером 3-5 мм, при этом на упомянутой крышке установлен кольцевой магнит в оправке, входящий в магнитный фиксатор, а его сферическое ярмо прикреплено к стержню, на другой оконечности которого установлена панель полезных нагрузок с возможностью изменения ее угла наклона относительно фланца в пределах 30±2,5°.

Технический результат достигается тем, что в способе эксплуатации опорного блока информационных знаков на поверхности Луны, содержащем загрузку наполнителем мешкообразной оболочки, при этом прикрепляют фланец к горловине упомянутой оболочки, загружают в нее наполнитель, состоящий из природного песчано-пылевого реголита Луны с включением 20-25% твердотельных гранул с размером 3-5 мм, устанавливают крышку загрузочного отверстия с кольцевым магнитом в оправке на ней, удерживая за ручки, полученную сборку встряхивают несколько раз, далее устанавливают ее днищем мешкообразной оболочки на грунт и прижимают к поверхности для уплотнения наполнителя, затем, стыкуя сферическое ярмо с кольцевым магнитом, устанавливают панель полезных нагрузок, вращением ярма в магните приводят фланец и панель в одно из следующих положений относительно друг друга: фланец горизонтален, а панель горизонтальна/наклонна; фланец наклонен, а панель горизонтальна/наклонна, при этом соблюдая угол наклона панели к фланцу не более 30±2,5°.

Задача группы изобретений решается на основе использования явления диссипации, а именно, диссипативной системы из сыпучих материалов, описанной в патенте (патент RU 2725098, МПК: B64G 1/62 (2006.01), опубл. 29.06.2020, бюл. №19), и не встречавшейся ранее в технической литературе.

Установка опорного блока на грунт, является, по сути, заключительной фазой в физической картине амортизации нагрузок при посадке КА со всеми положительными последствиями: сцепление с грунтом, сохранение конечного положения, тем более, что положение знака выбирается непосредственно на месте установки.

В данном случае в качестве наполнителя используется лунный реголит в смеси с 20-25% гранул из базальтовой крупки размером 3-5 мм, которую на Луне можно получить просеиванием реголита. Такое объемное соотношение составляющих предотвращает слипание наполнителя в монолит, и не препятствует заполнению оболочкой неровностей микрорельефа. Соотношение получено экспериментально на аналогах лунного грунта: мелкий песок и базальтовая крупка.

При отсутствии аэродинамических и каких-либо других нагрузок (за редчайшим исключением: сейсмических, метеороидных, вулканических) получили структуру с высоким уровнем устойчивости и надежности.

Конструкция опорного блока информационных знаков на поверхности Луны показана на фигурах:

На фигуре 1 - общий вид опорного блока.

На фигуре 2 - вид по стрелке А.

Обозначения на фигурах:

1 - несущий фланец;

2 - мешкообразная оболочка;

3 - кольцо прижимное;

4 - крышка загрузочного отверстия;

5 - кольцевой магнит в оправке;

6 - сферическое ярмо;

7 - стержень;

8 - панель полезной нагрузки;

9, 10 - ручка;

11 - отверстие загрузочное;

12 - наполнитель.

Опорный блок информационных знаков на поверхности Луны содержит несущий фланец 1 (Лист 2,0 АМг6, ГОСТ 4784-97) (фиг. 1) с ручками 9, 10 и загрузочным отверстием 11, снабженным крышкой 4 (Лист 2,0 Амг6, ГОСТ 4784-97), мягкую мешкообразную оболочку 2, при этом последняя выполнена из мягкого материала (например, ткань парашютная, артикул 56028П, ГОСТ 16428-89; https://sitf.su/tkani-parashut), прикрепленную к фланцу 1 и заполненную наполнителем 12, горловина упомянутой оболочки прикреплена к фланцу 1 посредством прижимного кольца 3 (Лист 2,0 АМг6, ГОСТ 4784-97), а оболочка 2 заполнена наполнителем 12 из природного песчано-пылевого реголита Луны с включением 20-25% твердотельных гранул (базальтовая крошка) размером 3-5 мм, при этом на упомянутой крышке 4 установлен кольцевой магнит в оправке 5, входящий в магнитный фиксатор (Полет 1. 2010. С. 30-36; Патент RU 2708133, МПК: B64G 4/00 (2006.01), опубл. 04.12.2019, бюл. №34), а его сферическое ярмо 6 прикреплено к стержню 7, на другой оконечности которого установлена панель полезных нагрузок 8 (Лист 2,0 АМг6, ГОСТ 4784-97) с возможностью изменения ее угла наклона относительно фланца 1 в пределах 30±2,5°. Угол наклона панели 8 к фланцу 1 определяется конструкцией оправки кольцевого магнита 5.

Способ эксплуатации опорного блока информационных знаков на поверхности Луны содержит загрузку наполнителем 12 мешкообразной оболочки 2, при этом прикрепляют фланец 1 к горловине упомянутой оболочки, загружают в нее наполнитель 12, состоящий из природного песчано-пылевого реголита Луны с включением 20-25% твердотельных гранул с размером 3-5 мм, устанавливают крышку загрузочного отверстия 4 с кольцевым магнитом в оправке 5 на ней, удерживая за ручки 9, 10, полученную сборку встряхивают несколько раз, далее устанавливают ее днищем мешкообразной оболочки 2 на грунт и прижимают к поверхности для уплотнения наполнителя 12, затем, стыкуя сферическое ярмо 6 с кольцевым магнитом 5, устанавливают панель 8 полезных нагрузок 8, вращением ярма 6 в магните 5, приводят фланец 1 и панель 8 в одно из следующих положений относительно друг друга: фланец горизонтален 1, а панель 8 горизонтальна/наклонна; фланец 1 наклонен, а панель 8 горизонтальна/наклонна, при этом соблюдая угол наклона панели к фланцу не более 30±2,5°.

Группа изобретений относится к средствам и методам деятельности космонавтов в скафандрах на поверхности Луны, облегчающих ориентирование в условиях обманчивого восприятия оптической информации. Предлагаемый опорный блок информационных знаков (ОБИЗ) содержит несущий фланец с ручками и прикрепленной к нему мягкой оболочкой (мешком). Мешок заполняется через загрузочное отверстие фланца природным песчано-пылевым реголитом с включением 20-25% твердотельных гранул размером 3-5 мм. Горловина мешка прикреплена к фланцу прижимным кольцом, на крышке отверстия установлен кольцевой магнит магнитного фиксатора, а его сферическое ярмо прикреплено к стержню, на конце которого установлена панель полезных нагрузок с углом наклона к фланцу, устанавливаемым в пределах 30±2,5°. При эксплуатации ОБИЗ, после загрузки наполнителя, установки мешка днищем на грунт и стыковки ярма с кольцевым магнитом, вращением ярма приводят фланец и панель в положение, когда панель горизонтальна или наклонна, а фланец либо горизонтален, либо наклонен в указанных пределах. Техническим результатом является обеспечение продуктивной и безопасной деятельности на поверхности Луны при передвижениях пешком или на транспортном средстве. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Опорный блок информационных знаков на поверхности Луны, содержащий несущий фланец с ручками и загрузочным отверстием, снабженным крышкой, мягкую мешкообразную оболочку, прикрепленную к фланцу и заполненную наполнителем, отличающийся тем, что горловина упомянутой оболочки прикреплена к фланцу посредством прижимного кольца, а оболочка заполнена наполнителем из природного песчано-пылевого реголита Луны с включением 20-25% твердотельных гранул размером 3-5 мм, при этом на упомянутой крышке установлен кольцевой магнит в оправке, входящий в магнитный фиксатор, а его сферическое ярмо прикреплено к стержню, на другой оконечности которого установлена панель полезных нагрузок с возможностью изменения ее угла наклона относительно фланца в пределах 30±2,5°.

2. Способ эксплуатации опорного блока информационных знаков на поверхности Луны, содержащий загрузку наполнителем мешкообразной оболочки, отличающийся тем, что прикрепляют фланец к горловине упомянутой оболочки, загружают в нее наполнитель, состоящий из природного песчано-пылевого реголита Луны с включением 20-25% твердотельных гранул с размером 3-5 мм, устанавливают крышку загрузочного отверстия с кольцевым магнитом в оправке на ней, удерживая за ручки, полученную сборку встряхивают несколько раз, далее устанавливают ее днищем мешкообразной оболочки на грунт и прижимают к поверхности для уплотнения наполнителя, затем, стыкуя сферическое ярмо с кольцевым магнитом, устанавливают панель полезных нагрузок, вращением ярма в магните приводят фланец и панель в одно из следующих положений относительно друг друга: фланец горизонтален, а панель горизонтальна/наклонна; фланец наклонен, а панель горизонтальна/наклонна, при этом соблюдая угол наклона панели к фланцу не более 30±2,5°.