УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ПОЛЕТОВ НА ЛУНЕ Российский патент 2023 года по МПК B64G1/40 B64G1/16 

Область техники

Настоящее изобретение относится к области техники авиационных технологий, и более конкретно относится к способу полета на Луне и устройству для полетов на Луне.

Предпосылки изобретения

В отличие от Земли, которая обладает плотной атмосферой, на поверхности Луны атмосфера отсутствует, из-за чего на Луне невозможно летать с использованием выталкивающей силы атмосферы.

В настоящее время посадка на Луну и возврат с Луны в основном зависят от принципа действия ракеты, то есть сам летательный аппарат несет реактивные материалы, и в результате химических реакций реактивных материалов создается импульс среды для преодоления ограничения в виде силы притяжения. Однако вследствие ограниченного количества ракетного топлива в лунной среде использовать ракетное топливо длительное время трудно. Кроме того, другие способы тяги, такие как электрическая тяга, плазменная тяга и т. д. требуют большого вспомогательного использования энергии, конструкции и среды, таким образом решить задачу полета еще более трудно. Поэтому исследование Луны после посадки в основном реализуют с помощью колесного подвижного устройства с электрическим приводом, в котором для реализации перемещения по поверхности Луны колесо приводится во вращение посредством бортового электропитания.

Однако из-за мягкости грунта на многих участках на поверхности Луны (т. е. лунного грунта) при перемещении по поверхности Луны необходимо преодолевать относительно большее сопротивление, особенно при встрече со сложными формами рельефа, при этом колесное подвижное устройство с электрическим приводом склонно попадать в аварии. Кроме того, в условиях крутого и высокого рельефа колесное подвижное устройство с электрическим приводом не может выполнять рядом наблюдения и замеры. Из-за этого исследование и изучение Луны сталкивается с большими трудностями.

Сущность изобретения

В свете вышеупомянутой технической задачи в настоящем изобретении предложен способ полета на Луне, при помощи которого можно реализовать полет на Луне, тем самым преодолевая препятствия, связанные с морфологией поверхности Луны, для научных исследований и расширяя возможности человека по изучению и освоению Луны.

Согласно одному аспекту в настоящем изобретении предоставлен способ полета на Луне, в котором используют находящуюся на Луне среду и модуль ускорения среды. Способ включает: с использованием источника питания передачу среды в модуль ускорения среды, ускорение среды модулем ускорения среды и выбрасывание среды из модуля ускорения среды, при этом согласно закону сохранения импульса создается противодействующая сила, и противодействующая сила преодолевает лунную силу притяжения и поднимает груз.

Среда включает твердую среду, такую как грунт, гравий, горная порода, которые в достаточном количестве представлены на естественном спутнике, и текучую среду, например водные ресурсы, имеющиеся на Луне.

Способ получения среды не ограничен. Среда может быть получена с использованием блока получения среды, и блок получения среды может представлять собой, например, комбинацию одного или более из механического захватного устройства, ленточного втягивающего устройства, всасывающей трубы и т. д.

Модуль ускорения среды не ограничивается. Модуль ускорения среды может представлять собой устройство, которое преобразует электрическую энергию в механическое движение, например, устройство, состоящее из приводного блока (например, двигателя и т. д.) и вращающегося блока (например, лопатки, крыльчатки и т. д.). Приводной блок приводит вращающийся блок во вращение с использованием источника питания, среда передается на вращающийся блок, и среда ускоряется вращающимся блоком и выбрасывается наружу. Модуль ускорения среды может также представлять собой электромагнитное устройство. Например, среду намагничивают и затем вводят в электромагнитное устройство, и среду ускоряют и выбрасывают из электромагнитного устройства с использованием электромагнитного поля.

Когда работает модуль ускорения среды, способ обеспечения питания не ограничен, и может быть использовано одно или более из генератора, аккумуляторной батареи, источника питания с удаленной передачей энергии, встроенной ядерной батареи и т. д.

Генератор включает топливный генератор, но не ограничен им. На Земле это может быть работающий на жидком топливе двигатель внутреннего сгорания с забором кислорода из атмосферы; на Луне это может быть конфигурация, аналогичная ракетному двигателю, в которой используются топливо и окислитель, например, смесь керосина и кислорода. Преимуществом генератора является то, что при необходимости можно наращивать мощность, чтобы обеспечивать полет с тяжелым грузом. Солнечная энергия является доступным ресурсом на Луне, таким образом, генератор может использовать солнечную энергию и преобразовывать ее в электрическую энергию как блок источника питания в настоящем изобретении. В одной реализации солнечная панель предоставлена на устройстве для полетов, и солнечная панель может получать солнечную энергию и преобразовывать ее в электрическую энергию.

Аккумуляторная батарея может быть заряжена с помощью электростанции, например, может быть заряжена с помощью солнечной электростанции на Луне или электростанций другого типа.

Аккумуляторная батарея может быть заряжена с помощью электростанции, при этом электростанция включает солнечную электростанцию или электростанции других типов и может быть заряжена с помощью солнечной панели, предоставленной на устройстве для полетов.

Источник питания с удаленной передачей энергии передает энергию удаленно, например, электромагнитные волны передают энергию (в том числе микроволновую, световую энергию и т. д.) на большое расстояние, и затем преобразует ее в электрическую энергию.

Встроенная ядерная батарея может предоставлять электричество в течение длительного времени.

Во время полета среда непрерывно расходуется. В одной реализации способ дополнительно включает: посадку до того, как среда будет израсходована; и взлет снова после новой загрузки среды.

Способ передачи среды в модуль ускорения среды не ограничивается, и этот способ может представлять собой свободное падение, транспортировку (например, транспортировку на конвейерной ленте) или вибрацию.

Когда модуль ускорения среды содержит приводной блок и вращающийся блок, с целью уменьшения износа под действием ударных нагрузок во вращающемся блоке предпочтительно применяют легкие материалы. Предпочтительно на поверхности вращающегося блока предоставлено износостойкое покрытие, такое как алмазное покрытие. Кроме того, нагрузка, испытываемая вращающимся блоком во время высокоскоростного вращения, ниже, чем его предел прочности.

Величина противодействующей силы определяет величину массы груза, которая может взлететь. Величина противодействующей силы связана с такими параметрами, как диаметр (м) и скорость вращения (об/мин) вращающегося блока, и массовый расход (кг/с) выбрасываемой среды и т. д. То есть, при постоянстве иных условий, величину противодействующей силы можно определить путем определения диаметра (м) и скорости вращения (об/мин) вращающегося блока и массового расхода (кг/с) выбрасываемой среды, тем самым определяя массу груза, которая может взлететь. Когда массовый расход выбрасываемой среды является постоянным и другие условия являются постоянными, противодействующая сила пропорциональна диаметру (м) и скорости вращения (об/мин) вращающегося блока.

Например, в следующей таблице показана противодействующая сила, достигаемая путем приведения в действие лопатки с помощью высокооборотного двигателя, и максимальная масса для взлета на Луне.

Диаметр вращающегося блока (м) Скорость вращения вращающегося блока (об/мин) Скорость выброса лунного грунта (м/с) Массовый расход выбрасываемого лунного грунта (кг/с) Противодействующая сила (Н) Максимальная масса для взлета на Луне (кг) 0,10 36000 188,50 0,10 18,85 11,54 0,10 75000 392,70 0,10 39,27 24,04 0,20 36000 376,99 0,10 37,70 23,08 0,20 75000 785,40 0,10 78,54 48,09 0,40 36000 753,98 0,10 75,40 46,16 0,40 75000 1570,80 0,10 157,08 96,17

Из приведенной выше таблицы можно увидеть, что при массовом расходе выбрасываемого лунного грунта 0,1 кг/с, использовании крыльчатки диаметром 100 мм со скоростью вращения 75000 об/мин, скорости выброса лунного грунта 392,7 м/с появляется противодействующая сила приблизительно 39 Н. Поскольку постоянная силы тяжести Луны составляет приблизительно 1/6 от земной, то масса груза, которую может поднять противодействующая сила, составляет приблизительно 24 кг. При тех же условиях, используя крыльчатку диаметром 200 мм, реализуют подъем 48 кг груза, а используя крыльчатку диаметром 400 мм, реализуют подъем 96 кг груза. Поскольку высокооборотный двигатель может заставлять лопатку достигать скорости вращения 10000–600000 об/мин, то масса груза, который можно поднять, является очень большой.

Согласно другому аспекту в настоящем изобретении предоставлено устройство для полетов на Луне, содержащее источник питания, модуль ускорения среды и блок для хранения среды.

В рабочем состоянии источник питания подает электропитание на модуль ускорения среды, среда передается из блока для хранения среды в модуль ускорения среды и ускоряется модулем ускорения среды, и выбрасывается из модуля ускорения среды с созданием противодействующей силы, и при этом противодействующая сила преодолевает лунную силу притяжения, и устройство для полетов на Луне взлетает.

Предпочтительно устройство для полетов на Луне дополнительно содержит выбрасывающий блок, и среда выбрасывается из модуля ускорения среды через выбрасывающий блок. Более предпочтительно выбрасывающий блок содержит первый выбрасывающий блок и второй выбрасывающий блок, при этом противодействующая сила, создаваемая средой, ускоряемой и выбрасываемой через первый выбрасывающий блок, преодолевает лунную силу притяжения, а противодействующая сила, создаваемая средой, выбрасываемой через второй выбрасывающий блок, управляет направлением полета устройства для полетов на Луне. Более предпочтительно первый выбрасывающий блок расположен на нижней стороне устройства для полетов на Луне, а второй выбрасывающий блок расположен на боковой стороне устройства для полетов на Луне.

Источник питания может представлять собой генератор или аккумуляторную батарею.

Генератор включает, но без ограничения, ракетный двигатель, использующий топливо и окислитель. Преимуществом генератора является то, что при необходимости можно наращивать мощность, чтобы обеспечивать полет с тяжелым грузом. Солнечная энергия является доступным ресурсом на Луне, таким образом, генератор может использовать солнечную энергию и преобразовывать ее в электрическую энергию как блок источника питания в настоящем изобретении. В одной реализации солнечная панель предоставлена на устройстве для полетов на Луне, и солнечная панель может получать солнечную энергию и преобразовывать ее в электрическую энергию.

Аккумуляторная батарея может быть заряжена солнечной энергией, например, может быть заряжена с помощью солнечной электростанции на Луне или может быть заряжена с помощью солнечной панели, предоставленной на устройстве для полетов на Луне.

Предпочтительно устройство для полетов на Луне дополнительно содержит детектор для обнаружения, изучения, исследования и других целей.

Предпочтительно устройство для полетов на Луне дополнительно содержит приемопередатчик для осуществления связи.

Предпочтительно устройство для полетов на Луне дополнительно содержит устройство управления для осуществления координации и управления всем устройством для полетов на Луне.

В настоящем изобретении предоставлен новый способ полета на Луне. Поскольку на Луне отсутствует атмосфера, летать с использованием выталкивающей силы атмосферы невозможно. В настоящем изобретении используется среда, существующая на Луне, которая выбрасывается из модуля ускорения среды после ускорения модулем ускорения среды и снова возвращается на Луну, при этом согласно закону сохранения импульса создавая противодействующую силу, чтобы преодолевать лунную силу притяжения, достигая цели полета, таким образом преодолевая препятствия, связанные с морфологией поверхности Луны, для научных исследований и расширяя возможности человека по изучению, исследованию и освоению Луны.

Краткое описание графических материалов

Фиг. 1 представляет собой схематический вид конструкции устройства для полетов на Луне согласно варианту осуществления 1 настоящего изобретения.

Фиг. 2 представляет собой схематический вид конструкции устройства для полетов на Луне согласно варианту осуществления 2 настоящего изобретения.

Фиг. 3 представляет собой схематический вид конструкции устройства для полетов на Луне согласно варианту осуществления 3 настоящего изобретения.

Фиг. 4 представляет собой схематический вид конструкции устройства для полетов на Луне согласно варианту осуществления 4 настоящего изобретения.

Фиг. 5 представляет собой схематический вид конструкции устройства для полетов на Луне согласно варианту осуществления 5 настоящего изобретения.

Фиг. 6 представляет собой схематический вид конструкции устройства для полетов на Луне согласно варианту осуществления 6 настоящего изобретения.

Подробное описание вариантов осуществления

Настоящее изобретение будет далее подробно описано ниже в сочетании с вариантами осуществления. Следует отметить, что следующие варианты осуществления предназначены для облегчения понимания настоящего изобретения без какого-либо ограничивающего эффекта.

Номера ссылок на фигурах 1–6 обозначают следующее:

1: корпус летательного аппарата; 2: солнечная панель; 3: детектор A; 4: детектор B; 5: приемопередатчик; 6: сопло; 7: первое сопло; 8: лунный грунт; 9: солнечная электростанция; 10: устройство для захвата и фильтрации лунного грунта; 11: источник питания; 12: высокооборотный двигатель; 13: крыльчатка; 14: контейнер для хранения лунного грунта; 15: центральный процессорный блок; 16: устройство выработки энергии; 17: второе сопло; 19: опорное колесо.

Вариант осуществления 1:

Как представлено на фиг. 1, устройство для полетов на Луне содержит корпус 1 летательного аппарата, и корпус 1 летательного аппарата содержит источник 16 питания, высокооборотный двигатель 12, крыльчатку 13 и контейнер 14 для хранения лунного грунта.

В рабочем состоянии источник 16 питания подает электропитание на высокооборотный двигатель 12, высокооборотный двигатель 12 приводит в действие крыльчатку 13, вращая ее с высокой скоростью. Лунный грунт 8 падает из контейнера 14 для хранения лунного грунта на крыльчатку 13, ускоряется вращающейся с высокой скоростью крыльчаткой 13 и выбрасывается через сопло 6, и создаваемая противодействующая сила преодолевает лунную силу притяжения и поднимает устройство для полетов над поверхностью Луны.

Устройство для полетов дополнительно содержит детектор A 3 и детектор B 4 для обнаружения и исследования.

Устройство для полетов дополнительно содержит приемопередатчик 5 для осуществления связи.

Устройство для полетов дополнительно содержит центральное устройство 15 управления для осуществления координации и управления всем устройством для полетов.

В этом варианте осуществления лунный грунт 8 набирают в контейнер 14 для хранения лунного грунта извне устройства для полетов посредством устройства 10 для захвата и фильтрации лунного грунта. Количество лунного грунта в контейнере 14 для хранения лунного грунта составляет 30 кг, массовый расход выбрасываемого лунного грунта 8 составляет 0,1 кг/с, и можно осуществить полет продолжительностью 300 секунд, который может удовлетворить некоторые требования для научных исследований и технического обеспечения.

До того, как лунный грунт 8 будет исчерпан, устройство для полетов выполняет мягкую посадку, загружает лунный грунт 8 посредством устройства 10 для захвата и фильтрации лунного грунта и затем взлетает снова.

Вариант осуществления 2:

Как представлено на фиг. 2, устройство для полетов на Луне содержит корпус 1 летательного аппарата, и корпус 1 летательного аппарата содержит источник 11 питания, высокооборотный двигатель 12, крыльчатку 13 и контейнер 14 для хранения лунного грунта.

В рабочем состоянии источник 11 питания подает электропитание на высокооборотный двигатель 12, высокооборотный двигатель 12 приводит в действие крыльчатку 13, вращая ее с высокой скоростью. Лунный грунт 8 падает из контейнера 14 для хранения лунного грунта на крыльчатку 13, ускоряется вращающейся с высокой скоростью крыльчаткой 13 и выбрасывается через сопло 6, и создаваемая противодействующая сила преодолевает лунную силу притяжения и поднимает устройство для полетов над поверхностью Луны.

В этом варианте осуществления источник 11 питания представляет собой аккумуляторную батарею, и бортовую аккумуляторную батарею можно быстро зарядить при помощи лунной солнечной электростанции 9, когда необходимо.

Кроме того, в этом варианте осуществления лунный грунт 8 набирают в контейнер 14 для хранения лунного грунта извне устройства для полетов посредством устройства 10 для захвата и фильтрации лунного грунта. До того, как лунный грунт 8 будет исчерпан, устройство для полетов выполняет мягкую посадку, загружает лунный грунт 8 посредством устройства 10 для захвата и фильтрации лунного грунта и затем взлетает снова.

Устройство для полетов дополнительно содержит детектор A 3 и детектор B 4 для обнаружения и исследования.

Устройство для полетов дополнительно содержит приемопередатчик 5 для осуществления связи.

Устройство для полетов дополнительно содержит центральное устройство 15 управления для осуществления координации и управления всем устройством для полетов.

Вариант осуществления 3:

В этом варианте осуществления конструкция устройства для полетов на Луне в основном является такой же, как и в варианте осуществления 2, за исключением того, что солнечная электростанция 9 заменена солнечной панелью 2, при этом солнечная панель 2 расположена на устройстве для полетов, таким образом, когда мощности недостаточно, устройство для полетов заряжает аккумуляторную батарею 11 посредством солнечной панели 2.

В этом варианте осуществления способ полета устройства для полетов является таким же, как в варианте осуществления 1.

Вариант осуществления 4:

В этом варианте осуществления, как представлено на фиг. 4, устройство для полетов на Луне содержит корпус 1 летательного аппарата, и корпус 1 летательного аппарата содержит высокооборотный двигатель, крыльчатку и контейнер для хранения лунного грунта.

Две солнечные панели 2 расположены на обеих сторонах корпуса 1 летательного аппарата. Поскольку на Луне отсутствует сопротивление атмосферы, солнечные панели можно установить на верхней части летательного аппарата, чтобы обеспечивать электрической энергией высокооборотный двигатель.

В рабочем состоянии солнечная панель 2 подает электропитание на высокооборотный двигатель, высокооборотный двигатель приводит в действие крыльчатку, вращая ее с высокой скоростью. Лунный грунт 8 падает из контейнера для хранения лунного грунта на крыльчатку, ускоряется вращающейся с высокой скоростью крыльчаткой и выбрасывается через первое сопло 7 и второе сопло 17. Первое сопло 7 расположено на боковой поверхности корпуса 1 летательного аппарата, при этом противодействующая сила, создаваемая выбрасываемым лунным грунтом, используется для управления направлением полета; второе сопло 17 расположено на нижней поверхности корпуса 1 летательного аппарата, при этом противодействующая сила, создаваемая выбрасываемым лунным грунтом, используется для преодоления лунной силы притяжения.

В этом варианте осуществления устройство для полетов дополнительно содержит опорное колесо 19, которое расположено на боковой стороне корпуса 1 летательного аппарата, служащее для поддержания угловой ориентации устройства для полетов и амортизации при взлете и посадке.

Кроме того, в этом варианте осуществления, до того как лунный грунт 8 будет исчерпан, устройство для полетов выполняет мягкую посадку, загружает лунный грунт 8 и затем взлетает снова.

Устройство для полетов дополнительно содержит детектор A 3 и детектор B 4 для обнаружения и исследования.

Устройство для полетов дополнительно содержит приемопередатчик 5 для осуществления связи.

Устройство для полетов дополнительно содержит центральное устройство 15 управления для осуществления координации и управления последовательностью действий устройства для полетов, включая взлет, обнаружение, своевременную посадку, пополнение запасов и т. д.

Вариант осуществления 5:

В этом варианте осуществления конструкция устройства для полетов на Луне в основном является такой же, как и в варианте осуществления 4, за исключением того, что, поскольку на Луне отсутствует сопротивление атмосферы, солнечная панель 2 установлена на верхней стороне корпуса летательного аппарата и расположена вертикально, как представлено на фиг. 5.

В этом варианте осуществления способ полета устройства для полетов является таким же, как в варианте осуществления 4.

Вариант осуществления 6:

В этом варианте осуществления конструкция устройства для полетов на Луне в основном является такой же, как в варианте осуществления 4, за исключением того, что солнечная панель 2 заменена устройством 16 выработки энергии, расположенным внутри корпуса 1 летательного аппарата, как представлено на фиг. 6, при этом устройство 16 выработки энергии может представлять собой генератор, аккумуляторную батарею, источник питания с удаленной передачей энергии или встроенную ядерную батарею, чтобы обеспечивать электрическую энергию для высокооборотного двигателя.

В вышеупомянутых вариантах осуществления технические решения настоящего изобретения описаны подробно. Следует понимать, что варианты осуществления являются лишь конкретными вариантами осуществления настоящего изобретения и не предназначены для ограничения настоящего изобретения. Любые модификации, дополнения или аналогичные замены в рамках идеи настоящего изобретения должны быть включены в объем правовой охраны настоящего изобретения.

Группа изобретений относится к тяговым средствам и способам перемещения во внеземном пространстве. Для полета над поверхностью Луны используют среду с поверхности Луны (мелкие фракции реголита) и модуль ускорения среды. Среду подают в модуль ускорения среды, электропитание которого обеспечивают от солнечных батарей или ядерной энергоустановки. Ускоренную среду выбрасывают из модуля, создавая реактивную тягу для подъема транспортного средства над Луной и его горизонтальных перемещений. Технический результат состоит в преодолении препятствий, связанных с морфологией и рельефом поверхности Луны, и тем самым – расширении возможностей человека по изучению и освоению Луны. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл.

1. Устройство для полетов на Луне, содержащее:

источник питания,

модуль ускорения среды,

блок для хранения среды и

средство передачи среды из блока для хранения среды в модуль ускорения среды,

при этом источник питания обеспечивает подачу электропитания на модуль ускорения среды, обеспечивающий ускорение среды и ее выброс наружу из модуля ускорения,

модуль ускорения среды содержит вращающийся блок и приводной блок для приведения вращающегося блока во вращение с использованием источника питания,

средство передачи среды обеспечивает передачу среды во вращающийся блок путем ее транспортировки на конвейерной ленте, вибрации или свободного падения,

вращающийся блок выполнен в виде лопатки или крыльчатки, а среда представляет собой лунный грунт.

2. Устройство для полетов на Луне по п. 1, отличающееся тем, что дополнительно содержит выбрасывающий блок, и среда выбрасывается из модуля ускорения среды через выбрасывающий блок.

3. Устройство для полетов на Луне по п. 2, отличающееся тем, что выбрасывающий блок содержит первый выбрасывающий блок и второй выбрасывающий блок, при этом противодействующая сила, создаваемая средой, ускоряемой и выбрасываемой через первый выбрасывающий блок, преодолевает лунную силу притяжения, а противодействующая сила, создаваемая средой, выбрасываемой через второй выбрасывающий блок, управляет направлением полета устройства для полетов на Луне.

4. Устройство для полетов на Луне по п. 3, отличающееся тем, что первый выбрасывающий блок расположен на нижней стороне устройства для полетов на Луне, а второй выбрасывающий блок расположен на боковой стороне устройства для полетов на Луне.

5. Устройство для полетов на Луне по п. 1, отличающееся тем, что источник питания представляет собой генератор или аккумуляторную батарею, при этом генератор преобразует солнечную энергию в электрическую энергию, аккумуляторная батарея заряжается солнечной энергией, аккумуляторная батарея заряжается с помощью солнечной электростанции на Луне или с помощью солнечной панели, предоставленной на устройстве для полетов на Луне, при этом солнечная панель расположена на устройстве для полетов на Луне, и солнечная панель принимает солнечную энергию и преобразует принятую солнечную энергию в электрическую энергию.

6. Устройство для полетов на Луне по п. 1, отличающееся тем, что устройство для полетов дополнительно содержит одно или более из следующих средств: приемопередатчик и устройство управления.

7. Способ полетов на Луне, в котором применяют находящуюся на Луне среду и устройство по любому из пп. 1-6, включающий:

передачу среды в виде лунного грунта в модуль ускорения среды, ускорение среды модулем ускорения среды и выбрасывание среды из модуля ускорения среды,

при этом приводят вращающийся блок в виде лопаток или крыльчатки во вращение с использованием приводного блока и источника питания, а среду передают во вращающийся блок путем ее транспортировки на конвейерной ленте, вибрации или свободного падения.

8. Способ полета на Луне по п. 7, отличающийся тем, что источник питания представляет собой одно или более из следующих средств: генератор, аккумуляторная батарея, источник питания с удаленной передачей энергии и встроенная ядерная батарея.

9. Способ полета на Луне по п. 7, отличающийся тем, что источник питания представляет собой солнечную электростанцию на Луне, преобразующую солнечную энергию в электрическую энергию, чтобы подавать питание на приводной блок.

10. Способ полета на Луне по п. 7, отличающийся тем, что способ дополнительно включает:

посадку до того, как среда будет израсходована, и

снова взлет после новой загрузки среды.

11. Способ полета на Луне по п. 7, отличающийся тем, что диаметр и скорость вращения вращающегося блока и массовый расход выбрасываемой среды определяют в зависимости от взлетной массы.