Изобретение относится к исследовательским малоразмерным бинарным космическим аппаратам (БКА), весом менее 1000 грамм, предназначенным для поиска и сбора в космическом пространстве наноразмерных криотемпературных объектов внеземного происхождения, скопления которых расположены в окрестностях точек либрации (точек Лагранжа) в виде пылевых облакоподобных структур, в состав которых включены криотемпературные нанообъекты. Например, вблизи систем образованных Сатурном и его спутниками, Юпитером и его спутниками, Нептуном и его спутниками, а также другими астрономическими системами, расположенными ближе к окраинам Солнечной системы. Собранные БКА и доставленные на Землю криотемпературные нанообъекты внеземного происхождения, в состав которых входят замерзшие водные или иные композиции растворов, имеющие жидкую фазу состояния и перешедшие при формировании своих структур в твердое состояние при криогенных температурах подвергаются в Земных условиях биологическому и физико-химическому анализу. При выявлении уникальных свойств у собранных низкотемпературных нанообъектов, осуществляется искусственный синтез нанообъектов подобных собранным в космосе, обладающих 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 L1 - L5 - 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, например, окрестностях точек L4, L5 [1].
Криотемпературные нанообъекты - охлажденные ниже температуры 120 Кельвинов (К) 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, преобразовывать длины волн электромагнитного излучения [2].
Известен бинарный космический аппарат для поиска и сбора внеземных объектов со свойствами квантовых точек и апконвертируемых наночастиц 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 штрихкодовой 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, шесть реверсивных шаговых двигателя, четыре катушки для размещения гибкой диэлектрической ленточной подложки и герметизирующей пленки, термоэлемент для заварки микроконтейнеров с собранными нанообъектами, два лазерных дальномера, две ПЗС-матрицы, два солнечных датчика, датчик штрихкода, два дисковых токосъемника, два контроллера, два стабилизатора напряжения, высоковольтный источник питания приемопередатчик [3].
Недостатком устройства является отсутствие возможности поиска и сбора криотемпературных внеземных нанообъектов с различными физическими свойствами, собранных раздельно с помощью электрического и магнитного поля, с последующей конвейерной герметизацией и хранением собранных криотемпературных нанообъектов в криотемпературной среде, при проведении сканирования окрестностей точек либрации планет, входящих в Солнечную систему.
Наиболее близким по технической сущности является бинарный космический аппарат для поиска и сбора внеземных нанообъектов в окрестностях точек либрации планет, входящих в Солнечную систему, содержащий два цилиндрообразных 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 штрихкодовой лентой, микроконтейнерами, пленочными электродами, плоскими электромагнитными катушками, жесткими диэлектрическими микроподложками, также содержит четыре мультивекторных матричных ракетных двигателя с волнообразными цилиндрическими поверхностями, четыре выдвижные телескопические штанги, четыре линейные шаговые двигателя, цилиндрический термоэлемент, герметизирующую пленку, солнечный датчик, датчик штрихкода, два контроллера, два стабилизатора напряжения, высоковольтный источник питания, приемопередатчик, четыре дискообразные сканирующие лазерные дальномера, навигационную звездную камеру, четыре плоских шаговых двигателя, два прижимных линейных шаговых двигателя, П-образную штангу, выдвижную П-образную штангу, микрогранулы термоплавкого клея, нанесенные на края микроконтейеров [4].
Недостатком устройства является отсутствие возможности поиска и сбора криотемпературных внеземных нанообъектов с различными физическими свойствами, собранных раздельно с помощью электрического и электромагнитного поля, с последующей конвейерной герметизацией и хранением собранных криотемпературных нанообъектов в криотемпературной среде, при проведении сканирования окрестностей точек либрации планет, входящих в Солнечную систему.
Введение дисковых солнечных датчиков, размещенных на П-образной штанге и установленных перпендикулярно друг к другу плоскими поверхностями, позволило производить ориентацию солнечных батарей одновременно с развертыванием или свертыванием БКА. Введение шины управления тонкопленочными термоэлектрическими охлаждающими модулями позволило подвести сигналы включения и выключения от контроллеров к тонкопленочным термоэлектрическим охлаждающим модулям. Введение микрогранул термоплавкого клея, в которых в качестве нагревательных элементов используются суперпарамагнитные наночастицы способные нагреваться под действием настроенного в резонанс высокочастотного (ВЧ) электромагнитного поля, позволило осуществить нагрев адгезионного состава микрогранул термоплавкого клея изнутри, без разогрева соседних элементов. Введение ВЧ генератора с программируемой перестройкой частоты от изменения управляющего двоичного кода, указанного на позиционной ленте с двухмерным штрихкодом, позволило разогревать только настроенные в резонанс с частотой индукционного нагрева суперпарамагнитные наночастицы введенные в разной концентрации в определенные микрогранулы термоплавкого клея, и при этом не допустить разогрева микрогранул с другими параметрическими характеристиками (соотношений размеров ядра и оболочки магнитных наночастиц, их химического состава и концентрации компонентов в микрогрануле) нагревающиеся на других резонансных частотах. Введение плоского индуктора соединенного с ВЧ генератором с программируемой частотой позволило осуществлять локальную селективную герметизацию микроконтейнеров через экранно-вакуумное теплоизоляционное покрытие без разогрева соседних участков. Введение прижимного ролика позволило за счет надавливания, плотно соединить расплавленные микрогранулы термоплавкого клея, легированного суперпарамагнитными наночастицами, находящимися на кромках стенок микроконтейнеров, с поверхностью прозрачной герметизирующей пленки. Введение охлаждающих пленочных термоэлектрических модулей соединенных с внутренними сторонами микроподложек позволило исключить оттаивание низкотемпературных нанообъектов в момент герметизации микроконтейнеров с собранными низкотемпературными нанообъектами. Введение ленточных тонкопленочных теплоотводов нанесенных с теневой стороны гибкой подложки позволило отводить тепло непосредственно в космос. Введение шины управления включением термоэлектрических модулей позволило включать и выключать термоэлектрические модули в момент заварки (герметизации). Ведение экранно-вакуумного теплоизоляционного слоя нанесенного на гибкую диэлектрическую ленточную подложку позволило изолировать нанесенные на нее микроконтейнеры с криотемпературными нанообъектами, от теплового воздействия Солнца. Введение индивидуальных двухмерных штрихкодов с указанием резонансной частоты индукционного разогрева каждой группы микрогранул термоплавкого клея позволило точно позиционировать границы габаритов, точечно завариваемых микроконтейнеров через экранно-вакуумную термоизоляцию свернутую в рулон без плавления поверхностей ранее герметизированных микроконтейнеров, находящихся в предыдущих ранее намотанных слоях, а также с минимальным нагревом извлекать жесткие диэлектрические микроподложки с собранным внеземным материалом при разматывании рулона в лабораторных условиях на Земле.
Техническим результатом является возможность поиска и сбора криотемпературных внеземных нанообъектов с различными физическими свойствами, собранных раздельно с помощью электрического и электромагнитного поля, с последующей конвейерной герметизацией и хранением собранных криотемпературных нанообъектов в криотемпературной среде, при проведении сканирования 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 криотемпературных нанообъектов в окрестностях точек либрации планет, входящих в Солнечную систему, содержащий два цилиндрообразных корпуса, гибкую диэлектрическую ленточную подложку с нанесенными тонкопленочными солнечными фотоэлементами, информационными, силовыми, высоковольтными шинами, коллинеарной антенной, позиционной штрихкодовой лентой, микроконтейнерами, пленочными электродами, плоскими электромагнитными катушками, жесткими диэлектрическими микроподложками, также содержит четыре мультивекторных матричных ракетных двигателя с волнообразными цилиндрическими поверхностями, четыре выдвижные телескопические штанги, четыре линейные шаговые двигателя, герметизирующую пленку, солнечный датчик, датчик штрихкода, два контроллера, два стабилизатора напряжения, высоковольтный источник питания, приемопередатчик, четыре дискообразные сканирующие лазерные дальномера, навигационную звездную камеру, четыре плоских шаговых двигателя, два прижимных линейных шаговых двигателя, П-образную штангу, микрогранулы термоплавкого клея, нанесенные на края микроконтейнеров, прижимной ролик, духмерный датчик штрихкода, плоский индуктор, соединенный с высокочастотным генератором с программируемой частотой, указанной на позиционной ленте с двухмерным штрихкодом, гибкую диэлектрическую ленточную подложку с нанесенным экранно-вакуумным теплоизоляционным слоем, тонкопленочные термоэлектрические охлаждающие модули, соединенные с шиной управления пленочными термоэлектрическими охлаждающими модулями, тонкопленочные ленточные теплоотводы, первый и второй дисковые солнечные датчики, расположенные плоскостями перпендикулярно друг другу и закрепленные на П-образной штанге, выдвижную П-образную двухосевую штангу, состоящею из двух параллельных осей, торцы которых соединены с первым и вторым прижимными линейными шаговыми двигателями, на первой оси П-образной двухосевой штанги закреплен плоский индуктор, а на второй оси прижимной ролик и датчик двухмерного штрихкода, герметизирующая пленка выполнена прозрачной, на гибкую диэлектрическую ленточную подложку с внутренней стороны нанесен экранно-вакуумный теплоизоляционный слой, а с наружной стороны нанесены чередующиеся тонкопленочные солнечные элементы с шагом чередования, равным шагу размещенных микроконтейнеров, с исследуемыми криотемпературными нанообъектами, притянутыми электрическими полями к пленочным электродам или электромагнитными полями к плоским электромагнитным катушкам, лежащими на внешних поверхностях жестких диэлектрических микроподложек, внутренние поверхности которых лежат на охлаждающих поверхностях тонкопленочных термоэлектрических охлаждающих модулей, противоположные поверхности которых соединены с пленочными ленточными теплоотводами, закрепленными на наружной поверхности экранно-вакуумного теплоизоляционного слоя с теневой стороны, управляющие выходы первого и второго контроллеров соединены с тонкопленочными термоэлектрическими охлаждающими модулями через шину управления пленочными термоэлектрическими охлаждающими модулями, а управляющий выход второго контроллера соединен с управляющим входом высокочастотного генератора с программируемой частотой, причем микрогранулы термоплавкого клея легированны суперпарамагнитными наночастицами разной концентрации в зависимости от позиций расположения микроконтейнеров.
Сущность изобретения поясняется на Фиг. 1 и Фиг. 2, где представлен бинарный космический аппарат (БКА) для поиска и сбора внеземных криотемпературных нанообъектов в окрестностях точек либрации планет, входящих в Солнечную систему, в момент развертывания гибкой ленточной СБ. (Фиг. 1 - вид с теневой стороны БКА, Фиг. 2 - вид с солнечной стороны БКА). На Фиг. 3 представлена структурная блок-схема бинарного космического аппарата для поиска и сбора внеземных криотемпературных нанообъектов в окрестностях точек либрации планет, входящих в Солнечную систему. На Фиг. 4 и Фиг. 5 представлен выносной элемент А (2:1) (Фиг. 4 - вид с теневой стороны БКА, Фиг. 5 - вид с солнечной стороны БКА) в увеличенном масштабе, поясняющий топологию расположения на гибкой диэлектрической ленточной подложке с экранно-вакуумным теплоизоляционным слоем электропроводящих шин и микроконтейнеров для сбора и последующей герметизации собранных криотемпературных нанообъектов. На Фиг. 6 представлен в разрезе микроконтейнер для сбора нанообъектов с помощью электрического поля, соединенный с гибкой диэлектрической ленточной подложкой с экранно-вакуумным теплоизоляционным слоем. На Фиг. 7 представлен выносной элемент Б (10:1) в увеличенном масштабе и разрезе, поясняющий последовательность расположения функциональных слоев на жесткой диэлектрической микроподложке для создания электрического поля. На Фиг. 8 представлен в разрезе микроконтейнер для сбора криотемпературных нанообъектов с помощью электромагнитного поля, соединенный с гибкой диэлектрической ленточной подложкой с экранно-вакуумным теплоизоляционным слоем. На Фиг. 9 представлен выносной элемент В (10:1) в увеличенном масштабе и разрезе, поясняющий последовательность расположения функциональных слоев на жесткой диэлектрической микроподложке для создания электромагнитного поля. На Фиг. 10, Фиг. 11 - схематично поясняются этапы развертывания БКА. На Фиг. 12 - этап сканирования окрестности точки либрации, сбор и герметизация собранных низкотемпературных нанообъектов. На Фиг. 13, Фиг. 14 - этапы свертывание БКА.
Бинарный космический аппарат для поиска и сбора внеземных криотемпературных 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 (Фиг. 3), 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 плоские шаговые двигатели, первый 23 и второй 24 прижимные линейные шаговые двигатели, прижимной ролик 25, плоский индуктор 26, высокочастотный генератор с программируемой частотой 27, выдвижную П-образную двухосевую штангу 28, прозрачную герметизирующую пленку 29 (Фиг. 2), гибкую диэлектрическую ленточную подложку с экранно-вакуумным теплоизоляционным слоем 30, тонкопленочные солнечные фотоэлементы 31, силовую шину 32, общую информационную шину 33, шину управления тонкопленочными термоэлектрическими охлаждающими модулями 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, тонкопленочные термоэлектрические охлаждающие модули 40 (Фиг. 7, Фиг. 9), тонкопленочные ленточные теплоотводы 41, микроконтейнеры 42, позиционную лену с двухмерным штрихкодом 43, датчик двухмерного штрихкода 44, первый 45, второй 46 дисковые солнечные датчики, навигационную звездную камера 47, П-образную штангу 48, первый 49 и второй 50 контроллеры, первый 51 и второй 52 стабилизаторы напряжения, высоковольтный источник питания 53, коллинеарную антенну 54, приемопередатчик 55, микрогранулы термоплавкого клея легированные ранжированными по параметрам группами суперпарамагнитных наночастиц 56 (Фиг. 6). На фиг. 3, 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, 57 - криотемпературные нанообъекты, притянутые к поверхностям жестких диэлектрических микроподложек.
С солнечной стороны гибкой диэлектрической ленточной подложки с экранно-вакуумным теплоизоляционным слоем 30, упорядоченно размещены тонкопленочные солнечные элементы 31, постоянно ориентированные на Солнце. На поверхности между солнечными элементами 31, с теневой противоположной стороны гибкой диэлектрической ленточной подложки с экрано-вакуумным теплоизоляционным слоем 30, по направлению траектории движения БКА нанесены микроконтейнеры 42, в которых размещены элементы для создания электрических и электромагнитных полей, притягивающие дрейфующие в гравитационно-сбалансированных зонах криотемпературные нанообъекты 57 и осуществляющие хранение собранных криотемпературных нанообъектов 57.
Для сохранения структуры собранных криотемпературных нанообъектов 57 притянутых к наружной поверхности жесткой диэлектрической микроподложки 39 на ее поверхности (Фиг. 7) нанесено несколько функциональных слоев в следующей последовательности: пленочный электрод 37, или плоская электромагнитная катушка 38 (Фиг. 9) (с наружной стороны микроподложки), с противоположной стороны - нанесены тонкопленочные термоэлектрические охлаждающие модули 40, тонкопленочный ленточный теплоотвод 41, соединенный с экранно-вакуумным теплоизолирующим слоем гибкой диэлектрической ленточной подложки 30, с натянутой поверх тонкопленочных элементов расположенных на стороне обращенной к Солнцу, прозрачной герметизирующей пленкой 29. Каждый слой или их сочетание выполняют определенные функции. Жесткая диэлектрическая микроподложка 39 служит для накопления криотемпературных нанообъектов 57, ее размер адаптирован под тип микроскопа, производящего последующие исследования в Земных условиях, что исключает деформацию нанообъектов и не требует дополнительного перемещения собранных криотемпературных нанообъектов 57 с одной микроподложки на другую.
В зависимости от расположения пленочных электродов 37 в верхней или нижней части гибкой диэлектрической ленточной подложки с экранно-вакуумным теплоизоляционным слоем 30, они соединены с высоковольтными шинами 35 и 36 с положительной и отрицательной полярностью. При включении высоковольтного источника питания 53 создается электрическое поле, которое притягивает к пленочным электродам 37 противоположно заряженные криотемпературные нанообъекты 57, которые осаждаются, на жестких диэлектрических микроподложках 39. Магнитное поле создается с помощью плоских электромагнитных катушек 38, соединенных с силовой шиной 32, при протекании тока через которые создается электромагнитное поле, притягивающее криотемпературные нанообъекты 57 с магнитными свойствами в расположенные в среднем ряду микроконтейнеры 42. В микроконтейнерах 42 хранятся криотемпературные нанообъекты 57 отсортированные по трем классам: два - с немагнитными свойствами, отрицательно и положительно заряженными криотемпературными нанообъектами 57, один - с криотемпературными нанообъектами 57 обладающими магнитными свойствами.
Для исключения попадания Земных наночастиц планарные микроконтейнеры 42 сверху завариваются прозрачной герметизирующей пленкой 29, в исходном положении размещенной со стороны солнечных элементов 31, и послойно, вместе с гибкой диэлектрической ленточной подложкой с экранно-вакуумным теплоизоляционным слоем 30 наматывается на второй цилиндрообразный корпус 2.
Криотемпературные нанообъекты 57 в порах которых может находится вода в твердом состоянии притягиваются электрическим или магнитным полем и оседают на внешних поверхностях жестких диэлектрических микроподложек 39. Для предотвращения изменений структур (таяния) собранных криотемпературных нанообъектов 57 в момент герметизации микроконтейнеров 42 используется термоэлектрическое охлаждение жестких диэлектрических микроподложек 39. Внутренняя сторона жестких диэлектрических микроподложек 39 соединена с охлаждающими (холодными) сторонами тонкопленочных термоэлектрических модулей 40 собранных из напыленных термоэлектрических элементов (элементов Пельтье) в матрицы пар полупроводниковых материалов n-типа и p-типа. Тепловой поток выделяющийся на теплой стороне тонкопленочной термоэлектрических охлаждающих модулей 40 отводится тонкопленочными ленточными теплоотводами 41 расположенными с теневой стороны (температура космического пространства в тени около 4 градусов Кельвина) гибкой диэлектрической подложки с экранно-вакуумным теплоизоляционным слоем 30 и излучается (сбрасывается) в космос.
Для осуществления привязки частоты нагрева микрогранул термоплавкого клея к идентификационному номеру герметизируемого микроконтейнера используется набор групп суперпарамагнитных частиц с разными резонансными частотами нагрева (микрогранулы термоплавкого клея, легированны ранжированными по параметрам группами суперпарамагнитных наночастиц 56). Для этого на кромки прономерованных микроконтейнеров в местах образования герметизирующих сварных швов наносятся (напыляются) микрогранулы, легированные суперпарамагнитными наночастицами с индивидуальными программируемыми характеристиками в зависимости от номера микроконтейнера, отличающиеся друг от друга параметрами (соотношений размеров ядра и толщины оболочки наночастиц, их геометрической формы, химического состава и концентрации компонентов) для организации индукционного нагрева определенных групп микрогранул строго определенными резонансными частотами без разогрева собранных криотемпературных нанообъектов.
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 [5].
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) [6].
Тонкопленочные термоэлектрические охлаждающие модули 40 могут быть выполнены, например, согласно известной конструкции тонкопленочного термоэлектрического устройства со сбалансированными электрофизическими параметрами р- и n-полупроводниковых ветвей [7].
Тонкопленочные ленточные теплоотводы 41 могут быть реализованы на базе алмазных теплоотводов (тепловая проводимость алмазных теплоотводов в зависимости от технологии их изготовления в 2-5 раз превосходит этот параметр для меди), например, используя известную технологию изготовления поликристаллических алмазных пленок содержащих наноалмазные порошки [8].
В качестве экранно-вакуумного теплоизоляционного слоя может быть применена, например, многослойная пленочная теплоизоляция, используемая в космических технологиях и состоящая из чередующихся слоев неплоской полимерной пленки с напылением металла и полимерной сетки [9] или с чередующими слоями из микроструктурированных элементов [10], или например изготовленный из материала для тепловой защиты космической или криогенной техники, состоящий из чередующихся слоев теплоотражающей перфорированной пленки и сепарационной прокладки [11].
Для локального нагревания полимера изнутри микрогранул 56 термоплавкого клея, могут быть применены погруженные в него известные суперпарамагнитные наночастицы, используемые, например, для локального нагревания тканей в медицине. Легирующие добавки придают диэлектрическим гранулам термоплавкого клея при их смешивании магнитные свойства, необходимые для осуществления дистанционного нагревания суперпарамагнитных наночастиц высокочастотным электромагнитным полем и исключения их слипания после его снятия. Для осуществления изобретения могут быть использованы, например, известные технологии изготовления магнитных наночастиц структуры ядро-оболочка [12, 13, 14]. Ферромагнитное ядро магнитной наночастицы структуры ядро-оболочка может, например, включать, по меньшей мере, один материал, выбранный из группы, состоящей из Fe, Со, Ni, FeOFe2O3, NiOFe2O3, CuOFe2O3, MgOFe2O3, MnBi, MnSb, MnOFe2O3, CrO2, MnAs, SmCo, FePt или их комбинации, но не ограничивается ими. Внешняя оболочка (окружающая магнитный сердечник) магнитной наночастицы структуры ядро-оболочка сформирована из магнитомягкого или суперпарамагнитного материала, (для исключения слипания наночастиц), например, может включать, по меньшей мере один материал, выбранный из групп, состоящих из Fe3O4, FeO, CoFe2O4, MnFe2O4, NiFe2O4, ZnMnFe2O4, или их комбинации, но не ограничивается ими.
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 23 и второй 24 прижимные линейные шаговые двигатели отводят выдвижную П-образную двухосевую штангу 28 с закрепленными на ней прижимным роликом 25 и плоским индуктором 26 от цилиндрообразного корпуса 2. 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 свернутую в рулон гибкую диэлектрическую ленточную подложку с экранно-вакуумным теплоизоляционным слоем 30 и расположенную параллельно, на минимальном расстоянии с ее поверхностью прозрачную герметизирующею пленку 29, с одновременным удалением первого 1 цилиндрообразного корпуса от второго 2 цилиндрообразного корпуса, растягивая полотно прозрачной герметизирующей пленки 29 с прилегающей к ней гибкой диэлектрической ленточной подложкой с экранно-вакуумным теплоизоляционным слоем 30, в противоположные стороны, для исключения провисания. После развертывания на требуемую длину гибкой диэлектрической ленточной подложки с экранно-вакуумным теплоизоляционным слоем 30, с расположенными на ее (солнечной) поверхности тонкопленочными солнечными фотоэлементами 31, БКА переходит в режим ориентации и слежения за Солнцем. Поворот солнечной стороны гибкой диэлектрической ленточной подложки с экранно-вакуумным теплоизоляционным слоем 30 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 47 определяется начальная точка сканирования и корректируется траектория сканирования исследуемой окрестности точки либрации. Согласно коду координат Солнца, полученных от первого 45 и второго 46 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. Поворот навигационной звездной камеры 47, закрепленной на П-образной штанге 48 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. На гибкой диэлектрической ленточной подложке с экранно-вакуумным теплоизоляционным слоем 30, кроме тонкопленочных солнечных фотоэлементов 31 и соединяющих их силовых шин 32, также нанесены коллинеарная антенна 54 и проводной двунаправленный канал связи в виде информационной шины 33 для обмена информацией между первым 49 и вторым 50 контроллерами.
Для втягивания из пылевых облакоподобных структур криотемпературных нанообъектов 57, на гибкой диэлектрической ленточной подложке с экранно-вакуумным теплоизоляционным слоем 30 размещены высоковольтные шины 35 и 36, соединенные с пленочными электродами 37 (Фиг. 4), нанесенные с наружной стороны на жесткие диэлектрические микроподложки 39, на которых осаждаются противоположно заряженные криотемпературные нанообъекты 57, (накапливаемые на дне микроконтейнеров 42). Электрический ток, выработанный тонкопленочными солнечными фотоэлементами 31, поступает на плоские электромагнитные катушки 38, создающие магнитное поле для втягивания (забора) криотемпературных нанообъектов 57 с магнитными свойствами. Электрический ток, выработанный тонкопленочными солнечными фотоэлементами 31, также поступает на входы первого 51 и второго 52 стабилизаторов напряжения, которые выдают стабилизированные напряжения для питания высоковольтного источника питания 53 и приемопередатчика 55, соединенного с коллинеарной антенной 54, а также напряжение для зарядки аккумуляторов первого 49 и второго 50 контроллеров и обеспечения электропитанием всех датчиков и двигателей. Высоковольтное напряжение с источника высоковольтного питания 53 подается на высоковольтные шины с положительной 35 и отрицательной 36 полярностью, расположенные на теневой стороне гибкой диэлектрической ленточной подложке с экранно-вакуумным теплоизоляционным слоем 30 для создания притягивающих электрических полей на дне микроконтейнеров 42.
По мере сканирования пылевых облакоподобных структур происходит последовательная герметизация микроконтейнеров 42. В исходном состоянии прозрачная герметизирующая пленка 29 расположена со стороны тонкопленочных солнечных элементов 31 и не препятствует прохождению света и втягиванию криотемпературных нанообъектов 57 в микроконтейнеры 42, расположенные на противоположной стороне гибкой диэлектрической ленточной подложке с экранно-вакуумным теплоизоляционным слоем 30. При сворачивании в рулон после первого оборота (витка) поверхность прозрачной герметизирующей пленки 29 начинает плотно прилегать к поверхности микроконтейнеров 42 с нанесенными микрогранулами термоплавкого клея легированного суперпарамагнитными наночастицами 56. Герметизация собранных криотемпературных нанообъектов 57 происходит следующим образом. Плоский индуктор 26 совмещенный с прижимным роликом 25 с помощью первого 23 и второго 24 прижимных линейных шаговых двигателей, работающих синхронно, прижимаются (в месте двухмерного штрихкода) параллельно к второму цилиндрическому корпусу 2, затем вторым 50 контроллером выдается двоичный код считанный датчиком двухмерного штих-кода 44 с позиционной ленты с двухмерным штих-кодом 43 определяющий для данного микроконтейнера 42 частоту работы высокочастотный генератор с программируемой частотой 27 соединенного с плоским индуктором 26 который через гибкую диэлектрическую ленточную подложку с экранно-вакуумным термоизоляционным слоем 30 и прозрачную герметизирующую пленку 29 (температура плавления которых выше температуры плавления микрогранул термоплавкого клея легированного суперпарамагнитными наночастицами 56) нагревает суперпарамагнитные наночастицы введенные в микрогранулы термоплавкого клея 56 которые расплавляют (адгезивный) материал вокруг них нанесенный на верхние части (края) боковых стенок микроконтейнеров 42. (Фиг. 6, Фиг. 8). В результате индукционного нагрева микрогранулы термоплавкого клея легированного суперпарамагнитными наночастицами 56 плавятся, приобретая адгезионные свойства, склеивают поверхность микроконтейнеров 42 с поверхностью прозрачной герметизирующей пленки 29. Одновременно третий 21 и четвертый 22 плоские шаговые двигатели поворачивают прижимной ролик 25 вокруг оси второго цилиндрообразного корпуса 2 на определенный угол и за определенный временной интервал, определяемые программой второго контроллера 50 и считанному с позиционной ленты двухмерного штрихкода 43, датчиком двухмерного штрихкода 44 для герметизации линейки микроконтейнеров 42. После завершения цикла герметизации (термосклеивание с использованием температуры и давления создаваемое прижимным роликом) третий 21 и четвертой 22 плоские шаговые двигатели переводят выдвижную П-образную двухосевую штангу 28 в исходное угловое положение, а первый 23 и второй 24 прижимные линейные шаговые двигатели отводят выдвижную П-образную двухосевую штангу 28 с закрепленными на ней индуктором 26 и прижимным роликом 25 от второго 2 цилиндрообразного корпуса для подмотки гибкой диэлектрической ленточной подложки с экранно-вакуумным теплоизоляционным слоем 30, и начала следующего цикла герметизации следующих микроконтейнеров 42.
На Фиг. 10, Фиг. 11 - схематично поясняются этапы развертывания БКА. На Фиг. 12 - этап сканирования окрестности точки либрации, сбор и герметизация собранных криотемпературных нанообъектов. На Фиг. 13, Фиг. 14 - этапы свертывание БКА. Фиг. 10, первый этап - тестирование дальномеров и электронного оборудования. Фиг. 11, второй этап - выдвижение двигателей и ориентация положения БКА на Солнце. Фиг. 12, третий этап - развертывание гибкой ленточной подложки с размещенными микроконтейнерами для забора внеземных криотемпературных нанообъектов и перемещение БКА по окрестности точки либрации, а также сбор криотемпературных нанообъектов за счет притяжения их к поверхностям жестких диэлектрических микроподложек, расположенных в открытых микроконтейнерах 42, и последующая герметизация открытых частей микроконтейнеров 42 с собранными криотемпературными нанообъетами 57 - запайкой прозрачной герметизирующей пленкой 29. Фиг. 13, - четвертый этап - конвейерная герметизация микроконтейнеров с собранными криотемпературными нанообъектами. Фиг. 14, пятый этап - полное свертывание гибкой ленточной подложки в рулон и переход системы в энергоэкономичный режим ожидания транспортного космического аппарата для перемещения собранных криотемпературных нанообъектов в исследовательскую лабораторию электронной и зондовой микроскопии, расположенной на Земле, или для большей биологической безопасности на орбитальной станции в космосе. На заднем плане Фиг. 10 схематически представлены Солнце, на которое ориентированы солнечные элементы БКА, и Сатурн со своими наиболее крупными спутниками (на начало 2022 года подтверждено существование 82 естественных спутников Сатурна), образующие вместе систему с большим количеством точек либрации, в окрестностях которых происходит поиск криотемпературных нанообъектов с новыми функциональными (например, магнитными и одновременно флуоресцентными) свойствами.
Предложенная конструкция бинарного космического аппарата для поиска и сбора внеземных криотемпературных нанообъектов в окрестностях точек либрации планет, входящих в Солнечную систему, позволяет: развернуть и свернуть поисковое гибкое ленточное полотно СБ большой площади между двумя растягивающими ее маневровыми ММРД с волнообразной цилиндрической поверхностью (большая площадь солнечных батарей требуется на окраинах Солнечной системы вдали от Солнца). Осуществить раздельный сбор криотемпературных нанообъектов с магнитными и немагнитными свойствами, попавшими в зону притяжения электрических и магнитных полей. Реализовать конвейерную герметизацию собранных на жесткие диэлектрические микроподложки криотемпературных 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, B82Y 35/00, сканирующий зонд атомно-силового микроскопа с отделяемым телеуправляемым нанокомпозитным излучающим элементом, легированным квантовыми точками, апконвертирующими и магнитными наночастицами структуры ядро-оболочка / Линьков В.А., Гусев С.И., Вишняков Н.В., Линьков Ю.В., Линьков П.В.
3. Патент на изобретение RU 2749431 С1, 10.06.2021, B64G 1/22, бинарный космический аппарат для поиска и сбора внеземных объектов со свойствами квантовых точек и апконвертирующих наночастиц в окрестностях точек либрации / Линьков В.А.
4. Патент на изобретение RU 2761486 С1, 08.12.2021, B64G 1/22, бинарный космический аппарат для поиска и сбора внеземных нанообъектов в окресностях точек либрации планет, входящих в солнечную систему / Линьков В.А.
5. 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.А., Гусев С.П., Колесников С.В., Линьков Ю.В., Линьков П.В., Таганов А.И.
6. Patent US 9758260 B2, Sep. 12, 2017, B64G 1/22, B64G 1/10, low volume micro satellite with elexible winded panels expandable after launch.
7. Патент на изобретение RU 2587435 C2, 20.06.2016, G05D 23/30, H05K 7/20, тонкопленочное термоэлектрическое устройство со сбалансированными электрофизическими параметрами р- и n-полупроводниковых ветвей / Ислаимов Т.А., Гаджиев Х.М. и др.
8. Патент на изобретение RU 2750234 С1, 24.06.2021, С01В 32/15, В82 В 3/00, Способ получения поликристаллических алмазных пленок / Полушин Н.И., Маслов А.Л., Лаптев А.И.
9. Патент на изобретение RU 258740 С2, 20.06.2016, B64G 1/58, экранно-вакуумная теплоизоляция космического аппарата / Аристов В.Ф.
10. Патент на изобретение RU 2555891 С1, 10.07.2015, B64G 1/58, В81В 7/04, микроструктурная многослойная экранно-вакуумная изоляция космических аппаратов / Ануров А.Е., Жуков А.А.
11. Патент на изобретение RU 266884 С1, 12.09.2018, B64G 1/58, Материал для экранно-вакуумной теплоизоляции и способ его изготовления / Алексеев С.В., Белокрылова В.В. и др.
12. Patent Application Publication Pub. No.: US 20130195767 A1 Pub. Date: Aug. 1, 2013, magnetic nanoparticles.
13. Patent Application Publication Pub. No.: US 20140225024 Al Pub. Date: Aug. 14, 2014 core shell structured nanoparticle having hard-soft, magnetic heterostructure, magnet prepared with said nanoparticle, and preparing method thereof.
14. Patent Application Publication Pub. No.: US 20130342297 A1 Pub. Date: Dec. 26, 2013 magnetic exchange coupled core-shell nanomagnets.
Изобретение относится к космической технике, а более конкретно к космическим аппаратам. Бинарный космический аппарат для поиска и сбора внеземных криотемпературных нанообъектов в окрестностях точек либрации планет, входящих в Солнечную систему, содержит два цилиндрообразных корпуса, в центрах торцов которых размещены телескопические штанги. На штангах размещены четыре мультивекторных матричных ракетных двигателя с волнообразными цилиндрическими поверхностями для сканирования облачно-пылевых структур, развертывания и последующего свертывания в рулон гибкой ленточной подложки с размещенными солнечными элементами и микроконтейнерами. Микроконтейнеры имеют возможность сбора с помощью электрических и электромагнитных полей криотемпературных нанообъектов и хранения их в криотемпературной среде. Герметизация собранных криотемпературных нанообъектов осуществляется запайкой микроконтейнеров герметизирующей пленкой с помощью нагрева электромагнитным полем с программируемой частотой в зависимости от характеристик микрогранул термоплавкого клея. Достигается возможность раздельного собирания криотемпературных нанообъектов. 14 ил.
Бинарный космический аппарат для поиска и сбора внеземных криотемпературных нанообъектов в окрестностях точек либрации планет, входящих в Солнечную систему, содержащий два цилиндрообразных корпуса, гибкую диэлектрическую ленточную подложку с нанесенными тонкопленочными солнечными фотоэлементами, информационными, силовыми, высоковольтными шинами, коллинеарной антенной, позиционной штрихкодовой лентой, микроконтейнерами, пленочными электродами, плоскими электромагнитными катушками, жесткими диэлектрическими микроподложками, также содержит четыре мультивекторных матричных ракетных двигателя с волнообразными цилиндрическими поверхностями, четыре выдвижные телескопические штанги, четыре линейных шаговых двигателя, герметизирующую пленку, солнечный датчик, датчик штрихкода, два контроллера, два стабилизатора напряжения, высоковольтный источник питания, приемопередатчик, четыре дискообразных сканирующих лазерных дальномера, навигационную звездную камеру, четыре плоских шаговых двигателя, два прижимных линейных шаговых двигателя, П-образную штангу, микрогранулы термоплавкого клея, нанесенные на края микроконтейнеров, отличающийся тем, что содержит, прижимной ролик, духмерный датчик штрихкода, плоский индуктор, соединенный с высокочастотным генератором с программируемой частотой, указанной на позиционной ленте с двухмерным штрихкодом, гибкую диэлектрическую ленточную подложку с нанесенным экранно-вакуумным теплоизоляционным слоем, тонкопленочные термоэлектрические охлаждающие модули, соединенные с шиной управления пленочными термоэлектрическими охлаждающими модулями, тонкопленочные ленточные теплоотводы, первый и второй дисковые солнечные датчики, расположенные плоскостями перпендикулярно друг другу и закрепленные на П-образной штанге, выдвижную П-образную двухосевую штангу, состоящую из двух параллельных осей, торцы которых соединены с первым и вторым прижимными линейными шаговыми двигателями, на первой оси П-образной двухосевой штанги закреплен плоский индуктор, а на второй оси – прижимной ролик и датчик двухмерного штрихкода, герметизирующая пленка выполнена прозрачной, на гибкую диэлектрическую ленточную подложку с внутренней стороны нанесен экранно-вакуумный теплоизоляционный слой, а с наружной стороны нанесены чередующиеся тонкопленочные солнечные элементы с шагом чередования, равным шагу размещенных микроконтейнеров, с исследуемыми криотемпературными нанообъектами, притянутыми электрическими полями к пленочным электродам или электромагнитными полями к плоским электромагнитным катушкам, лежащими на внешних поверхностях жестких диэлектрических микроподложек, внутренние поверхности которых лежат на охлаждающих поверхностях тонкопленочных термоэлектрических охлаждающих модулей, противоположные поверхности которых соединены с пленочными ленточными теплоотводами, закрепленными на наружной поверхности экранно-вакуумного теплоизоляционного слоя с теневой стороны, управляющие выходы первого и второго контроллеров соединены с тонкопленочными термоэлектрическими охлаждающими модулями через шину управления пленочными термоэлектрическими охлаждающими модулями, а управляющий выход второго контроллера соединен с управляющим входом высокочастотного генератора с программируемой частотой, причем микрогранулы термоплавкого клея легированны суперпарамагнитными наночастицами разной концентрации в зависимости от позиций расположения микроконтейнеров.
| US 9758260 B2, 12.09.2017 | |||
| БИНАРНЫЙ КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ ДЛЯ ПОИСКА И СБОРА ВНЕЗЕМНЫХ НАНООБЪЕКТОВ В ОКРЕСТНОСТЯХ ТОЧЕК ЛИБРАЦИИ ПЛАНЕТ, ВХОДЯЩИХ В СОЛНЕЧНУЮ СИСТЕМУ | 2021 |
|
RU2761486C1 |
| АДАПТЕР ДЛЯ ПОПУТНОГО ВЫВЕДЕНИЯ ПОЛЕЗНЫХ НАГРУЗОК | 2016 |
|
RU2624959C1 |
