БИНАРНЫЙ КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ ДЛЯ ПОИСКА И СБОРА ВНЕЗЕМНЫХ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ НАНООБЪЕКТОВ В ОКРЕСТНОСТЯХ ТОЧЕК ЛИБРАЦИИ ПЛАНЕТ, ВХОДЯЩИХ В СОЛНЕЧНУЮ СИСТЕМУ Российский патент 2023 года по МПК B64G1/10 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 низкотемпературных объектов внеземного происхождения, скопления которых расположены в окрестностях точек либрации (точек Лагранжа) в виде пылевых облакоподобных структур, в состав которых включены низкотемпературные нанообъекты. Например, вблизи систем образованных Сатурном и его спутниками, Юпитером и его спутниками, а также другими астрономическими системами, расположенными ближе к окраинам Солнечной системы. Собранные БКА и доставленные на Землю низкотемпературные 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].

Низкотемпературные нанообъекты - охлажденные 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 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, 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 штрих-кода, два дисковых токосъемника, два контроллера, два стабилизатора напряжения, высоковольтный источник питания приемопередатчик [3].

Недостатком устройства является отсутствие возможности поиска и сбора низкотемпературных внеземных нанообъектов с различными физическими свойствами, собранных раздельно с помощью электрического и магнитного поля, и с последующей конвейерной герметизацией и хранением собранных низкотемпературных нанообъектов в низкотемпературной 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 штрих-кодовой 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 штрих-кода, 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 низкотемпературных внеземных нанообъектов с различными физическими свойствами, собранных раздельно с помощью электрического и электромагнитного поля, и с последующей конвейерной герметизацией и хранением собранных низкотемпературных нанообъектов в низкотемпературной 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 гранул термоплавкого клея изнутри, без разогрева соседних элементов. Введение плоского ВЧ индуктора соединенного с ВЧ генератором 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 гранулы термоплавкого клея, легированного суперпарамагнитными наночастицами, находящиеся 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). Введение штрих-кода, нанесенного под каждой линейкой микроконтейнеров, видимого датчиком штрих-кода через прозрачную герметизирующею пленку, позволило точно позиционировать границы габаритов, завариваемых микроконтейнеров через экранно-вакуумную термоизоляцию (на обратной стороне которой нанесены микроконтейнеры). Ведение экранно-вакуумного теплоизоляционного слоя нанесенного на гибкую диэлектрическую ленточную подложку позволило изолировать нанесенные на нее микроконтейнеры с низкотемпературными нанообъектами, от теплового воздействия Солнца.

Техническим результатом является возможность поиска и сбора низкотемпературных внеземных нанообъектов с различными физическими свойствами, собранных раздельно с помощью электрического и электромагнитного поля, и с последующей конвейерной герметизацией и хранением собранных низкотемпературных нанообъектов в низкотемпературной 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 низкотемпературных 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 штрих-кодовой 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 штрих-кода, 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 стенок микроконтейнеров, прижимной ролик, плоский индуктор, соединенный с высокочастотным генератором, гибкую диэлектрическую ленточную подложку с нанесенным экраннр-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 двухосевой выдвижной П-образной штанге закреплен плоский индуктор, а на второй оси прижимной ролик и датчик штрих-кода, герметизирующая пленка, выполнена прозрачной, на гибкую диэлектрическую ленточную подложку с внутренней стороны нанесен экранно-вакуумный теплоизоляционный слой, а с наружной стороны нанесенными чередующиеся тонкопленочные солнечные элементы, с шагом чередования, равным шагу размещенных микроконтейнеров, с исследуемыми низкотемпературными 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 входом высокочастотного генератора, причем микрогранулы термоплавкого клея легированны суперпарамагнитными наночастицами.

Сущность изобретения поясняется на Фиг. 1 и Фиг. 2, где представлен бинарный космический аппарат (БКА) для поиска и сбора внеземных низкотемпературных 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 низкотемпературных 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 _t подложке с экранно-вакуумным теплоизоляционным слоем электропроводящих шин и микроконтейнеров для сбора и последующей герметизации собранных низкотемпературных 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 прозрачной диэлектрической микроподложке для создания электрического поля. На Фиг. 8 представлен в разрезе микроконтейнер для сбора низкотемпературных 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 - этап свертывание БКА.

Бинарный космический аппарат для поиска и сбора внеземных низкотемпературных 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 ₁15, 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 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, тонкопленочные ленточные теплоотводы 41, микроконтейнеры 42, позиционную штрих-кодовую ленту 43, датчик штрих-кода 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 суперпарамагнитными наночастицами 56 (Фиг. 6). На фиг. 3, в границах замкнутых пунктирных линий, расположены элементы, конструктивно размещенные в первом 1 и втором 2 цилиыдрообразных 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 - низкотемпературные 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 низкотемпературные нанообъекты 57 и осуществляющие хранение собранных низкотемпературных нанообъектов 57.

Для сохранения структуры собранных низкотемпературных 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 по верх тонкопленочных фотоэлементов 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 нанообъектов 57, ее размер адаптирован под тип микроскопа, производящего последующие исследования в Земных условиях, что исключает деформацию нанообъектов и не требует дополнительного перемещения собранных низкотемпературных 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 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 нанообъекты 57 с магнитными свойствами в расположенные в среднем ряду микроконтейнеры 42. В микроконтейнерах 42 хранятся низкотемпературные нанообъекты 57 отсортированные по трем классам: два - с немагнитными свойствами, отрицательно и положительно заряженными низкотемпературными нанообъектами 57, один - с низкотемпературными 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.

Низкотемпературные 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 низкотемпературных 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 р-типа. Тепловой поток, выделяющийся на теплой стороне тонкопленочных 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 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 не магнитного 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 П-образную штангу 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 пылеобразных структур, состоящих из низкотемпературных 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 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) низкотемпературных 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 солнечной стороне гибкой диэлектрической ленточной подложке с экранно-вакуумным теплоизоляционным слоем 30 для создания притягивающих электрических полей на дне микроконтейнеров 42.

По мере сканирования облачных 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 падающего на них, и втягиванию 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 на их края микрогранулами термоплавкого клея легированного суперпарамагнитными наночастицами 56. Герметизация собранных низкотемпературных нанообъектов 57 происходит следующим образом. Плоский индуктор 26 совмещенный с прижимным роликом с помощью первого 23 и второго 24 прижимных линейных шаговых двигателей, работающих синхронно, прижимаются (в месте штрих-кода) параллельно ко второму цилиндрическому корпусу 2, затем вторым 50 контроллером включается высокочастотный генератор 27 соединенный с плоским индуктором 26 который через гибкую диэлектрическую ленточную подложку с 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 штрих-кодовой ленты 43, штрих-коду, датчиком штрих-кода 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 низкотемпературных нанообъектов. На Фиг. 13 - этап свертывание БКА. Фиг. 10, первый этап - тестирование дальномеров и электронного оборудования. Фиг. 11, второй этап - выдвижение ММРД и ориентация положения БКА на Солнце. Фиг. 12, третий этап - развертывание гибкой ленточной подложки с размещенными микроконтейнерами для забора внеземных низкотемпературных нанообъектов и перемещение БКА по окрестности точки либрации, а также сбор низкотемпературных нанообъектов за счет притяжения их к поверхностям жестких диэлектрических микроподложек, расположенных в открытых микроконтейнерах 42, и последующая герметизация открытых частей микроконтейнеров 42 с собранными низкотемпературными нанообъетами 57 - запайкой прозрачной герметизирующей пленкой 29. Схематически многослойное сканируемое пылеобразное облако, состоящее из низкотемпературных нанообъектов, изображено на заднем плане. Фиг. 13, четвертый этап - полное свертывание гибкой ленточной подложки в рулон и переход системы в энергоэкономичный режим ожидания транспортного космического аппарата для перемещения собранных низкотемпературных нанообъектов в исследовательскую лабораторию электронной и зондовой микроскопии, расположенной на Земле, или для большей биологической безопасности на орбитальной станции в космосе.

Предложенная конструкция бинарного космического аппарата для поиска и сбора внеземных низкотемпературных 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 (что особо актуально на окраинах Солнечной системы вдали от Солнца). Осуществить раздельный сбор низкотемпературных нанообъектов с магнитными и немагнитными свойствами, попавшими в зону притяжения электрических и магнитных полей. Реализовать конвейерную герметизацию собранных на жесткие диэлектрические микроподложки низкотемпературных 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 C1, 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.Α., 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.Α., Гусев С.И., Колесников С.В., Линьков Ю. ., Линьков П.В., Таганов А.И.

6. Patent US 9758260 В2, Sep.12, 2017, B64G 1/22, B64G 1/10, LOW VOLUME MICRO SATELLITE WITH ELEX1BLE 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, В82В 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 Al 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 Al Pub. Date: Dec. 26, 2013 MAGNETIC EXCHANGE COUPLED CORE-SHELL NANOMAGNETS.

Изобретение относится к малоразмерным исследовательским космическим аппаратам, предназначенным для поиска и сбора низкотемпературных наноразмерных объектов внеземного происхождения в космических пылевых структурах в окрестностях точек либрации планет. Бинарный космический аппарат содержит два цилиндрообразных корпуса, телескопические штанги, четыре мультивекторных матричных ракетных двигателя с волнообразными цилиндрическими поверхностями, ленточную подложку с экранно-вакуумным теплоизоляционным слоем с солнечными элементами и микроконтейнерами для сбора с помощью электрических и электромагнитных полей низкотемпературных объектов и хранения их в низкотемпературной среде. Герметизация микроконтейнеров осуществляется при помощи микрогранул термоплавкого клея, легированного суперпарамагнитными наночастицами. Охлаждение низкотемпературных нанообъектов производят пленочными термоэлектрическими охлаждающими модулями. Достигается возможность поиска, сбора и хранения низкотемпературных внеземных нанообъектов в окрестностях точек либрации планет Солнечной системы. 13 ил.

Бинарный космический аппарат для поиска и сбора внеземных низкотемпературных 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 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 стенок микроконтейнеров, отличающийся тем, что содержит прижимной ролик, плоский индуктор, соединенный с высокочастотным генератором, 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 двухосевой выдвижной П-образной штанги закреплен плоский индуктор, а на второй оси - прижимной ролик и датчик 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 низкотемпературными 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 входом высокочастотного генератора, причем микрогранулы термоплавкого клея легированы суперпарамагнитными наночастицами.