СПОСОБ ОЧИСТКИ ОКОЛОЗЕМНОГО КОСМИЧЕСКОГО ПРОСТРАНСТВА ОТ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ОБЪЕКТОВ КОСМИЧЕСКОГО МУСОРА, В ТОМ ЧИСЛЕ НЕСТАБИЛИЗИРОВАННЫХ Российский патент 2023 года по МПК B64G1/00 

Описание патента на изобретение RU2801601C1

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано для очистки околоземного космического пространства (ОКП) от крупногабаритных объектов космического мусора (КМ), такого как отработавшие верхние ступени ракет-носителей (РН), разгонные блоки и прекратившие функционирование космические аппараты (КА).

Опасная обстановка складывается в ОКП вследствие нарастания количества крупногабаритных объектов КМ на орбитах функционирования КА [1].

Наибольший уровень засоренности ОКП - низкоорбитальная, до высот примерно 2000 км [1].

Известен способ очистки ОКП от ненужных объектов, заключающийся в стыковке с этими объектами транспортного корабля и последующем спуске с орбиты образовавшейся связки см. [2] Инженерный справочник по космической технике. М.: Воениздат.1977. С. 134-140. Недостатками этого способа являются необходимость систем стыковки, стыковочных узлов и систем ориентации на обоих кораблях, потеря тормозного отсека транспортного корабля и ограниченные возможности по удаляемой спускаемой массе.

Другим аналогом изобретения является способ уборки космического мусора, включающий выведение на орбиту устройства уборки космического мусора, при этом осуществляют процесс наблюдения за КМ, перемещают устройства уборки КМ в положение захвата. Близко подводят устройства уборки КМ к космическому мусору, выпускают гарпун в полый фрагмент КМ. Соединяют устройства уборки КМ и космический мусор, фиксируют КМ. Тормозят захваченный КМ с помощью сброса проводящего фала - см. [3] патент РФ №2574366 «Устройство уборки космического мусора и способ уборки космического мусора». Недостатком этого способа является длительное время схода с орбиты КМ.

Наиболее близким аналогом изобретения является способ очистки ОКП от космических объектов и мелких частиц, предложенный японским космическим агентством JAXA - см. [4] Космический мусор в рыболовные сети. Биржа интеллектуальной собственности. Т. X. №7. 2011. С. 26.

В предлагаемом агентством JAXA способе металлическая сеть с линейными размерами в несколько километров будет выводиться на орбиту на борту специального спутника. Там сеть разворачивается при помощи установленного на КА манипулятора. После того как сеть наберет достаточно мусора, она будет отсоединяться. Взаимодействие с магнитным полем Земли приведет к тому, что сеть вместе с собранными обломками космических аппаратов со временем войдет в плотные слои атмосферы. Во время падения сеть сгорит вместе с мусором. Этот способ выбран в качестве прототипа предложенного решения. Недостатком прототипа является сложная система разворачивания металлической сети при помощи манипулятора и неэффективное использование способа для очистки околоземного космического пространства от крупногабаритных объектов космического мусора.

Технический результат предполагаемого изобретения заключается в повышении эффективности очистки околоземного космического пространства от крупногабаритных объектов космического мусора, в том числе нестабилизированных.

Указанный технический результат достигается тем, что космический аппарат выводят в область орбит, предназначенных для очистки от крупногабаритных объектов космического мусора. Проводят последовательно маневры дальнего и ближнего сближения КА с крупногабаритным объектом КМ. Причем для захвата и торможения крупногабаритного объекта КМ используют крупноячеистые сети из углеродных нанотрубок. При этом на крупноячеистых сетях в качестве аэродинамического тормоза размещают и закрепляют надувные баллоны из пленки из углеродных нанотрубок. Вместе с тем надувные баллоны покрывают пленкой с высокой отражающей способностью. Кроме того, на поверхности крупноячеистых сетей из углеродных нанотрубок размещают и закрепляют развертывающие надувные элементы в виде полых многослойных гермооболочек. Перед выводом КА в область орбит, предназначенных для их очистки от крупногабаритных объектов КМ, крупноячеистые сети из углеродных нанотрубок с надувными баллонами и развертывающими надувными элементами в сдутом состоянии плотно упаковывают и в упакованном виде размещают в герметичных контейнерах на борту КА. Причем каждую упакованную сеть размещают в отдельном контейнере. После вывода КА в область орбит, предназначенных для их очистки от крупногабаритных объектов КМ, обнаруживают с помощью оптических, и/или лазерных, и/или радиолокационных средств космических систем контроля космического пространства крупногабаритный объект КМ, измеряют параметры его движения относительно КА. Затем измеренные относительно КА параметры движения крупногабаритного объекта КМ с космических систем контроля космического пространства по радиолинии передают на КА. Далее с помощью приемников навигационной системы и бортовой вычислительной системы (БВС), расположенных на борту КА, определяют текущие координаты центра масс КА, углы текущей пространственной ориентации КА. Потом с помощью БВС определяют положение центра масс КА относительно обнаруженного крупногабаритного объекта КМ. Затем с космических систем контроля космического пространства по радиолинии передают на КА команды и/или программы на сближение КА с крупногабаритным объектом КМ. Осуществляют сближение КА с крупногабаритным объектом КМ. Далее при помощи БВС определяют ориентацию осей связанной системы координат КА относительно текущего положения крупногабаритного объекта КМ. Затем с помощью системы ориентации КА осуществляют наведение продольной оси одного из герметичных контейнеров в направлении крупногабаритного объекта КМ. В дальнейшем по команде от БВС выталкивают или «отстреливают» крупноячеистую сеть из углеродных нанотрубок из одного из герметичных контейнеров в направлении крупногабаритного объекта КМ с относительной скоростью, обеспечивающей развертывание крупноячеистой сети из углеродных нанотрубок до момента захвата или охвата крупногабаритного объекта КМ. После выхода крупноячеистой сети из углеродных нанотрубок из одного из герметичных контейнеров сеть разворачивают в космосе и придают заданную форму за счет давления остаточного воздуха во внутренней полости развертывающих надувных элементов. Затем осуществляют захват или охват крупноячеистой сетью из углеродных нанотрубок крупногабаритного объекта КМ и/или зацепление крупноячеистой сети из углеродных нанотрубок за выступающие элементы конструкции крупногабаритного объекта КМ. Далее по сигналу от датчиков, расположенных на КА и/или на крупноячеистой сети из углеродных нанотрубок, фиксирующих факт механической связи крупноячеистой сети из углеродных нанотрубок с крупногабаритным объектом КМ, или по команде с космических систем контроля космического пространства наполняют надувные баллоны газом и разворачивают их в космическом пространстве.

В дальнейшем за счет аэродинамического торможения наполненными газом надувных баллонов осуществляют торможение связки крупногабаритного объекта КМ и крупноячеистой сети из углеродных нанотрубок с наполненными газом надувными баллонами в сильно разреженных слоях атмосферы Земли. В результате обеспечивают переход связки на более низкую орбиту и последующий вход связки крупногабаритного объекта КМ и крупноячеистой сети из углеродных нанотрубок с надувными баллонами в плотные слои атмосферы. Вследствие этого происходит сгорание сети из углеродных нанотрубок вместе с крупногабаритным объектом космического мусора.

Кроме того, сближение КА с крупногабаритным объектом КМ осуществляют на расстояние от нескольких десятков метров до нескольких километров.

Существует вариант, в котором координаты центра масс КА и углы текущей пространственной ориентации КА определяют при помощи приемников навигационной системы GPS и/или «ГЛОНАСС».

Существует вариант, в котором координаты центра масс КА и углы текущей пространственной ориентации КА определяют при помощи приемников навигационной системы GALILEO и/или «ГЛОНАСС».

Существует вариант, в котором координаты центра масс КА и углы текущей пространственной ориентации КА определяют при помощи приемников навигационной системы GALILEO и/или GPS.

Существует вариант, в котором координаты центра масс КА и углы текущей пространственной ориентации КА определяют при помощи приемников навигационной системы BeiDou и/или «ГЛОНАСС».

Существует вариант, в котором координаты центра масс КА и углы текущей пространственной ориентации КА определяют при помощи приемников навигационной системы BeiDou и/или GPS.

Существует вариант, в котором координаты центра масс КА и углы текущей пространственной ориентации КА определяют при помощи приемников навигационной системы BeiDou и/или GALILEO.

Существует вариант, в котором на борту КА размещают два и более герметичных контейнера с крупноячеистой сетью из углеродных нанотрубок.

Существует вариант, в котором линейные размеры крупноячеистой сети из углеродных нанотрубок рассчитывают до запуска КА, транспортирующего сеть, исходя из габаритов крупногабаритного объекта КМ, подлежащего удалению с орбиты.

Существует вариант, в котором в качестве материала многослойных гермооболочек развертывающих надувных элементов используют пленку из углеродных нанотрубок.

Существует вариант, в котором развертывающие надувные элементы в виде полых многослойных гермооболочек размещают и закрепляют радиально, и/или продольно, и/или по периметру крупноячеистой сети из углеродных нанотрубок.

Существует вариант, в котором наполнение (наддув) надувных баллонов осуществляют от малогабаритного картриджа с газом.

Существует вариант, в котором малогабаритные картриджи с газом размещают на крупноячеистой сети из углеродных нанотрубок.

Существует вариант, в котором на крупноячеистой сети из углеродных нанотрубок размещают два и более надувных баллона.

Существует вариант, в котором размеры и количество надувных баллонов рассчитывают до запуска КА, исходя из высоты орбиты и массы крупногабаритного объекта КМ.

Существует вариант, в котором применяют надувные баллоны, имеющие площадь миделевого сечения не менее чем на порядок больше площади миделевого сечения крупногабаритного объекта КМ.

Кроме того, существует вариант, в котором повторяют операции обнаружения с помощью оптических, и/или лазерных, и/или радиолокационных средств космических систем контроля космического пространства следующего крупногабаритного объекта КМ и сближение КА с обнаруженным крупногабаритным объектом КМ. Далее осуществляют наведение продольной оси следующего герметичного контейнера в направлении обнаруженного крупногабаритного объекта КМ и по команде от БВС выталкивают или «отстреливают» крупноячеистую сеть из углеродных нанотрубок из данного герметичного контейнера в направлении обнаруженного крупногабаритного объекта КМ с относительной скоростью, обеспечивающей развертывание крупноячеистой сети из углеродных нанотрубок до момента захвата или охвата обнаруженного крупногабаритного объекта КМ. После выхода крупноячеистой сети из углеродных нанотрубок из очередного герметичного контейнера ее разворачивают в космосе и придают заданную форму за счет давления остаточного воздуха во внутренней полости развертывающих надувных элементов. Затем осуществляют захват или охват крупноячеистой сетью из углеродных нанотрубок обнаруженного крупногабаритного объекта КМ и/или зацепление крупноячеистой сети из углеродных нанотрубок за выступающие элементы обнаруженного крупногабаритного объекта КМ. Далее по сигналу датчиков, расположенных на КА и/или на крупноячеистой сети из углеродных нанотрубок, фиксирующих факт механической связи крупноячеистой сети с крупногабаритным объектом КМ, или по команде с космических систем контроля космического пространства наполняют надувные баллоны газом и разворачивают их в космическом пространстве. В дальнейшем за счет аэродинамического торможения наполненными газом надувных баллонов осуществляют торможение связки крупногабаритного объекта КМ и крупноячеистой сети из углеродных нанотрубок с наполненными газом надувными баллонами. В результате обеспечивают ее переход на более низкую орбиту и последующий вход связки крупногабаритного объекта КМ и крупноячеистой сети из углеродных нанотрубок с наполненными газом надувными баллонами в плотные слои атмосферы. Указанные операции повторяют до израсходования запаса топлива или герметичных контейнеров с крупноячеистыми сетями из углеродных нанотрубок на борту КА.

Предложенный способ реализуется следующим образом. Космический аппарат выводят в область орбит, предназначенных для очистки от крупногабаритных объектов космического мусора. Проводят последовательно маневры дальнего и ближнего сближения КА с крупногабаритным объектом КМ. В качестве элемента захвата и торможения крупногабаритных объектов КМ на борту КА транспортируют крупноячеистые сети из углеродных нанотрубок, на которых в качестве аэродинамического тормоза размещают и закрепляют надувные баллоны из пленки из углеродных нанотрубок. При этом надувные баллоны покрывают пленкой с высокой отражающей способностью. Кроме того, предварительно на поверхности крупноячеистых сетей из углеродных нанотрубок размещают и закрепляют развертывающие надувные элементы в виде полых многослойных гермооболочек.

Перед выводом КА в область орбит, предназначенных для их очистки от крупногабаритных объектов КМ, крупноячеистые сети из углеродных нанотрубок с надувными баллонами и развертывающими надувными элементами в сдутом состоянии плотно упаковывают и в упакованном виде размещают в герметичных контейнерах на борту КА. Причем каждую упакованную сеть размещают в отдельном контейнере. После вывода КА в область орбит, предназначенных для их очистки от крупногабаритных объектов КМ, с помощью оптических, и/или лазерных, и/или радиолокационных средств космических систем контроля космического пространства обнаруживают крупногабаритный объект КМ. Затем с космических систем ККП измеряют параметры движения крупногабаритного объекта КМ относительно КА. Далее измеренные относительно КА параметры движения крупногабаритного объекта КМ с космических систем контроля космического пространства по радиолинии передают на КА. Затем с помощью приемников навигационной системы и бортовой вычислительной системы, расположенных на борту КА, определяют текущие координаты центра масс КА, углы текущей пространственной ориентации КА. С помощью БВС определяют положение центра масс КА относительно обнаруженного крупногабаритного объекта КМ. Затем с космических систем контроля космического пространства по радиолинии передают на КА команды и/или программы на сближение КА с крупногабаритным объектом КМ. Осуществляют сближение КА с крупногабаритным объектом КМ на расстояние от нескольких десятков метров до нескольких километров. Далее БВС определяют ориентацию осей связанной системы координат КА относительно текущего положения крупногабаритного объекта КМ. С помощью системы ориентации КА осуществляют наведение продольной оси одного из герметичных контейнеров в направлении крупногабаритного объекта КМ. Затем по команде от БВС прицельно выталкивают или «отстреливают» крупноячеистую сеть из углеродных нанотрубок из одного из герметичных контейнеров в направлении крупногабаритного объекта КМ с относительной скоростью, обеспечивающей развертывание сети до момента встречи с крупногабаритным объектом КМ. После выхода крупноячеистой сети из углеродных нанотрубок из одного из герметичных контейнеров ее разворачивают в космосе и придают заданную форму за счет давления остаточного воздуха во внутренней полости развертывающих надувных элементов. Затем осуществляют захват или охват крупногабаритного объекта КМ крупноячеистой сетью из углеродных нанотрубок и/или зацепление крупноячеистой сетью из углеродных нанотрубок за выступающие элементы конструкции крупногабаритного объекта КМ. Сеть обволакивает крупногабаритный объект КМ или цепляется за выступающие элементы конструкции крупногабаритного объекта КМ. Таким образом, создается механическая связь крупноячеистой сети с крупногабаритным объектом КМ.

Далее по сигналу от датчиков, расположенных на КА и/или на крупноячеистой сети из углеродных нанотрубок, фиксирующих факт механической связи крупноячеистой сети из углеродных нанотрубок с крупногабаритным объектом КМ, или по команде с космических систем контроля космического пространства наполняют надувные баллоны газом и разворачивают их в космическом пространстве.

Затем за счет аэродинамического торможения наполненными газом надувных баллонов осуществляют торможение связки крупногабаритного объекта КМ и крупноячеистой сети из углеродных нанотрубок с наполненными газом надувными баллонами.

В результате обеспечивают переход связки на более низкую орбиту и последующий вход связки крупногабаритного объекта КМ и крупноячеистой сети из углеродных нанотрубок с размещенными на ней надувными баллонами в плотные слои атмосферы.

Затем по команде от БВС, либо по команде или программе, передаваемой по радиолинии с космических систем контроля космического пространства, осуществляют перенацеливание КА на следующий крупногабаритный объект КМ.

Далее повторяют операции: обнаружение следующего крупногабаритного объекта КМ, сближение КА с данным крупногабаритным объектом КМ, выталкивание из следующего герметичного контейнера крупноячеистой сети из углеродных нанотрубок, захват крупноячеистой сетью из углеродных нанотрубок следующего крупногабаритного объекта КМ. Затем происходит процесс торможения крупноячеистой сети из углеродных нанотрубок с размещенными на ней надувными баллонами -аэродинамическими тормозами с захваченным очередным крупногабаритным объектом КМ.

Данные операции повторяют до израсходования запаса топлива или герметичных контейнеров с крупноячеистыми сетями из углеродных нанотрубок на борту КА.

По завершении космическим аппаратом миссии очистки ОКП от крупногабаритных объектов КМ осуществляют сход КА с орбиты и вход в плотные слои атмосферы за счет собственного аэродинамического тормоза.

Использование надувных баллонов увеличивает площадь миделя связки крупногабаритного объекта КМ и крупноячеистой сети из углеродных нанотрубок. Торможение связки происходит в результате силы аэродинамического сопротивления, которая вызывает тормозное ускорение на низких орбитах в очень сильно разреженных слоях атмосферы Земли.

При таких условиях эффективность очистки ОКП от крупногабаритных объектов КМ, в том числе нестабилизированных, обеспечивается воздействием на крупногабаритные объекты КМ тормозного ускорения за счет аэродинамического торможения надувных баллонов, имеющих площадь миделевого сечения не менее чем на порядок больше площади миделевого сечения крупногабаритных объектов КМ.

В результате срок пребывания неиспользуемых крупногабаритных объектов КМ на орбите может быть сокращен со столетий до нескольких месяцев.

Использование развертывающих надувных элементов в виде полых многослойных гермооболочек значительно упрощает процесс раскрытия крупноячеистой сети из углеродных нанотрубок. При этом используется эффект саморазворачивания крупноячеистой сети из углеродных нанотрубок в условиях открытого космоса под давлением остаточного воздуха во внутренней полости развертывающих надувных элементов в виде полых многослойных гермооболочек.

Применение пленки из углеродных нанотрубок для изготовления надувных баллонов и развертывающих надувных элементов обеспечивает их высокую стойкость к пробою при столкновении с мелкими частицами космического мусора. Предел прочности пленки из углеродных нанотрубок составляет 9,6 гигапаскаля. Для сравнения: предел прочности кевларовых волокон составляет всего 3,7 гигапаскаля [6].

Таким образом, обеспечивается сохранение свойства надувных баллонов как аэродинамического тормоза в процессе схода с орбиты связки крупноячеистой сети из углеродных нанотрубок с крупногабаритным объектом КМ.

При этом сеть и пленка из углеродных нанотрубок обладают исключительно малой массой [7].

Хорошая эффективность упаковки в транспортном положении, низкая удельная масса волокна и пленки из углеродных нанотрубок позволяет разместить на КА несколько десятков герметичных контейнеров с упакованными крупноячеистыми сетями из углеродных нанотрубок.

В результате один маневрирующий КА способен удалить с орбиты десятки крупногабаритных объектов КМ.

Размещение пленки с высокой отражающей способностью, например, из диоксида титана, на поверхности надувных баллонов сверх того повышает оптическую заметность сходящей с орбиты связки крупноячеистой сети из углеродных нанотрубок с крупногабаритным объектом КМ и делает ее хорошо видимой для наблюдения средствами контроля космического пространства.

Более того, предлагаемый способ очистки околоземного космического пространства от крупногабаритных объектов космического мусора выгоден тем, что обеспечивает механический захват или охват любого объекта, находящегося на орбите, имеющего сложное быстрое вращательное движение вокруг своего центра масс.

В результате предлагаемый способ значительно повышает эффективность очистки околоземного космического пространства от крупногабаритных объектов космического мусора. Источники информации

1. Шатров Я.Т. Развитие исследований по выбору трасс пусков и районов падения отделяющихся частей ракет-носителей в целях обеспечения экологической безопасности. Космонавтика и ракетостроение. №1. 2017. С. 124-125.

2. Инженерный справочник по космической технике. М.: Воениздат.1977. С. 134-140.

3. Патент РФ №2574366 «Устройство уборки космического мусора и способ уборки космического мусора».

4. Космический мусор в рыболовные сети. Биржа интеллектуальной собственности. Т. X. №7. 2011. С. 26.

5. Иванов Н.М., Лысенко Л.Н. Баллистика и навигация космических аппаратов. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2016. С. 50-51, с. 99-101, с. 486.

6. Углеродная нанопленка прочнее кевлара и углеродного волокна. Биржа Интеллектуальной собственности. Т. XV. №5. 2016. С. 24.

7. Колмаков А.Г., Баринов С.М., Алымов М.И. Основы технологий и применение наноматериалов. М.: Физматлит.2013. С. 134.

8. Вениаминов С.С.Космический мусор - угроза человечеству. М.: ФГБУН Институт космических исследований Российской академии наук. 2013. С. 17, с. 34-54, с. 168-179.

9. Малые космические аппараты информационного обеспечения / под ред. Фатеева В.Ф. М.: Радиотехника. 2010. С. 82-93.

10. Инфраструктура малых космических аппаратов / под ред. Фатеева В.Ф. М.: Радиотехника. 2011. С. 25, с. 315-347.

Похожие патенты RU2801601C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ОЧИСТКИ ОКОЛОЗЕМНОГО КОСМИЧЕСКОГО ПРОСТРАНСТВА ОТ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ОБЪЕКТОВ КОСМИЧЕСКОГО МУСОРА 2021
  • Полуян Александр Петрович
RU2775789C1
СПОСОБ ОЧИСТКИ ОКОЛОЗЕМНОГО КОСМИЧЕСКОГО ПРОСТРАНСТВА ОТ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ОБЪЕКТОВ КОСМИЧЕСКОГО МУСОРА, В ТОМ ЧИСЛЕ НЕСТАБИЛИЗИРОВАННЫХ 2022
  • Полуян Александр Петрович
RU2784239C1
Способ очистки околоземного космического пространства от крупногабаритных объектов космического мусора 2016
  • Полуян Александр Петрович
RU2661378C1
СПОСОБ ОЧИСТКИ ОКОЛОЗЕМНОГО КОСМИЧЕСКОГО ПРОСТРАНСТВА ОТ МЕЛКИХ ЧАСТИЦ КОСМИЧЕСКОГО МУСОРА 2019
  • Полуян Александр Петрович
RU2710036C1
СПОСОБ УСКОРЕНИЯ СХОДА С ОРБИТЫ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА 2021
  • Полуян Александр Петрович
RU2773070C1
СПОСОБ УСКОРЕНИЯ СХОДА С ОРБИТЫ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА, ЗАВЕРШИВШЕГО АКТИВНОЕ ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ 2022
  • Полуян Александр Петрович
RU2783669C1
Устройство очистки околоземного космического пространства от крупногабаритных объектов космического мусора 2019
  • Яковлев Михаил Викторович
  • Мальченко Анатолий Николаевич
  • Архипов Владимир Афанасьевич
  • Соколов Владимир Иванович
  • Тихонов Александр Павлович
  • Марчук Виктория Анатольевна
  • Григорьев Борис Андреевич
RU2721368C1
Космический комплекс очистки околоземного космического пространства от малогабаритного космического мусора 2015
  • Дружко Сергей Николаевич
  • Зайцев Андрей Германович
  • Солдатов Владимир Петрович
  • Хурматуллин Валерий Вакильевич
  • Шпак Александр Васильевич
RU2612752C2
КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ ДЛЯ УБОРКИ КОСМИЧЕСКОГО МУСОРА 2019
  • Лозина Мария Александровна
RU2703056C1
Спускаемый аппарат-буксир для снятия космических объектов с орбиты 2015
  • Финченко Валерий Семенович
  • Алифанов Олег Михайлович
  • Кульков Владимир Михайлович
  • Фирсюк Сергей Олегович
  • Терентьев Вадим Васильевич
RU2626788C2

Реферат патента 2023 года СПОСОБ ОЧИСТКИ ОКОЛОЗЕМНОГО КОСМИЧЕСКОГО ПРОСТРАНСТВА ОТ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ОБЪЕКТОВ КОСМИЧЕСКОГО МУСОРА, В ТОМ ЧИСЛЕ НЕСТАБИЛИЗИРОВАННЫХ

Группа изобретений относится к обеспечению безопасности космических полетов. Варианты способа включают выведение космического аппарата (КА) в область орбит, предназначенных для их очистки от крупногабаритных объектов космического мусора (ОКМ). Для захвата и торможения ОКМ используют крупноячеистые сети с волокнами из углеродных нанотрубок (УНТ), на которых закрепляют надувные баллоны из пленки с волокнами из УНТ. На поверхности каждой сети размещают развертывающие надувные элементы в виде полых многослойных гермооболочек. Один или несколько (в другом варианте) ОКМ обнаруживают и сопровождают с помощью оптических, и/или лазерных, и/или радиолокационных средств контроля космического пространства. По радиолинии на КА передают команды на сближение КА с одним (очередным) ОКМ и далее осуществляют захват ОКМ указанной сетью. По сигналу датчиков, фиксирующих механическую связь сети с ОКМ, наполняют надувные баллоны газом и тем самым обеспечивают переход ОКМ на более низкую орбиту с последующим входом в плотные слои атмосферы. Технический результат заключается в повышении эффективности очистки околоземного космического пространства от крупногабаритных ОКМ, в том числе нестабилизированных. 2 н. и 16 з.п. ф-лы.

Формула изобретения RU 2 801 601 C1

1. Способ очистки околоземного космического пространства от крупногабаритных объектов космического мусора, в том числе нестабилизированных, заключающийся в выведении космического аппарата (КА) в область орбит, предназначенных для их очистки от крупногабаритных объектов космического мусора (КМ), последовательных маневрах дальнего и ближнего сближения КА с крупногабаритным объектом КМ, при этом в область орбит, предназначенных для их очистки от крупногабаритных объектов КМ, на борту КА в качестве элемента захвата и торможения крупногабаритных объектов КМ транспортируют сети, отличающийся тем, что для захвата и торможения крупногабаритных объектов КМ используют крупноячеистые сети с волокнами из углеродных нанотрубок (УНТ), на которых в качестве аэродинамического тормоза размещают и закрепляют надувные баллоны из пленки с волокнами из УНТ, имеющей высокую отражающую способность, кроме того, на поверхности крупноячеистых сетей с волокнами из УНТ размещают и закрепляют развертывающие надувные элементы в виде полых многослойных гермооболочек, перед выводом КА в область орбит, предназначенных для их очистки от крупногабаритных объектов КМ, указанные сети с надувными баллонами и развертывающими надувными элементами в сдутом состоянии плотно упаковывают и в упакованном виде размещают в герметичных контейнерах на борту КА, причем каждую упакованную сеть размещают в отдельном контейнере, после вывода КА в область орбит, предназначенных для их очистки от крупногабаритных объектов КМ, с помощью оптических, и/или лазерных, и/или радиолокационных средств космических систем контроля космического пространства обнаруживают крупногабаритный объект КМ, измеряют параметры его движения относительно КА, затем измеренные относительно КА параметры движения крупногабаритного объекта КМ с космических систем контроля космического пространства по радиолинии передают на КА, далее с помощью приемников навигационной системы и бортовой вычислительной системы (БВС), расположенных на борту КА, определяют текущие координаты центра масс КА, углы текущей пространственной ориентации КА, с помощью БВС определяют положение центра масс КА относительно обнаруженного крупногабаритного объекта КМ, затем с космических систем контроля космического пространства по радиолинии передают на КА команды и/или программы на сближение КА с крупногабаритным объектом КМ, осуществляют сближение КА с крупногабаритным объектом КМ, далее БВС определяют ориентацию осей связанной системы координат КА относительно текущего положения крупногабаритного объекта КМ, с помощью системы ориентации КА осуществляют наведение продольной оси одного из герметичных контейнеров в направлении крупногабаритного объекта КМ и по команде от БВС выталкивают или отстреливают крупноячеистую сеть с волокнами из УНТ из одного из герметичных контейнеров в направлении крупногабаритного объекта КМ с относительной скоростью, обеспечивающей развертывание данной сети до момента захвата или охвата ею крупногабаритного объекта КМ, после выхода данной сети из одного из герметичных контейнеров ее развертывают в космосе и придают заданную форму за счет давления остаточного воздуха во внутренней полости развертывающих надувных элементов, затем осуществляют захват или охват крупногабаритного объекта КМ указанной крупноячеистой сетью и/или ее зацепление за выступающие элементы конструкции крупногабаритного объекта КМ, далее по сигналу от датчиков, расположенных на КА и/или на указанной сети, фиксирующих факт механической связи сети с крупногабаритным объектом КМ, или по команде с космических систем контроля космического пространства наполняют надувные баллоны газом и развертывают их в космическом пространстве, в дальнейшем осуществляют аэродинамическое торможение связки крупногабаритного объекта КМ и указанной сети с наполненными газом надувными баллонами для перехода связки на более низкую орбиту и последующий ее вход в плотные слои атмосферы.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сближение КА с крупногабаритным объектом КМ осуществляют на расстояние от нескольких десятков метров до нескольких километров.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что координаты центра масс КА и углы текущей пространственной ориентации КА определяют при помощи приемников навигационной системы GPS и/или ГЛОНАСС.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что координаты центра масс КА и углы текущей пространственной ориентации КА определяют при помощи приемников навигационной системы GALILEO и/или ГЛОНАСС.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что координаты центра масс КА и углы текущей пространственной ориентации КА определяют при помощи приемников навигационной системы GALILEO и/или GPS.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что координаты центра масс КА и углы текущей пространственной ориентации КА определяют при помощи приемников навигационной системы BeiDou и/или ГЛОНАСС.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что координаты центра масс КА и углы текущей пространственной ориентации КА определяют при помощи приемников навигационной системы BeiDou и/или GPS.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что координаты центра масс КА и углы текущей пространственной ориентации КА определяют при помощи приемников навигационной системы BeiDou и/или GALILEO.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на борту КА размещают два и более герметичных контейнера с крупноячеистой сетью с волокнами из УНТ.

10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что линейные размеры крупноячеистой сети с волокнами из УНТ рассчитывают до запуска КА, транспортирующего сеть, исходя из габаритов крупногабаритного объекта КМ, подлежащего удалению с орбиты.

11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве материала многослойных гермооболочек развертывающих надувных элементов используют пленку с волокнами из УНТ.

12. Способ по п. 1, отличающийся тем, что развертывающие надувные элементы в виде полых многослойных гермооболочек размещают и закрепляют радиально, и/или продольно, и/или по периметру крупноячеистой сети с волокнами из УНТ.

13. Способ по п. 1, отличающийся тем, что наполнение или наддув надувных баллонов осуществляют от малогабаритного картриджа с газом.

14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что малогабаритные картриджи с газом размещают на крупноячеистой сети с волокнами из УНТ.

15. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на крупноячеистой сети с волокнами из УНТ размещают два и более надувных баллона.

16. Способ по п. 15, отличающийся тем, что размеры и количество надувных баллонов рассчитывают до запуска КА, исходя из высоты орбиты и массы крупногабаритного объекта КМ.

17. Способ по п. 1, отличающийся тем, что применяют надувные баллоны, имеющие площадь миделевого сечения не менее чем на порядок больше площади миделевого сечения крупногабаритного объекта КМ.

18. Способ очистки околоземного космического пространства от крупногабаритных объектов КМ, в том числе нестабилизированных, заключающийся в том, что повторяют операции обнаружения с помощью оптических, и/или лазерных, и/или радиолокационных средств космических систем контроля космического пространства следующего крупногабаритного объекта КМ и сближение КА с обнаруженным крупногабаритным объектом КМ, осуществляют наведение продольной оси следующего герметичного контейнера в направлении обнаруженного крупногабаритного объекта КМ и по команде от БВС выталкивают или «отстреливают» крупноячеистую сеть с волокнами из УНТ из данного герметичного контейнера в направлении обнаруженного крупногабаритного объекта КМ с относительной скоростью, обеспечивающей развертывание указанной сети до момента захвата или охвата обнаруженного крупногабаритного объекта КМ, после выхода указанной сети из очередного герметичного контейнера ее развертывают в космосе и придают заданную форму за счет давления остаточного воздуха во внутренней полости развертывающих надувных элементов, затем осуществляют захват или охват указанной сетью обнаруженного крупногабаритного объекта КМ и/или зацепление данной сети за выступающие элементы обнаруженного крупногабаритного объекта КМ, далее по сигналу датчиков, расположенных на КА и/или на указанной сети, фиксирующих факт механической связи сети с крупногабаритным объектом КМ, или по команде с космических систем контроля космического пространства наполняют надувные баллоны газом и разворачивают их в космическом пространстве, в дальнейшем за счет аэродинамического торможения наполненных газом надувных баллонов осуществляют торможение связки крупногабаритного объекта КМ и указанной сети с наполненными газом надувными баллонами, в результате обеспечивают ее переход на более низкую орбиту и последующий вход связки крупногабаритного объекта КМ и указанной сети с надувными баллонами в плотные слои атмосферы, при этом указанные операции повторяют до израсходования запаса топлива или герметичных контейнеров с крупноячеистыми сетями с волокнами из УНТ на борту КА.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2023 года RU2801601C1

СПОСОБ ОЧИСТКИ ОКОЛОЗЕМНОГО КОСМИЧЕСКОГО ПРОСТРАНСТВА ОТ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ОБЪЕКТОВ КОСМИЧЕСКОГО МУСОРА 2021
  • Полуян Александр Петрович
RU2775789C1
Космический аппарат для утилизации космического мусора 2018
  • Баркова Мария Евгеньевна
RU2686415C1
НАДУВНОЕ УСТРОЙСТВО ЗАХВАТА 2009
  • Пеллегрино Паскуале
  • Небиоло Марко
  • Перино Мариа Антониетта
  • Селену Моника
  • Палмьери Паоло
RU2503593C2
US 6626077 B1, 30.09.2003
US 8496208 B1, 30.07.2013.

RU 2 801 601 C1

Авторы

Полуян Александр Петрович

Даты

2023-08-11Публикация

2022-12-29Подача