Способ стабилизации орбитальной кольцевой конструкции

 

Использование: космическая техника отдаленной перспективы - эпохи крупномасштабного освоения космического пространства, кольцевые орбитальные сооружения, опоясывающие небесные тела. Сущность изобретения: кольцевая конструкция удерживается вокруг небесного тела (например, Земли) в плоскости большого круга за счет действия на ее корпус двух систем несущих масс (НМ), встречно движущихся вдоль корпуса со скоростями, больше первой космической (для данной высоты кольца над планетой). Управление скоростями движения НМ может осуществляться электромагнитной системой, выполненной вдоль корпуса кольцевой конструкции. Стабилизирующие воздействия на участки кольца формируются как разности между гравитационными и центробежными силами, действующими на эти участки. Для этого вдоль кольца размещены запасники балласта, накапливаемого в том или ином месте за счет НМ обеих систем, тормозимых и вводимых в запасники. Наоборот, балласт может расходоваться на соответствующих участках за счет выведения НМ из запасников и их ускорения вдоль кольца в противоположных направлениях. Использование в качестве оперативно перераспределяемого вдоль кольца балласта НМ (тормозимых и ускоряемых при условии нулевого изменения количества движения всей системы НМ) позволяет уменьшить пассивную массу кольцевой конструкции и снизить возмущающие воздействия на нее. 3 ил.

Изобретение относится к космической технике, знаменующей эпоху крупномасштабного освоения космического пространства и, в частности к кольцевым орбитальным сооружениям, опоясывающим небесные тела.

Наиболее близким техническим решением из числа известных является способ стабилизации орбитальной кольцевой конструкции (ОКК), включающий сообщение первой и второй системам несущих масс движений во взаимно противоположных направлениях относительно корпуса ОКК вдоль его кольцевой оси, накопление балласта на одних участках корпуса и его расход на других участках корпуса [1].

Известная ОКК согласно [1] имеет в качестве несущих масс кольцевые маховики, в частности составленные из отдельных дискретных элементов, а в качестве балласта - специальные грузы, в частности воду. Если на некотором участке ОКК возникает отклонение ОКК от равновесного положения, то оно может быть парировано путем изменения массы балласта на этом участке, т.е. путем изменения величины гравитационных сил, действующих на данный участок.

Недостатком известного способа стабилизации ОКК является большая масса балласта, потребного для стабилизации ОКК в течение длительного времени, а также значительные возмущения, которые будут возникать при перемещении балласта с одних участков корпуса ОКК на другие.

Целью изобретения является уменьшение требуемого для стабилизации балласта и снижение возмущающих воздействий на конструкцию.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе стабилизации ОКК, включающем сообщение первой и второй системам несущих масс движений во взаимно противоположных направлениях относительно корпуса конструкции вдоль его кольцевой оси, накопление балласта на одних участках корпуса и его расход на других участках корпуса /1/, накопление балласта осуществляют за счет несущих масс при одновременном торможении части масс из первой системы несущих масс и части масс из второй, а расход балласта осуществляют одновременным ускорением части масс балласта до скорости движения первой системы и части масс балласта - до скорости движения второй системы несущих масс, причем при ускорении и торможении обеспечивают равенство изменений количеств движения масс, движущихся во взаимно противоположных направлениях.

На фиг. 1 представлен фрагмент ОКК со схемой, поясняющей процедуру реализации способа; на фиг. 2 - вариант исполнения корпуса ОКК с близкорасположенными один относительно другого каналами-направляющими для несущих масс; на фиг. 3 - вариант исполнения корпуса ОКК с разнесенными каналами-направляющими для несущих масс.

ОКК содержит кольцевой корпус 1, расположенный вокруг планеты 2 в плоскости большого круга (экватора). В корпусе 1 встречно движутся несущие массы (НМ) 3 первой системы и НМ 4 второй системы. Величина скорости V НМ превышает первую космическую для данной высоты расположения ОКК, чем создается распределенная нагрузка (центробежные силы), уравновешивающая силы притяжения ОКК к планете.

Вдоль корпуса 1 распределены запасники 5 для накопления-расхода балласта, формируемого из НМ 3 и 4, причем предусмотрены участки 6 для торможения-ускорения встречно движущихся НМ. Управление движением НМ в каналах-направляющих корпуса 1 производится распределенной вдоль них электромагнитной системой 7, например, соленоидами с обмотками, коммутируемыми по закону, вырабатываемому некоторой управляющей системой ОКК (центральным процессором и т.п.). Торможение и ускорение НМ на участках 6 также производится соответствующими элементами системы 7. Для досылки НМ из запасников 5 в каналы-направляющие и для отбора (заторможенных) НМ из каналов в запасники целесообразно вновь использовать электромагнитные средства, т.к. сами НМ являются магнитными или токопроводящими.

Участки 6 торможения-ускорения могут конструктивно быть оформлены в виде криволинейных направляющих 8 различной формы, плавно сопряженных с запасниками, которые в данном случае выполнены в виде колец 9, где циркулируют отобранные из кольцевого корпуса 1 НМ (фиг. 2). В этом варианте исполнения НМ целесообразно не затормаживать до нулевой скорости, а лишь притормаживать, исходя из оптимальной величины скорости V'<V как компромисса между потребной мощностью на торможение-ускорение НМ и прочностью колец 9.

Корпус 1 ОКК может быть выполнен из двух разнесенных частей - каналов-направляющих (фиг. 3) так, что в одной из них циркулируют НМ первой системы, а в другой - НМ второй системы. Кольцевые запасники 9 расположены между кольцами 10 и выполнены так же, как и в варианте по фиг. 2, будучи сопряжены с корпусом ОКК дугами.

С помощью описанных устройств способ согласно изобретению реализуется следующим образом.

При возникновении возмущения на некотором участке ОКК, например, отклонения от равновесного положения в сторону уменьшения высоты производится расход части балласта в виде НМ из соответствующих (одного или нескольких на данном участке) запасников, вследствие чего уменьшается сила притяжения данного участка планетой и тем самым компенсируется возмущение положения ОКК.

Обратно при увеличении высоты некоторого участка ОКК производится накопление НМ в соответствующих запасниках, сила притяжения данного участка ОКК возрастает и его подъем приостанавливается.

В равновесном положении ОКК, устойчивость которого в целом определяется законом относительного-колебательного движения НМ, т.е. законом коммутации элементов системы 7 в зависимости от текущего распределения координат и скоростей НМ вдоль кольца, имеет место равенство гравитационных и центробежных со стороны НМ сил, действующих на участки ОКК.

Управление стабилизацией ОКК, по изобретению, целесообразно осуществлять распределенной иерархической (многоуровневой) системой управления как с внешними (датчики параметров деформации ОКК), так и с внутренними (датчики вектора состояния множества НМ, средства коммутации элементов системы 7, управляющие системы ускорения-торможения НМ на участках 6, досылки НМ в запасники 5 и выдачи из запасников и т.д.) подсистемами.

При использовании вариантов ОКК с кольцевыми запасниками 9 (фиг. 2 и 3) удаляемые (расходуемые) из корпуса 1 (из запасника 9) НМ попарно и одновременно переводятся на криволинейные дуги и попадают на кольцевые тракты этих запасников (из трактов в корпус 1). Во всех вариантах как при торможении, так и при ускорении НМ поддерживают нулевым изменение количества движения всей системы НМ, например, тормозя или ускоряя попарно одинаковые НМ с равными по величине, но противоположными скоростями движения. Этим исключаются динамические возмущения паразитного свойства вдоль кольцевой оси корпуса ОКК.

Формула изобретения

СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ ОРБИТАЛЬНОЙ КОЛЬЦЕВОЙ КОНСТРУКЦИИ, включающий сообщение первой и второй системам несущих масс движений во взаимно противоположных направлениях относительно корпуса конструкции вдоль его кольцевой оси, накопление балласта на одних участках корпуса и его расход на других участках корпуса, отличающийся тем, что, с целью уменьшения требуемого для стабилизации балласта и снижения возмущающих воздействий на конструкцию, накопление балласта осуществляют за счет несущих масс при одновременном торможении части масс из первой системы несущих масс и части масс - из второй, а расход балласта осуществляют одновременным ускорением части масс балласта до скорости движения первой системы и части масс балласта - до скорости движения второй системы несущих масс, причем при ускорении и торможении обеспечивают равенство изменений количеств движения масс, движущихся во взаимно противоположных направлениях.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3