Устройство для сохранения герметичности оболочки космических аппаратов при столкновении с высокоскоростными телами

Авторы патента:

B64G1/56 - защита от метеоритов (метеоритные датчики B64G 1/68)

Владельцы патента RU 2349515:

Семенов Валерий Валентинович (RU)

Изобретение относится к средствам защиты космических аппаратов (КА) и сооружений на поверхности небесных тел, не обладающих плотной атмосферой, от возможных последствий разгерметизации данных объектов в результате их столкновения с мелкими метеоритами и другими сторонними телами. Согласно изобретению, устройство содержит не менее одного слоя элементов, приобретающих вращение при внецентренном прохождении через них метеорита или стороннего тела. Эти элементы размещены в защищаемом объеме оболочки КА и выполнены в форме цилиндра или шара. Каждый из указанных элементов помещен в жесткую оболочку, которая обеспечивает свободное вращение элемента. В зазор между оболочкой и данным элементом помещен слой смазки, застывающей при контакте с веществом указанного защищаемого объема или в результате спада давления. Технический результат изобретения состоит в создании надежного и универсального устройства, обеспечивающего сохранение герметичности оболочки КА после столкновения с мелкими метеоритами и сторонними телами. 3 ил.

Область применения

Уровень техники

Из уровня техники известны многочисленные средства и методы для защиты и автоматической герметизации оболочек КА, пробитых метеоритами или сторонними предметами: US 3439885 А, ЕР 1293429 A1, US 3666133 A, RU 2003133632 А и др.

Однако данные средства и методы недостаточно надежны и не гарантируют длительную герметизацию оболочек КА до тех пор, пока в ходе восстановительных работ не будет заделаны образовавшиеся отверстия в корпусе КА или сооружения.

Между началом разгерметизации и началом восстановительных работ может пройти значительное время, за которое КА может погибнуть или ему будет нанесен значительный ущерб, в связи с утечкой воздуха, воды или топлива. Особенно это может быть актуально для необитаемых хранилищ воды, воздуха или топлива в космосе (например, на поверхности Луны). Мелкие метеориты имеют огромную скорость (несколько км/сек или даже на порядок больше) и столкновение с ними не выдержит ни одна известная легкая броня, какой бы мощной она не была. Выведение же КА, обладающих тяжелой броней, на околоземную орбиту затруднено и дорого по причине большой массы брони.

Задачей настоящего изобретения является экстренное и надежное устранение последствий столкновения мелких метеоритов и сторонних предметов (в основном искусственного происхождения - космического мусора) с корпусом КА, без использования для этого тяжелой защиты.

Технический результат настоящего изобретения состоит в создании более надежного и универсального устройства, обеспечивающего сохранение герметичности оболочки КА после столкновения с корпусом КА мелких метеоритов и сторонних тел.

Краткое описание чертежей

На Фиг.1 показан принцип прохождения метеорита через одиночный вращающийся элемент, где 1 - вращающийся элемент (на чертеже не показана его оболочка), 2 - оболочка (вязкий материал), 3 - отверстие, создаваемое проникновением мелкого метеорита или стороннего тела, 4 - проникающий метеорит или стороннее тело, 5 - канал, пробитый метеоритом, 6 - внешние слои оболочки КА;

На Фиг.2 показан результат прохождения мелкого метеорита или стороннего тела через несколько слоев вращающихся элементов (на чертеже не показана их оболочка);

На Фиг.3 показано конструктивное устройство вращающегося элемента, где 7 - оболочка, 8 - слой смазки.

Осуществление изобретения

Заявленный технический результат достигается за счет того, что устройство для сохранения герметичности оболочки космических аппаратов при столкновении с высокоскоростными телами содержит не менее одного слоя размещенных в защищаемом объеме оболочки космического аппарата элементов, приобретающих вращение при внецентренном прохождении через них метеорита или стороннего тела и выполненных в форме цилиндра или шара, причем каждый из указанных элементов помещен в жесткую оболочку, которая обеспечивает свободное вращение элемента, а в зазор между оболочкой и данным элементом помещен слой смазки, застывающей при контакте с веществом указанного защищаемого объема или в результате спада давления. В оболочке космического аппарата (см. Фиг.2) размещают не менее одного слоя вращающихся элементов (1), выполненных в форме цилиндра или шара. Предпочтительно, чтобы диаметр элементов выбирался таким образом, чтобы был в несколько раз больше тех отверстий, что чаще всего по статистике образуются от столкновения КА с мелкими метеоритами.

Вращающийся элемент (1) может быть из любого материала, обладающего свойствами, исключающими его разламывание и растрескивание, при прохождении мелкого метеорита или стороннего тела через него.

Вращающийся элемент (см. Фиг.3) помещают в жесткую оболочку (7), которая обеспечивает свободное вращение элемента (1) в независимости от внешних сил, в том числе от сил трения других элементов и конструкций КА. Оболочка (7) также должна обладать свойствами выдерживать прохождение мелкого метеорита или стороннего тела и не приводить к заклиниванию вращающегося элемента.

Между оболочкой (7) и вращающимся элементом (1) может быть размещен слой смазки (8) (см. Фиг.3).

Укладка вращающихся элементов должна обеспечивать прохождение метеорита или стороннего тела как минимум через два вращающихся элемента при любой траектории движения метеорита.

Наиболее опасной будет траектория входа метеорита по нормали к оболочке.

Вращающиеся элементы в слое могут быть различных размеров (диаметров).

Размещение вращающихся элементов не должно приводить к снижению прочностных свойств оболочки.

Принцип работы устройства

После пробивания мелкого метеорита или стороннего тела (4) внешней оболочки (6) КА (см. Фиг.1(а, б). Фиг.2(а, б)), далее он(о) проходит через вращающийся элемент (1), из-за давления, оказываемого метеоритом (сторонним телом) на поверхность элемента (1), последний приобретает вращательное движение вокруг своего центра тяжести.

Вращательное движение не возникнет, только если траектория центра метеорита пройдет через центр тяжести вращающегося элемента шара (для цилиндра через ось).

Само по себе это событие имеет низкую вероятность, а при нескольких слоях вращающихся элементов вероятность прохождения центра метеорита через центры тяжести всех элементов равна нулю.

После прохождения метеорита или стороннего тела (4) (см. Фиг.1(б), Фиг.2(б, в)) вращающийся элемент (1) продолжит вращательное движение по инерции, закрывая зону (5) канала (зону) пробитого отверстия (3).

При прохождении мелкого метеорита или стороннего тела (4) через несколько элементов каждый из них также перекроет канал отверстия (3).

После прохождения мелкого метеорита или стороннего тела (4) элементы (1) перекрывают канал (3), пробитый ими, и препятствуют разгерметизации КА.

Дополнительным фактором, увеличивающим надежность защиты, может стать застывание смазки между вращающимся элементом и его оболочкой под воздействием резкого изменения давления или контакта с защищаемым веществом, что приведет к фиксации вращающегося элемента после его поворота и исключению разгерметизации через зазор между вращающимся элементом и его оболочкой.

Канал перекрывается практически мгновенно после прохождения метеорита через оболочку КА, что исключает утечку вещества из защищаемого объема.

У экипажа появляется время для ликвидации последствий столкновения с метеоритом.

Устройство для сохранения герметичности оболочки космических аппаратов при столкновении с высокоскоростными телами, содержащее не менее одного слоя размещенных в защищаемом объеме оболочки космического аппарата элементов, приобретающих вращение при внецентренном прохождении через них метеорита или стороннего тела и выполненных в форме цилиндра или шара, причем каждый из указанных элементов помещен в жесткую оболочку, которая обеспечивает свободное вращение элемента, а в зазор между оболочкой и данным элементом помещен слой смазки, застывающей при контакте с веществом указанного защищаемого объема или в результате спада давления.

Изобретение относится к системам защиты космического аппарата от орбитальных осколков. .

Активное теплозащитное покрытие корпуса летательного аппарата для защиты от воздействия объемных источников тепла и высокоскоростных кинетических ударников // 2310588

Изобретение относится к области баллистики, в частности к способам обеспечения высокоэффективной защиты элементов конструкций ракетно-космической техники от воздействия высокоинтенсивных объемных источников тепла и высокоскоростных кинетических ударников с помощью специального покрытия.

Устройство для защиты космических аппаратов и станций от высокоскоростного ударного воздействия частиц космической среды // 2299839

Изобретение относится к устройствам для защиты космических аппаратов от повреждения частицами космической среды. .

Устройство для защиты космических аппаратов и станций от высокоскоростного ударного воздействия частиц космической среды // 2299838

Способ защиты космических объектов // 2294866

Изобретение относится к методам и средствам защиты космических летательных аппаратов от средств нападения, преимущественно перед входом в верхние слои атмосферы. .

Применение водяного льда в качестве защитного покрытия космических объектов от механических повреждений на орбите // 2265562

Изобретение относится к ракетно-космической технике и касается технологии защиты космических аппаратов от повреждений микрометеоритами, в том числе маломасштабными фрагментами космического мусора.

Защитное покрытие космического аппарата от механических воздействий, способ создания защитного покрытия космического аппарата от механических воздействий и устройство для создания такого покрытия в космосе // 2258641

Изобретение относится к средствам и методам защиты космических аппаратов преимущественно от микрометеоритных и техногенных частиц при долговременных орбитальных полетах.

Способ защиты космического аппарата и устройство для его осуществления // 2209161

Изобретение относится к области космической техники и, в частности, к средствам и методам обеспечения безопасности полетов КА. .

Способ разрушения фрагментов космического мусора // 2204508

Изобретение относится к космическим средствам защиты от метеоритов и может быть использовано для очистки околоземного космического пространства от техногенного загрязнения.

Способ увеличения сроков активного существования космических аппаратов // 2166464

Изобретение относится к исследованиям и освоению космического пространства и может быть использовано в космических объектах различного назначения. .

Способ защиты космических аппаратов // 2374150

Изобретение относится к методам и средствам защиты космических аппаратов (КА) от столкновения с объектами естественного и искусственного происхождения различной массы и степени дисперсности

Ракета // 2437807

Изобретение относится к космонавтике

Экран для защиты космического аппарата от высокоскоростного ударного воздействия метеороидов // 2457160

Изобретение относится к космической технике, а именно к экранам для защиты космического аппарата от высокоскоростного ударного воздействия метеороидов

Способ разрушения фрагментов космического мусора // 2462401

Изобретение относится к космическим средствам защиты от космического мусора, например метеоритов, ядер комет и астероидов, и может быть использовано для предотвращения столкновения крупных фрагментов космического мусора с Землей

Способ разрушения фрагментов космического мусора // 2474516

Изобретение относится к области защиты космических объектов от космического мусора, метеоритов и других опасных объектов, а также для очистки околоземного космического пространства от прекративших активное существование ИСЗ, их обломков и отходов жизнедеятельности человека

Способ сохранения герметичности космического аппарата при столкновении с высокоскоростными телами и устройство для его реализации (варианты) // 2479470

Изобретение относится к области ракетно-космической техники и может быть использовано для обеспечения безопасности и надежности космических аппаратов при воздействии на них высокоскоростных микрочастиц естественного или искусственного происхождения

Устройство для защиты космического аппарата от метеорных частиц // 2481256

Изобретение относится к защите космических аппаратов (КА) от внешних потоков высокоскоростных частиц

Способ для очистки от космического мусора // 2524325

Изобретение относится к космонавтике и может быть использовано для очистки космического пространства от космического мусора (КМ). На геоцентрической орбите размещают пространственную область, обладающую большей силой сопротивления (трения, электромагнитная) и плотности, чем сила сопротивления и плотность атмосферы на данной орбите, и сформированную периферийной поверхностью трубчатого тела. Частицы КМ проходят сквозь трубчатое тело через открытые торцы. Трубчатое тело имеет отношение площади к массе, необходимое для схода с заданной орбиты. Изобретение позволяет удалять КМ без разрушения. 3 з.п. ф-лы, 11 ил.

Способ защиты космических аппаратов // 2532003

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано для космических аппаратов (КА). Отстреливают кассету с устройством формирования защитного экрана вдоль линии визирования в сторону потенциально опасного управляемого объекта, формируют с заданными интервалом времени, циклограммой функционирования и массогабаритными параметрами в виде колокола с основанием на безопасном расстоянии от КА экран в виде объемно-распределенного образования инжекцией микродисперсных углеродосодержащих частиц. Изобретение позволяет повысить защиту КА от управляемых объектов. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ газодинамического воздействия на опасное космическое тело и устройство для его реализации // 2546025

Изобретение относится к космонавтике и может быть использовано для защиты Земли от опасных космических объектов (КО). Устройство космического аппарата (КА) с зарядом взрывчатого вещества для газодинамического воздействия на опасный КО содержит основной заряд взрывчатого вещества (ВВ), отсек с выпускаемыми блоками с дополнительным зарядом ВВ, систему управления, систему самонаведения, блоки движения и ориентации, систему детонации основного заряда ВВ, блок синхронизации времени, приемо-передающую аппаратуру связи с блоками с дополнительным зарядом ВВ и программой выпуска и построения блоков с дополнительными зарядами ВВ в формацию вокруг КА. Блоки с дополнительным зарядом ВВ содержат систему управления с программой с относительными координатами блока с дополнительным зарядом ВВ в формации и временем детонации дополнительного заряда ВВ относительно момента детонации основного заряда ВВ. Доставляют к КО КА с выпускаемыми и позиционируемыми в космическом пространстве блоками с зарядами ВВ, с КА с основным зарядом ВВ перед подходом к опасному КО выпускают блоки с дополнительным зарядом ВВ, позиционируют блоки в космическом пространстве в виде заданной пространственной формации, производят согласованную детонацию основного заряда ВВ КА и дополнительных зарядов ВВ блоков, формируют в облаке взрыва основного заряда ВВ высокотемпературную кумулятивную струю, направленную на опасный КО. Изобретение позволяет повысить безопасность Земли от опасных КО. 2 н.п. ф-лы, 14 ил.