Каталитически разлагающийся конструктивный вспененный материал для полезного груза
Изобретение относится в основном к подъему полезных грузов на орбиту, конкретнее к использованию разлагающегося конструктивного вспененного материала для поддержания полезных грузов. Полезный груз (30, 116) для запуска в космическое пространство при помощи транспортного средства (20, 22) помещен внутрь транспортного средства. Полезный груз частично окружен вспененным материалом (40), разлагающимся в космосе при воздействии высокоэнергетического электромагнитного излучения, которое имеет длину волны, меньшую чем 10-7 метров. Разложение происходит за секунды сублимацией на побочные продукты реакции. Транспортное средство (20, 22) для запуска указанного полезного груза (30, 116) в космическое пространство защищает помещенный в него полезный груз от воздействия пусковых сил с помощью указанного разлагающегося вспененного материала (40). Способ защиты полезного груза (30, 116) во время запуска в космическое пространство включает частичное окружение полезного груза вспененным материалом (40) и разложение вспененного материала, когда полезный груз оказывается в космическом пространстве. Достигается увеличение массы полезной нагрузки и уменьшение космического мусора при запуске. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 4 ил.
Область техники
Настоящее изобретение относится в основном к подъему полезных грузов на орбиту, конкретнее к использованию разлагающегося конструктивного вспененного материала для поддержания полезных грузов.
Уровень техники
Космические полеты и конструкции средств технического обеспечения требуют поиска компромисса между противоречивыми требованиями. При размещении космического оборудования на орбите требуется экстремальное количество силы и энергии для преодоления гравитационного притяжения Земли. В действительности данные высокие силы и энергии снижаются по направлению к полезному грузу. На орбите вакуум космического пространства является относительно слабой, с точки зрения механических воздействий на конструкцию, внешней средой. Следовательно, космическое оборудование спроектировано так, чтобы обладать значительной прочностью для того, чтобы выдержать условия подъема, и которая на орбите является излишней. Данные «избыточные требования» приводят к космическому оборудованию, которое является конструктивно прочным и тяжелым.
Кроме того, в попытках сэкономить на числе орбитальных запусков и тем самым уменьшить затраты на полет конструкторы часто проектируют полезные грузы ракет-носителей так, чтобы за один раз доставлять несколько спутников. С этой целью проектируют конструктивные элементы, например «платформы спутников» или «деревья», служащие для прикрепления спутников, когда они находятся в виде поднимаемого груза. Вследствие жестких условий подъема данные «платформы спутников» являются прочными и тяжелыми, выполняя весьма ограниченную и ключевую задачу перед тем, как они будут сброшены и разрушены в атмосфере. Следующей проблемой является количество оборудования, оставляемого в виде космического мусора, к которому приводят данные традиционные решения.
В настоящее время полезные грузы для космических применений проектируют, учитывая следующие принципы: полезные грузы для применений в космическом пространстве должны выдерживать условия подъема, обычно с перегрузкой, превышающей 10 g по оси при 10 Гц, постоянные и наблюдающиеся одновременно с повышенными температурами. Конструкции, поддерживающие полезные грузы, должны быть спроектированы так, чтобы выдерживать температуру и экстремальные химические воздействия космического пространства. Конструкции, поддерживающие полезные грузы, должны быть спроектированы таким образом, чтобы не препятствовать функциональному оборудованию на спутнике или платформе спутников (где термин «платформа спутников» использован для описания конструкции полезного груза, которая несет несколько спутников или компонентов спутников на орбиту). Получающиеся в результате большие и геометрически неэффективные конструкции выглядят в космическом пространстве как чрезмерно массивные элементы, обеспечивая в механически благоприятной среде космического пространства незначительную пользу или даже не обеспечивая ее. Кроме того, такие конструкции являются громоздкими и дорогими, ведущими к двум имеющим историческое значение проблемам. Во-первых, масса определяет стоимость орбитальных запусков; следовательно, большая масса требует больших затрат. Во-вторых, космические компоненты имеют ограниченный срок службы, и когда данные компоненты становятся уже непригодными, то это приводит к загромождению космического пространства. В последние двадцать лет ученые исследуют эффекты космического мусора, являющегося результатом старых спутников, и утверждают, что данный мусор представляет собой серьезную угрозу возможности запускать новое оборудование на желаемые орбиты.
В настоящее время производство сублимирующихся вспененных материалов ограничивается разлагающимися упаковочными материалами, применяемыми для защиты полезных грузов, используемых на Земле, от воздействия физических условий транспортировки. В последнее время было показано, что под воздействиями окружающей среды органические вспененные материалы, такие как полистирол, разлагаются не только в атмосфере, но также под водой и под слоем почвы, где имеется ограниченное число доступных молекул кислорода. По этой причине в последнее время предприняты попытки нанесения на упаковочные материалы покрытия окислителей, которым требуется весьма малое количество света или тепла для высвобождения и агрессивного воздействия на вспененный материал.
Таким образом, необходимо решение, которое защищает полезные грузы, например космическое оборудование, при запуске, но является устранимым после того, как полезный груз оказывается в космическом пространстве.
Раскрытие сущности изобретения
В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения разлагающийся вспененный материал используют для защиты полезных грузов во время запуска. Оказавшись в космическом пространстве, разлагающийся вспененный материал, который, по крайней мере, частично окружает полезный груз, разлагается под воздействием высокоэнергетического электромагнитного излучения.
Далее, в соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предоставлен полезный груз для запуска в космическое пространство с помощью транспортного средства, причем полезный груз помещен внутрь транспортного средства и, по крайней мере, частично окружен разлагающимся вспененным материалом.
Более того, в соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предоставлено транспортное средство для запуска полезного груза в космическое пространство, где полезный груз в пределах транспортного средства защищен от воздействия сил при запуске с помощью разлагающегося вспененного материала, который, по крайней мере, частично окружает полезный груз.
Далее, в соответствии со следующим аспектом настоящего изобретения предоставлен способ защиты полезных грузов во время запуска в космическое пространство. Способ включает:
по крайней мере, частичное окружение полезного груза разлагающимся вспененным материалом и
разложение вспененного материала, когда полезный груз оказывается в космическом пространстве, под воздействием высокоэнергетического электромагнитного излучения.
Краткое описание чертежей
На Фиг.1 представлено изображение в перспективе запускаемой в космическое пространство конструкции полезного груза по известному уровню техники;
На Фиг.2 представлен схематический чертеж запускаемого в космическое пространство полезного груза в виде платформы спутников с множеством спутников, помещенных в обычное запускаемое транспортное средство;
На Фиг.3 представлено изображение в перспективе осуществления запускаемой в космическое пространство конструкции полезного груза, используемой при практической реализации настоящего изобретения;
На Фиг.4A-4D изображена структура легкой платформы в соответствии с осуществлением настоящего изобретения (Фиг.4A), расположение спутников (Фиг.4B), сублимирующийся конструктивный вспененный материал (Фиг.4C) и объединенная компоновка трех компонентов (Фиг.4D).
Наилучшие варианты осуществления изобретения
В соответствии с настоящим изобретением сублимирующийся при каталитическом воздействии ультрафиолета (УФ) вспененный материал, инкапсулирующий полезный груз, который следует поднять в космическое пространство, обеспечивает ультралегковесный, адаптируемый вариант, способствующий сохранению значительно более легких, имеющих меньший размер спутников и космического оборудования в условиях подъема. Разлагающийся вспененный материал используют для помещения в него множества спутников, являющихся полезным грузом ракеты-носителя вместо традиционного тяжелого и конструктивно сложного каркаса. Разлагающийся при каталитическом воздействии УФ вспененный материал значительно уменьшает массу и упрощает конструкцию всего космического оборудования. Данная система компоновки особенно полезна там, где для совокупной системы необходимо несколько или даже сотни спутников, тем самым принося значительную пользу всем технологиям, используемым в космическом пространстве, начиная от телекоммуникационной индустрии и кончая оборонными (DOD) применениями. Кроме экономии массы и затрат многочисленные преимущества данного вспененного материала заключаются в том, что он адаптируем к форме любого полезного груза, поскольку он может быть инжектирован, распылен, сформован, отлит, легко нарезан или изготовлен для поддержания любой требуемой геометрической конфигурации.
Органический вспененный материал, который нанесен для уменьшения и ослабления специфических частот окружающей среды, может быть применен для того, чтобы с успехом удерживать поднимаемое на орбиту космическое оборудование. Далее, в разлагающийся вспененный материал может быть внедрена структурная среда (например, стекло, металлические чешуйки, волокна, пластмассы, каучук и так далее) для адаптации вспененного материала к условиям окружающей среды, воздействию которых он будет подвержен.
Оказавшись на орбите, покрытие полезного груза вскрывается, подвергая, таким образом, конструктивный вспененный материал полезного груза интенсивному воздействию высокой энергии, например УФ, окружающей среды космического пространства. Данная энергия УФ способствует разложению вспененного материала, тем самым открывая значительно более легкое оборудование, приспособленное к вакууму космического пространства. Вспененный материал может быть разработан для того, чтобы развивать естественные тенденции к протеканию фотоинициируемых реакций, которые происходят с наибольшим испарением при коротковолновом УФ излучении (<290 нм), легко доступном в космическом пространстве и естественным образом фильтруемом озоном. Данная естественная характеристика привносит дополнительную пользу, так как материал стабилен при производстве и обработке на Земле, тогда как под воздействием УФ окружающей среды космического пространства он сублимируется или разлагается.
Как описано в настоящей заявке, вспененный материал способен к разложению под действием высокоэнергетического электромагнитного излучения, предпочтительно УФ излучения, типично с длиной волны менее чем примерно 1000 нм (1 мкм или 10-6 метров) и предпочтительно - с длиной волны менее чем примерно 100 нм (10-7 метров). В предпочтительном осуществлении высокая энергия включает коротковолновое УФ излучение с длиной волны менее чем 290 нм. Несмотря на то, что в описании применяется термин УФ излучение, специалистам в данной области техники будет понятно, что для разложения вспененного материала также могут быть задействованы высокие энергии, включая названные, но не ограничиваясь ими: рентгеновские лучи, гамма-лучи и космические лучи.
Для выбора доступно несколько материалов, которые могут служить для разработки конструктивных вспененных материалов, сублимирующихся при каталитическом воздействии УФ. В настоящее время промышленность использует короткоцепочечные (пластмассы) и длинноцепочечные (каучуки) полимеры, винилхлориды и поликарбонаты в качестве реакционно-способных основ под воздействием УФ. Уникальные свойства данных материалов, такие как прочность, жесткость и стойкость к разрыву, являются следствием очень высокой молекулярной массы молекул, которые сцеплены вместе химическими (ковалентными) связями между атомами. Полиэтилен обычной пленки имеет молекулярную массу примерно 300000. В качестве примера, диоксид углерода и вода имеют молекулярные массы, равные соответственно 44 и 18. По определению разложение полимера, такого как полиэтилен, происходит в результате разрыва углеродных связей в каждой молекуле, что сопровождается уменьшением молекулярной массы и потерей механических свойств, таких как сопротивление растяжению, жесткость и выраженное в процентах относительное удлинение при разрыве. Соответственно продукты, содержащие способные к разложению добавки, проявляют, таким образом, существенное уменьшение молекулярной массы от одной четверти миллиона до средней величины, составляющей менее чем 4000, приводящее к быстрому разрушению материала. Результатом данного молекулярного разрушения, исходя из соблюдения закона сохранения массы и энергии, является экзотермическая реакция. Примеры подходящих органических вспененных основ включают названные, но не ограничиваются ими: газонаполненные или экструдированные полистиролы, полиэтилены, полипропилены, сополимеры пропилена и полиуретаны.
Ряд факторов, таких как ультрафиолетовое излучение, тепло, кислород и воздействие механических напряжений (таких как растягивание и разрыв), может инициировать разложение разлагающейся полиэтиленовой упаковки. Как только разложение инициировано, оно должно продолжаться. Обычно для каталитического превращения необходим кислород; однако в последнее время ученые заменили атмосферу пероксидами, введенными в вещество вспененного материала для ускорения протекания не зависящего от атмосферы процесса. Конечным результатом разложения является высвобождение спиртов, диоксида углерода и воды (образующиеся по завершении реакции продукты). Продукты, остающиеся по завершении реакции вспененного материала, гарантируют, что на космическом оборудовании не осталось бы опасных пленок или отходов.
Простой пример такой реакции может быть изображен на примере формирования озона. Озон является превосходным окислителем и будет агрессивно воздействовать на органические вспененные материалы. Озон может образовываться, когда смесь O2 и NO2 подвергается воздействию яркого света
.
В данном процессе в качестве промежуточного продукта образуется отдельный атом кислорода (O•), который является чрезвычайно реакционноспособным и легко присоединяется к любой поглощающей молекуле. В атмосфере он присоединяется к легкодоступному O2, образуя, таким образом, озон O3. Это - один простой пример инициируемой светом химической реакции. В равной степени простой и непосредственно применимой является инициируемая УФ излучением реакция молекул озона и диоксида углерода, распадающихся под действием длин волн, соответствующих низким частотам. Данное фундаментальное химическое правило является ключом к высвобождению молекул кислорода, которые будут воздействовать и разрушать вспененный материал. В одном осуществлении вспененный материал содержит внедренный окислитель или инициатор свободных радикалов, которому была бы сообщена энергия путем воздействия УФ излучения низкой длины волны (менее 290 нм). Как только энергия УФ излучения высвободила окислитель в форме свободного радикала, отсутствие O2 или других поглотителей в космическом пространстве гарантирует, что свободные радикалы продолжат воздействовать только на доступную поглощающую молекулу, то есть на вспененный материал.
Два химических реагента и их обычные соединения подходят в качестве легкодоступных окислителей, которые могут быть эффективно высвобождены под действием УФ света с целью разрыва органического вспененного материала; это - кислород и фтор. Примеры образующихся в итоге химических соединений, то есть инициаторов свободных радикалов, которые могут быть использованы для разложения вспененного материала, включают указанные соединения, но не ограничены ими: оксид алюминия, пероксид водорода, триоксид серы, фторид серы, закись азота, бензилдиметилкеталь, триметилбензофенон, α-гидроксикетон, бензофенон, бензоилпероксид, ди-изо-пропилпероксидикарбонат, ди-втор-бутилпероксидикарбонат, трет-бутилпероксипивалат, каприлилпероксид, лауроилпероксид, ацетилпероксид, трет-бутилпероксиизобутират, п-хлорбензоилпероксид, гидроксигептилпероксид, ди-трет-бутилдиперфталат, трет-бутилперацетат, т-бутилперокси-изо-пропилкарбонат, трет-бутилпербензоат, дикумилпероксид, трет-бутилгидропероксид, метилэтилкетонпероксид, ди-трет-бутилпероксид, п-ментангидропероксид, пинангидропероксид, кумолгидропероксид, 2,5-диметил-2,5-дигидропероксид, трет-бутилгидропероксид-90, персульфат аммония, персульфат калия, азо-соединения, такие как 2,2'-азобисизобутиронитрил, 4,4'-азобис(циклогексанкарбонитрил), 4,4'-азобис(4-циано-валерьяновая кислота) и 2,2'-азобис(2-метилпропан), TRIGONOX 21 (трет-бутилперокси-2-этилгексаноат, доступный от Akzo & Nobel) и PERKADOX 16 (ди(трет-бутилциклогексил)пероксидикарбонат, доступный от Akzo & Nobel), и органические пероксиды, такие как дикумилпероксид, диоктаноилпероксид, димиристилпероксид, дилауроилпероксид, 1,1-ди(трет-бутилпероксициклогексан), трет-бутилпероксидиэтилацетат и кумилгидропероксид. Наиболее предпочтительными для обеспечения высвобождения инициаторов свободных радикалов являются бензоилпероксиды.
Органический вспененный материал нанесен для уменьшения и ослабления специфических частот окружающей среды, чтобы с успехом поддержать поднимаемое на орбиту космическое оборудование. Оказавшись на орбите, покрытие полезного груза вскрывается, подвергая, таким образом, вспененный материал интенсивному воздействию УФ окружающей среды космического пространства. Данная энергия УФ катализирует разложение вспененного материала, тем самым открывая значительно более легкое оборудование, оптимизированное к вакууму космического пространства. Как упомянуто ранее, гамма-лучи, рентгеновские лучи и космические лучи также могут быть задействованы для катализа разложения вспененного материала.
Разлагающийся при каталитическом воздействии ультрафиолета (УФ) вспененный материал, инкапсулирующий полезный груз, который необходимо поднять в космическое пространство, обеспечивает ультралегковесный, адаптируемый способ, способствующий сохранению значительно более легких, имеющих меньший размер спутников и космического оборудования в условиях подъема. Разлагающийся вспененный материал мог бы быть использован для помещения в него множества спутников полезного груза ракеты-носителя вместо традиционного тяжелого и сложного конструктивного каркаса. Разлагающийся при каталитическом воздействии УФ вспененный материал значительно уменьшает массу и упрощает структуру всего космического оборудования. Данная система компоновки особенно полезна там, где для совокупной системы необходимо несколько или даже сотни спутников, тем самым принося значительную пользу всем технологиям, используемым в космическом пространстве, начиная от телекоммуникационной индустрии и кончая оборонными (DOD) применениями. Кроме экономии массы и затрат многочисленные преимущества данного вспененного материала заключаются в том, что он адаптируем к форме любого полезного груза, поскольку он может быть инжектирован, распылен, сформован, отлит, легко нарезан или изготовлен для поддержания любой требуемой геометрической конфигурации.
Ряд других областей применения включает использование разлагающегося вспененного материала. Например, космические агентства направляют полезные грузы в космическое пространство и маневрируют ими с помощью газовых двигателей малой тяги. Данные двигатели малой тяги требуют больших резервуаров, которые необходимо изолировать от воздействия условий подъема во время их доставки на орбиту. Вспененный материал представляет собой прекрасный изолятор. В настоящее время такие резервуары изолируют вспененным и пробковым материалом. Ученые давно желают использовать пустые резервуары в качестве модулей космической станции. Однако необходимая для защиты резервуаров изоляция вспененным материалом препятствует свободному использованию данных резервуаров как модулей. Сублимирующаяся/разлагающаяся при каталитическом воздействии УФ изолирующая среда (вспененный материал) полезного груза для базирующихся в космосе компонентов, как описано, представляла бы собой превосходное решение данной проблемы. Оказавшись в космическом пространстве, вспененный материал разлагался бы, высвобождая полезный модуль.
Альтернативно, ученые давно желают направить поднимающее оборудование (по завершении его миссии) назад через атмосферу Земли, чтобы тем самым вызвать его сгорание и самодеструкцию. Поскольку система тепловой защиты (TPS) по известному уровню техники на основе коркового и вспененного материалов разработана для защиты компонентов ракеты-носителя при движении по траектории подъема, то она продолжает функционировать и при спуске, препятствуя, таким образом, осуществлению данного удобного способа утилизации. Результатом является избыточный космический мусор. TPS на основе разлагающегося вспененного материала защитила бы компоненты ракеты-носителя при движении по траектории подъема вплоть до ближайшей точки апогея, где она подвергается воздействию коротковолновой световой энергии космического пространства. В данной точке катализируемое превращение удаляло бы TPS, высвобождая тем самым обнаженное оборудование и облегчая, таким образом, надежное удаление способом «pitch and ditch» (полет без возвращения назад) использованного полетного оборудования.
На фиг.1 проиллюстрирован пример современной конструкции запускаемого в космическое пространство полезного груза. Здесь конструкция 10 полезного груза включает трубчатый каркас 12 и множество консольных суппортов 14. Трубчатый каркас 12 является тяжелым и обеспечивает поддержку латеральным нагрузкам, которые обусловлены присутствием множества спутников (как видно из фиг.2). Консольные суппорты также являются тяжелыми, поскольку они должны поддерживать массу множества спутников во время отрыва от земли. Масса конструкции 10 полезного груза составляет порядка 10000 фунтов.
Конструкция 10 полезного груза в ходе ее использования показана на фиг.2, где изображена платформа 16 спутников, поддерживающая многочисленные спутники 18. Грейферный кожух 20 окружает платформу спутников в течение запуска и открывается, когда необходимо осуществить ввод в действие спутников 18. Платформа 16 спутников приводится в движение ускорительной ракетой 22 с целью достижения желаемой орбиты, где вводят в действие спутники 18.
В соответствии с принципами настоящего изобретения предоставлена конструкция 30 полезного груза, которая показана на фиг.3. Конструкция 30 полезного груза включает мачту 32, поддерживаемую базой 34. Мачта 32 включает множество пусковых механизмов 36.
Мачта 32 не служит каркасом 12 и ни коим образом не является такой же тяжелой. База 34 может быть цельной или, с целью дополнительного уменьшения массы, перфорированной, как проиллюстрировано. Пусковые механизмы 36 обеспечивают соединение со спутниками 18, находящимися в поддерживаемом состоянии, но высвобождают спутники при подаче сигнала пунктом управления (не показано). Масса конструкции 30 составляет порядка 1000 фунтов или порядка величины, меньшей, чем масса конструкции 10 по известному уровню техники.
Фиг.4A-4D иллюстрируют последовательность сборки конструкции 30 в виде платформы, спутников 18 и конструктивного вспененного материала 40. Легкая конструкция 30 в виде платформы, показанная на фиг.4A, представляет собой такую же структуру, которая изображена на фиг.3, за исключением того, что показана альтернативная, неперфорированная, база 34. На фиг.4B представлено множество спутников 18, закрепленных на конструкции 30 платформы, образующих модифицированную платформу 116 спутников. Разлагающийся вспененный материал 40 полезного груза показан в перспективе на фиг.4C. Смонтированный агрегат (структура 30 платформы, комплект 116 спутников и вспененный материал 40) показан на фиг.4D.
Видно, что конструкция из вспененного материала 40, показанная на фиг.4C, имеет базовый суппорт 42, множество латеральных суппортов 44 и верхний фланец 46. Базовый суппорт 42 обеспечивает опору в основании каждой группы 18a, 18b спутников, как показано на фиг.4D, где применены две конструкции 40a, 40b из вспененного материала, одна для каждой группы спутников. Множество латеральных суппортов 44, которые прикреплены к внутреннему суппорту 46, обеспечивают латеральную опору. Конструкции 40a, 40b из вспененного материала, по крайней мере, частично окружают или заключают в себя полезный груз. Далее, для смягчения сдвиговых нагрузок при полете с ракетным ускорителем совместно с разлагающимся вспененным материалом могут быть использованы легковесные раскладываемые периферийные крепительные планки или ремни (не показаны), а также другие классические механические механизмы, известные специалистам в данной области техники.
Преимущества использования сублимирующегося конструктивного вспененного материала для полезного груза при применениях в космическом пространстве включают:
Масса. Современные материалы конструкции для спутников и космических полезных грузов в 20 или 30 раз тяжелее, чем органические пенопласты. Масса прямо пропорциональна стоимости доста
вки оборудования на орбиту. В настоящее время стоимость размещения оборудования на низкой околоземной орбите (LEO) составляет приблизительно 100000 долларов США за фунт. Рассчитано, что использование разлагающегося вспененного материала конструкции полезного груза по настоящему изобретению, несомненно, могло бы дать экономию в 200 фунтов полезного груза на орбитальный подъем, влекущую за собой выгодную экономию 20000000 долларов США на запуск.
Геометрия. Поскольку конструкции космических полезных грузов существующего уровня техники остаются на спутнике на всем протяжении его функционирования, они разработаны так, чтобы не препятствовать функциональным компонентам на спутнике. Функциональные компоненты вынуждены свисать с консольных конструктивных элементов, что приводит к неэффективной конструктивной геометрии и, следовательно, к дополнительному увеличению массы. При использовании разлагающегося вспененного материала по настоящему изобретению вспененный материал исчезает в космическом пространстве и, следовательно, может быть сконструирован для того, чтобы непосредственно поддерживать функциональное оборудование, оптимизируя тем самым требуемый материал.
Космический мусор. Очевидно, что чем меньше космического мусора, тем лучше. Продуктами УФ катализируемой реакции являются вода, диоксид углерода и спирты. Поскольку количество материалов, таких как алюминий и жесткие полимеры, уменьшено в значительной степени, то также уменьшается и итоговое количество космического мусора, когда спутник устаревает и уже не функционирует.
Оборудование. Использование сублимирующегося вспененного материала не ограничивается замещением конструктивных элементов, поддерживающих спутник как целое. Данный вспененный материал может быть нанесен на платформу, используемую для транспортировки множества спутников на орбиту за один подъем. Он также может быть использован на уровне компонента, таком как опора панелей солнечной батареи. Использование сублимирующегося вспененного материала выходит за пределы всех базирующихся в космосе продуктов просто в зависимости от природы решаемой им проблемы.
Связанные с использованием в космическом пространстве компоненты в условиях подъема подвергаются жестким механическим воздействиям. Находясь в космическом пространстве, компоненты, по существу, не подвергаются механическим воздействиям. Вследствие данных фактов конструкторы вынуждены разрабатывать оборудование для наихудшей среды. Разлагающийся материал полезных грузов по настоящему изобретению служит для упаковки оборудования только с целью защиты от воздействия условий подъема, и при этом увеличение массы составляет 1/20 от величины увеличения массы в подходе по известному уровню техники.
Здесь раскрыты органические вспененные материалы. Однако в качестве альтернативы могут быть использованы неорганические вспененные материалы или же могут быть использованы неорганические вспененные материалы в виде легированного сочетания с органическим материалом для того, чтобы модифицировать/контролировать/повысить скорость разложения и прочность вспененного композита.
Пример
Экструдированный блок из полистирола помещали в имеющую окно защитную камеру с контролируемой атмосферой и контролируемым воздействием света. Камеру заполняли аргоном для удаления земной атмосферы. Полистирол инжектировали с оксидом, таким как пероксид водорода, оксид алюминия или триоксид серы. Контролировали стабильность материала. Для симуляции космического пространства создавали вакуум. Снова контролировали стабильность материала. Окно камеры подвергали воздействию высокочастотного УФ света (ртутная лампа, симулирующая УФ низкой длины волны). Снова контролировали стабильность материала. Окно камеры подвергали воздействию низкочастотного УФ света. Наблюдали сублимацию вспененного материала.
Вышеописанный эксперимент проводили в отсутствии вакуума. Использовали баню с пероксидом водорода. Использовали ртутную лампу. Материал разлагался в течение нескольких секунд под воздействием ртутного источника света.
Промышленное применение
Предполагается, что использование разлагающегося вспененного материала найдет применение для защиты полезных грузов во время запуска.
1. Полезный груз (30, 116) для запуска в космическое пространство при помощи транспортного средства (20, 22), причем упомянутый полезный груз помещен внутрь упомянутого транспортного средства, отличающийся тем, что упомянутый полезный груз, по крайней мере, частично окружен вспененным материалом (40), разлагающимся в космосе при воздействии высокоэнергетического электромагнитного излучения, которое имеет длину волны, меньшую, чем примерно
10-7 м, при этом разложение происходит за секунды сублимацией на побочные продукты реакции, содержащие спирты, диоксид углеводорода и воду.
2. Полезный груз (30, 116) по п.1, в котором указанное высокоэнергетическое электромагнитное излучение представляет собой ультрафиолетовое излучение.
3. Полезный груз (30, 116) по п.1, в котором указанный разлагающийся вспененный материал (40) включает полимер, выбираемый из группы, состоящей из вспененных полистиролов, экструдированных полистиролов, полиэтиленов, полипропиленов, сополимеров пропилена и полиуретанов.
4. Полезный груз (30, 116) по п.1, в котором указанный разлагающийся вспененный материал (40) включает инициатор свободных радикалов.
5. Полезный груз (30, 116) по п.4, в котором указанный инициатор свободных радикалов присутствует в количестве, достаточном для того, чтобы инициировать разложение указанного разлагающегося вспененного материала (40) при воздействии указанного высокоэнергетического излучения.
6. Полезный груз (30, 116) по п.1, в котором конструктивная среда внедрена внутрь указанного разлагающегося вспененного материала (40).
7. Полезный груз (30, 116) по п.1, включающий в себя мачту (32), поддерживаемую базой (34), при этом мачта включает в себя множество пусковых механизмов (36), причем каждый пусковой механизм связан с одним спутником, и конструкцию из вспененного материала (40), содержащую упомянутый вспененный материал, и дополнительно содержащую базовый суппорт (42), множество латеральных суппортов (44) и верхний фланец (46), при этом конструкция из вспененного материала, по меньшей мере, частично окружает полезный груз.
8. Транспортное средство (20, 22) для запуска указанного полезного груза (30, 116) по п.1 в космическое пространство, причем указанный полезный груз защищен внутри указанного транспортного средства от воздействия пусковых сил с помощью указанного разлагающегося вспененного материала (40).
9. Способ защиты полезного груза (30, 116) по п.1 во время запуска в космическое пространство, причем указанный способ включает, по крайней мере, частичное окружение указанного полезного груза указанным разлагающимся вспененным материалом (40), и разложение указанного вспененного материала, когда указанный полезный груз оказывается в космическом пространстве под воздействием указанного высокоэнергетического электромагнитного излучения.
