Способ забора атмосферных газов для использования в космической технике

Изобретение относится к космической технике. Способ забора атмосферных газов для использования в космической технике включает забор газов при движении космического аппарата на низкой околоземной орбите накопления и их переработку на борту космического аппарата. Космический аппарат содержит систему забора атмосферных газов, которая для повышения эффективности работы разворачивает раструб для забора атмосферных газов при выходе на орбиту накопления. Из собираемых атмосферных газов получают нужные вещества в бортовом химическом реакторе и хранят полученные вещества в баках космического аппарата. При заполнении баков система забора атмосферных газов сворачивает раструб. Космический аппарат может содержать, по меньшей мере, один или более баков для хранения продуктов окисления азота. Забор атмосферных газов происходит без спуска аппарата на Землю. Достигается возможность возобновления запасов рабочего вещества в космическом аппарате без спуска на Землю и без дополнительных запусков космических аппаратов. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к космической технике и касается технологии забора атмосферных газов для переработки и использования в качестве рабочего вещества для очистки космического пространства от объектов космического мусора. Способ также может быть использован для доставки на МКС, другие космические станции и космические аппараты кислорода, воды и других смесей веществ, получаемых при переработке атмосферных газов.

Из существующего уровня техники известен способ и устройство для вывода спутников на низкую околоземную орбиту, который включает способ получения жидких компонентов из окружающего воздуха, основанный на использовании летательного аппарата, содержащего турбовентиляторный двигатель RU 2001105618A, B64G 1/00, опубл. 10.04.2003 г. При этом летательный аппарат осуществляет полет на предварительно определенной высоте с дозвуковой скоростью. А упомянутые жидкие компоненты представляют собой один или более компонентов из группы, состоящей из жидкого кислорода и жидкого азота, которые разделяют и хранят отдельно в баке в упомянутом летательном аппарате. Недостатками данного технического решения являются дороговизна, низкий коэффициент полезного действия и невозможность автономной работы, без спуска аппарата на Землю, что значительно удорожает весь процесс получения жидких компонентов.

В настоящее время из анализа уровня ракетно-космической техники известно, что существующие способы борьбы с космическим мусором не предусматривают длительную автономность работы космических аппаратов. А общим недостатком существующих способов является невосполнимость рабочего вещества, используемого для осуществления торможения фрагментов космического мусора. Это приводит к необходимости многократных запусков специальных аппаратов с Земли, что значительно удорожает весь процесс очистки околоземного космического пространства.

Перед авторами стояла задача разработки способа очистки космоса от объектов космического мусора наиболее дешевым, простым, надежным и экологически чистым способом.

Достижение поставленной цели очистки космоса от объектов космического мусора является задачей комплексной, так как требует решения ряда взаимосвязанных проблем, к которым относятся:

1) разработка способа очистки космоса от объектов космического мусора с применением дешевого, надежного и экологически чистого рабочего вещества;

2) разработка способа пополнения запасов рабочего вещества без посадки на Землю или дополнительных запусков космических аппаратов.

Решению первого вопроса из комплекса проблем посвящена заявка на выдачу патента на изобретение под названием "Способ очистки космоса от объектов космического мусора", которая подается совместно и одновременно с настоящей заявкой.

Рассмотрение второго вопроса показало, что для достижения поставленной цели необходимо использовать космический аппарат, который содержит систему забора атмосферных газов с помощью специального раструба, причем указанный космический аппарат также содержит бортовой химический реактор для осуществления превращения газов из системы забора атмосферных газов в смеси веществ путем физико-химического превращения в бортовом химическом реакторе.

Данная задача решается за счет того, что забор атмосферных газов осуществляется космическим аппаратом при движении космического аппарата на низкой околоземной орбите накопления, причем космический аппарат содержит специальную систему забора атмосферных газов, которая для повышения эффективности забора атмосферных газов разворачивает специальный раструб при выходе космического аппарата на высоту орбиты накопления, при этом из собираемых атмосферных газов производится получение нужной смеси веществ путем физико-химического превращения в бортовом химическом реакторе, осуществляется хранение полученных смесей веществ в баках в упомянутом космическом аппарате, а по окончании заполнения баков система забора атмосферных газов сворачивает раструб. Высота орбиты накопления атмосферных газов может составлять от 170 км до 250 км над поверхностью Земли. Сам космический аппарат может содержать, по меньшей мере, один или более баков для хранения продуктов окисления азота, предпочтительно оксидов азота I, III, IV, V - N₂O, N₂O₃, NO₂, N₂O₄, N₂O₅. При этом забор атмосферных газов может происходить без спуска аппарата на Землю.

Простейшие расчеты показывают, что при вращении космического аппарата на околоземной орбите накопления на высоте, например, 200 км над поверхностью Земли, со скоростью, например, 8 км/сек, при диаметре раструба 30 м производится формирование и накопление примерно 70 кг оксида азота (IV) NO₂ за 24 часа полета.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является возможность возобновления запасов рабочего вещества в космическом аппарате для очистки космоса от объектов космического мусора и/или доставка на МКС, другие космические станции и аппараты кислорода, воды и других смесей веществ, получаемых при переработке атмосферных газов, без спуска космического аппарата на Землю и без дополнительного запуска с Земли специального аппарата.

Сущность изобретения поясняется схемой, которая не охватывает и, тем более, не ограничивает весь объем притязаний данного способа, а лишь является иллюстрирующим материалом частного случая применения способа для забора атмосферных газов, для использования в космической технике, на которой изображено: фиг.1 - схема забора космическим аппаратом атмосферных газов.

Схема забора космическим аппаратом атмосферных газов представлена на фиг.1, где космический аппарат 1, находясь на орбите накопления 3, с помощью раскрытого раструба 2 осуществляет забор атмосферных газов 5, которые обрабатываются для получение нужной смеси веществ путем физико-химического превращения в бортовом химическом реакторе, после чего осуществляется хранение полученных смесей веществ в баках 4 в упомянутом космическом аппарате 1. Стрелкой показано направление скорости 6 космического аппарата 1.

Примером осуществления способа может служить случай, когда космический аппарат после израсходования рабочего вещества переводится на орбиту накопления на высоте от 170 км до 250 км над поверхностью Земли. Система забора атмосферных газов, разворачивает специальный раструб, осуществляет забор атмосферных газов и производит получение и накопление в баках требуемого рабочего вещества путем физико-химического превращения в бортовом химическом реакторе поступающих атмосферных газов. После заполнения баков рабочим веществом система забора атмосферных газов закрывает раструб, а космический аппарат продолжает выполнять поставленную перед ним задачу. Таким образом, осуществлено пополнение запасов рабочего вещества без спуска космического аппарата на Землю и без дополнительного запуска с Земли специального аппарата.

1. Способ забора атмосферных газов для использования в космической технике, характеризующийся тем, что забор атмосферных газов осуществляется космическим аппаратом при движении космического аппарата на низкой околоземной орбите накопления, причем космический аппарат содержит систему забора атмосферных газов, которая для повышения эффективности забора атмосферных газов разворачивает раструб при выходе космического аппарата на высоту орбиты накопления, при этом из собираемых атмосферных газов производится получение нужной смеси веществ путем физико-химического превращения в бортовом химическом реакторе, осуществляется хранение полученных смесей веществ в баках в упомянутом космическом аппарате, а по окончании заполнения баков система забора атмосферных газов сворачивает раструб.

2. Способ забора атмосферных газов для использования в космической технике по п.1, отличающийся тем, что космический аппарат содержит, по меньшей мере, один или более баков для хранения продуктов окисления азота.

3. Способ забора атмосферных газов для использования в космической технике по п.1, отличающийся тем, что забор атмосферных газов происходит без спуска аппарата на Землю и без запуска с Земли дополнительных аппаратов.