Устройство очистки околоземного космического пространства от крупногабаритных объектов космического мусора

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано для очистки околоземного космического пространства (ОКП) от относительно крупного по размеру космического мусора, такого как прекратившие активное существование космические аппараты (КА), разгонные блоки (РБ), последние ступени ракет (ПСР). Устройство очистки околоземного космического пространства от крупногабаритных объектов космического мусора содержит крупноячеистую сеть, выполненную в форме конуса, основание которой закреплено по периметру раздвижной управляемой рамки, а ее вершина через шаровой механизм связана с тросовой системой космического аппарата, при этом рамка снабжена двигателями малой тяги.

 

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано для очистки околоземного космического пространства (ОКП) от относительно крупного по размеру космического мусора (КМ), такого как прекратившие активное существование космические аппараты (КА), разгонные блоки (РБ), последние ступени ракет (ПСР).

Известно защищенное патентом изобретение - аналог: заявка №2011131723/11, МПК B64G 1/00, B64G 1/56, 2011 год «Способ разрушения фрагментов космического мусора» (Мирошников С.Ю., Сорокин С.В., Хмельщиков М.В., Тимофеев Ю.Т.), которое предназначено для защиты от космического мусора, метеоритов и других опасных объектов, а также для очистки околоземного космического пространства от КА, прекративших активное существование, и их обломков. Предложенный способ может быть использован, например, для предотвращения столкновения крупных фрагментов космического мусора с Землей. Способ разрушения космического мусора заключается в воздействии на опасный объект взрывами взрывчатых веществ в приповерхностных слоях вещества с использованием последовательно запускаемых к опасному объекту космических перехватчиков. Взрывы производят последовательно серией с изменяющейся частотой, согласованной с геометрическими размерами и плотностью опасного объекта, в том числе метеоритно-кометного происхождения. Необходимую информацию о свойствах опасного объекта получают с использованием дистанционного зондирования и спектрографических исследований. Взрывы последовательно увеличиваются по мощности. Достигается повышение производительности и эффективности разрушения фрагментов космического мусора с широким спектром их характеристик. К недостаткам способа относится необходимость предварительного дистанционного зондирования и проведения спектрографических исследований, что выполняется с использованием наземных средств контроля космического пространства.

Известно защищенное патентом изобретение - аналог: заявка №2008108324/11, МПК B64G 1/52, B64G 1/56, 2008 год «Способ защиты космических аппаратов» (Новосельцев Д.А.), которое предназначено для защиты космических аппаратов от столкновения с объектами естественного и искусственного происхождения различной массы и степени дисперсности. Способ заключается в том, что в направлении потенциально опасных объектов перед КА направляют экран, который выполняют в виде твердого тела малой плотности. Экран выдувают газом из полимерного материала с малым временем затвердевания в условиях вне защищаемого КА. Полимерный материал или его смесь с указанным газом обладают свойством детонации при столкновении с опасными объектами. Габаритные размеры и массу экрана выбирают достаточными для разрушения указанных объектов и отклонения их фрагментов от КА. В направлении опасных объектов может быть направлено, при необходимости, несколько экранов необходимой массы и габаритных размеров. Экраны могут формироваться непосредственно перед отделением от КА из вспененного полимерного материала или аэрогеля путем вспенивания жидкого полимерного материала или выдувания порошкообразного компонента газом. Техническим результатом изобретения является обеспечение многократной и эффективной защиты КА от столкновений с потенциально опасными объектами и их группами при минимальной массе используемых для этого средств. Данный способ требует использования наземных средств контроля космического пространства, которые не обладают достаточной эффективностью при работе в области высоких орбит и геостационарной орбиты, особенно в случае малых размеров космических объектов, сближающихся с космическим аппаратом и представляющих опасность. Помимо сложности обнаружения опасных объектов малой размерности дополнительным недостатком способа-прототипа является задержка выдачи команды на отделение защитного экрана за счет использования наземного контура управления, что повышает вероятность столкновения космического аппарата с приближающимся активным объектом.

Известно защищенное патентом изобретение - аналог: патент №2667673, заявка 2018104993, B64G 1/10, 2017 «Устройство для защиты космического аппарата от столкновения с активно сближающимся объектом» (авторы: Яковлев М.В., Соколов В.И., Архипов В.А., Логинов С.С., Усовик И.В., Попкова Л.Б.), согласно которому устройство выполняют в виде раздвижной рамки, снабженной двигателями малой тяги, расположенными в ее углах, при чем, наружная поверхность рамки покрыта полимерной металлизированной пленкой. Рамку направляют по регистрируемым сигналам в оптическом диапазоне спектра, что позволяет определить пространственную ориентацию активно сближающегося объекта по максимальным показаниями амплитуды, регистрируемых сигналов детекторами, расположенными на поверхности сферической оболочки, которую устанавливают на защищаемом космическом аппарате.

Известно защищенное патентом изобретение - прототип: патент №2661378, заявка 2016148428 от 09.12.2016, B64G 1/56 (2006.01), B64G 99/00 (2009.01), 2017 «Способ очистки околоземного космического пространства от крупногабаритных объектов космического мусора» (автор: Полуян А.П.), согласно которому выводится космический аппарат (КА) в область орбит, предназначенных для их очистки от крупногабаритных объектов космического мусора (КМ). В качестве элемента захвата и торможения КМ используют крупноячеистую сеть. До запуска КА с сетью на орбиту вокруг Земли на поверхности сети размещают пленочные электреты и осуществляют их электретирование одноименным положительным или отрицательным зарядом. На поверхности сети также размещают развертывающие надувные элементы в виде полых многослойных гермооболочек. После обнаружения крупногабаритного объекта КМ, измерения параметров его движения относительно КА и сближения КА с КМ наводят продольную ось контейнера в направлении на крупногабаритный объект КМ и выталкивают крупноячеистую сеть. За счет давления остаточного воздуха во внутренней полости развертывающих надувных элементов сеть разворачивают в космосе и придают ей заданную форму. Осуществляют захват или охват сетью крупногабаритного объекта КМ и/или зацепление сети за выступающие элементы крупногабаритного объекта КМ. Недостатком данного технического решения можно признать сложность алгоритма выталкивания и движения крупноячеистой сети к объекту КМ.

Целью предполагаемого изобретения является повышение эффективности очистки ОКП от крупногабаритных объектов КМ, используя раздвижную и управляемую рамку с крупноячеистой сетью.

Указанная цель достигается с помощью устройства выполненного в виде раздвижной и управляемой рамки с двигателями малой тяги, расположенными в ее вершинах, причем, крупноячеистая сеть, выполнена в виде конуса и закреплена основанием по периметру рамки, а ее вершина через шаровой механизм крепится к тросовой системе КА. Чтобы сеть не распадалась (в исходном положении), она прошита лентами, проходящими через узловые точки сети и закрепленными в ее вершине и центре ребер рамки.

Обоснование реализуемости и практической значимости заявляемого способа заключается в следующем. После осуществления маневра сближения и определения пространственной ориентации объекта КМ, в его направлении по нормали перемещают раздвижную и управляемую двигателями малой тяги рамку. После того, как объект КМ окажется внутри рамки, происходит разрыв лент, удерживающих от распада сеть, и осуществляют захват или охват сетью объекта КМ и/или зацепление сети за выступающие элементы крупногабаритного объекта КМ. После чего рамка складывается, тем самым объект КМ оказывается в сетчатом мешке. Вершина сетки через шаровой шарнир крепится к тросовой системе КА. Шаровое соединение необходимо в случае вращения объекта КМ. Далее осуществляют буксировку объекта КМ, либо с целью торможение и входа в плотные слои атмосферы, либо разгоняя объект КМ с целью перевода его на орбиту захоронения.

Линейные размеры рамки и крупноячеистой сети определяются высотой орбиты КМ, размером и массой крупногабаритного объекта КМ, подлежащего удалению с орбиты. Раздвижная рамка с двигателями малой тяги и сетью хранятся в специализированном контейнере. Возможно наличие двух и более таких контейнеров на борту КА.

Все операции могут выполняться автономно без подключения наземного контура управления. Это обеспечивает высокую надежность идентификации потенциально опасных ситуаций и повышает оперативность выполнения рассматриваемых мероприятий.

Таким образом, реализуемость и эффективность заявляемого устройства не вызывают сомнений.

Устройство очистки околоземного космического пространства от крупногабаритных объектов космического мусора, содержащее элемент захвата объектов в виде крупноячеистой сети, отличающееся тем, что элемент захвата в виде крупноячеистой сети выполнен в форме конуса, основание сети закреплено по периметру раздвижной управляемой рамки с двигателями малой тяги, расположенными в её вершинах, а вершина сети через шаровой механизм связана с тросовой системой космического аппарата.