Модель космической станции

 

1. МОДЕЛЬ КОСМИЧЕСКОЙ СТАНЦИИ, содержащая связанный с макетом небесного тела торообразный корпус изменяемой длины с размещенными внутри него подвижными массами и закрепленными в корпусе устройствами для перемещения масс вдоль продольной круговой оси тора, отличаю щаяся тем, что, с целью повышения наглядности демонстрации функционирования гипотетической кольцевой космической станции, опоясьшающей небесное тело, за счет уменьшения тангенциальных составляющих реакций связей корпуса макетом небесного тела и обеспечения возможности показа управляемого перераспределения кинетического момента между подвиж-. ными массами и корпусом модели станции , в ней подвижные массы выполненц в виде нескольких кольцевых растягиваемых сердечников, а устройства для перемещения масс - в виде электромагнитных приводов вращения каждого из сердечников в двух противоположных (Л направлениях. о О1 4

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

™а ЮЕ" На рЬ .:

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ЦН ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Фиг.! (21) 3225767/40-23 (22) 26.12.80 (46) 07,07,85, Бюл, № 25 (72) В.М.Таран (53) 53.05.(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 548182, кл. А 63 Н 27/00, А 63 Н 27/14, В 64 G 7/00, 25.08.72 (прототип). (54)(57) 1. МОДЕЛЬ КОСМИЧЕСКОЙ

СТАНЦИИ, содержащая связанный с макетом небесного тела торообразный корпус изменяемой длины с размещенными внутри него подвижными массами и закрепленными в корпусе устройствами для перемещения масс вдоль продольной круговой оси тора, о т л и ч а ю„„Я0„„1165417 А

4(5!) А 63 Н 27/00. 27/14 В 64 G 7/00 щ а я с я тем, что, с целью повышения наглядности демонстрации функционирования гипотетической .кольцевой космической станции, опоясывающей небесное тело, за счет уменьшения тангенциальных составляющих реакций связей корпуса макетом небесного тела и обеспечения возможности показа управляемого перераспределения кинетического момента между подвижными массами и корпусом модели станции, в ней подвижные массы выполнены в виде нескольких кольцевых растягиваемых сердечников, а устройства для перемещения масс — в виде электромагнитных приводов вращения каждого из сердечников в двух противоположных направлениях.

)т

) )

I .т 1

;!;)) I I ;;!

t -.б! - )> )).! ) >

Ii

* (..: . Jj) jj::

) (О((С .. 11 Кос))м»»((It 0! Г (и I!ill:11 110

11, 1, О Г:1 ("! и j(!lI il " С Л 1 С м i I O lit) ()ll;.C МО (;С>)11! (. I t(!1»! il! 1)(l !(: .1: Е! (! (> tI )т) < то(>О) ) ()е 3))> i)f)i) ((It(i I(Г

И») т(«((;1),I:I 1-!(>;JOI",E>!I> РК;);I I!>Ill;3!(>! IO I »I;1!C(> ((ебе(1«;)(о тслл -.>Ст;.с" (» 1 .". if!Г)11(. ;1)>I:.-т)ЕСКО 1 Н((;)?3! .t((;(i)TO()ë "1 (ОГ)!(О(О(!

5) 51 Е К Т ) (> I (.) !1 13 I ) f t J) t т (т l ((5) (-\ 3 I! t:,!, (> (> f I () цу!)(1(!(1.(с. »»,(укт(,(:(1! f„уc то(1(> 3."0.1 I!!,()!

1(т(!" т! КС "С 1! (. бС Г i! . 1 0 7 С ."I 1:1;)11 I(I!

Н )С(1>!(!((Ц:.т 3 ()t,)0(I(,.f; 1, ИС 31.(С?Щ)ЕН;) J(0 одному ольi;c 1)ому сер;, et(»»ку. 1 . 7. (;1Е:I? КОСМ!)тт (1 (11.. Ой С Т;III II! » I п. 1, о Г:I H I и 1:(:.1 5(с н

ti ГО т(О(>»УС МО;)С:;Ill (": ".!Jill! С

»(йс Г:(т;! О Т 1;1 С: Jj: I(I 1 О 1 1: С:1)1:))>.К ,);> (1 !, т)" (;;«) I i, ; I j (I i )) ): :, ; (t . .I I

1() ) Jill,:1 . lit к :> О 1 :; (: Il (т . !, 1 .: (» >" 1 (н

:1 (t !) ";,;! > И, " :,)! I 1),) I:I i. »! . .!! )) Г )»Х (. К 3 !:", II,I l!; :!I> I ., :!. !, :113 1 !. ! )т

tI !1 ) ) ::!. .. : I; f I I) l !),Г!; т Il((. .

ТР(кl, Tем) I « (II(ГO .!(i::: . .3«II! i . i:I.:.

1(;1. I i) С: . !(С;> I I (1 . !" . (t 1 :).(С О j I l;> 3 »I I I > I !; J ! I, i > It I I! t > I i I I I

9 ! I 0 1 () (..! i!, т

1 . О ()i н t!

1(((!

1)И(! I IÎI О . I;:. 1 . i)i!:1 l>i, ), . (i>;; 1?: i>:! C> I:i i(: .:i iI,;:. ) l :::! 11>. и. 1, .1 с .): )!((I:;1 м (.(Г Т(> . t . J О;>, . К . > I! ()., ; IJ >!:! )> 3.1 Е

Н:1> (11 Н(1! ) (,, Jj .), 311(! j: ill )(.(М 1! т! К ;)i! > Г Е

,1 )Об .) оте нl(е От нос 1 . ) (.51 1.;1))I 01

C i !)И()1)ОНН:,!tf ), О),C.l t, i С «..-. i(:..! (, «: I>C.

КО!(К;) Ет (r) К Д(-1(СТ)),"v, Il!! (Е)(5)1-l

Г(Е()С т >!C ".f?I III Г l,".. ii l!f.::: 1(C:1,11((т(>i

Об Е)ОГО j (1>ту»(С((»ОН:1(> )>(С(1:!. К

ИГ(И)1(ОТ НО;.I 13 >(ЯC (11(>С Гll ОКО.: 0 3 Е ll: CI I,.

П ) 1 0 С Т (1 )3 i I C . Т и Е . (((If(f)0;((>I б:».:3(;О». i, !t !об()е Гс (I")с

5(НЛ51 (Т С 5(М ОД(. 1?> IС OT!()! 1 () И Ol! (С О Г.; > I 1)1 Г 1. О! 1

)((I Е; ) r)I .II- (Р К,> ..1 ((1;:Цп(По !

:: Г;) I!Il "!,:, !., :,-;; 1,);:Е,)(т I, J I .! )>>)-1 )!.Н:, t I! J;:! ". ) : l, i 3 = I 3 tl "I 1 I I I I I : ;:I: 1) »5

,(;-;;",(>т>1 . ", . ) i 1 ; 1 . *". . "! (С j )51 (Г "".:i! . (11 I t ;) .:: н н:.). : ) !; )II! :::. 3! (J:.т> t!:.:

))(! « °: :! It(: ..:

"1(Сi)II I!«I t 1(Г i! I l l Г: ) i 3 .: l! ." I t J C!13, 1(:— ((»М 1 1 1(),"1> I; — t ()Г((, и С Г(1!:.>13 )ЕН

I J,!, ) t ", К (), ) 1 f i I 3!::I . I I, "t f! 1".::! (j (! 3 О .>

«!) .;:-: .;l(".. Г f)ti) C ),О:: :": 1 I )): ;) )(".Е l :15. Й .,IC) ) ) .!

) (! .1)1:1!) (, . . . .,:,; .",::;: I,, Н)т .;; С .1)(СС—

1 )lе: .. ) ;) ",, ->(>I !т>)г. >б—! 1)1 -: -" - (Н > 1! . О т 1)>»11:1! Г, ; "1 . 1«.."-"1.;,".!II > К,0-,-1УCЕ (б,) ° - > с!)>Г(() 1(с 1()" .у: »»1 т:,013 "-(ст() 1165417

10 тела с помощью эластичных расчалок, присоединенных своими концами к кольцевой направляющей макета с возможкоторых изготовлена из магнитоизоляционного материала. Устройства для перемещения шариков выполнены в виде соосных тору соленоидных катушек, связанных с источником их питания 5 через коммутационную систему, а шарики установлены в круговых направляющих, параллельных продольной оси корпуса и пропущенных сквозь катушки (1) .

Недостаткаки известной модели кольцевой космической станции являются невозможность наглядной демонстрации режима перераспределения кинетического момента между корпусом и подвижными массами станции, а также наличие тангенциальных составляющих реакций связей, искажающих имитируемую картину силового нагружения станции и вызывающих крутильные колебания, снижающие качество демонстрации фу-нкционирования станции.

Цель изобретения — повышение наглядности демонстрации функционирования гипотетической кольцевой космической станции, опоясывающей небесное тело, за счет уменьшения тангенциальных составляющих реакций связей корпуса с макетом небесного тела и 30 обеспечения возможности показа управ" ляемого перераспределения кинетиче ского момента между подвижными массами и корпусом модели станции.

Указанная цель достигается тем, 35 что в модели космической станции подвижные массы выполнены в виде нескольких кольцевых растягиваемых сер. дечников, а устройства для перемещения масс — в виде электромагнитных приводов 40 вращения каждого из сердечников в двух противоположных направлениях.

При этом корпус модели станции может быть выполнен из двух торообразных оболочек, соединенных с помощью охватывающей макет небесного тела эластичной цилиндрической вставки, с которой соединен электропроводящий пояс, взаимодействующий с индуктором, установленным на макете 50 небесного тела, причем в каждой из оболочек размещено по одному кольцевому сердечнику.

Корпус модели станции может быть также связан с макетом небесного 55 ностью скольжения вдоль этой направляющей.

Модель космической станции может быть снабжена системой пневматической подвески торообразного корпуса модели, охватывающего макет небесного тела. При этом система пневматической подвески корпуса содержит кольцевое сопло, выполненное в макете небесного тела, Корпус модели станции может быть выполнен из прозрачного материала и снабжен имитатором системы его вакуумирования в виде труб откачки возду. ха и связанных с ними насосов, размещенным на корпусе.

Внутри макета небесного тела может быть выполнена ось, связывающая полушария макета, а по его экватору — щелевая направляющая, причем корпус модели станции закреплен на концевых звеньях двухзвенных телескопических кронштейнов, каждый из которых пропущен сквозь направляющую, снабжен подшипниковым элементом, взаимодействующим с направляющей, и установлен своим корневым звеном на оси с возможностью свободного вращения относительно нее, при этом звенья каждого кронштейна свя- заны между собой упругим рлементом.

Кроме того, на оси макета небесного тела в местах установки на ней кронштейнов выполнены коллекторные устройства питания электромагнитных приводов сердечников, а питающая проводка закреплена на звеньях кронштейнов.

Корпус модели выполняют из двух торообразных оболочек, соединенных одна с другой с помощью цилиндрической вставки, образованной набором поворотных пластин, установленных внахлест, на которых размещены макеты сооружений.

Модель позволяет демонстрировать функционирование гипотетической орбитальной станции, охватывающей планету по экватору, показывая взаимодействие гравитационных (имитируемых составляющими упругих сил эластичных связей, направленными к центру макета планеты) и центробежных сил, действующих на корпус станции со стороны подвижных масс, разгоняемых внутри корпуса по круговой траектории.

Указанное взаимодействие позволяет кольцевой орбитальной станции, пер11с) 541 7 в оначаль)!о покоящейся на лов ерх ности небесного тела, произ!)ести подъем нл заданную высоту и удерживаться на ней в случае движения масс внутри корпуса станции со сверхорбитальной скоростью, 5

КаМИ ПРЕД ) СМЛТР!1Б<1!с) ГСЯ Э:!ЕК ГРОМЛI НИТ ный пр)п)од и система эле:стромлг!IIITHOII35 подвески (смазки") cpp„lc÷H IIIG

11итлние эт!w устройств можно о«ущсств!1ть от солнечных батарей или ядер !ых энергоисточников, размещен)н!х FI7 станции, л также — частично 40 или пс) 7Ffoc TRIO — на поверхности планеты.

Сердеч ппс может быть з виде бес конечной ie!ITI<»rз млг. иточувствительпого 1,э:lектропрово;Iloi 0) маTep!f<7JI<7 45 либо может представлять собой магнитную (электропроводную) жидкость, Лента может изготавливаться, в частности, компззиционнои, т.е. с эластичной основой и магниточувствительным на- 50 полнителем, С целью расширения функциональных Doçìoæíocòåé станции и улучшения силовой схемы восприятия нагрузок расчалками предусматриваются несколь- 55 ко кольцезых серде ьнико, которь!е могут вращагься в противоположных направлениях, будучи размещены в

Кольце:зля станция представляет собой опорную конструкць!ю (секциосгированную:-.ерметичную торообразную оболочку компенсаторами ее удлинения, либо растяги»аемую ферменную структуру), в которой (или на которой) мЬгут быть размещены различные жилые, производственные и науч11ые комплексы, а также элементы инфра15 структуры (коммуникации, транспортные линии и т.п.).

Для обеспече1пгя грузопотока мс жду с.!a!fr(IICЙ и планетой предусмотрены подвесные дороги и лифты, л для удержсп!Ия ее oò с!!оса могут быт! использованы расчалки, злкрепле) ные на rloнерх:10сти !ы1 llloты li корпусе

С Г Я н 1(III l .

7, 151 у прл13ле11ия высотой станцией над

25 пллнетой онл слабже!!а злмкнутым кол1,—

Цевlrc чlfиком) Рffзме11(е!IнLL f 13!1 «"1 »

pl i с по FH< 1. 1ы10Й 13 л1суу<ьп!р у е !ОЙ т р уб >I ус l л)!013ленной внутри (ILiH нл) опорной

< ! сон« рукц)1!.1, Как сердечни1с, так .30 трубл выпотпсены с изменяемой дли1!ой.

С целью разгона сердечнп1са Fl трубе и предотв.)лщения косl гактл с ее стеllОднс)й и:си нескnilüких о Г((е>!1,ньсх 13акуу шруемых трубах, 11ере з комму TIIJ) ói)i!Ióþ систему электромлгнитногo при!3с)да дс)ижение одних серп чгпсков может передаваться другим и си корпусу «танц!И1. В последнем случае I30-<можен, в члс тi ости, разгон !сорпусл станции, после ее подъема 11л некоторую высоту до )рбитл li:ной скорости.

11еред началом подъема станции, в период разгона сердечников, последняя может закрепляться в специальном корпусе (ложементе) на поверхности планеты, а затем освобождаться от него для 13:Ç.lета, 11л фи-, 1 изобрлже сл модель ко«зги сеской стлнц31!1, вид сбоку; на фиг. 2 — ce«e! II 7).— Л 11л фпг. 1; на физ. 3 — модель с бес.сонтактной подвеской корпуса; на фиг. 4 — 1среп:сенпе расчллки к макету:себесно1 о те:!а; на фиг. 5 — !!о се:и. «п)нев."lатической подвеской кирс!уса; нл фиг. Сз

МО (Orlh С ПОДВС:СКОй 1Л ГЕЛЕСКОПИЧЕСКИХ крс.нштсйпах; на фгп . 7 — конструкция уз:-.л cf)e>7H)!егпся корпуса модел;.! с маке") Orr .соси 1чес кой станции сс)дер>1lH i торооб .) лз !ьй корпус 1, удерживаемый вблизи экватора макета 2 небесного телл с помощью расчалок 3, !

3ыг!Олненньск, например, из элас Гичног0 с lлте1)иалл .

Внутри корпуса 1 размещены кс)льцевые серде-:íèêè 4 и з, л также устлно13ленные в корпусе привод! Нх вра11(ения) клок;сый из которых выполнен

13 виде, нлпример, последовательности электромлг.!итньл обмоток б, связанных через систему их о !мутации с

;rc7 oiH

Корпус с>ттан:(ии может быт!. выполнен секционирова !Иым с комГ!енсаторами его удл IHe!IHя з виде гофр 7., а сердечники — в виде лент с эластичной осно)зой и электропроводным наполнителем.

Корпус модели стл1ьции может быть иьп(олнен из двух торообразных оболочек 8 и 9 (фиг. 3), объединенных элас Гичной цилиндрической вставкой 10, 13 которой выполнено электрогроводное кольцо 11, взаимодействующее с индуктором 12, установленным в макете 2 небесного тела.

IlpH использовании для удержания ковпуса модели с помощью эластичных

1165417 расчалок 3 (фиг. 4) последние могут присоединяться своими концами через скользящие фиксаторы 13 к кольцевой направляющей 14, связанной с макетом 2 небесного тела.

При использовании пневматической подвески корпуса модели (фиг. 5) параллельно экватору макета небесного тела может быть выполнено щелевое сопло 15 с системой 16 подачи газа. 10

В случае использования полужесткой подвески макет небесного. тела выполнен из двух полушарий 17 и

18 (фиг. 6), между которыми образована щелевая направляющая 19. Полу- 15 шария фиксируются осью 20, на которой установлены коллектор 21 питания электромагнитных обмоток б и корневое звено 22 одного из телескопических кронштейнов, на котором выполнен подшипниковый элемент 23, взаимодействующий с направляющей 19 (фиг. 7).

Концевое звено 24 кронштейна связано с корневым звеном 22 упругим элементом 25, например пружиной рас- 25 тя>кения.

Торообразные оболочки 26 и 27 корпуса модели соединены цилиндрической вставкой 28, образованной набором IIoBopoTHIIx пластин 29, закрепленных узлами 30 поворота на оболочках 26 и 27 и установленных внахлест °

Устройство работает следующим образом.

При запитке через систему коммутации электромагнитных обмоток б сердечники 4 и 5 начинают раскручиваться, вызывая постепенное растяжение корпуса 1 модели и имитируя

40 таким образом его подъем над небесным телом.

Если кинематические моменты сердечников 4 и 5 поддерживать равными

Один . другому» но противОпОложно 45 направленными, то корпус 1, растягиваясь, не будет вращаться вокруг макета 2.

Осуществив перекоммутацию обмоток

6 для создания тормозящего действия на один из сердечников, приводят корпус модели во вращение вокруг макета небесного тела, демонстрируя перераспределение кинетического момента между сердечником и корпусом станции. В зависимости от тормозимого сердечника 4 (или 5) враще.ние корпуса 1 может осуществляться в любом из двух направлений, При использовании расчалок 3 вращающийся корпус модели заставляет скользить их фиксаторы 13 вдоль направляющей 14 (фиг, 4), Кинематика движения модели в случае полужесткой подвески (фиг. 6) аналогична, но обеспечивается более устойчивое и равномерное движение.

Подшипниковый элемент 23 обкатывает направляющую 19, а концевое звено 24, преодолевая сопротивление пружины

25, выдвигается на расстояние, зависящее от скорости вращения сердечников, Пластины 29 (фиг. 7), скользя одна по другой, обеспечивают "сплошность" кольца при его растяжении и сжатии.

После приведения корпуса 1 модели вновь в неподвижное положение путем последующего синхронного торможения обоих сердечников 4 и 5 и отключения приводов от источника питания имитируют спуск станции на поверхность. небесного тела.

Если применяется бесконтактная или пневматическая подвеска корпуса модели, то перед запиткой электромагнитных приводов сердечников задействуется индуктор 12 или производится подача сжатого газа в кольцевое сопло 15.

При установке на корпусе модели станции имитатора системы его вакуумирования перед раскруткой сердечников могут быть задействованы модели насосов и произведена частичная откачка воздуха из полостей, где размещены сердечники.

Предлагаемая модель космической станции позволяет существенно повысить демонстрационный эффект, обеспечивая имитацию нескольких динамических режимов работы гипотетической станции, основанных на законах небесной механики и сохранения кинетического момента.

Модель может быть использована в школьном и вузовском учебном процессе, а также на выставках в целях динамической рекламы.

1165417

11

Фиг.5

Фиг. Ф

1165417 и

Фиг.7