Космический аппарат

Изобретение относится к устройствам для межпланетных полетов, исследования и освоения небесных тел. Предлагаемый космический аппарат, снабженный солнечным парусом, содержит центральный неподвижный блок и соосный ему подвижный блок с биоэнергетическим комплексом. На поверхности последнего спирально уложены выростные трубы с конвейерами растений, обеспечивающие поворот подвижного блока вокруг центральной оси. С блоками связаны генератор и аккумулятор электроэнергии. В неподвижном блоке размещены отделяемые льдоплавильные модули цилиндрической формы. Каждый модуль имеет парашют для спуска на планету, собственный биоэнергетический комплекс, камеру плавления льда для образования шахты в ледовом покрове планеты. Вокруг центральной оси модуля расположено кольцо реакторов, объединенных торами. Реакторы со стороны центральной оси покрыты утеплителем, внутри содержат обогреватели и снабжены средствами заполнения реакторов водой в нижней части и маслом в верхней части. Данные средства обеспечивают работу гидрогенератора, образование пара для плавления льда, а также подачу опресненной воды в биоэнергетический комплекс. Модули снабжены средствами наддува оболочек их парашютов и подачи морской воды из шахт на поверхности оболочек для создания ледяных куполов. При объединении куполов могут быть образованы станции для исследования планеты и последующего ее заселения. Модули оснащены спускаемыми батисферами для исследования подледного океана и роботами для работы на поверхности планеты. В составе аппарата могут быть пилотируемые отделяемые рейдеры и батискафы для исследования океанских глубин. И те, и другие могут иметь собственные биоэнергетические комплексы. Технический результат изобретения состоит в расширении границ и возможностей изучения и освоения далеких небесных тел, преимущественно планет и спутников с мощным ледяным покровом. 2 з.п. ф-лы, 12 ил.

 

Изобретение относится к устройствам для межпланетных полетов, исследования и освоения небесных тел.

Известен космический аппарат дальнего радиуса действия, движителем которого является комплекс, включающий биоэнергетическое устройство, солнечный парус и солнечную энергетическую станцию [1]. Однако этот пилотируемый аппарат не приспособлен для системных исследований удаленных планет и их освоения.

Известно предложение, связанное с проплавлением скважины через многокилометровую толщу льда на спутнике Юпитера Европе при помощи автономного тепловыделяющего агрегата [2]. Однако это предложение, даже, если его удасться реализовать, предусматривает лишь забор воды из подледного океана и отправку ее на Землю.

Цель изобретения - создание обитаемого космического аппарата, способного достигать удаленных от Земли небесных тел, обеспечивать исследование этих тел и их освоение, в том числе планет и спутников с мощным ледяным покровом.

Сущность предлагаемого изобретения, охарактеризованная в формуле, более подробно, заключается в том, что космический аппарат (КА) снабжен отдельными модулями, пилотируемыми человеком или роботами, причем модули снабжены биоэнергетическими и криоэнергетическими комплексами, обеспечивающими преодоление ледяного покрова, толщи подледного слоя океана и исследование его придонной поверхности, а также обустройство планеты для последующего приема землян.

Криоэнергетические комплексы используют свойство воды при замерзании увеличивать объем [3], благодаря чему в специальных реакторах модуля создается высокое давление в расположенном над слоем воды масле, которое, попадая в тор с высоким давлением и после направления его в гидрогенераторы, вырабатывает электроэнергию, а после таяния льда в реакторе в результате задержки масла при помощи поршневого поддона и образования вакуума, осуществляет образование пара, который идет в камеру плавления льда, благодаря чему происходит плавление льда в толще ледяного покрова планеты.

После проходки ледяного панциря льдоплавильный модуль освобождает находящиеся в нем подводные зонды, спускаемые в океаническую среду для исследования океана и его придонного слоя. В процессе замораживания воды в реакторе осуществляется обессоливание [4|, в результате чего опресненную воду направляют в биоэнергетический комплекс для приготовления питательного раствора для растений, кроме того, воду, полученную в результате проходки ледяной шахты, фильтруют, извлекая из нее органические вещества, в том числе фито- и зоопланктон, который используют для реновации питательного раствора в биоэнергокомплексе, а затем воду откачивают на поверхность ледяного покрова, где роботы выливают ее на поверхность полусферической, предварительно наддутой оболочки парашюта, для создания на ее основе теплоизолированных ледяных куполов, используемых для бытовых и технологических нужд.

После исследования поверхности ледяного панциря планеты, которое осуществляют роботы, управляемые с космического аппарата, и создания необходимых условий для пребывания людей, от КА отделяют пилотируемые рейдеры, оборудованные необходимой аппаратурой для системных исследований планеты человеком.

После разведки, проведенной спускаемыми подводными зондами в океане, с КА отправляют батискафы, при помощи которых проводят системные океанологические исследования, которые должны решить проблему разведки, добычи и доставки полезных ископаемых.

Наличие воды на планете с большой вероятностью свидетельствует о возможности жизни. Как показали исследования в Арктике, там в толще многолетних льдов сосредоточены в огромных объемах органические вещества, а также планктон и рачки, служащие пищей для атлантической сельди [5], а при бурении антарктического льда найдены одно- или двуклеточные морские водоросли, жившие, как считают, миллион лет назад [6]. Поэтому найденные в толще льда исследуемой планеты живые организмы предполагается после их тщательного исследования и размораживания включить в конвейерные цепи биоэнергетического устройства, а поскольку эти организмы более адаптированы к местным условиям, это должно способствовать общему повышению эффективности работы модулей.

На фиг.1 приведен общий вид КА (в разрезе С-С по фиг.2); на фиг.2 - сечение КА по А-А фиг.1; на фиг.3 - сечение КА по В-В фиг.1; на фиг.4 - разрез льдоплавильного модуля по Е-Е фиг.5 (справа - модуль в полете, а слева - в момент расплавления ледового покрова); на фиг.5 - вид льдоплавильного модуля в сечении D-D по фиг.4; на фиг.6 - разрез батискафа по L-L фиг.7; на фиг.7 - вид батискафа в сечении К-К по фиг.6; на фиг.8 - разрез рейдера по N-N фиг.9; на фиг.9 - вид рейдера в сечении М-М по фиг.8; на фиг.10 - льдоплавильный модуль в момент спуска на парашюте; на фиг.11 - льдоплавильный модуль в момент спуска в ледовую шахту: на фиг.12 - разрез исследовательской станции.

Как показано на фиг.1, 2 и 3, подвижный блок 1 КА, который охватывает неподвижный цилиндрический блок 2 и соосный с ним, вращающийся вокруг центральной вертикальной оси 3, где созданы искусственная гравитация и «земные» условия в помещениях блока 1. К цилиндрическому блоку 2 прикреплены шлюзовые камеры 4, снабженные стыковочными узлами 5 для прибывающих КА, и шлюзовые галереи 6, через которые сообщаются с блоком 2, а также кольцевые переходные камеры 7 и балансирные устройства 8, снабженные распорками 9 и растяжками 10. В подвижном блоке 1 расположены бытовые и производственные помещения, а в нижней части - биоэнергетический комплекс (БК) 11 [9]. Снаружи блок 1 имеет защитную, частично светопрозрачную оболочку 12, а внутри - подшивку 13, между отдельными помещениями - переходные галереи 14. Между кольцевыми переходными камерами 7, подвижного 1 и неподвижного 2 блоков, установлены лифтовые кабины 15, способные перемещаться по окружности и вдоль вертикальной оси 3 с попеременным закреплением к одной из камер 7, в которую происходит выход из кабины 15. Лифтовые кабины 15 снабжены системой передвижения, фиксации у проемов камер 7 и системой герметизации проемов.

Балансирные устройства 8 имеют магнитные подвески 16 и круговые роторы линейных электродвигателей 17, а по внешнему периметру круговые статоры 18 электродвигателей, над которыми, в свою очередь, с зазором расположены круговые роторы 19 с постоянными магнитами, к ограждающей оболочке 12 прикреплен солнечный парус 20, включающий концентраторы солнечной энергии 21 и солнечную электростанцию. Между шлюзовой камерой 4 и подвижным блоком 1 установлены уплотнители 22 и герметизированные подшипники 23.

В нижней части КА расположен БК 11, представляющий из себя сферу 24, на поверхности которой спиралевидно уложены вегетационные трубы 25, с размещенными внутри них конвейерами с растениями, которые при перемещении способны приводить в поворотное движение подвижный блок 1 и, являясь основным движителем КА, приводит к выработке электроэнергии.

Над сферой 24 расположена камера высадки рассады 26, а под ней - камера сбора урожая 27.

Во внутренней полости неподвижного блока 2 закреплены отделяемые сателлиты КА: льдоплавильные модули 28, предназначенные для образования шахт в ледяном покрове планеты, пилотируемые рейдеры 29 и батискафы 30, приспособленные для исследования подледного океана.

Концентраторы 21, улавливая солнечные лучи 31, отражают лучистую энергию Солнца или других звезд на поверхность КА, а также по световодам 32 внутрь КА.

На фиг.4 и 5 показан льдоплавильный модуль 28, включающий БК 33 льдоплавилъного модуля, аналогичный БК космического аппарата, но меньший по мощности и объему, кольцо реакторов 34, камеру плавления ледяного покрова 35, камеру высадки рассады 36 и камеру сбора урожая 37, при этом центральная вертикальная ось 38 БК соосна с кольцом реакторов 34, которые заполняют водой, замерзающей при попадании в ледовую шахту 39 и увеличивающейся в объеме. Над слоем льда в реакторе 34 расположен слой масла, которое под давлением льда поднимается по трубам 40 с автоматизированными запорными устройствами и, попадая в верхний масляный тор 41, где создает повышенное давление, в результате чего масло выдавливается из тора 41 и по трубам 40 попадает в гидрогенератор 42, где вырабатывается электроэнергия и откуда масло направляют в нижний масляный тор 43, откуда при помощи масляного насоса 44 перекачивают в верхнюю часть реактора 34, благодаря чему опускается поршневой масляный поддон 45 до уровня фиксаторов 46. Реакторы 34 со стороны центральной вертикальной оси 38 модуля оснащены утеплителем 47, а в центре реактора установлен нагреватель 48, который после растапливания льда в реакторе, превращая его в воду, уменьшающуюся в объеме, опускает вниз воду и создает в реакторе вакуум, поскольку масло, находящееся выше на поддоне 45, остановлено фиксаторами 46. При определенном давлении, которое обеспечивает в реакторе вакуум, создают пар, который по паропроводу 49 направляют в камеру плавления льда 35, благодаря чему происходит растапливание льда под модулем 28, при этом растопленная вода по желобам 50, расположенным в нижней поверхности камеры 35, поднимается вверх и откачивается водяным насосом 51 в тор морской воды 52, откуда попадает в опорожненные до этого реакторы 34 для последующего охлаждения. Перед этим оставшаяся в реакторах вода, опресненная в результате вымораживания и вакуумирования [4], направляется в тор пресной воды 53 для последующей перекачки в регенератор питательного раствора 54 в БК для утилизации, а образовавшийся в реакторе 34 в результате опреснения воды рассол сливают по рассолопроводу 55 в камеру сбора морской воды 56, откуда откачивают по водоводу 57 на поверхность ледового покрова 58, а камера 35 выполнена с возможностью откачивания конденсата.

В момент полета и посадки модуля на поверхность планеты камеру плавления льда используют для размещения там роботов 59, которые после посадки модуля выходят через люк 60.

На фиг.4 приведены спускаемые батисферы 61, предназначенные для исследования подледного океана, и люки 62, через которые освобождают батисферы перед спуском в океан. Модуль опускают, а затем поднимают при помощи тросов 63, которые крепят за петли 64.

На фиг.6 и 7 показан батискаф 30, включающий в себя бытовой отсек 65 с устройствами для разделения воды на кислород и водород [8], биоэнергетический комплекс 66, балластную камеру 67 и буровой отсек 68, содержащий подъемник 69, устьевую фонтанную арматуру 70, колонну 71 и донную подвеску 72 с телескопическими графитовыми стержнями для извлечения электроэнергии из ила [7].

На фиг.8 и 9 показан пилотируемый рейдер 29, включающий бытовой отсек 73, биоэнергетический комплекс 74 и исследовательский отсек 75.

На фиг.10 показан модуль 28 в момент спуска на поверхность планеты на парашюте 76, стропы которого поддерживают телескопическую траверсу 77, к которой подвешен модуль 28.

На фиг.11 показан модуль 28 в момент погружения в шахту 39, будучи закрепленным тросами 63 за телескопическую траверсу 77, развернутую и закрепленную основанием ледяного купола 78, образованного путем полива водой, извлеченной модулем 28 из шахты 39 по водоводу 57 путем дождевания через сопло дождевой установки 79,

На фиг.12 приведен разрез исследовательской станции, включающей надледные купола 78, объединенные переходами 80 и заглубленные камеры 81, соединенные вертикальными коммуникациями 82.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. RU 2186006 С2, 27.07.2002.

2. Головина Е. Даешь микробов из Европы// Московская правда за 3.10.2000 г.

3. Трофимова Т.И. Курс физики: Учебное пособие для вузов - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1990. - 478 с.: ил., С.126.

4. Дмитриев В.Д. Технологические схемы очистки воды для производственных нужд. - Л.: ЛИСИ, 1972. - С.41-47.

5. Опыт системных океанологических исследований в Арктике; М.: Научный мир, 2001.

6. Егикова В.В Антарктиду - за озоном и динозаврами// Московская правда за 11.01.2000 г.

7. Головина Е. Торшер для водяного// Московская правда за 12.07.2002 г.

8. RU 2085436, С1, 27.07.97.

9. RU 2152149, С1, 10.07.2000.

1. Космический аппарат, содержащий неподвижный блок цилиндрической формы, расположенный вдоль центральной вертикальной оси, соосный ему подвижный блок с биоэнергетическим комплексом космического аппарата, на поверхности которого спирально уложены выростные трубы с конвейерами растений, обеспечивающие поворот подвижного блока вокруг центральной оси, связанные с указанными блоками генератор и аккумулятор электроэнергии, кольцевые переходные камеры, между которыми установлены лифтовые кабины, способные перемещаться по окружности и вдоль центральной вертикальной оси аппарата, солнечный парус, включающий концентраторы солнечной энергии, отличающийся тем, что в его неподвижном блоке размещены отделяемые льдоплавильные модули цилиндрической формы, каждый из которых содержит парашют для спуска на планету, собственный биоэнергетический комплекс, камеру плавления льда для образования шахты в ледовом покрове планеты и расположенное соосно с ними вокруг центральной вертикальной оси модуля кольцо цилиндрических реакторов, объединенных торами, придающими жесткость указанному кольцу, при этом реакторы со стороны центральной вертикальной оси аппарата покрыты утеплителем, внутри содержат обогреватели и снабжены средствами заполнения реакторов водой в нижней части и маслом в верхней части, а при замерзании воды - подачи масла последовательно в верхний масляный тор, в гидрогенератор для выработки электроэнергии, в нижний масляный тор и в верхнюю часть реактора, снабженную поддоном для удержания масла и регулятором уровня давления, обеспечивающим при создании вакуума образование водяного пара, подаваемого в камеру плавления льда, причем указанные средства обеспечивают подачу талой воды в тор морской воды для пополнения воды в реакторах, подачу опресненной воды через тор пресной воды в биоэнергетический комплекс, а также непрерывную выработку пара путем поочередного, по кольцу, размораживания воды в реакторах, при этом указанные модули снабжены средствами наддува оболочек их парашютов и подачи морской воды из шахт на поверхности наддутых оболочек для их заливки и создания ледяных куполов, с возможностью при объединении куполов образовывать станции для исследования планеты и последующего её заселения, причем каждый модуль оснащен спускаемыми батисферами для исследования подледного океана и роботами для работы на поверхности планеты.

2. Космический аппарат по п.1, отличающийся тем, что в его неподвижном блоке дополнительно размещены пилотируемые отделяемые рейдеры, каждый из которых оборудован собственным биоэнергетическим комплексом, бытовым отсеком, исследовательским отсеком и оснащен системой спуска и подъема с поверхности планеты.

3. Космический аппарат по п.1, отличающийся тем, что в его неподвижном блоке дополнительно размещены батискафы для исследования океанских глубин, каждый из которых оборудован собственным биоэнергетическим комплексом, бытовым отсеком, балластной камерой, буровым отсеком и оснащен системой спуска на поверхность планеты, причем на борту батискафов предусмотрены устройства для электролиза воды и графитовые стержни для извлечения электрического тока из придонного ила.