Способ очистки космоса от объектов космического мусора

Изобретение относится к космической технике. Способ очистки космоса от космического мусора обеспечивает торможение объектов космического мусора с целью их перевода на более низкую орбиту с последующим сгоранием объектов в атмосфере Земли. На пути следования объектов космического мусора создается препятствие в виде пространственно распределенных частиц. Частицы оказывают ударно-кинетическое воздействие на объекты космического мусора. В качестве материала частиц используют продукты окисления азота, предпочтительно оксиды азота I, III, IV, V - N₂O, N₂O₃, NO₂, N₂O₄, N₂O₅. Агрегатным состоянием вещества частиц является твердое тело. Размер частиц материала для оказания воздействия на объекты космического мусора выбирается в зависимости от размера объектов. Достигается надежность и экологическая чистота способа. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Настоящее изобретение относится к космической технике и может быть использовано для очистки космического пространства от техногенного загрязнения, в том числе от пассивных космических аппаратов (КА), их фрагментов и обломков. Способ также может быть использован для уничтожения других опасных космических объектов.

В настоящее время анализ космической обстановки указывает на необходимость обеспечения безопасности космических полетов. И если на ранних этапах освоения космоса безопасность связывали практически только с надежностью ракетно-космической техники, то теперь особую тревогу вызывает продолжающееся увеличение уровня загрязнения околоземного космического пространства (ОКП) космическим мусором.

Под объектами космического мусора понимаются космические объекты искусственного происхождения, запущенные в ОКП в качестве полезной нагрузки (как функционирующие, так и прекратившие функционирование), фрагменты ракетно-космической техники, отделившиеся при запуске, а также фрагменты, образовавшиеся в результате столкновений, разрушений и взрывов на орбите, совершающие управляемое и неуправляемое движение и способные нанести ущерб объектам и лицам в космосе, на поверхности Земли, ее воздушном пространстве и акватории Мирового океана.

Из существующего уровня техники известен аппарат для очистки космоса от мусора, который использует способ разрушения объектов космического мусора путем воздействия на них лазерным излучением, RU 2040449 C1, B64G 9/00, опубл. 27.07.1995 г. Недостатками данного способа являются невозможность борьбы с мелкими объектами мусора и их скоплениями, большие энергозатараты, сравнительно малое время работы лазера без замены оптических элементов, необходимость обслуживания лазера, дороговизна и низкий коэффициент полезного действия.

Также известен способ очистки околоземного космического пространства от космических объектов и мелких частиц путем их разрушения и устройство для его осуществления, RU 2092409 C1, B64G 9/00, опубл. 10.10.1997 г. Способ включает в себя выведение на орбиту, встречную по отношению к орбите засоряющих космических объектов, препятствия, выполненного в виде тонкой пленки, поверхность которой ориентирована поперечно указанной орбите. Таким образом, достигается ударно-кинетическое взаимодействие фрагментов космического мусора с материалом пленки. При этом за счет кинетической энергии соударения происходит превращение фрагментов космического мусора в мелкие осколки, капли расплава и газы. Длительность существования осколков, образовавшихся при разрушении фрагментов, существенно меньше времени существования целого фрагмента за счет уменьшения их скорости и, следовательно, уменьшения высоты орбиты и последующего увеличившегося баллистического сопротивления. Способ может быть применен для разрушения пространственно распределенных фрагментов космического мусора. Недостатками данного технического решения является низкая эффективность, поскольку при столкновении фрагмента космического мусора с пленкой происходит частичное нарушение ее целостности, и в дальнейшем она не оказывает воздействия на пролетающие сквозь нее фрагменты космического мусора, а также из-за недостаточной эффективности ударно-кинетического воздействия тонкой мало массивной пленки при столкновении с относительно крупными частицами.

Наиболее близким техническим решением является способ разрушения фрагментов космического мусора, RU 2204508 C1, B64G 9/00, B64G 1/56, опубл. 20.05.2003 г., путем ударно-кинетического воздействия, включающий создание в околоземном космическом пространстве препятствия на пути следования фрагментов космического мусора, отличающийся тем, что препятствие образуют распылением мелкодисперсных частиц, причем в качестве материала частиц используют взрывчатое вещество со скоростью детонации, превышающей скорость соударения с фрагментами космического мусора, а в качестве взрывчатого вещества используют гексоген. На пути следования фрагментов устанавливается препятствие в виде искусственного облака, состоящего из мелкодисперсных частиц, а в качестве материала частиц используется взрывчатое вещество (преимущественно прессованный гексоген с плотностью 1,7-1,8 г/см³) со скоростью детонации, превышающей скорость соударения с фрагментами космического мусора. Недостатками данного способа являются: необходимость повышенных мер безопасности при загрузке в ракету и запуске в космос такого сильного взрывчатого вещества, в силу большой разреженности облака малая эффективность при торможении крупных объектов.

Общим недостатком приведенных способов является невосполнимость рабочего тела, тормозящего объекты. 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 следующие.

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 второго вопроса из комплекса проблем посвящена заявка на выдачу патента на изобретение под названием "Способ забора атмосферных газов для использования в космической технике", которая подается совместно и одновременно с настоящей заявкой.

Решению первого вопроса из комплекса проблем посвящена настоящая заявка на выдачу патента на изобретение под названием «Способ очистки космоса от объектов космического мусора»

Заявленный способ основан на том, что очистка космоса от объектов космического мусора достигается торможением объектов космического мусора с целью их перевода на более низкую орбиту с последующим сгоранием в атмосфере, причем для торможения объектов космического мусора на пути следования объектов космического мусора создается препятствие в виде пространственно-распределенных частиц, оказывающих ударно-кинетическое воздействие на объекты космического мусора, причем в качестве материала частиц, оказывающих ударно-кинетическое воздействие, используют продукты окисления азота, предпочтительно оксиды азота I, III, IV, V - N₂O, N₂O₃, NO₂, N₂O₄, N₂O₅, при этом агрегатным состоянием вещества частиц, оказывающих ударно-кинетическое воздействие, является твердое тело.

Размер частиц материала для оказания воздействия на объекты космического мусора выбирается в зависимости от размера объектов космического мусора и может быть в виде мелких частиц, представляющих собой кристаллы или «снег»; и/или крупных частиц в виде «градин»; и/или монолитного образования - массивной ледяной "торпеды". Выбор адекватного вида воздействия и размера частиц осуществляется путем анализа характеристик объекта космического мусора бортовыми устройствами КА в автоматическом режиме (искусственный интеллект КА) или по команде с Земли.

При прохождении объектов космического мусора сквозь препятствие в виде облака пространственно распределенных частиц, за счет столкновения объектов космического мусора с частицами, происходит ударно-кинетическое воздействие на объекты космического мусора, приводящее к торможению объектов космического мусора, переводу их на более низкую орбиту и последующее сгорание объектов космического мусора в атмосфере Земли.

Технический результат при реализации данного изобретения заключается в следующем:

- увеличение спектра возможностей способа за счет воздействия на космический мусор в зависимости от размера фрагментов как мелкими, так и крупными частицами, вплоть до создания монолитного образования - массивной ледяной "торпеды";

- созданное препятствие - пространственно распределенные частицы (облако) продуктов окисления азота, предпочтительно оксиды азота I, III, IV, V - N₂O, N₂O₃, NO_2, N₂O₄, N₂O₅, после взаимодействия с космическим мусором переходит в газовое состояние, не увеличивая общую массу космического мусора, либо, прилипая к объекту космического мусора, уменьшают его скорость, и тем самым способствуя понижению орбит фрагментов космического мусора.

Использование известных ядерных энергодвигательных установок, систем обнаружения и классификации по размерам объектов космического мусора, систем наведения для осуществления столкновения объектов космического мусора с препятствием в виде облака на пути следования объектов космического мусора, устройств, для производства искусственных мелко- и крупнодисперсных частиц, вплоть до монолитных образований, позволяет считать предложение заявителя соответствующим критерию "промышленная применимость".

Проведенный патентный поиск не выявил аналогов предложенного способа очистки космоса от объектов космического мусора путем ударно-кинетического воздействия на объекты космического мусора для их торможения с целью перевода на более низкую орбиту, с последующим сгоранием объектов космического мусора в атмосфере Земли, которые в совокупности признаков, их свойствам и полученному результату идентичны предложенному способу, что позволяет считать предложенный способ соответствующим критерию "изобретательский уровень".

При сравнении предложения заявителя с наиболее близким техническим решением выявлено, что предложенный способ отличается материалом создаваемого препятствия, вариативностью размеров частиц препятствия, создаваемого на пути следования объектов космического мусора в зависимости от размеров объектов, что позволяет считать предложение заявителя соответствующим критерию "новизна".

Суть изобретения заключается в том, что препятствие, оказывающее ударно-кинетическое воздействие, используемое для торможения объекта космического мусора с целью перевода его на более низкую орбиту с последующим сгоранием в атмосфере, образуют распылением на пути следования объектов космического мусора мелких или крупных частиц, вплоть до массивных образований ("ледяная торпеда") в зависимости от размеров объекта КМ, причем в качестве материала частиц используют продукты окисления азота, а агрегатным состоянием вещества частиц является твердое тело. При прохождении фрагментов космического мусора сквозь препятствие в виде облака пространственно-распределенных частиц за счет столкновения фрагментов КМ с частицами происходит ударно-кинетическое воздействие на объекты КМ, приводящее к торможению объектов КМ, переводу их на более низкую орбиту и последующее сгорание в атмосфере Земли.

Сущность изобретения поясняется схемой, которая не охватывает и тем более не ограничивает весь объем притязаний данного способа, а является лишь иллюстрирующим материалом частного случая применения способа для очистки космоса от космического мусора, на которой изображено:

на фиг.1 - схема образования препятствия в виде искусственного облака частиц.

Схема образования препятствия в виде искусственного облака частиц представлена на фиг.1, где специальный космический аппарат 1 с помощью "пушек" для распыления мелких и/или крупных частиц, и/или монолитного образования "выстреливает" облако частиц 2 продуктов окисления азота, предпочтительно оксидов азота I, III, IV, V - N₂O, N₂O₃, NO_2, N₂O₄, N₂O₅, на пути следования 3 объекта космического мусора 4, положение объекта космического мусора после соударения 6 и траектория фрагмента космического мусора после соударения 5. Стрелками показаны предпочтительные направления скоростей объектов космического мусора 4, космического аппарата 1 и облака частиц 2.

Очистка космоса от объектов космического мусора осуществляется следующим образом.

Специальный КА с помощью "пушек" для распыления мелких и/или крупных частиц и/или монолитного образования "выстреливает" облако частиц продуктов окисления азота, предпочтительно оксидов азота I, III, IV, V - N₂O, N₂O₃, NO_2, N₂O₄, N₂O₅, на пути следования объектов космического мусора в околоземном космическом пространстве. При этом скорость облака частиц и/или монолитного образования -ледяной "торпеды", выпущенных КА, способна достигать 100 м/с. Таким образом, скорость столкновения объекта космического мусора с облаком частиц и/или монолитным образованием может достигать 17 км/с, что в результате ударно-кинетического воздействия существенно снизит скорость объектов космического мусора. Простейшие оценки показывают, например, что для низких орбит уменьшение скорости объекта космического мусора на 1% приводит к снижению высоты его орбиты примерно на 150 км, для геостационарных орбит - примерно на 1000 км. Таким образом, будет проведено торможение объекта космического мусора, перевод его на более низкую орбиту с последующим сгоранием в атмосфере.

1. Способ очистки космоса от объектов космического мусора, характеризующийся тем, что очистка космоса от объектов космического мусора достигается торможением объектов космического мусора с целью их перевода на более низкую орбиту с последующим сгоранием в атмосфере, причем для торможения объектов космического мусора на пути следования объектов космического мусора создается препятствие в виде пространственно распределенных частиц, оказывающих ударно-кинетическое воздействие на объекты космического мусора, причем в качестве материала частиц, оказывающих ударно-кинетическое воздействие, используют продукты окисления азота, предпочтительно оксиды азота I, III, IV, V - N₂O, N₂O₃, NO₂, N₂O₄, N₂O₅, при этом агрегатным состоянием вещества частиц, оказывающих ударно-кинетическое воздействие, является твердое тело.

2. Способ очистки космоса от объектов космического мусора по п.1, отличающийся тем, что размер частиц материала для оказания воздействия на объекты космического мусора выбирается в зависимости от размера объектов космического мусора.
3 Способ очистки космоса от объектов космического мусора по п.1, отличающийся тем, что частицы, оказывающие ударно-кинетическое воздействие, могут быть в виде мелких и/или крупных частиц, и/или монолитного образования - массивной ледяной "торпеды".