Многоразовый космический аппарат-буксир для уборки космического мусора

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано для уборки космического мусора (КМ). Многоразовый космический аппарат-буксир содержит корпус, приборный отсек с системой управления, двигательную установку, солнечные батареи, головку самонаведения, устройства дистанционного захвата КМ. Устройство дистанционного захвата КМ содержит космический гарпун с оперением, пороховым двигателем, тросом и кожухом, контейнер со съемной крышкой, стакан, 2-мостиковый пиропатрон, барабан с электроприводом. Изобретение позволяет дистанционно захватить КМ и изменить траекторию движения КМ независимо от геометрической формы и габаритного размера КМ. 7 ил.

 

Изобретение относится к конструкции космических аппаратов и может быть использовано при разработке космических аппаратов для решения актуальной задачи борьбы с космическим мусором, в том числе с его крупногабаритными объектами - верхними ступенями ракет-носителей, отработавшими космическими аппаратами, представляющими большую опасность для отдельных космических аппаратов. Известен, в частности, случай столкновения в 2009 г. выведенного из эксплуатации спутника связи «Космос-2251» с американским спутником связи Иридиум.

Периодически возникают аварийные ситуации, касающиеся Международной Космической станции.

По состоянию на 2012 год вокруг Земли летает 16000 объектов размером более 10 сантиметров и сотни миллионов более мелких кусочков мусора.

В этих условиях возникает необходимость в срочных и масштабных работах по созданию космических аппаратов для уборки космического мусора.

Известен спутник - уборщик космического мусора CleanSpace One, разработанный швейцарскими учеными политехнической школы EPFL в г.Лозанна и представленный в электронном научно-популярном журнале «Мембрана» (www.membrana.ru).

Специалисты EPFL поясняют, что CleanSpace One - это проект по созданию целой линейки орбитальных уборщиков, размеры и детали строения которых будут приспособлены для захвата и сведения с орбиты самых разных старых аппаратов.

Новый спутник должен перехватывать мертвые аппараты или крупные обломки мусора и сводить их с околоземной орбиты, направляя в океан.

В качестве пробной цели разработчики намерены использовать один из двух пикоспутников. Кандидатура номер один - Swisscube. Это первый спутник швейцарского производства, созданный как раз в EPFL и запущенный в космос в 2009 году. Второй претендент на принудительное удаление с орбиты - опять же швейцарский Tlsat, запущенный в 2010 г.

Швейцарцы намерены стать пионерами в деле очистки околоземного пространства от космического мусора.

После вывода на орбиту CleanSpace One при помощи ионных двигателей начнет менять ее параметры так, чтобы аккуратно сойтись с целью, летящей несколько выше или ниже.

Сблизившись до минимального расстояния, мусорщик должен захватить бездействующий спутник или фрагмент разрушенного аппарата при помощи манипулятора. Строение этого универсального захвата будет подражать какому-нибудь природному аналогу - части растения или животного, сообщают швейцарцы.

Момент захвата, безусловно, самый ответственный во всей операции. Ведь спутник - цель не только способен сам маневрировать для стыковки, но некоторые такие аппараты вдобавок хаотично вращаются.

Принципиальным недостатком КА CleanSpace One является его оснащение устройством захвата КА-цели, рассчитанным на непосредственный контакт двух КА. Это определяет сложность конструкции устройства захвата и процесса маневрирования КА-буксира при его сближении с КА-целью.

Кроме этого, конструкция устройства рассчитывается на захват КА-цели с определенными габаритными размерами, что резко сокращает область применения конкретного КА-буксира. Многоразовое применение такого КА-буксира представляется также маловероятным.

Целью изобретения является устранение этих недостатков.

Указанная цель достигается тем, что многоразовый КА-буксир для уборки космического мусора (фиг.1 - фиг.3), состоящий из корпуса 1, приборного отсека 2 с системой управления 3, двигательной установки 4, солнечных батарей 5, головки самонаведения 6, оснащается несколькими устройствами дистанционного захвата космического мусора 7. Общий вид устройства дистанционного захвата космического мусора представлен на фиг.4-фиг.7.

Основу устройства захвата составляет космический гарпун 1, который вместе с пороховым двигателем 2 размещается в стакане 3, установленном на съемной крышке 4 контейнера 5. Поджиг порохового двигателя 2 осуществляется с помощью 2-мостикового пиропатрона 6.

Космический гарпун оснащается оперением 7, изготавливаемым из рессорно-пружинной стали.

В донной части космического гарпуна закрепляется трос 8, основная часть которого наматывается на барабан 9, установленный внутри контейнера 5.

На барабане устанавливается устройство разделения троса 10.

Снаружи контейнера соосно с барабаном устанавливается электропривод барабана 11.

Для защиты космического гарпуна от механических воздействий на всех этапах эксплуатации КА-буксира используется кожух 12.

КА-буксир функционирует следующим образом.

На первом этапе полета с использованием двигательной установки КА-буксира 4 и головки самонаведения 6 осуществляется сближение КА-буксира с КА-целью, на конечном этапе которого обеспечивается оптимальная ориентация КА-буксира относительно КА-цели, при которой продольная ось КА-буксира становится перпендикулярной к одной из граней корпуса КА-цели.

После достижения оптимального расстояния между КА-буксиром и КА-целью система управления КА-буксира 3 посылает электрический сигнал на 2-мостиковый пиропатрон установки космического гарпуна 6, с помощью которого срабатывает пороховой двигатель 2, обеспечивающий разгон космического гарпуна 1 с оперением 7 и тросом 8 с большой скоростью, его ударное заглубление внутрь корпуса КА-цели. В процессе полета космического гарпуна 1 осуществляется сматывание троса 8 с барабана 9.

На 2-м этапе полета срабатывает электропривод барабана 11, осуществляющий намотку троса 8 на барабан 9 и одновременное подтягивание КА-цели к КА-буксиру вплоть до их контакта. Оперение 7 при этом препятствует выходу космического гарпуна 1 из корпуса 1 КА-буксира. На этом заканчивается операция захвата КА-буксиром КА-цели.

На третьем этапе осуществляется баллистический маневр по переводу связки КА-буксир - КА-цель на траекторию полета КА-цели к Земле или на орбиту хранения КА-цели.

На заключительном этапе полета с помощью двигательной установки 4 КА-буксира осуществляется отделение КА-цели от КА-буксира. При этом срабатывает устройство разделения троса 10. После этого КА-буксир осуществляет полет для захвата следующей КА-цели. Общее число таких КА-целей определяется запасами топлива двигательной установки КА-буксира и числом устройств захвата космического мусора.

Техническим результатом изобретения, основанным на использовании устройств захвата космического мусора, является возможность дистанционного захвата КА-буксиром отработавших космических объектов вне зависимости от их геометрической формы и габаритных размеров и возможность многоразового применения КА-буксира в процессе полета, а также его перевода на орбиту хранения или на траекторию входа в атмосферу Земли.

Конструкция КА-буксира основана на использовании существующей элементной базы, что обеспечивает минимальные сроки и стоимость его создания.

Представляется целесообразным использование КА-буксира в рамках Международного сотрудничества и на коммерческой основе для решения актуальных задач, в том числе для очистки орбитальных позиций спутника на геостационарной орбите (ГСО) от отработавших спутников, например связных, путем их перевода на орбиту хранения, высота которой на ~ 200 км больше высоты ГСО. При этом может быть рассмотрен вариант увода нескольких отработавших спутников за один заход КА-буксира на ГСО.

Многоразовый космический аппарат-буксир для уборки космического мусора, содержащий корпус, приборный отсек с системой управления, двигательную установку, солнечные батареи, головку самонаведения, несколько устройств дистанционного захвата космического мусора, отличающийся тем, что основу каждого из устройств захвата составляет космический гарпун, который вместе с оперением и пороховым двигателем размещен в стакане, установленном на съемной крышке контейнера, при этом пороховой двигатель контактирует с 2-мостиковым пиропатроном, а в донной части космического гарпуна закреплен трос, основная часть которого намотана на барабан, устанавливаемый внутри контейнера, снаружи которого соосно с барабаном установлен электропривод барабана и кожух для защиты космического гарпуна и оперения от механических воздействий на всех этапах эксплуатации многоразового космического аппарата-буксира.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к ракетно-космической технике, а именно к космолётам. Космолёт содержит две ступени с крыльями, воздушно-реактивные двигатели (ВРД), центроплан, переднее горизонтальное оперение, крюк для вертикальной посадки, грузовой люк, блокировку отделения ступени, убирающиеся кили, ракетный ускоритель, сбрасываемые лонжероны и обтекатели.

Изобретение относится к ракетно-космической технике. Многоразовый возвращаемый ракетный блок содержит фюзеляж, крыло с двумя консолями, левый и правый блоки двигателей управления.

Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при разработке ракет-носителей. .

Изобретение относится к авиационно-космическим, преимущественно многоразовым средствам доставки космических аппаратов (КА) на орбиту. .

Изобретение относится к летательному аппарату со смешанным режимом аэродинамического и космического полета, а также к способу его пилотирования. .

Изобретение относится к межорбитальным транспортным системам многократного применения. .

Изобретение относится к области авиационной и ракетно-космической техники. .

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано в спутниковых системах связи и наблюдения. Спутниковая система связи и наблюдения содержит от 1 до 7 спутников с аппаратурой связи и наблюдения.

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано в системах искусственных спутников (СИС). СИС содержит минимум два искусственных спутника панельного типа (ИСПТ), соединенных в многофункциональную сеть (МС).

Изобретение относится к средствам получения и распространения спутниковых изображений земной поверхности. .

Изобретение относится к системам космических объектов (КО) с передачей между ними энергии и импульса посредством лазерного излучения и может быть использовано для КО, на борту которых создаются условия микрогравитации на уровне ~10-7 10-8 ускорения на поверхности Земли.

Изобретение относится к управлению движением группы космических аппаратов (КА) и м.б. .

Изобретение относится к ракетно-космической технике и может быть использовано при разработке космических аппаратов, предназначенных для проведения комплексных исследований грунта небесных тел, а также для доставки полезного груза в их массивы.

Изобретение относится к области ракетно-космической техники и может быть использовано для размещения космических аппаратов на геостационарной орбите в плоскости, параллельной экваториальной, но не совпадающей с ней.

Изобретение относится к спутниковым системам для производства и исследования материалов с уникальными свойствами в условиях низкой микрогравитации. .

Изобретение относится к космической технике и касается проектирования автоматических космических аппаратов (КА) для эксплуатации на околоземных орбитах с приборными контейнерами, выполненными из сотопанелей с применением тепловых труб (ТТ).

Изобретение относится к космической технике, а именно к компоновке космических аппаратов. Ёмкость изготавливают с тремя отверстиями для отвода пара, основное отверстие выполняют с центром, через который проходит центральная ось емкости, параллельная продольной оси спутника, направленная в сторону центра масс спутника, два дополнительных отверстия выполняют с центрами, через которые проходит другая параллельная ось емкости, параллельная оси спутника, направленная по направлению полета его. Ёмкость устанавливают на максимально возможном удалении от центра масс спутника по направлению, параллельному указанной продольной оси спутника, при этом центральную ось емкости, параллельную продольной оси спутника, располагают с минимально возможным отклонением от нее, одновременно обеспечивая, чтобы вторая центральная ось емкости, перпендикулярная ей, была параллельна оси аппарата, направленной по направлению полета спутника по орбите. Три отверстия для отвода паров установленной на борту ёмкости через электроклапаны соединяют с редуктором. Изобретение позволяет снизить массу и энергопотребление КА. 3 ил.

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано для уборки космического мусора. Многоразовый космический аппарат-буксир содержит корпус, приборный отсек с системой управления, двигательную установку, солнечные батареи, головку самонаведения, устройства дистанционного захвата КМ. Устройство дистанционного захвата КМ содержит космический гарпун с оперением, пороховым двигателем, тросом и кожухом, контейнер со съемной крышкой, стакан, 2-мостиковый пиропатрон, барабан с электроприводом. Изобретение позволяет дистанционно захватить КМ и изменить траекторию движения КМ независимо от геометрической формы и габаритного размера КМ. 7 ил.

Наверх