Способ для очистки от космического мусора

Авторы патента:

КАВАБЕ Арицуне (JP)

ХАНАДА Тосия (JP)

КИТАДЗАВА Юкихито (JP)

B64G1/56 - защита от метеоритов (метеоритные датчики B64G 1/68)

Владельцы патента RU 2524325:

АйЭйчАй КОРПОРЕЙШН (JP)
КИУСУ ЮНИВЕРСИТИ (JP)

Изобретение относится к космонавтике и может быть использовано для очистки космического пространства от космического мусора (КМ). На геоцентрической орбите размещают пространственную область, обладающую большей силой сопротивления (трения, электромагнитная) и плотности, чем сила сопротивления и плотность атмосферы на данной орбите, и сформированную периферийной поверхностью трубчатого тела. Частицы КМ проходят сквозь трубчатое тело через открытые торцы. Трубчатое тело имеет отношение площади к массе, необходимое для схода с заданной орбиты. Изобретение позволяет удалять КМ без разрушения. 3 з.п. ф-лы, 11 ил.

Область техники

Настоящее изобретение относится к способу для очистки от космического мусора на геоцентрической орбите.

Уровень техники

Космический мусор - это искусственные неиспользуемые объекты, вращающиеся на геоцентрической орбите. Образцы космического мусора включают в себя: космические аппараты (искусственные спутники, космические станции, космические челноки и тому подобное), которые завершили работу вследствие окончания ресурса, происшествий и неисправностей; детали корпуса и узлов ракет, использованных для выведения на орбиту искусственных спутников; обломки, образовавшиеся при разделении ступеней многоступенчатых ракет; инструменты, потерянные астронавтами во время работ, связанных с выходом из космического корабля; и тому подобное. Кроме того, космический мусор также включает в себя мельчайшие обломки, образованные при разрушении элементов космического мусора во время столкновения друг с другом. Соответственно, частицы космического мусора имеют различные размеры.

Вышеуказанные частицы космического мусора могут сталкиваться с функционирующим в данный момент космическим аппаратом, находящимся на геоцентрической орбите, пересекающейся с геоцентрическими орбитами частиц космического мусора, и могут затруднять работу космического аппарата. Присутствие крупных элементов космического мусора (включая неповрежденные космические аппараты), превышающих 10 см в диаметре, может быть заблаговременно обнаружено с земли с помощью радаров и подобных установок, и космический аппарат может быть вынужден предпринять действия по уклонению (изменение орбиты, изменение положения, эвакуация экипажа и тому подобные). Тем не менее, так как малые частицы космического мусора, имеющие диаметр 10 см или менее, с трудом обнаруживаются с земли, практически невозможно заставить космический аппарат предпринять действия по уклонению.

Соответственно, как мера противодействия космическому мусору предложен способ, в котором: тонкая металлическая пластина размещена впереди космического аппарата в направлении движения; частицы космического мусора, летящие в направлении космического корабля, вынуждены сталкиваться и проникать сквозь эту металлическую пластину; и, таким образом, космический мусор разрушается на малые обломки. При применении этого способа частицы космического мусора после столкновения, имеющие повышенное отношение площади к массе (средняя площадь поперечного сечения/масса), по сравнению с этим параметром частиц космического мусора до столкновения, сбрасываются с геоцентрической орбиты посредством аэродинамического сопротивления (атмосферного сопротивления) (см. документ №1 патента).

Документ уровня техники

Патентный документ

Патентный документ 1: Публикация № 2002-2599 патентной заявки Японии.

Сущность изобретения

Техническая задача

Тем не менее орбитальная скорость разрушенных элементов космического мусора на геоцентрической орбите может стать больше орбитальной скорости элементов космического мусора перед столкновением. Если орбитальная скорость разрушенных элементов космического мусора возрастает, сброс частиц космического мусора посредством аэродинамического сопротивления становится более сложным. По этой причине разрушение частиц космического мусора в соответствии с вышеуказанным документом-прототипом может привести к непреднамеренному увеличению числа частиц космического мусора вследствие отсутствия падения частиц космического мусора с повышенной орбитальной скоростью.

Настоящее изобретение было сделано ввиду вышеуказанных обстоятельств. Цель настоящего изобретения состоит в предоставлении способа для очистки от космического мусора, обеспечивающего удаление космического мусора на геоцентрической орбите без разрушения.

Решение задачи

Аспектом настоящего изобретения является способ для очистки от космического мусора на геоцентрической орбите, содержащий: определение расположения на геоцентрической орбите пространственной области, имеющей большую силу сопротивления, чем сила сопротивления атмосферы на данной геоцентрической орбите; замедление частиц космического мусора, проходящих сквозь указанную пространственную область, силой сопротивления этой пространственной области; и сброс замедленных частиц космического мусора с данной геоцентрической орбиты.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - это график, показывающий настоящее состояние и прогноз состояния частиц космического мусора.

Фиг.2 - это концептуальная диаграмма, показывающая первый вариант осуществления способа для очистки от космического мусора в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.3 - это график, показывающий модель экспоненциальной функции, которая представляет собой пример модели атмосферного давления в зависимости от высоты.

Фиг.4 - это график, показывающий корреляцию между массой и диаметром, также как корреляцию между отношением площади к массе и диаметром шара из сплава алюминия. Часть (а) фиг.4 - график, показывающий корреляцию между массой и диаметром шара из сплава алюминия с плотностью 2,77 г/см³, и часть (б) фиг.4 - это график, показывающий корреляцию между отношением площади к массе и диаметром шара из сплава алюминия.

Фиг.5 - это график, показывающий время жизни на орбите шара из алюминиевого сплава, имеющего диаметр 1 см.

Фиг.6 - это график, показывающий скорость полета частиц космического мусора в зависимости от высоты.

Фиг.7 - это график, показывающий корреляцию между величиной замедления шара из сплава алюминия, необходимой для уменьшения высоты перигея на геоцентрической орбите, на которой движется шар из сплава алюминия диаметром 1 см, до 90 км, и первоначальной высотой геоцентрической орбиты.

Фиг.8 - это график, показывающий изменение величины скорости и полетного (пройденного) расстояния шара из сплава алюминия, который входит в аэрогель. Часть (a) на фиг.8 - это график, демонстрирующий изменение величины скорости шара из сплава алюминия, имеющего диаметр 1 см и входящего в аэрогель на 1 миллисекунду, начиная с точки вхождения; и часть (b) на фиг.8 - это график, демонстрирующий полетное (пройденное) расстояние данного шара из сплава алюминия в течение 1 миллисекунды после вхождения в аэрогель.

Фиг.9 - это концептуальная диаграмма, показывающая второй вариант осуществления способа очистки от космического мусора в соответствии с настоящим изобретением.

Описание вариантов осуществления

Варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны ниже со ссылкой на соответствующие чертежи.

Сначала настоящее состояние и прогноз состояния частиц космического мусора будут разъяснены перед особым описанием вариантов осуществления настоящего изобретения. Фиг.1 - это график, показывающий изменение количества частиц космического мусора за период от запуска «Спутника 1» в 1957 году до времени в будущем (Источник: Liou, J.-C., Johnson N. L., PLANETARY SCIENCE: Risks in Space from Orbiting Debris, Science Vol. 311, Issue 5759, 2006, pp. 340-341). Вертикальная ось на этом графике обозначает число частиц космического мусора (большие элементы космического мусора, имеющие диаметр более 10 см, данные о которых могут быть получены с земли с помощью радаров и подобных установок), и горизонтальная ось здесь обозначает год. Данные на и перед 1 января 2006 года являются фактическими измеренными значениями, в то время как данные после являются оценочными значениями. Нужно заметить, тем не менее, что эти оценочные значения рассчитаны из предположения, что ни один космический аппарат (включая искусственные спутники, космические станции, космические челноки и тому подобное) не будет запущен, и взрывов космических аппаратов (искусственное уничтожение с помощью ракет или тому подобного, либо взрывы самих аппаратов как таковых) не случится в 2006 году и позднее. При этом на фиг.1 тонкая линия обозначает частицы, образованные столкновениями, прерывистая линия обозначает частицы, созданные неповрежденными космическими аппаратами и их функционированием (сброшенный инструментарий и тому подобное), штрихпунктирная линия обозначает частицы, образованные взрывами космических аппаратов, и толстая линия обозначает общее число этих частиц, соответственно.

Согласно результату исследования, показанному на фиг.1, число частиц космического мусора, образованных столкновениями, находится в равновесии с числом частиц космического мусора, падающих и исчезающих вследствие сопротивления атмосферы, в силу чего общее число частиц космического мусора остается в состоянии равновесия до 2055. Затем общее число частиц космического мусора имеет тенденцию к естественному нарастанию в результате того, что число частиц космического мусора, образованных столкновениями, будет превышать число частиц космического мусора, падающих и исчезающих вследствие сопротивления атмосферы. Как результат число частиц космического мусора, вероятно, будет возрастать в будущем, без запуска каких бы то ни было космических аппаратов. То есть космическая среда уже находится в опасном положении, в то время как космические аппараты на самом деле продолжают запускаться в настоящее время, и, таким образом, число частиц космического мусора фактически продолжает возрастать даже сейчас.

На основании вышеуказанных обстоятельств очевидно, что очистка от космического мусора на геоцентрической орбите очень важна для приведения в порядок космической среды и стабилизации работы космических аппаратов.

Варианты осуществления способа очистки от космического мусора, в соответствии с настоящим изобретением, будут более точно описаны ниже.

Фиг.2 - это концептуальная диаграмма, показывающая первый вариант осуществления способа очистки от космического мусора в соответствии с настоящим изобретением. В этом варианте полое цилиндрическое тело (трубчатое тело) 1 размещено на геоцентрической орбите, на которой движутся удаляемые частицы космического мусора (не показаны).

Цилиндрическое тело 1 включает в себя каркас 1a и замедляющий материал 1b (некоторая пространственная область), «надетый» на каркас 1a, для формирования периферийной поверхности указанного цилиндрического тела. Замедляющий материал 1b имеет более высокую плотность (массу на единицу площади), чем плотность атмосферы на высоте геоцентрической орбиты, где находится цилиндрическое тело 1. По этой причине замедляющий материал 1b может прикладывать большую силу трения на проходящие через него частицы космического мусора, чем сила трения атмосферы на данной высоте. В качестве замедляющего материала 1b использован материал с относительно малой плотностью. Плотность данного материала такова, что позволяет частицам космического мусора, которые нужно удалить, проникнуть внутрь почти без разрушения, при взаимодействии на предполагаемой скорости столкновений. К примеру, пенный материал (например, пенный материал из полимида), аэрогель (например, аэрогель на основе диоксида кремния), пленочный пакет или похожие материалы могут быть использованы в качестве материала с низкой плотностью. Пленочный пакет создается из металлических или пластиковых пленок, уложенных во множество слоев. Нужно заметить, что периферийная поверхность цилиндрического тела 1 может быть образована сформированным цельным замедляющим материалом 1b или может быть создана путем компоновки различных замедляющих материалов 1b, сегментированных или в тангенциальном, или в аксиальном направлении относительно цилиндрического тела 1, вдоль периферийной поверхности цилиндрического тела 1. Вдобавок, каркас 1a не ограничен особенным образом до тех пор, пока каркас 1a не выполнен с возможностью надеть на него замедляющий материал 1b в качестве периферийной поверхности цилиндрического тела 1. К примеру, каркас 1a может быть создан из балок, прикрепленных к внутренней периферийной поверхности сформированного цельным замедляющего материала 1b, или может быть создана элементами каркаса, окружающими соответственные сегментированные замедляющие материалы 1b, и поперечинами, созданными для соединения соответствующих элементов каркаса.

Цилиндрическое тело 1 с вышеописанной пространственной структурой сформировано таким образом, что его размер вдоль центральной оси превышает его диаметр. Цилиндрическое тело 1, имеющее указанную форму, расположено на геоцентрической орбите в таком положении, что один из открытых торцов направлен к Земле E под действием градиента гравитации. В результате частицы космического мусора, двигающиеся по геоцентрической орбите, которая расположена на той же самой высоте, что и геоцентрическая орбита цилиндрического тела 1, но отличается от геоцентрической орбиты цилиндрического тела 1, проходят сквозь цилиндрическое тело 1 в радиальном направлении (или в направлении, параллельном радиальному), вследствие этого через точку, где геоцентрическая орбита частицы пересекает геоцентрическую орбиту цилиндрического тела. То есть частицы космического мусора проходят сквозь цилиндрическое тело 1 в направлении, пересекающем прямую линию, соединяющую открытые торцы цилиндрического тела 1, и пересекают замедляющий материал 1b в двух местах на периферийной поверхности цилиндрического тела 1 в тангенциальном направлении с некоторым временным промежутком.

Замедляющий материал 1b цилиндрического тела 1 изготовлен с заданной толщиной, что позволяет одиночной частице космического мусора при вхождении проходить через замедляющий материал 1b почти без разрушения и может замедлить скорость полета единичной частицы космического мусора посредством приложения силы трения к одиночной частице мусора во время прохождения. Подходящая толщина замедляющего материала 1b может быть определена, к примеру, при проведении последующих исследований.

Прежде всего определяется диаметр и масса (плотность, отношение площади к массе) частиц космического мусора, которые требуется удалить. Здесь предполагается, что частица космического мусора является шаром, имеющим диаметр 1 см и сделанным из сплава алюминия с плотностью 2,77 г/см³. Кроме того, предполагается, что шар из сплава алюминия двигается по круговой орбите на двумерной плоскости, и сопротивление атмосферы является единственной возмущающей силой, действующей на указанный шар из сплава алюминия во время движения по орбите. Плотность атмосферы на геоцентрической орбите, где находится цилиндрическое тело 1, будет здесь определена посредством модели экспоненциальной функции, показанной на фиг.3 (Источник: David A. Vallado, “Fundamentals of Astrodynamics and Applications, 2^nd Edition”, pp. 532-534.), которая представляет пример модели плотности атмосферы в зависимости от высоты. Кроме того, предполагается, что в качестве замедляющего материала 1b использован аэрогель с плотностью 1,9 кг/м³. Сопротивление трения (сила трения), испытываемое шаром из алюминиевого сплава во время прохождения через аэрогель, предполагается в точности равным сопротивлению воздуха, испытываемому указанным шаром из сплава алюминия, когда этот шар проходит сквозь воздух с плотностью, равной плотности аэрогеля.

Отношение диаметра к массе шара из сплава алюминия с вышеуказанной плотностью имеет корреляцию, показанную на графике на фиг. 4(a). В соответствии с этим графиком, для примера, масса шара из сплава алюминия, имеющего диаметр 1 см, равна 1,45 г. Между тем отношение площади к массе для шара из сплава алюминия с диаметром 1 см и массой 1,45 г имеет корреляцию с диаметром, показанную на фиг.4(b). В соответствии с этим графиком отношение площади к массе, которое является необходимым параметром в расчете орбиты, для шара из сплава алюминия с диаметром 1 см равно 0,054 м²/кг.

Фиг.5 - это график, показывающий время жизни на орбите шара из сплава алюминия с диаметром 1 см. Время жизни на орбите, указанное здесь, - это время, требуемое для схода с геоцентрической орбиты и уничтожения шара из сплава алюминия с диаметром 1 см, которое выражено в годах. В процессе определения толщины замедляющего материала 1b предполагается, что шар из сплава алюминия с диаметром 1 см движется по геоцентрической орбите на высоте 800 км, где данному шару требуется примерно 100 лет для того, чтобы сойти с геоцентрической орбиты и естественным способом разрушиться.

Фиг.6 - это график, показывающий скорость полета частиц космического мусора в зависимости от высоты. Как показано на фиг.6, частицы космического мусора значительно теряют скорость полета на высотах, ниже 100 км, и падают в атмосферу. Частицы космического мусора, падающие в атмосферу, полностью сгорают и перестают существовать. Поэтому можно считать упавшие частицы космического мусора уничтоженными, когда высота уменьшается до 90 км.

Теперь проведем оценку величины замедления шара из сплава алюминия, необходимого для уменьшения высоты перигея на геоцентрической орбите, где вращается данный шар с диаметром 1 см, до 90 км. Фиг.7 - это график, показывающий корреляцию между необходимой величиной замедления и первоначальной высотой геоцентрической орбиты. Как показано на фиг.7, в предположении, что начальная высота геоцентрической орбиты шара из сплава алюминия равна 800 км, величина замедления данного шара, необходимая для уменьшения высоты перигея на геоцентрической орбите до 90 км, равна 200 м/c.

Фиг.8(a) - это график, демонстрирующий изменение величины скорости шара из сплава алюминия с диаметром 1 см, входящего в аэрогель на 1 миллисекунду, начиная с точки вхождения; и фиг.8(b) - это график, демонстрирующий полетное (пройденное) расстояние данного шара из сплава алюминия в течение 1 миллисекунды после вхождения в аэрогель. Как показано на фиг.8(a), время, необходимое для замедления шара из сплава алюминия с диаметром 1 см на 200 м/с, начиная с момента вхождения в аэрогель, примерно равно 0,1 мс. При этом, как показано на фиг.8(b), расстояние, пройденное шаром из сплава алюминия с диаметром 1 см за 0,1 мс с момента вхождения в аэрогель, имеет величину менее 1 м.

Таким образом, когда шар из сплава алюминия с диаметром 1 см, движущийся по орбите высотой 800 км, проходит сквозь аэрогель толщиной 1 м, данный шар замедляется до скорости, необходимой для уменьшения высоты перигея на геоцентрической орбите до 90 км с помощью силы трения, действующей со стороны аэрогеля во время прохождения.

Толщина замедляющего материала 1b здесь может быть установлена посредством определения диаметра и массы (плотности, отношения площади к массе), предназначенных для уничтожения частиц космического мусора, также как и высоты геоцентрической орбиты, и нахождения величины замедления, необходимого для уменьшения высоты перигея частиц космического мусора на геоцентрической орбите до 90 км. Таким образом, замедляющему материалу 1b можно придать такую толщину, которая необходима для замедления проходящих сквозь замедляющий материал 1b частиц космического мусора на вышеуказанную величину, как описано выше. В этом варианте осуществления частицы космического мусора проходят сквозь цилиндрическое тело 1 в радиальном направлении. Таким образом, частицы космического мусора проходят через замедляющий материал 1b в двух местах. Соответственно, эта особенность (та особенность, что частица космического мусора проходит сквозь замедляющий материал 1b дважды) должна быть принята в расчет при определении толщины замедляющего материала 1b.

Тем временем, с целью предотвратить увеличение числа частиц космического мусора, в последние годы обсуждается создание правил для удаления космических аппаратов, отправленных на геоцентрическую орбиту, с этой геоцентрической орбиты (к примеру, путем сброса их на землю), после заранее установленного промежутка времени (например, 25 лет). Таким образом, настоящее изобретение может также быть реализовано путем соответствующего подбора отношения площади к массе цилиндрического тела 1, выводимого на геоцентрическую орбиту, и расположения цилиндрического тела 1 на данной геоцентрической орбите таким образом, что цилиндрическое тело 1 опускается до высоты перигея 90 км после заранее установленного промежутка времени. Соответственно, используя цилиндрическое тело 1, вращающееся вокруг Земли и постепенно уменьшающее высоту перигея в течение заранее установленного промежутка времени, возможно постепенно расчистить космический мусор на высотах, равных начальному положению цилиндрического тела 1 или ниже, и также удалить само цилиндрическое тело 1 с геоцентрической орбиты.

Выше дано описание варианта осуществления способа удаления частиц космического мусора с геоцентрической орбиты, в котором цилиндрическое тело 1 размещено на геоцентрической орбите, на высоте, где движется удаляемый космический мусор, с использованием замедляющего материала 1b, изготовленного из вещества с низкой плотностью (пенный материал, аэрогель, пленочный пакет и тому подобное), имеющего большую плотность, чем плотность атмосферы на вышеуказанной высоте; сила трения воздействует на частицы космического мусора во время прохождения через материал с низкой плотностью (интервал с момента входа частицы космического мусора в замедляющий материал 1b до выхода из него), замедляя частицы космического мусора. Этот вариант осуществления является примером способа очистки от космического мусора настоящего изобретения, обладающего возможностью удалить космический мусор с геоцентрической орбиты, в котором некоторая пространственная область предоставляется на геоцентрической орбите, на высоте, где движутся удаляемые частицы космического мусора таким образом, что указанная пространственная область обладает большей силой сопротивления, чем сила сопротивления атмосферы на этой высоте; частицы космического мусора замедляются силой сопротивления в указанной пространственной области во время прохождения через указанную пространственную область (интервал с момента входа частиц космического мусора в указанную пространственную область до выхода из нее). Под «пространственной областью» здесь понимается конечная трехмерная область пространства, и под «силой сопротивления» понимается сила (замедляющая сила), действующая на объект на геоцентрической орбите во время прохождения через указанную пространственную область таким образом, что уменьшает компоненту скорости в направлении движения по геоцентрической орбите. Соответственно, под пространственной областью с большой силой сопротивления понимается пространственная область, способная оказать большее замедляющее воздействие на объект, проходящий через указанную область.

Следовательно, сила сопротивления, замедляющая проходящие через пространственную область частицы космического мусора, не сводится только к силе трения. К примеру, электромагнитная сила, порождаемая сильным магнитным полем, возможно, может быть применена в качестве силы сопротивления, замедляющей проходящие через пространственную область частицы космического мусора. Более точно, космический мусор может быть удален с геоцентрической орбиты следующим образом: некоторая пространственная область предоставляется на геоцентрической орбите, на высоте, где движутся удаляемые частицы космического мусора таким образом, что указанная пространственная область обладает более сильным магнитным полем, чем магнитное поле в атмосфере на данной высоте; частицы космического мусора замедляются электромагнитной силой, действующей на частицы во время прохождения через указанную пространственную область с большим магнитным полем.

Фиг.9 - это концептуальная диаграмма, показывающая второй вариант осуществления способа очистки от космического мусора в соответствии с настоящим изобретением. В этом варианте пространственная область 11 предоставлена на геоцентрической орбите, на высоте, где движутся удаляемые частицы космического мусора, таким образом, что указанная пространственная область 11 обладает более сильным магнитным полем, чем магнитное поле в атмосфере на высоте указанной геоцентрической орбиты. Магнитное поле в пространственной области 11 может быть создано путем подачи электрического тока с величиной и направлением, подходящими для образования требуемого сильного магнитного поля в объекте, движущемся на высоте геоцентрической орбиты удаляемых частиц космического мусора, по отличной от нее геоцентрической орбите. Вектор магнитной индукции указанного сильного магнитного поля в пространственной области 11 предпочтительно включает в себя векторную компоненту, ортогональную плоскости геоцентрической орбиты частиц космического мусора.

В данном варианте осуществления частицы космического мусора, движущиеся по геоцентрической орбите, расположенной на высоте геоцентрической орбиты для пространственной области 11, но отличной от геоцентрической орбиты для пространственной области 11, проходят через пространственную область 11 в точке, где их геоцентрическая орбита пересекает геоцентрическую орбиту для пространственной области 11. Далее заряженные частицы космического мусора отклоняются под действием силы Лоренца со стороны магнитного поля в пространственной области 11 в направлении (в идеале по направлению к Земле), отличном от направления их движения по геоцентрической орбите, либо проводящие материальные тела космического мусора подвергаются воздействию силы, возникающей в результате взаимодействия указанного магнитного поля и индуцированного тока, вызванного электромагнитной индукцией. Соответственно, скорость движения частиц космического мусора по геоцентрической орбите уменьшается (возможно, с изменением направления движения).

Таким образом, определяются диаметр и масса (плотность, отношение площади к массе) частиц космического мусора, удаляемых с помощью способа очистки в данном варианте осуществления, затем из этого может быть найдена соответствующая электромагнитная сила, замедляющая частицы космического мусора до скорости, необходимой для уменьшения высоты перигея геоцентрической орбиты до 90 км, сила магнитного поля в пространственной области 11, величина и направление электрического тока, необходимого для создания данного магнитного поля, могут быть определены, исходя из того, что указанная электромагнитная сила действует на частицы космического мусора, проходящие через пространственную область 11.

В соответствии с вышеописанными способами очистки от космического мусора, в первом и втором вариантах осуществления настоящего изобретения скорость полета частиц космического мусора на геоцентрической орбите снижается посредством силы трения и электромагнитной силы до тех пор, пока высота перигея не уменьшится до 90 км. Таким образом, космический мусор может быть удален с геоцентрической орбиты без его разрушения, которое может привести к увеличению скорости движения по орбите и невозможности сброса частиц космического мусора.

Кроме того, в соответствии со способом для очистки от космического мусора из первого варианта осуществления настоящего изобретения использовано цилиндрическое тело 1, выполненное с возможностью «надевать» замедляющий материал 1b в форме цилиндра на каркас 1a. Таким образом, становится возможным вынудить частицы космического мусора дважды проходить через замедляющий материал 1b во время их прохождения сквозь цилиндрическое тело 1 и тем самым эффективно осуществить замедление частиц космического мусора посредством силы трения, действующей со стороны замедляющего материала 1b.

Несмотря на то, что в вышеописанном первом варианте осуществления настоящего изобретения использовано цилиндрическое тело 1, вместо цилиндрического тела также возможно использовать трубчатое тело с (постоянным) поперечным сечением в форме многоугольника. При этом, в то время как частицы космического мусора замедляются посредством силы трения во время прохождения через замедляющий материал 1b, данный замедляющий материал 1b не всегда обязан быть полым телом (цилиндрическим телом, как в первом варианте осуществления настоящего изобретения, или трубчатым телом с (постоянным) поперечным сечением в форме многоугольника). То есть замедляющий материал 1b может быть твердым телом с формой колонны или призмы, использующей (правильный) многоугольник.

Кроме того, способ очистки от космического мусора, относящийся к настоящему изобретению, особенно полезен в случае, когда удаляемая частица - это частица размером 10 см или менее, которая не может быть обнаружена с земли посредством радаров и подобного оборудования. Тем не менее излишне говорить, что настоящее изобретение также полезно в случае, когда удаляемая частица является большим элементом космического мусора с размером, превышающим 10 см.

В то же время способ очистки от космического мусора, относящийся к настоящему изобретению, чрезвычайно эффективен при реализации посредством расположения пространственной области, такой как цилиндрическое тело 1 или пространственная область 11, на геоцентрической орбите на высоте менее 2000 км, где можно ожидать воздействие сопротивления атмосферы (аэродинамического сопротивления), такого, что указанная пространственная область обладает большей силой сопротивления, чем сила сопротивления атмосферы на данной геоцентрической орбите. Тем не менее, несомненно, возможно реализовать способ очистки от космического мусора, относящийся к настоящему изобретению, путем расположения пространственной области на геоцентрической орбите с высотой, равной или превышающей 2000 км, так, чтобы указанная пространственная область обладала большей силой сопротивления, чем сила сопротивления атмосферы на данной геоцентрической орбите.

Как описано выше, аспект настоящего изобретения предоставляет способ очистки от космического мусора на геоцентрической орбите, в котором: пространственная область предоставлена на геоцентрической орбите таким образом, что данная пространственная область обладает большей силой сопротивления, чем сила сопротивления атмосферы на указанной геоцентрической орбите; частицы космического мусора, проходящие через указанную пространственную область, замедляются посредством силы сопротивления указанной пространственной области; и замедленные частицы космического мусора сбрасываются с указанной геоцентрической орбиты.

В соответствии со способом очистки от космического мусора частицы космического мусора на геоцентрической орбите подвергаются воздействию силы сопротивления со стороны указанной пространственной области и замедляются при прохождении через указанную пространственную область, предоставленную на данной геоцентрической орбите и имеющей большую силу сопротивления, чем сила сопротивления атмосферы на данной геоцентрической орбите. В результате этого замедления перигей геоцентрической орбиты, на которой находятся частицы космического мусора, постепенно приближается к Земле, и частицы космического мусора со временем опускаются до высоты (к примеру, 90 км), на которой возможно их полное сгорание в результате вхождения в атмосферу.

Как описано выше, частицы космического мусора замедляются посредством силы сопротивления во время прохождения через указанную пространственную область для того, чтобы сойти на высоту, подходящую для полного сгорания в результате вхождения в атмосферу. Таким образом, возможно удалить космический мусор с геоцентрической орбиты без его разрушения, которое может привести к увеличению скорости движения по орбите и невозможности сброса частиц космического мусора вследствие этого.

При этом в данном способе очистки от космического мусора пространственная область может быть сформирована как регион пространства, имеющий большую плотность, чем плотность атмосферы на указанной геоцентрической орбите, и скомпонована с целью замедлить частицы космического мусора, проходящие через нее, посредством силы трения.

Таким образом, поскольку материал, имеющий большую плотность, чем плотность атмосферы на геоцентрической орбите, предоставлен на геоцентрической орбите, где движутся частицы космического мусора, данные частицы космического мусора могут быть замедлены посредством силы трения во время прохождения через указанную пространственную область для того, чтобы сойти на высоту, подходящую для полного сгорания в результате вхождения в атмосферу.

Кроме того, в данном способе очистки от космического мусора пространственная область может являться периферийной поверхностью трубчатого тела, в котором один из открытых торцов направлен к Земле для того, чтобы вынудить частицы космического мусора пройти через трубчатое тело в направлении, пересекающем прямую линию, соединяющую оба открытых торца трубчатого тела друг с другом.

Когда частицы космического мусора проходят сквозь трубчатое тело в направлении, пересекающем прямую линию, соединяющую оба открытых торца трубчатого тела друг с другом, частицы космического мусора проходят через две противолежащие точки на периферийной поверхности трубчатого тела. То есть частицы космического мусора проходят через пространственную область дважды при каждом единичном проходе частицы космического мусора сквозь трубчатое тело. Таким образом, возможно замедлить частицы космического мусора и эффективно сбросить данные частицы с геоцентрической орбиты посредством силы трения в пространственной области.

При этом в данном способе очистки от космического мусора указанное трубчатое тело имеет такое отношение площади к массе, что трубчатое тело сходит с геоцентрической орбиты, при этом оно может находиться на геоцентрической орбите в течение некоторого заранее установленного промежутка времени.

Таким образом, указанное трубчатое тело, помещенное на геоцентрическую орбиту, проводит на ней заранее установленный промежуток времени (к примеру, 25 лет), постепенно приближая высоту перигея к Земле, и затем сходит с указанной геоцентрической орбиты. Соответственно, высота орбиты, по которой движется трубчатое тело, постепенно уменьшается за заранее установленный период для того, чтобы указанное трубчатое тело могло замедлять частицы космического мусора и сбрасывать их с геоцентрической орбиты в некотором диапазоне высот, в котором движется трубчатое тело в течение этого периода.

Кроме того, указанное трубчатое тело сходит с той геоцентрической орбиты, на которой трубчатое тело было расположено изначально, после заранее установленного периода времени. Таким образом, можно удалить трубчатое тело, чтобы трубчатое тело как таковое не оставалось элементом космического мусора на геоцентрической орбите.

Эта патентная заявка испрашивает приоритет патентной заявки Японии № 2009-276530, зарегистрированной 4 декабря 2009 года, все содержимое которой включено в этот документ посредством ссылки.

Промышленная применимость

В соответствии со способом очистки от космического мусора настоящего изобретения, когда частицы космического мусора на геоцентрической орбите проходят через пространственную область, обладающую большей силой сопротивления, чем сила сопротивления атмосферы на данной геоцентрической орбите, частицы космического мусора подвергаются действию силы сопротивления со стороны указанной пространственной области. Следовательно, высота перигея геоцентрической орбиты частиц космического мусора уменьшается (или создаются условия для уменьшения высоты перигея), и частицы космического мусора со временем сходят на высоту, подходящую для полного сгорания в результате вхождения в атмосферу. Таким образом, космический мусор может быть удален с геоцентрической орбиты без его разрушения, которое может привести к увеличению скорости движения по орбите и невозможности сброса частиц космического мусора вследствие этого.

Ссылочный список обозначений

1 - цилиндрическое тело (трубчатое тело);

1a - каркас;

1b - замедляющий материал (пространственная область);

11 - пространственная область;

E - Земля.

1. Способ для очистки от космического мусора на геоцентрической орбите без разрушения космического мусора, содержащий:
размещение пространственной области на геоцентрической орбите, причем пространственная область обладает большей силой сопротивления, чем сила сопротивления атмосферы на данной геоцентрической орбите;
замедление частиц космического мусора, проходящих через пространственную область, посредством силы сопротивления в упомянутой пространственной области, причем упомянутая сила сопротивления пространственной области формируется посредством по меньшей мере одной из силы трения и электромагнитной силы; и
сброс замедленных частиц космического мусора с геоцентрической орбиты.

2. Способ для очистки от космического мусора по п.1, в котором
пространственная область образована как пространственная область, имеющая большую плотность, чем плотность атмосферы на данной геоцентрической орбите, и замедляет частицы космического мусора, проходящие через пространственную область, посредством силы трения.

3. Способ для очистки от космического мусора по п.2, в котором
пространственная область сформирована периферийной поверхностью трубчатого тела с одним из открытых торцов трубчатого тела, направленным к Земле, и
частицы космического мусора вынуждены проходить сквозь трубчатое тело в направлении, пересекающем прямую линию, соединяющую оба открытых торца трубчатого тела друг с другом.

4. Способ для очистки от космического мусора по п.3, в котором указанное трубчатое тело имеет такое отношение площади к массе, которое вынуждает трубчатое тело сходить с геоцентрической орбиты, при этом находясь на геоцентрической орбите в течение некоторого заранее установленного промежутка времени.

Изобретение относится к защите космических аппаратов (КА) от внешних потоков высокоскоростных частиц. .

Способ сохранения герметичности космического аппарата при столкновении с высокоскоростными телами и устройство для его реализации (варианты) // 2479470

Изобретение относится к области ракетно-космической техники и может быть использовано для обеспечения безопасности и надежности космических аппаратов при воздействии на них высокоскоростных микрочастиц естественного или искусственного происхождения.

Способ разрушения фрагментов космического мусора // 2474516

Изобретение относится к области защиты космических объектов от космического мусора, метеоритов и других опасных объектов, а также для очистки околоземного космического пространства от прекративших активное существование ИСЗ, их обломков и отходов жизнедеятельности человека.

Способ разрушения фрагментов космического мусора // 2462401

Изобретение относится к космическим средствам защиты от космического мусора, например метеоритов, ядер комет и астероидов, и может быть использовано для предотвращения столкновения крупных фрагментов космического мусора с Землей.

Экран для защиты космического аппарата от высокоскоростного ударного воздействия метеороидов // 2457160

Изобретение относится к космической технике, а именно к экранам для защиты космического аппарата от высокоскоростного ударного воздействия метеороидов. .

Ракета // 2437807

Изобретение относится к космонавтике. .

Способ защиты космических аппаратов // 2374150

Изобретение относится к методам и средствам защиты космических аппаратов (КА) от столкновения с объектами естественного и искусственного происхождения различной массы и степени дисперсности.

Устройство для сохранения герметичности оболочки космических аппаратов при столкновении с высокоскоростными телами // 2349515

Изобретение относится к средствам защиты космических аппаратов (КА) и сооружений на поверхности небесных тел, не обладающих плотной атмосферой, от возможных последствий разгерметизации данных объектов в результате их столкновения с мелкими метеоритами и другими сторонними телами.

Электромагнитная система защиты космических аппаратов от орбитальных осколков // 2316456

Изобретение относится к системам защиты космического аппарата от орбитальных осколков. .

Активное теплозащитное покрытие корпуса летательного аппарата для защиты от воздействия объемных источников тепла и высокоскоростных кинетических ударников // 2310588

Изобретение относится к области баллистики, в частности к способам обеспечения высокоэффективной защиты элементов конструкций ракетно-космической техники от воздействия высокоинтенсивных объемных источников тепла и высокоскоростных кинетических ударников с помощью специального покрытия.

Способ защиты космических аппаратов // 2532003

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано для космических аппаратов (КА). Отстреливают кассету с устройством формирования защитного экрана вдоль линии визирования в сторону потенциально опасного управляемого объекта, формируют с заданными интервалом времени, циклограммой функционирования и массогабаритными параметрами в виде колокола с основанием на безопасном расстоянии от КА экран в виде объемно-распределенного образования инжекцией микродисперсных углеродосодержащих частиц. Изобретение позволяет повысить защиту КА от управляемых объектов. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ газодинамического воздействия на опасное космическое тело и устройство для его реализации // 2546025

Изобретение относится к космонавтике и может быть использовано для защиты Земли от опасных космических объектов (КО). Устройство космического аппарата (КА) с зарядом взрывчатого вещества для газодинамического воздействия на опасный КО содержит основной заряд взрывчатого вещества (ВВ), отсек с выпускаемыми блоками с дополнительным зарядом ВВ, систему управления, систему самонаведения, блоки движения и ориентации, систему детонации основного заряда ВВ, блок синхронизации времени, приемо-передающую аппаратуру связи с блоками с дополнительным зарядом ВВ и программой выпуска и построения блоков с дополнительными зарядами ВВ в формацию вокруг КА. Блоки с дополнительным зарядом ВВ содержат систему управления с программой с относительными координатами блока с дополнительным зарядом ВВ в формации и временем детонации дополнительного заряда ВВ относительно момента детонации основного заряда ВВ. Доставляют к КО КА с выпускаемыми и позиционируемыми в космическом пространстве блоками с зарядами ВВ, с КА с основным зарядом ВВ перед подходом к опасному КО выпускают блоки с дополнительным зарядом ВВ, позиционируют блоки в космическом пространстве в виде заданной пространственной формации, производят согласованную детонацию основного заряда ВВ КА и дополнительных зарядов ВВ блоков, формируют в облаке взрыва основного заряда ВВ высокотемпературную кумулятивную струю, направленную на опасный КО. Изобретение позволяет повысить безопасность Земли от опасных КО. 2 н.п. ф-лы, 14 ил.

Способ изменения траектории полёта объекта в виде крупного метеорита, астероида или ядра кометы, с уводом его в сторону от орбиты земли // 2547315

Изобретение относится к космонавтике и может быть использовано для защиты Земли от космических объектов (КО). Формируют линию воображаемой окружности на поверхности КО и равномерно по поверхности воображаемого купола, опирающегося на эту окружность, устанавливают группы зарядов, воздействуют на КО последовательно серией, согласованной с геометрическими размерами и плотностью КО, взрывов, отделяющихся от космических перехватчиков с системой управления, двигателями коррекции траектории полета, двигателями выравнивания скоростей и устройством наведения на цель, пространственно распределенных групп ядерных или термоядерных зарядов взрывчатых веществ с детонатором, жидкостью и дистанционным устройством одновременного подрыва всех зарядов группы в приповерхностных слоях метеоритно-кометного вещества, при этом в вершине воображаемого купола производят взрыв зарядов большей, или равной, или меньшей мощностей, а остальные взрывы производят зарядами равной мощности. Воображаемый купол формируют сферической, эллиптической, параболической и произвольной формами. Изобретение позволяет изменить траекторию полёта КО к Земле без разрушения. 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

Способ оперативной герметизации пробойного отверстия в корпусе пилотируемого космического объекта и устройство для его реализации // 2568514

Группа изобретений относится к защите космического объекта (КО) от высокоскоростных микрометеороидных или техногенных частиц. Способ включает определение предполагаемого места пробоя гермооболочки пилотируемого КО указанными частицами. Затем вблизи этого места размещают устройство для определения места пробоя и герметизации гермооболочки (УМПГ). УМПГ содержит пенал с выдвижной крышкой, на наружной поверхности которого закреплены два акустических датчика и магнит между ними. Внутри пенала помещен герметизирующий элемент (ГЭ) в виде пластины пенополиуретана, покрытой слоем силиконового герметика. Перемещают УМПГ вдоль стенки гермоотсека и регистрируют сигналы датчиков. Резкое уменьшение сигналов возникает при нахождении УМПГ непосредственно над местом пробоя. Сдвигают крышку пенала, и ГЭ под действием разрежения, вызванного истечением воздуха через пробитое отверстие, выходит из пенала и перекрывает это отверстие. По прекращении сигналов с датчиков УМПГ отделяют от стенки гермоотсека. Технический результат группы изобретений состоит в уменьшении погрешности определения координат места пробоя и сокращении времени герметизации отверстия с помощью простых мобильных средств. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Устройство уборки космического мусора и способ уборки космического мусора // 2574366

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано для уборки космического мусора (КМ). Устройство уборки КМ (УУ КМ), испытывающего беспорядочное кувыркающееся движение, содержит корпус с буферным материалом, фиксирующими лапками, двигательной установкой, устройством захвата с гарпуном, устройством наблюдения за движением КМ и вычисления положения захвата и ориентации захвата, тормозным устройством с проводящим фалом. Гарпун содержит заостренную концевую часть с зубчатой частью, стопорную часть, часть формирования реактивной движущей силы для выброса гарпуна, провод для соединения гарпуна с корпусом, упругий корпус, устройство намотки провода. Выводят на орбиту УУ КМ, осуществляют причаливание УУ КМ к КМ, осуществляют процесс наблюдения и перемещения за КМ, вычисляют положение захвата и ориентацию захвата, перемещают УУ КМ в положение захвата и ориентацию захвата, близко подводят УУ КМ к КМ, выпускают гарпун в полый фрагмент КМ, соединяют УУ КМ и КМ, фиксируют КМ, тормозят захваченный КМ с помощью сброса проводящего фала. Изобретение позволяет упростить прикрепление тормозного устройства к КМ. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 36 ил.

Защитный экран космического аппарата от ударов техногенных частиц и метеороидов // 2591127

Изобретение относится к защите космического аппарата от высокоскоростных частиц естественного или техногенного типа. Защитный экран выполнен из композиционного материала в виде эластичного полимерного связующего с внедренными в него частицами по крайней мере одного порошка тяжелого металла. Плотность металла - не менее 6000 кг/м3, а размеры частиц - от 5 до 500 мкм, при этом массовое содержание порошка в композите составляет от 0,4 до 0,9. Технический результат изобретения состоит в повышении эффективности защиты преимущественно трансформируемых объектов, развёртываемых в космосе. 1 ил.

Устройство для защиты космического аппарата от микрометеороидов // 2598927

Изобретение относится к защите от микрометеороидов. Устройство для защиты космического аппарата от микрометеороидов состоит из металлического защитного экрана, изоляционного слоя, диэлектрического экрана и системы энергопитания для создания разности потенциалов. Система энергопитания имеет два выхода. Первый выход соединен с электропроводящим слоем диэлектрического экрана, а второй - с преградой. Преграда снабжена металлической подложкой. К металлической подложке и металлическому защитному экрану подключен второй источник питания. Металлический защитный экран, электропроводящий слой и металлическая подложка разделены на секции. Между металлической подложкой и электропроводящим слоем расположены диэлектрические преграды. В устройство введен усилитель, вход которого соединен с металлическим защитным экраном, а выход - с блоком распознавания микрометеороидов. Техническим результатом изобретения является снижение потерь электрической энергии за счет возможности подачи напряжения на экран непосредственно в момент удара микрометеороидов. 1 ил.

Устройство для изменения траектории космических объектов // 2604902

Изобретение относится к средствами защиты и предназначено для изменения орбиты массивных космических тел, угрожающих столкновением с Землей. Устройство состоит из корпуса, системы наведения и ориентации, лазерного дальномера. В корпусе расположен термоизолированный контейнер с гидридом металла, полученным электрохимическим способом насыщения или на основе никелевой матрицы, имеющей различные варианты насыщения их водородом. В головной части корпуса в стволе расположен набор из ударных элементов, как правило, от 2 до 5 штук, имеющих свою систему наведения и ориентации. Устройство сближается с космическим телом с третьей космической скоростью. При соударении с космическим объектом ударных элементов высвобождается большая внутренняя энергия и образуется воронка, играющая роль «сопла» для продуктов взрывов указанных элементов. Техническим результатом изобретения является более эффективное изменение траектории полета угрожающего космического тела. 1 ил.

Удаление космического мусора // 2605799

Группа изобретений относится к удалению космического мусора путём его торможения для входа в атмосферу и сгорания в ней. С этой целью на пути движения мусора создают неустойчивое газообразное сферическое (или полусферическое) облако со средней высотой не менее 100 км. Облако образуют расширением Прандтля-Майера газа, истекающего из сопла Лаваля (двух сопел, развёрнутых друг к другу на 180°) с подходящим выходным углом. Газ может включать металлические добавки, тяжелые молекулы с низким показателем адиабаты, высокомолекулярные элементы и галогены. Технический результат группы изобретений направлен на создание относительно простой и надёжной технологии очистки околоземных орбит от мусора. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 10 ил.

Устройство защиты земли от космических объектов // 2607384

Изобретение относится к средствам защиты и предназначено для изменения орбиты массивных космических тел, угрожающих столкновением с Землей. Устройство состоит из корпуса, системы наведения и ориентации, лазерного дальномера. В корпусе расположен термоизолированный составной контейнер, отделяемые части которого содержат твердые парафины и имеют свои системы наведения и ориентации. В головной части корпуса в стволе расположен набор из ударных элементов (от 2 до 5), имеющих свои системы наведения и ориентации. Данные элементы также содержат твердые парафины. Устройство сближается с космическим телом типично со скоростями, равными или большими третьей космической. При соударениях с этим телом ударных элементов и частей контейнера высвобождается большая внутренняя энергии с одновременным образованием заглубленного кратера (воронки). Последний играет роль «сопла» для продуктов взрывов указанных элементов и частей. Технический результат состоит в более эффективном изменении траектории полета угрожающего космического тела. 1 ил.