Устройство захвата космических объектов (варианты)
Полезная модель - устройство захвата космических объектов (варианты) относится к космонавтике, а именно к устройствам захвата космических объектов (КО) техногенного и естественного происхождения, например: космического мусора, неуправляемых космических аппаратов, астероидов и др.
Техническим результатом полезной модели является увеличение размеров захватываемых КО, а так же увеличение инертности к химическому составу КО и кроме того возможность для КА оставаться на предельно больших расстояниях к КО.
Полезная модель обеспечивает захват космического объекта произвольной формы и произвольного состава, что может быть использовано для очищения околоземного пространства от космических объектов техногенного и естественного происхождения.
Технический результат при использовании полезной модели достигается по первому варианту за счет того, что в известное устройство захвата космических объектов, содержащее космический аппарат, включающий бортовой комплекс управления, первый выход которого соединен с управляющим входом электропривода, механически связанным с входом вращения барабана, управляющий вход которого подключен к выходу источника электроэнергии и тросовую систему, выполненную в виде трос - кабель, механически соединенную с валом барабана, второй выход бортового комплекса управления подключен к управляющему входу источника электроэнергии, управляющий вход трос - кабеля соединен с управляющим входом барабана, дополнительно введена адгезионная площадка, закрепленная на свободном конце трос - кабеля, управляющий вход которой подключен к управляющему выходу трос - кабеля. 2 н.п. ф-лы., 2 - ил.
Полезная модель относится к космонавтике, а именно к устройствам захвата космических объектов (КО) техногенного и естественного происхождения, например: космического мусора, неуправляемых космических аппаратов, астероидов и др.
Придание предлагаемой полезной модели совокупности существенных признаков в обеспечение способности захвата космического объекта произвольной формы и произвольного состава, приводит к расширению ее области применения, что может быть использовано для очищения околоземного пространства от космических объектов техногенного и естественного происхождения. Проблема очищения околоземного космического пространства широко обсуждается мировым сообществом и космическими агентствами различных стран мира.
Известна полезная модель по патенту RU 
119325, опубликованным 20.08.2012 - (Д1), «Складной сачок для многоразового сборщика космического мусора». Общим признаком данного аналога и заявленной полезной модели является возможность захвата КО произвольной формы и химического состава. К недостаткам аналога следует отнести необходимость сближения космического аппарата (КА) на предельно близкие (опасные) расстояния к КО.
Также известно изобретение «Аппарат для очистки космоса от мусора» по патенту RU 2040449, опубликовано 25.07.1995 - (Д2). Общим признаком данного аналога и заявленной полезной модели является наличие КА, оснащенного тросовой системой. К недостаткам этого аналога следует отнести ограничение по размерам и химическому составу КО, на который возможно оказание воздействия (из-за ограниченной мощности лазерного излучения и возможности неконтролируемых последствий КО вследствие его взрывоопасности), а также невозможность прогнозирования эволюции орбиты КО после воздействия на него с целью изменения орбиты лазерным лучом или разрушения.
Из приведенных аналогов наиболее близким является устройство, приведенное в Д2 (патент RU 2040449), которому присуща совокупность признаков, наиболее близкая к совокупности существенных признаков заявляемой полезной модели, и поэтому оно выбрано в качестве прототипа.
Заявленная полезная модель характеризует группу полезных моделей, поскольку относится к двум устройствам одного вида, одинакового назначения, обеспечивающих получение одного и того же технического результата (варианты).
Сущность заявленного предложения заключается в том, что устройство захвата КО включает адгезионную площадку, которая и позволяет с помощью эффекта электроадгезии осуществлять захват КО, приклеиваясь к поверхности благодаря электростатическим силам.
Также сущность ПМ по первому варианту заключается в том, что устройство захвата космических объектов, содержит адгезионную площадку и космический аппарат, включающий бортовой комплекс управления, первый выход которого соединен с управляющим входом электропривода, механически связанным с входом вращения барабана, управляющий вход которого подключен к выходу источника электроэнергии и тросовую систему, выполненную в виде трос - кабеля, механически соединенную с валом барабана, второй выход бортового комплекса управления подключен к управляющему входу источника электроэнергии, управляющий вход трос - кабеля соединен с управляющим входом барабана, при этом адгезионная площадка, закреплена на свободном конце трос - кабеля, управляющий вход которой подключен к управляющему выходу трос - кабеля.
Кроме того, сущность ПМ по второму варианту заключается в том, что устройство захвата космических объектов, содержит источник электроэнергии, космический аппарат, включающий бортовой комплекс управления, первый выход которого соединен с управляющим входом электропривода, механически связанным с входом вращения барабана и тросовую систему, при этом тросовая система выполнена в виде троса, передающий блок, приемный блок и адгезионную площадку, закрепленную на одном конце троса, управляющий вход которой подключен к выходу источника электроэнергии, размещенному на адгезионной площадке, другой конец троса механически соединен с валом барабана, второй выход бортового комплекса управления подключен к входу передающего блока, при этом приемный блок размещен на адгезионной площадке, а его выход соединен с управляющим входом источника электроэнергии.
Техническим результатом полезной модели является увеличение размеров захватываемых КО, а так же увеличение инертности к химическому составу КО и кроме того, возможность для КА оставаться на предельно больших расстояниях к КО. Также ПМ по второму варианту характеризуется дополнительным техническим результатом - повышением надежности устройства захвата КО, поскольку тросовая система, выполненная в виде трос - кабеля (1 вариант) менее надежна, чем тросовая система, выполненная в виде троса (2 вариант), ввиду большей ломкости кабеля при его многократной намотке на барабан по сравнению просто с тросом.
Технический результат при использовании полезной модели достигается по первому варианту за счет того, что в известное устройство захвата космических объектов, содержащее космический аппарат, включающий бортовой комплекс управления, первый выход которого соединен с управляющим входом электропривода, механически связанным с входом вращения барабана, управляющий вход которого подключен к выходу источника электроэнергии и тросовую систему, выполненную в виде трос - кабеля, механически соединенную с валом барабана, второй выход бортового комплекса управления подключен к управляющему входу источника электроэнергии, управляющий вход трос - кабеля соединен с управляющим входом барабана, дополнительно введена адгезионная площадка, закрепленная на свободном конце трос - кабеля, управляющий вход которой подключен к управляющему выходу трос - кабеля.
Такой же технический результат при использовании полезной модели достигается и по второму варианту за счет того, что в известное устройство захвата космических объектов, содержащее источник электроэнергии, космический аппарат, включающий бортовой комплекс управления, первый выход которого соединен с управляющим входом электропривода, механически связанным с входом вращения барабана и тросовую систему, при этом тросовая система выполнена в виде троса и дополнительно введены передающий блок, приемный блок и адгезионная площадка, закрепленная на одном конце троса, управляющий вход которой подключен к выходу источника электроэнергии, размещенному на адгезионной площадке, другой конец троса механически соединен с валом барабана, второй выход бортового комплекса управления подключен к входу передающего блока, при этом приемный блок размещен на адгезионной площадке, а его выход соединен с управляющим входом источника электроэнергии. Кроме того, ПМ по второму варианту характеризуется дополнительным техническим результатом - повышением надежности устройства захвата КО.
На фиг.1 и фиг.2 приведены структурные схемы устройства захвата КО по первому и второму вариантам ПМ соответственно и приняты следующие обозначения (также и в тексте):
1 - космический объект,
2 - адгезионная площадка,
3 - тросовая система, выполненная в виде трос - кабеля,
4 - космический аппарат,
5 - источник электроэнергии,
6 - бортовой комплекс управления (БКУ),
7 - барабан,
8 - электропривод,
9 - передающий блок,
10 - тросовая система, выполненная в виде троса,
11 - приемный блок.
КО 1 не входит в состав устройств и изображен для большей информативности.
Устройство захвата КО по первому варианту - фиг.1 содержит адгезионную площадку 2, тросовую систему, выполненную в виде трос -кабеля 3, КА 4, источник электроэнергии 5, бортовой комплекс управления (БКУ) 6, барабан 7 и электропривод 8.
Устройство по первому варианту ПМ работает следующим образом.
КА 4 с помощью маневра сближения и изменением длины тросовой системы, выполненной в виде трос - кабеля 3, производит предварительное сближение с КО 1. Далее с первого выхода БКУ 6 на управляющий вход электропривода 8 подается командный сигнал и запускает его. Вращательный момент от электропривода 8 поступает на вход вращения барабана 7 с трос - кабелем 3, осуществляя при этом наведение адгезионной площадки 2 на КО 1. Со второго выхода БКУ 6 на управляющий вход источника электроэнергии 5 поступает управляющий сигнал, где формируется импульс захвата, который с выхода источника электроэнергии 5 поступает на управляющий вход барабана 7 и далее через трос - кабель 3 поступает на управляющий вход адгезионной площадки 2, закрепленной на свободном конце трос - кабеля 3. Адгезионная площадка состоит из разветвленного основания, на котором установлены плоские треугольные пластины, которые прилипают к любой поверхности. Принцип их работы - электроадгезия. Упругие лепестки приклеиваются к поверхности благодаря электростатическим силам. При этом не имеет значения, из чего изготовлен объект - захват одинаково хорошо удерживает металлы, ткани, минералы, бумагу и так далее.
Устройство захвата КО по второму варианту - фиг.2 содержит адгезионную площадку 2, тросовую систему, выполненную в виде троса 3, КА 4, источник электроэнергии 5, бортовой комплекс управления (БКУ) 6, барабан 7, электропривод 8, передающий блок 9, трос 10 и приемной блок 11.
Устройство по второму варианту ПМ работает аналогичным образом с первым вариантом ПМ за исключением того, что тросовая система выполнена в виде троса 10 и дополнительно введены передающий блок 9 и приемный блок 11. Управляющий вход адгезионной площадки 2 подключен к выходу источника электроэнергии 5, размещенному на адгезионной площадке 2. Второй выход бортового комплекса управления 6 подключен к входу передающего блока 9, при этом приемный блок 11 размещен на адгезионной площадке 2, а его выход соединен с управляющим входом источника электроэнергии 5. Таким образом, со второго выхода БКУ 6 на управляющий вход источника электроэнергии 5 поступает сигнал, посредством передающего блока 9 и приемного блока 11, выполняющие функцию простейшей линии связи по передаче команды от БКУ 6 с КА 4. Сформированный источником электроэнергии 5 импульс захвата поступает на управляющий вход адгезионной площадки 2.
Покажем возможность осуществления полезной модели по первому и второму вариантам, то есть возможность ее промышленного применения.
Известна адгезионная площадка 2, входящая в механизм захвата по патенту на изобретение US 2012/0076629, дата публикации 29.03.2012 (Д3). Прибор американской компании Altius Space Machines под названием Sticky Boom («липкая стрела»).
Известна и тросовая система, выполненная в виде трос - кабеля 3 - см. прототип (Д2) или авторское свидетельство SU 1840553, опубликовано 20.08.2007 (Д4), и при необходимости указанную в нем библиографию. Тросовая система, выполненная в виде троса 3 представляет собой обычный трос, фал.
КА 4, выполненный с возможностью сближения с другим КО, также известен, широко используется и подробно освещен в литературе - см., например, (Д1), (Д2), Балахонцев В.Г. и др. «Сближение в космосе» - М.: Воениздат, 1973 с.5-10 (Д5).
Источник электроэнергии 5 представляет собой батарею, хотя возможны и иные виды его реализации - описанные в (Д2), (Д3).
БКУ 6, выполненный с возможностью управления тросовой системой 7 известен по патенту RU 2148535, опубликовано 10.05.2000, «Устройство выпуска троса связки двух космических аппаратов и система управления для него» (Д6), а также формированием команды на устранение КО - из прототипа - (Д2), кроме того БКУ 6 широко используются при стыковках КА, например, в международной космической станции, см. Ракетно-космическая корпорация «Энергия» имени С.П.Королева, «Справочник пользователя. Российский сегмент МКС» с.53 - 57 - (Д7).
Барабан 7 и электропривод 8 известны из (Д2), (Д6).
Также известны передающий блок 9 и приемный блок 11, выполняющие функцию простейшей линии связи по передаче команды от БКУ 6 с КА 4 на подачу питания от источника электроэнергии 5 на адгезионную площадку 2. Притом, как в виде радиолинии связи, см., например, Спилкер Дж. «Цифровая спутниковая связь». Пер. с англ. - М.:
Связь, 1979, с.15-21 (Д8), так и виде лазерной линии передачи информации, см., например, сообщение Пресс-службы Роскосмоса от 09.06.2012 на сайте Федерального космического агентства (http://www.roscosmos.ru) (Д9).
1. Устройство захвата космических объектов, содержащее космический аппарат, включающий бортовой комплекс управления, первый выход которого соединен с управляющим входом электропривода, механически связанным с входом вращения барабана, управляющий вход которого подключен к выходу источника электроэнергии, и тросовую систему, выполненную в виде трос-кабеля, механически соединенную с валом барабана, второй выход бортового комплекса управления подключен к управляющему входу источника электроэнергии, управляющий вход трос-кабеля соединен с управляющим входом барабана, отличающееся тем, что введена адгезионная площадка, закрепленная на свободном конце трос-кабеля, управляющий вход которой подключен к управляющему выходу трос-кабеля.
2. Устройство захвата космических объектов, содержащее источник электроэнергии, космический аппарат, включающий бортовой комплекс управления, первый выход которого соединен с управляющим входом электропривода, механически связанным с входом вращения барабана, и тросовую систему, отличающееся тем, что тросовая система выполнена в виде троса, и введены передающий блок, приемный блок и адгезионная площадка, закрепленная на одном конце троса, управляющий вход которой подключен к выходу источника электроэнергии, размещенному на адгезионной площадке, другой конец троса механически соединен с валом барабана, второй выход бортового комплекса управления подключен к входу передающего блока, при этом приемный блок размещен на адгезионной площадке, а его выход соединен с управляющим входом источника электроэнергии.
