RU2090494C1

RU2090494C1 - Method of use of spacecraft for recovery of earth ozone layer

Info

Publication number: RU2090494C1
Application number: RU94032939A
Authority: RU
Inventors: А.Г. Королев; Г.А. Сизенцев; О.С. Бакушин; В.В. Синявский
Original assignee: Ракетно-космическая корпорация "Энергия", имени С.П.Королева
Priority date: 1994-09-06
Filing date: 1994-09-06
Publication date: 1997-09-20
Also published as: RU94032939A

Abstract

FIELD: spacecraft engineering and ecology at creation of spacecraft for recovery of the Earth ozone layer. SUBSTANCE: spacecraft furnished with a power plant and a system of laser or microwave radiation remote transmission to the upper atmospheric layer, is injected to a solar-synchronous orbit, for instance, at an altitude of 1600 km and inclination of 102 deg., it performs radiation from the spacecraft center of mass perpendicularly to the spacecraft orbital motion velocity vector. EFFECT: enhanced efficiency. 3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к космической технике и экологии и может быть использовано при создании космических систем для восстановления озонового слоя Земли. The invention relates to space technology and ecology and can be used to create space systems for the restoration of the ozone layer of the Earth.

Известен способ восстановления озонового слоя Земли, предложенный в [1] Он заключается в облучении из космоса верхнего слоя атмосферы лазерным излучением определенной длины волны. В результате совместного солнечного и лазерного облучения молекула кислорода переходит в атомарное состояние, после чего в результате взаимодействия атома и молекулы кислорода образуется озон. В результате совместного облучения солнечным и лазерным излучением резко возрастает интенсивность генерации озона. A known method of restoring the ozone layer of the Earth, proposed in [1]. It consists in irradiating from the outer atmosphere the outer layer of the atmosphere with laser radiation of a certain wavelength. As a result of combined solar and laser irradiation, the oxygen molecule passes into the atomic state, after which ozone is formed as a result of the interaction of the atom and the oxygen molecule. As a result of combined exposure to solar and laser radiation, the intensity of ozone generation increases sharply.

Ближайшим аналогом является способ эксплуатации КА для восстановления озонового слоя, описанный в [2] Он заключается в выводе на рабочую орбиту КА, генерации лазерного и микроволнового излучения и дистанционного облучения верхнего слоя атмосферы Земли. The closest analogue is the method of operating the spacecraft to restore the ozone layer, described in [2]. It consists in putting the spacecraft into the working orbit, generating laser and microwave radiation and remote irradiation of the upper layer of the Earth’s atmosphere.

Однако в известном способе эксплуатации не конкретизирована рабочая орбита, а также направление луча лазера, что может снизить эффективность системы генерации, привести к дополнительным затратам топлива на стабилизацию КА. При эксплуатации такого КА необходимо выбрать орбиту функционирования таким образом, чтобы верхний слой атмосферы облучался одновременно солнечным светом и лазерным излучением, так как в этом случае интенсифицируется генерация озона. При этом необходимо, чтобы КА не попадал в тень Земли и одновременно он обеспечивал бы облучение экваториальных областей Земли, где эффективность облучения максимальна. However, in the known method of operation, the working orbit and the direction of the laser beam are not specified, which can reduce the efficiency of the generation system and lead to additional fuel costs for stabilizing the spacecraft. During the operation of such a spacecraft, it is necessary to choose the orbit of operation in such a way that the upper atmosphere is simultaneously exposed to sunlight and laser radiation, since in this case the generation of ozone is intensified. In this case, it is necessary that the spacecraft does not fall into the shadow of the Earth and at the same time it provides irradiation of the equatorial regions of the Earth, where the irradiation efficiency is maximum.

Техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является повышение эффективности системы восстановления озонового слоя за счет выбора оптимальной орбиты функционирования, при которой облучение верхнего слоя атмосферы происходит непрерывно и с наибольшей эффективностью. The technical result achieved by using the invention is to increase the efficiency of the ozone layer restoration system by choosing the optimal functioning orbit in which the upper atmosphere is irradiated continuously and with the greatest efficiency.

Указанный технический результат достигается в способе эксплуатации КА для восстановления озонового слоя Земли, включающем вывод на рабочую орбиту КА, генерацию лазерного и микроволнового излучения и дистанционное облучение верхнего слоя атмосферы Земли, в котором облучают часть верхнего слоя Земли, оснащенную Солнцем при нахождении КА на солнечно-синхронной орбите, при этом облучение производят из центра масс КА в направлении, перпендикулярном вектору скорости орбитального движения КА. Высота солнечно-синхронной орбиты составляет не менее 1600 км, а наклонение рабочей орбиты не менее 102 град. The indicated technical result is achieved in the method of operating the spacecraft to restore the ozone layer of the Earth, including the launching of the spacecraft into the working orbit, the generation of laser and microwave radiation and remote irradiation of the upper layer of the Earth’s atmosphere, in which the part of the upper layer of the Earth equipped with the Sun is irradiated when the spacecraft is on the solar synchronous orbit, while irradiation is carried out from the center of mass of the spacecraft in the direction perpendicular to the velocity vector of the orbital motion of the spacecraft. The height of the sun-synchronous orbit is at least 1,600 km, and the inclination of the working orbit is at least 102 degrees.

Чертеж поясняет суть способа эксплуатации КА. The drawing explains the essence of the method of operating the spacecraft.

КА для восстановления озонового слоя Земли содержит энергетическую установку 1, например, в виде ядерно-энергетической установки, систему генерации и дистанционной передачи энергии в виде генератора 2 излучения (лазерного или микроволнового) и системы управляемых силовых зеркал 3, обеспечивающих заданное направление излучения, и системы управления 4, которая обеспечивает как функционирование КА в целом, так и его отдельных систем. The spacecraft for the restoration of the ozone layer of the Earth contains a power plant 1, for example, in the form of a nuclear power plant, a system for generating and remotely transmitting energy in the form of a radiation generator 2 (laser or microwave) and a system of controlled power mirrors 3 providing a given direction of radiation, and a system control 4, which ensures both the functioning of the spacecraft as a whole and its individual systems.

Способ эксплуатации КА для восстановления озонового слоя Земли реализуется следующим образом. The method of operating the spacecraft to restore the ozone layer of the Earth is implemented as follows.

После вывода КА на опорную орбиту или сборки КА на монтажной орбите КА с помощью специального транспортного средства межорбитального буксира - переводится на рабочую орбиту высотой не менее 1600 км и наклонением не менее 102 град. Такая орбита обеспечивает следующие преимущества перед другими:
зона взаимодействия лазерных лучей всех КА системы с атмосферой на высотах расположения озонового слоя за счет суточного вращения Земли охватит сферу в диапазоне географических широт от 65^o с.ш. до 40^o ю.ш. что обеспечивает увеличение концентрации озона на площади, закрывающей все земные материки, кроме Антарктиды;
выбранная орбита относится к разряду солнечно-синхронных. Скорость ее процессии составляет один оборот в год. Это означает, что она в годовом вращении отслеживает положение Солнца, позволяя непрерывно обеспечивать одновременное взаимодействие лазерных лучей всех КА системы с освещенной Солнцем стратосферой:
принятые параметры орбиты обеспечивают постоянную освещенность КА, что рационально при использовании на них в качестве энергетической установки солнечной установки.After the spacecraft is put into the reference orbit or the spacecraft is assembled in the spacecraft’s orbit using a special vehicle of the interorbital tug, it is transferred to the working orbit with a height of at least 1600 km and an inclination of at least 102 degrees. Such an orbit provides the following advantages over others:
the zone of interaction of laser beams of all the spacecraft of the system with the atmosphere at the altitudes of the ozone layer due to the daily rotation of the Earth will cover the sphere in the range of geographical latitudes from 65 ^o N up to 40 ^o S which provides an increase in ozone concentration in the area covering all terrestrial continents, except Antarctica;
the selected orbit belongs to the category of solar-synchronous. The speed of its procession is one revolution per year. This means that it monitors the position of the Sun in annual rotation, making it possible to continuously provide simultaneous interaction of the laser beams of all the spacecraft of the system with the stratosphere illuminated by the Sun:
the adopted orbit parameters provide a constant illumination of the spacecraft, which is rational when using a solar installation on them as a power plant.

Учитывая наличие на КА энергетической установки, целесообразно использовать самовывод КА с опорной орбиты или с опорно-монтажной на рабочую с использованием электроракетных двигателей, питаемых от бортовой энергоустановки. Given the presence of a power plant on the spacecraft, it is advisable to use the spacecraft’s self-withdrawal from the reference orbit or from the mounting and mounting to the working one using electric rocket engines powered by an onboard power plant.

После вывода КА на рабочую орбиту производится пуск энергетической установки 1. Вырабатываемая электроэнергия подается на генератор 2, который генерирует лазерное или микроволновое излучение. Излучение подается из генератора 2 на систему управляемых силовых зеркал 3, которые установлены в центре масс КА и повернуты таким образом, чтобы отраженный от зеркала 3 луч 5 был перпендикулярен вектору скорости 6 орбитального движения КА. Благодаря расположению отражающего зеркала 3 в центре масс КА, и, следовательно, обеспечения излучения из центра масс КА, не происходит разворота КА относительно его центра масс под действием реактивной силы излучения. Благодаря повороту зеркала таким образом, что отраженный от него луч 5 перпендикулярен вектору скорости 6 орбитального движения КА не происходит изменения орбиты движения КА. Все это экономит расход рабочего тела системы коррекции орбиты КА. After the spacecraft is put into working orbit, power plant 1 is launched. The generated electricity is supplied to generator 2, which generates laser or microwave radiation. Radiation is supplied from generator 2 to a system of controlled power mirrors 3, which are installed in the center of mass of the spacecraft and rotated so that beam 5 reflected from mirror 3 is perpendicular to the velocity vector 6 of the spacecraft’s orbital motion. Due to the location of the reflecting mirror 3 in the center of mass of the spacecraft, and, therefore, providing radiation from the center of mass of the spacecraft, the spacecraft does not rotate relative to its center of mass under the influence of the reactive radiation force. Due to the rotation of the mirror in such a way that the ray 5 reflected from it is perpendicular to the velocity vector 6 of the spacecraft’s orbital motion, there is no change in the spacecraft’s orbit. All this saves the consumption of the working fluid of the spacecraft orbit correction system.

Отраженный от зеркала 3 луч 5 лазерного или микроволнового излучения достигает освещенного Солнцем верхнего слоя атмосферы 7, где на высотах 20-35 км от поверхности Земли происходит интенсивное образование озона под совместным действием солнечного и лазерного излучения или нейтрализации озоноразрушающих примесей под действием микроволнового излучения. Образовавшийся в этих широтах озон под действием атмосферных процессов переносится и в более высокие широты. The laser or microwave radiation beam 5 reflected from mirror 3 reaches the upper atmosphere layer 7 illuminated by the Sun, where at the altitudes of 20-35 km from the Earth's surface, intense ozone formation occurs under the combined action of solar and laser radiation or the neutralization of ozone-depleting impurities under the influence of microwave radiation. Ozone formed in these latitudes under the influence of atmospheric processes is also transferred to higher latitudes.

Создание и эксплуатация группировки таких КА позволит решить проблему восстановления озонового слоя Земли. The creation and operation of a grouping of such spacecraft will solve the problem of restoring the ozone layer of the Earth.

Claims

1. A method of operating a spacecraft to restore the ozone layer of the Earth, including bringing the spacecraft into working orbit, generating laser or microwave radiation and remote irradiation of the upper layer of the Earth’s atmosphere, characterized in that they irradiate part of the upper layer of the Earth’s atmosphere illuminated by the Sun when the spacecraft is located in a sun-synchronous orbit, while irradiation is carried out from the center of mass of the spacecraft in a direction perpendicular to the velocity vector of the orbital motion spacecraft illumination
2. The method according to claim 1, characterized in that the height of the solar-synchronous orbit is at least 1600 km.

3. The method according to p. 1 or 2, characterized in that the inclination of the working orbit is at least 102 ^o .