RU2463220C2 - Method of positioning physical objects in circumplanetary outer space and device for its implementation - Google Patents

Method of positioning physical objects in circumplanetary outer space and device for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2463220C2
RU2463220C2 RU2009124019/11A RU2009124019A RU2463220C2 RU 2463220 C2 RU2463220 C2 RU 2463220C2 RU 2009124019/11 A RU2009124019/11 A RU 2009124019/11A RU 2009124019 A RU2009124019 A RU 2009124019A RU 2463220 C2 RU2463220 C2 RU 2463220C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
planet
ring
space
gravity
mass
Prior art date
Application number
RU2009124019/11A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2009124019A (en
Inventor
Геннадий Андреевич Травин (RU)
Геннадий Андреевич Травин
Дмитрий Евгеньевич Травин (RU)
Дмитрий Евгеньевич Травин
Дмитрий Сергеевич Травин (RU)
Дмитрий Сергеевич Травин
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (ГОУ ВПО "СибГУТИ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (ГОУ ВПО "СибГУТИ") filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (ГОУ ВПО "СибГУТИ")
Priority to RU2009124019/11A priority Critical patent/RU2463220C2/en
Publication of RU2009124019A publication Critical patent/RU2009124019A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2463220C2 publication Critical patent/RU2463220C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Friction Gearing (AREA)
  • Current-Collector Devices For Electrically Propelled Vehicles (AREA)

Abstract

FIELD: transport.
SUBSTANCE: inventions relate to various objects positioning and moving in circumplanetary outer space. The method includes physical bodies (objects) positioning in space near sufficiently small planet (1) (satellite, asteroid, etc.). To do this stationary relative to planet support in the form of solid and rigid ring is used (2). This ring generally is self-balanced by gravities of its parts located on different sides of a planet (1). Stable ring position is provided by its shift from centrally symmetric (statically unstable) position relative to planet to position where the ring contacts with the planet by some ring's part. This part of the ring (2) may be made with increased mass per length unit. Thereby, access to the ring from planet's surface is provided, which lets the support to be moved and various freights to be returned from it to the planet.
EFFECT: more possibilities for positioning and transportation of various objects (research stations, planet monitoring facilities, telecommunication systems, sites for space vehicles launching and landing, etc) in circumplanetary space.
2 cl, 4 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области исследования и освоения околопланетных космических пространств.The present invention relates to the field of research and development of near-outer space.

Задачей предлагаемого изобретения является расширение возможностей в решении проблем позиционирования в околопланетных космических пространствах различных физических тел (объектов) - наблюдательных и научно-исследовательских станций, телекоммуникационных систем, космических площадок для запуска и посадки космических кораблей и т.п.The objective of the invention is to expand the capabilities in solving the problems of positioning in the near-planet space of various physical bodies (objects) - observation and research stations, telecommunication systems, space platforms for launching and landing spacecraft, etc.

Использование этих позиционируемых в околопланетном космическом пространстве физических тел является перспективным направлением в организации глобальной космической радиосвязи, запуска и посадки космических кораблей и в исследованиях околопланетных космических пространств, территорий планет и т.п.The use of these physical bodies positioned in the near-planet space is a promising direction in organizing global space radio communications, launching and landing spacecraft, and in studying near-planet space, planetary territories, etc.

Здесь, в самом начале заявки, необходимо особо подчеркнуть, что, все сказанное в материалах заявки в отношении планет и их околопланетных космических пространствах, будет целиком и полностью справедливым и в отношении возможных естественных спутников планет и их околоспутниковых космических пространств. Поэтому для упрощения записей ссылки на естественные спутники и их околоспутниковые космические пространства в материалах заявки опущены.Here, at the very beginning of the application, it is necessary to emphasize that all that is said in the application materials with respect to planets and their near-space outer space will be completely and completely true with respect to possible natural satellites of planets and their near-satellite outer spaces. Therefore, to simplify recordings, references to natural satellites and their near-satellite outer spaces are omitted in the application materials.

Известен способ позиционирования физических тел в околопланетном космическом пространстве, базирующийся на фундаментальных законах И.Ньютона и использующий принцип непрерывного движения позиционируемых физических тел вокруг планеты с определенной скоростью по касательной к воображаемой окружности вокруг планеты в плоскости, проходящей через ее центр. Разгоняют эти физические тела до необходимой скорости с помощью поднявших их на заданную высоту мощных ракет-носителей и мощных ракетных двигателей. При этом с учетом одновременно действующей на эти тела силы притяжения к планете, сообщающей им нормальное ускорение, они не улетают в космос, но и не падают на планету, а движутся с этой скоростью по орбите вокруг планеты, удерживаясь в околопланетном космическом пространстве на заданной высоте в течение длительного времени (например, искусственные спутники, космические корабли, орбитальные станции и т.п.).There is a method of positioning physical bodies in near-planet space, based on the fundamental laws of I. Newton and using the principle of continuous movement of positioned physical bodies around a planet at a certain speed tangential to an imaginary circle around the planet in a plane passing through its center. These physical bodies are accelerated to the required speed with the help of powerful launch vehicles and powerful rocket engines that lift them to a predetermined height. Moreover, taking into account the simultaneously acting forces of attraction to these bodies on the planet, which informs them of normal acceleration, they do not fly into space, but do not fall onto the planet, but move at that speed in orbit around the planet, holding in near-planet space at a given height for a long time (for example, artificial satellites, spacecraft, orbital stations, etc.).

Как известно, основоположником этого способа является К.Э.Циолковский, впервые теоретически обосновавший возможность выхода человека в космос с помощью мощных ракет-носителей и ракетных двигателей (несмотря на упреки в нереализуемости этого способа, в т.ч. из-за недопонимания сути реактивного движения и из-за отсутствия необходимых конструктивных решений, специальных материалов и специального топлива), а исполнителями этой возможности являются С.П.Королев и др., реализовавшие ее ценой огромных затрат с привлечением экономики всей страны.As is known, the founder of this method is K.E. Tsiolkovsky, who for the first time theoretically substantiated the possibility of a man entering space using powerful launch vehicles and rocket engines (despite accusations of the impracticability of this method, including due to a misunderstanding of the nature of the reactive movement and due to the lack of necessary design solutions, special materials and special fuels), and the performers of this opportunity are S.P. Korolev and others, who realized it at the cost of huge costs involving the economy of the whole country s.

Устройствами для осуществления этого способа являются мощные ракеты-носители и связанные с ними космодромы с их разветвленной инфраструктурой.Devices for implementing this method are powerful launch vehicles and associated spaceports with their extensive infrastructure.

Наряду с достоинством, а именно решением проблемы позиционирования физических тел в околопланетном космическом пространстве, этот способ и устройства для его осуществления имеют и существенные, органически присущие им недостатки, обусловленные исключительно используемым при этом способе принципом обязательного непрерывного движения физических тел с определенной скоростью на заданной высоте по орбите вокруг планеты.Along with dignity, namely, the solution of the problem of positioning physical bodies in the near-space outer space, this method and devices for its implementation also have significant, organically inherent disadvantages due to the principle of mandatory continuous movement of physical bodies at a certain speed at a given height, which is exclusively used in this method in orbit around the planet.

Среди недостатков этого способа, кроме отмеченной выше огромной стоимости его реализации, следует особо отметить необходимость использования специальных материалов и специального топлива для мощных ракет-носителей и реактивных двигателей, большую сложность и высокую точность изготовления их и в целом кораблей, а также органически присущие этому способу огромные перегрузки при подъеме и разгоне физических тел (спутников, космических кораблей и т.п.) до необходимых скоростей, отрицательно сказывающиеся на здоровье космонавтов и повышающие вероятность выхода из строя оборудования на этих объектах, и явление невесомости, испытываемое космонавтами при движении космических кораблей по орбите с необходимой скоростью, отрицательно влияющее на здоровье, эффективность работы и сроки пребывания их на орбите.Among the disadvantages of this method, in addition to the huge cost of its implementation noted above, it is worth noting the need to use special materials and special fuels for powerful launch vehicles and jet engines, the great complexity and high accuracy of manufacturing them and ships in general, as well as organically inherent to this method huge overloads when lifting and accelerating physical bodies (satellites, spaceships, etc.) to the required speeds, adversely affecting the health of astronauts and increasing Suitable probability of failure of equipment at these facilities, and the phenomenon of weightlessness experienced by astronauts during the motion of spacecraft in orbit at the desired speed, adversely affect the health, performance and timing of their stay in orbit.

В связи с этим в настоящей заявке предлагается качественно отличный способ позиционирования физических тел в околопланетном космическом пространстве с устройством для его осуществления.In this regard, the present application proposes a qualitatively excellent way of positioning physical bodies in near-outer space with a device for its implementation.

Он тоже базируется на фундаментальных законах И.Ньютона, но в нем, в отличие от вышеописанного известного способа, физические тела позиционируются в околопланетном космическом пространстве на неподвижной относительно планеты космической опоре в виде самоуравновешивающегося твердого жесткого кольца вокруг планеты с радиусом, большим радиуса планеты, а с массой, значительно меньшей ее массы, и расположенным в плоскости, проходящей через ее центр.It is also based on the fundamental laws of I. Newton, but in it, in contrast to the above-described known method, physical bodies are positioned in near-planet space in a space support motionless relative to the planet in the form of a self-balancing solid rigid ring around a planet with a radius greater than the radius of the planet, and with a mass much smaller than its mass, and located in a plane passing through its center.

При этом способе подлежащие позиционированию физические тела неподвижны относительно планеты (их не нужно специально разгонять до какой-либо скорости, как это требовалось при вышеописанном известном способе), поэтому затратные мощные ракеты-носители и связанные с ними космодромы с их разветвленной инфраструктурой не нужны, нет перегрузок и явления невесомости, что является большим достоинством по сравнению с известным способом.With this method, the physical bodies to be positioned are motionless relative to the planet (they do not need to be specially accelerated to any speed, as was required with the above-described known method), therefore, costly powerful launch vehicles and associated spaceports with their branched infrastructure are not needed, no overloads and the phenomenon of weightlessness, which is a great advantage compared to the known method.

Сущность предлагаемых способа и устройства иллюстрируется чертежом в двух проекциях (фиг.1), где цифрами обозначены:The essence of the proposed method and device is illustrated by a drawing in two projections (figure 1), where the numbers denote:

1 - планета в виде идеального сплошного однородного шара с массой Мп, с радиусом Rп и с центром в точке О;1 - a planet in the form of an ideal continuous homogeneous ball with mass Mn, with radius Rп and centered at point O;

2 - твердое жесткое кольцо с массой Мк, значительно меньшей массы планеты, с идеальной формой и с одинаковой плотностью по всему контуру, охватывающее планету в плоскости, проходящей через ее центр, и имеющее радиус Rк=Rп+h, больший радиус планеты на величину h.2 - a rigid rigid ring with a mass Mk significantly smaller than the mass of the planet, with an ideal shape and with the same density along the entire contour, covering the planet in a plane passing through its center, and having a radius Rк = Rп + h, a larger radius of the planet by h .

На чертеже штриховкой на первой проекции показан разрез планеты и кольца вокруг нее в плоскости, проходящей через ее центр, который совпадает с центром кольца.In the drawing, the hatching in the first projection shows a section of the planet and the ring around it in a plane passing through its center, which coincides with the center of the ring.

Покажем механизм самоуравновешивания такого кольца. При этом будем опираться на следующую общеизвестную научную фундаментальную информацию:Let us show the self-balancing mechanism of such a ring. In this case, we will rely on the following well-known scientific fundamental information:

1) во-первых, на общеизвестный, широко используемый в физике, продуктивный принцип суперпозиции, согласно которому результирующая сила тяжести, действующая на сложное по форме физическое тело (каковым в нашем случае и является кольцо, охватывающее планету в плоскости, проходящей через ее центр) определяется геометрической (векторной) суммой сил тяжести его элементарных частей (см. учебники по физике для старших классов средней школы и для соответствующих вузов);1) firstly, the well-known, widely used in physics, productive principle of superposition, according to which the resulting gravity acting on a complex physical body (which in our case is a ring that encompasses a planet in a plane passing through its center) determined by the geometric (vector) sum of the gravity of its elementary parts (see physics textbooks for high school and for relevant universities);

2) во-вторых, на то, что сила тяжести, действующая на любую материальную точку с массой m, находящуюся вблизи поверхности планеты, определяется как геометрическая (векторная) сумма силы притяжения планеты (F) и центробежной силы инерции (Q), учитывающей эффект вращения планеты вокруг своей оси:2) secondly, the fact that the force of gravity acting on any material point with mass m located near the surface of the planet is defined as the geometric (vector) sum of the planet’s gravity (F) and centrifugal inertia (Q), taking into account the effect planet rotation around its axis:

Figure 00000001
Figure 00000001

(см. учебники по физике для старших классов средней школы и для соответствующих вузов или Большую Советскую Энциклопедию. Третье издание. М., Издательство «Советская Энциклопедия». 1976. Том 23, стр.359 и 1974. Том 18, стр.167).(see physics textbooks for high school and for relevant universities or the Great Soviet Encyclopedia. Third edition. M., Sovetskaya Encyclopedia Publishing House. 1976. Volume 23, p. 359 and 1974. Volume 18, p. 167) .

Следует обратить внимание на то, что в формуле (1) не фигурируют силы притяжения других планет, т.к. они пренебрежимо малы по сравнению с силой притяжения F данной планеты.It should be noted that the attraction forces of other planets do not appear in formula (1), because they are negligible compared to the attractive force F of a given planet.

Следует также сознавать, что геометрическая (векторная) сумма сил F и Q в (1) фактически будет равна разности их модулей, т.к. сила инерции Q направлена противоположно силе притяжения F. Это уменьшает силу тяжести.It should also be recognized that the geometric (vector) sum of the forces F and Q in (1) will actually be equal to the difference of their modules, because the inertia force Q is opposite to the force of attraction F. This reduces the force of gravity.

Сила притяжения F материальной точки над данной планетой определяется общеизвестной формулой (законом тяготения И.Ньютона)The force of attraction F of a material point over a given planet is determined by the well-known formula (I. Newton's law of gravity)

Figure 00000002
Figure 00000002

где Мп и Rп - соответственно масса и радиус планеты;where Mn and Rp are the mass and radius of the planet, respectively;

m - масса материальной точки, расположенной на высоте h над поверхностью планеты;m is the mass of the material point located at a height h above the surface of the planet;

Figure 00000003
- гравитационная постоянная, численно равная силе, с которой взаимодействуют две материальные точки единичной массы на единичном расстоянии;
Figure 00000003
- gravitational constant, numerically equal to the force with which two material points of unit mass interact at a unit distance;

Сила инерции Q, действующая на материальную точку, определяется формулойThe inertia force Q acting on a material point is determined by the formula

Figure 00000004
Figure 00000004

где m - масса материальной точки;where m is the mass of the material point;

(RП+h) - расстояние от оси планеты до материальной точки;(R P + h) is the distance from the axis of the planet to the material point;

W - угловая скорость вращения планеты.W is the angular velocity of rotation of the planet.

К сказанному выше в п.2) следует добавить следующее. Силу тяжести Р, определяемую формулой (1), можно, согласно 2-му закону И.Ньютона, выразить формулойTo the above in paragraph 2), the following should be added. The gravity P, defined by formula (1), can, according to the 2nd law of I. Newton, be expressed by the formula

Figure 00000005
Figure 00000005

(см., например, учебное пособие «Курс физики» автора Трофимовой Т.И. Издание седьмое. М.: Издательство «Высшая школа». 2003, стр.48).(see, for example, the textbook Course of Physics by T. I. Trofimova. Seventh Edition. M.: Higher School Publishing House. 2003, p. 48).

В формуле (4):In the formula (4):

m - масса материальной точки;m is the mass of the material point;

a F - ускорение свободного падения материальной точки под действием силы притяжения F; a F is the acceleration of gravity of a material point under the action of an attractive force F;

a Q - ускорение материальной точки, вызванное силой инерции Q. a Q is the acceleration of the material point caused by the inertia force Q.

Это означает, что сила тяжести с учетом силы инерции будет меньше. Следует отметить, что если сила инерции Q будет заметно меньше силы тяготения F (и соответственно ускорение a Q, вызываемое этой силой, заметно меньше ускорения a F свободного падения), то формула (1) и формула (4) запишутся соответственно в виде:This means that the force of gravity, taking into account the force of inertia, will be less. It should be noted that if the inertia force Q is noticeably less than the gravitational force F (and, accordingly, the acceleration a Q caused by this force is noticeably less than the free fall acceleration a F ), then formula (1) and formula (4) can be written in the form:

Figure 00000006
Figure 00000006

Figure 00000007
Figure 00000007

Формулы (5) и (6) часто используют для приближенных расчетов (исключение составляют случаи реализации известного вышеописанного способа, т.е. случаи с искусственными спутниками, для которых P≈0 и соответственно a F-a Q=0, т.к. F=Q и соответственно a F=a Q).Formulas (5) and (6) are often used for approximate calculations (the exception is the implementation of the known method described above, i.e., the cases with artificial satellites, for which P≈0 and, accordingly, a F - a Q = 0, because F = Q and, accordingly, a F = a Q ).

Итак, применим информацию пунктов 1) и 2) к нашему случаю с твердым жестким кольцом, охватывающим планету в плоскости, проходящей через центр планеты, полагая, что центры планет и кольца совпадают.So, we apply the information of points 1) and 2) to our case with a rigid rigid ring covering the planet in a plane passing through the center of the planet, assuming that the centers of the planets and the rings coincide.

Согласно п.1), разобьем мысленно кольцо на множество одинаковых элементарных частей (материальных точек) одинаковой массы m.According to claim 1), mentally we divide the ring into a set of identical elementary parts (material points) of the same mass m.

Согласно п.2), на каждую из этих элементарных частей (материальных точек) в соответствии с формулами (1), (2), (3), (4), (5) и (6) будет действовать сила тяжести Р в направлении к центру планеты в плоскости кольца.According to p. 2), in accordance with formulas (1), (2), (3), (4), (5) and (6), each of these elementary parts (material points) will be affected by the force of gravity P in the direction to the center of the planet in the plane of the ring.

На первой проекции фиг.1 множество этих равных сил тяжести Р в плоскости кольца в направлении к совпадающим центрам кольца и планеты показаны стрелками Р.In the first projection of FIG. 1, a plurality of these equal gravity forces P in the plane of the ring in the direction of the coincident centers of the ring and the planet are shown by arrows R.

Согласно (6), каждую из этих сил тяжести Р удобно выразить формулойAccording to (6), each of these gravity forces P is conveniently expressed by the formula

Figure 00000008
Figure 00000008

где m=ρ·S - масса каждой элементарной части кольца (материальной точки);where m = ρ · S is the mass of each elementary part of the ring (material point);

ρ - средняя плотность элементов кольца;ρ is the average density of the elements of the ring;

S - площадь поперечного сечения кольца;S is the cross-sectional area of the ring;

a F - ускорение свободного падения элементарной части (материальной точки) кольца, находящейся вблизи поверхности планеты на расстоянии (Rп+h) от центра планеты в плоскости, проходящей через ее центр. a F is the acceleration of gravity of the elementary part (material point) of the ring located near the surface of the planet at a distance (Rп + h) from the center of the planet in the plane passing through its center.

Таким образом, кольцо вокруг планеты оказывается нагруженным множеством равных сил Р, равномерно распределенных по всему контуру кольца и действующих в плоскости кольца по направлению к центру планеты и совпадающему с ним центру кольца.Thus, the ring around the planet is loaded with many equal forces P uniformly distributed over the entire contour of the ring and acting in the plane of the ring towards the center of the planet and the center of the ring coinciding with it.

Из симметрии картины на первой проекции чертежа (фиг.1) следует, что векторная сумма всего множества сил тяжести Р будет равна нулю и, следовательно, кольцо теоретически должно находиться в состоянии равновесия вокруг планеты в плоскости, проходящей через ее центр так, что центр кольца совпадает с центром планеты. Физически это объясняется тем, что, как видно из чертежа (фиг.1), в множестве одинаковых сил тяжести Р, равномерно действующих по всему контуру кольца в его плоскости в направлении к центру планеты (и кольца), для каждой силы тяжести Р той или иной элементарной части кольца существует равная и противоположно направленная ей сила тяжести Р диаметрально противоположной элементарной части кольца, которые, естественно, уравновешивают друг друга.From the symmetry of the picture on the first projection of the drawing (Fig. 1), it follows that the vector sum of the entire set of gravity P will be zero and, therefore, theoretically the ring should be in equilibrium around the planet in a plane passing through its center so that the center of the ring coincides with the center of the planet. Physically, this is due to the fact that, as can be seen from the drawing (Fig. 1), in the set of identical gravity forces P, uniformly acting along the entire contour of the ring in its plane towards the center of the planet (and ring), for each gravity P of one or of another elementary part of the ring, there exists an equal and opposite directed gravity P of the diametrically opposite elementary part of the ring, which, naturally, counterbalance each other.

Этот важный вывод, отражающий главную суть изобретения, можно физически подтвердить еще более наглядно. Мысленно разобьем кольцо на два одинаковых полукольца и определим равнодействующие силы тяжести полуколец по их оси симметрии. Очевидно, что силы тяжести полуколец будут равны по величине и противоположны по знаку. Следовательно, полукольца будут уравновешивать друг друга и кольцо будет находиться в состоянии равновесия.This important conclusion, reflecting the main essence of the invention, can be physically confirmed even more clearly. Mentally we divide the ring into two identical half rings and determine the resultant gravity forces of the half rings along their axis of symmetry. Obviously, the gravity of the half rings will be equal in magnitude and opposite in sign. Consequently, the half rings will balance each other and the ring will be in equilibrium.

Этот путь наглядного доказательства равновесия кольца хорош еще и тем, что позволяет определить напряжение сжатия в сечениях стыка полуколец (и вообще в каждом сечении кольца), позволяющее оценить несущую способность конструкции кольца.This way of visual proof of the equilibrium of the ring is also good because it allows you to determine the compressive stress in the sections of the junction of the half rings (and generally in each section of the ring), which allows us to assess the bearing capacity of the ring structure.

Покажем это математически.We show it mathematically.

В соответствии с (6) равнодействующая сила тяжести одного полукольца, очевидно, будет равнаIn accordance with (6), the resultant gravity of one half-ring will obviously be equal to

Figure 00000009
Figure 00000009

где φ - угловая координата элементарных частей (Rп+h)dφ полукольца, отсчитываемая от оси его симметрии (остальные обозначения прежние).where φ is the angular coordinate of the elementary parts (Rп + h) dφ of the half-ring counted from the axis of its symmetry (the remaining notation is the same).

Сила

Figure 00000010
направлена по оси симметрии полукольца, к центру кольца.Force
Figure 00000010
directed along the axis of symmetry of the half ring, to the center of the ring.

На другое полукольцо, очевидно, будет действовать равнодействующая сила тяжести -

Figure 00000011
, т.е. равнодействующая сила тяжести другого полукольца, равная и противоположно направленная силе тяжести в (8).Obviously, the resultant force of gravity will act on the other half-ring -
Figure 00000011
, i.e. the resultant force of gravity of the other semicircle, equal and opposite to the force of gravity in (8).

Одно полукольцо уравновешивает другое и, следовательно, кольцо будет находиться в равновесии вокруг планеты.One half-ring balances the other and, therefore, the ring will be in equilibrium around the planet.

В сечениях стыка полуколец развивается напряжение сжатияCompression stress develops in the sections of the joint of the half rings

Figure 00000012
Figure 00000012

Это напряжение сжатия не зависит от конкретной формы сечения кольца. Очевидно, что такое напряжение будет в каждом сечении кольца.This compression stress does not depend on the particular sectional shape of the ring. Obviously, such a voltage will be in each section of the ring.

Формула (9) позволяет оценить несущую способность конструкции кольца. Подставляя в (9) предельные значения σ для различных материалов, можно найти радиус (и диаметр) кольца, способного выдержать распределенные равномерно по его контуру силы тяжести Р. Расчеты показывают, что прочностные свойства существующих специальных высокопрочных материалов достаточны для обеспечения прочности колец вокруг планет (или спутников) с диаметром примерно до (0,5…1,0)*106 м = (500…1000) км, что само по себе немало. Эти размеры будут еще больше по мере появления в перспективе новых высокопрочных материалов, превосходящих существующие по своим свойствам: наука и техника не стоят на месте.Formula (9) allows us to evaluate the bearing capacity of the ring structure. Substituting in (9) the limiting values of σ for various materials, one can find the radius (and diameter) of the ring capable of withstanding the gravity forces P distributed uniformly along its contour. Calculations show that the strength properties of existing special high-strength materials are sufficient to ensure the strength of the rings around the planets ( or satellites) with a diameter of up to (0.5 ... 1.0) * 10 6 m = (500 ... 1000) km, which is quite a lot. These sizes will be even larger as new high-strength materials appear in the future, surpassing existing in their properties: science and technology do not stand still.

Здесь следует отметить, что приведенные выше предельные размеры кольца получены на основе приближенной формулы (6), в которой не учитывается сила инерции Q, уменьшающая силу тяжести Р элементарных частей кольца.It should be noted here that the limiting ring dimensions given above are obtained on the basis of approximate formula (6), which does not take into account the inertia force Q, which reduces the gravity P of the elementary parts of the ring.

При расчетах же на основе точной формулы (4), в которой учитывается сила инерции Q, уменьшающая силу тяжести Р элементарных частей кольца, значения размеров кольца будут больше.In calculations based on the exact formula (4), which takes into account the inertia force Q, which reduces the gravity P of the elementary parts of the ring, the values of the size of the ring will be larger.

Таким образом, твердое жесткое кольцо вокруг планеты с радиусом, большим радиуса планеты и массой, значительно меньшей ее массы, охватывающее планету в плоскости, проходящей через ее центр так, что центры кольца и планеты совпадают, является самоуравновешивающимся устройством, которое будет находиться в состоянии равновесия в «висячем» положении вокруг планеты из-за противонаправленности действия сил тяжести составных частей кольца, находящихся по разные стороны от планеты в плоскости, проходящей через ее центр.Thus, a rigid rigid ring around a planet with a radius greater than the radius of the planet and a mass much smaller than its mass, covering the planet in a plane passing through its center so that the centers of the ring and the planet coincide, is a self-balancing device that will be in equilibrium in the "hanging" position around the planet due to the antidirectional action of gravity of the components of the ring located on different sides of the planet in a plane passing through its center.

Такое кольцо является основным средством для осуществления предлагаемого изобретения.Such a ring is the main means for implementing the invention.

Теперь перейдем к некоторым уточнениям, касающимся сделанному ранее выводу об идеальной симметрии картины на фиг.1.Now we turn to some clarifications regarding the earlier conclusion about the ideal symmetry of the picture in Fig. 1.

Этот вывод следует считать не окончательным, т.к. он был получен в предположении, что твердое жесткое кольцо имеет одинаковую плотность по всему своему контуру и идеально по форме, а планета является идеальным сплошным однородным шаром.This conclusion should not be considered final, because it was obtained under the assumption that a rigid rigid ring has the same density along its entire contour and is ideally shaped, and the planet is an ideal continuous uniform ball.

В действительности же идеальной симметрии не получится, поскольку реальное кольцо невозможно выполнить со строго одинаковой плотностью по всему его контуру и идеальным по форме, а планета не является идеальным сплошным однородным шаром.In reality, ideal symmetry will not work, since a real ring cannot be made with exactly the same density along its entire contour and ideal in shape, and the planet is not an ideal continuous homogeneous ball.

По этим причинам на разные мысленно выделенные элементарные части кольца будут действовать разные по величине силы и поэтому результирующая векторная сумма всех этих сил не будет равна нулю. Под действием этой результирующей силы кольцо сместится к планете вплоть до соприкосновения с ней более массивной своей частью, а диаметрально противоположная ей часть кольца максимально отдалится от планеты, как показано на фиг.2.For these reasons, forces different in magnitude will act on different mentally distinguished elementary parts of the ring, and therefore the resulting vector sum of all these forces will not be zero. Under the action of this resulting force, the ring will shift to the planet until its more massive part comes into contact with it, and the diametrically opposite part of the ring will be maximally distant from the planet, as shown in Fig. 2.

Этот результат очень важен в практическом отношении, т.к. при этом автоматически возникает доступ к кольцу с поверхности планеты. Поэтому на практике нужно изначально выполнить определенную часть кольца более массивной, чтобы под действием векторной суммы сил тяжести эта часть кольца надежно прижималась к земной поверхности планеты (фиг.2). Для наглядности на первой проекции фиг.2 более массивная часть кольца показана в утолщенном виде, а большие силы тяжести, действующие в этой части кольца, показаны более длинными стрелками Р.This result is very important in practical terms, because this automatically creates access to the ring from the surface of the planet. Therefore, in practice, it is necessary to initially perform a certain part of the ring more massive, so that under the action of the vector sum of gravity, this part of the ring reliably pressed against the earth's surface of the planet (figure 2). For clarity, in the first projection of FIG. 2, the more massive part of the ring is shown in a thickened form, and the larger gravity forces acting in this part of the ring are shown by the longer arrows P.

Показанное на фиг.2 положение кольца вокруг планеты, когда оно прижато своей массивной частью к ней и одновременно находится в плоскости, проходящей через ее центр, является положением устойчивого равновесия.The position of the ring around the planet shown in FIG. 2, when it is pressed by its massive part to it and at the same time is in the plane passing through its center, is the position of stable equilibrium.

Действительно, если предположить, что кольцо, оставаясь прижатым своей более массивной частью к планете, получило под действием какой-то воображаемой внешней силы Fк ускорение a к и сместилось из положения равновесия в плоскость, не проходящую через центр планеты, как показано пунктиром на второй проекции фиг.2, то в этом случае в векторной сумме действующих на кольцо сил тяжести возникнут составляющие этих сил, возвращающие его в прежнее положение, т.е. в первоначально занимаемую им плоскость, проходящую через центр планеты, что наглядно иллюстрируется показанными на второй проекции фиг.2 стрелками сил тяжести Р, действующих по контуру пунктирного кольца в направлении к центру планеты (кстати, следует заметить, что, согласно второму закону И.Ньютона, для сообщения кольцу какого-то ускорения a к из положения равновесия потребовалось бы, с учетом большой массы кольца Mк, очень большая величина этой упомянутой воображаемой внешней силы Fк=a кMк).Indeed, if we assume that the ring, while being pressed by its more massive part to the planet, received, under the influence of some imaginary external force F k, acceleration a k and shifted from the equilibrium position to a plane that does not pass through the center of the planet, as shown by the dotted line on the second projection of figure 2, then in this case, in the vector sum of the forces of gravity acting on the ring, components of these forces will arise, returning it to its previous position, i.e. to the plane initially occupied by him, passing through the center of the planet, which is clearly illustrated by the arrows of gravity P shown on the second projection of FIG. 2, acting along the contour of the dashed ring towards the center of the planet (by the way, it should be noted that, according to the second law of I. Newton , for the ring to communicate some kind of acceleration a k from the equilibrium position, it would take, taking into account the large mass of the ring M k , a very large value of this mentioned imaginary external force F k = a k M k ).

В положении равновесия кольцо будет самоуравновешено вокруг планеты, прижимаясь к ней своей более массивной частью. Для удержания кольца даже большой массы Mк в таком положении вокруг планеты не требуется никаких дополнительных усилий: все обеспечивается мощными силами тяжести.In equilibrium, the ring will be self-balanced around the planet, snuggling into it with its more massive part. To keep the ring even of a large mass M k in this position around the planet, no additional efforts are required: everything is provided by powerful gravity.

На таком кольце, как на опоре, можно размещать любые космические объекты, например телекоммуникационные системы для организации глобальной космической радиосвязи, наблюдательные и научно-исследовательские станции с космонавтами, космические площадки для запуска и посадки космических кораблей и т.д. При этом для удобства доставки грузов в любую часть кольца, и особенно в наиболее удаленную от планеты и поэтому самую важную в практическом отношении его часть, кольцо конструктивно должно быть пустотелым с круглым, квадратным (или прямоугольным) поперечным сечением соответствующих размеров (это также позволит уменьшить массу кольца). Для обеспечения необходимой жесткости кольцо должно быть из высокопрочного материала, иметь соответствующую толщину стенок и длину стороны квадрата (или прямоугольника) или диаметра поперечного сечения. Доставку грузов и космонавтов в наиболее удаленную от поверхности планеты часть кольца можно осуществлять транспортом с реактивными или электрическими двигателями внутри кольца. Следует отметить, что усилия по преодолению сил тяжести при доставке этих грузов вдоль кольца будут не намного больше усилий при доставке аналогичных грузов на поверхности планеты. Действительно, вблизи поверхности планеты, где сила тяжести максимальна, угол подъема в кольце относительно поверхности планеты невелик (практически незаметен). По мере удаления от поверхности планеты вдоль кольца угол подъема хотя и увеличивается, но ненамного, причем возрастание усилий из-за этого будет частично компенсироваться уменьшением силы тяжести. Эти силы тяжести будут определяться выражением (6), куда подставляют m, равную массе транспорта с грузом. Что касается возвращения транспорта с грузом на поверхность планеты, то он под действием силы тяжести будет перемещаться по кольцу сам (как говорится, на тормозах).On such a ring as on a support, you can place any space objects, for example, telecommunication systems for organizing global space radio communications, observation and research stations with astronauts, space platforms for launching and landing spacecraft, etc. At the same time, for the convenience of cargo delivery to any part of the ring, and especially to the part farthest from the planet and therefore its most important part in practical terms, the ring should be structurally hollow with a round, square (or rectangular) cross section of appropriate sizes (this will also reduce mass of the ring). To ensure the necessary rigidity, the ring should be made of high strength material, have the appropriate wall thickness and the length of the side of the square (or rectangle) or the diameter of the cross section. Cargo and astronauts can be delivered to the part of the ring farthest from the planet’s surface that can be transported with jet or electric engines inside the ring. It should be noted that efforts to overcome gravity during the delivery of these goods along the ring will not be much more efforts to deliver similar goods on the surface of the planet. Indeed, near the planet’s surface, where gravity is at its maximum, the angle of elevation in the ring relative to the planet’s surface is small (almost imperceptible). As you move farther away from the planet’s surface along the ring, the elevation angle does not increase much, but the increase in effort will be partially offset by a decrease in gravity. These gravity will be determined by the expression (6), where substitute m, equal to the mass of the transport with the load. As for the return of transport with cargo to the surface of the planet, then under the action of gravity it will move along the ring itself (as they say, on brakes).

Космические телекоммуникационные системы на кольце могут не только охватывать радиосвязью территорию планеты, но обеспечивать глобальную космическую радиосвязь на перспективных ультракоротковолновых, сантиметровых, миллиметровых и оптических диапазонах электромагнитных волн.Space telecommunication systems on the ring can not only cover the planet’s territory with radio communications, but also provide global space radio communications on promising ultrashort, centimeter, millimeter and optical ranges of electromagnetic waves.

Космические наблюдательные пункты на кольце очень удобны для исследования как поверхности планеты, так и околопланетного космического пространства и дальнего космоса. Космонавты при работе в них не будут испытывать явление невесомости, а при подъеме на них не будут подвергаться перегрузкам.Space observation points on the ring are very convenient for exploring both the surface of the planet and near-outer space and deep space. When working in them, the astronauts will not experience the phenomenon of weightlessness, and when they rise on them they will not be subjected to overloads.

Что касается космических площадок для запуска и посадки космических кораблей на кольце в околопланетном космическом пространстве, где силы тяжести меньше, чем на поверхности планеты, то они имеют ряд преимуществ по сравнению с космодромами на поверхности планеты:As for the space platforms for launching and landing spacecraft on the ring in the near-planet space, where gravity is less than on the surface of the planet, they have several advantages compared to space centers on the planet's surface:

- запуск с них космических кораблей может осуществляться проще и дешевле, т.к. при этом в отличие от космодромов на поверхности планеты не потребуются затратные мощные ракеты-носители и большие запасы и расходы дорогостоящего топлива;- launching spacecraft from them can be simpler and cheaper, because in this case, unlike cosmodromes on the surface of the planet, costly powerful booster rockets and large reserves and expenses of expensive fuel will not be required;

- физические усилия космонавтов, находящихся на космических площадках (как и на космических наблюдательных пунктах) будут меньше, чем на поверхности планеты, причем они не будут испытывать типичные для известного способа перегрузки и явление невесомости;- the physical efforts of the astronauts located on space platforms (as well as on space observation posts) will be less than on the surface of the planet, and they will not experience the weightlessness typical of the known method of overload;

- при запуске и посадке космических кораблей можно использовать скорость самих площадок по касательной вокруг планеты из-за вращения ее вокруг собственной оси: эта скорость при запуске кораблей в направлении вращения планеты будет прибавляться к сообщаемой кораблям скорости, а при посадке кораблей в направлении вращения планеты будет вычитаться из скорости осуществляющих посадку кораблей, что облегчает и удешевляет запуск и посадку (в наибольшей степени это проявится при расположении кольца в плоскости экватора планеты);- when launching and landing spacecraft, you can use the speed of the sites themselves tangentially around the planet due to its rotation around its own axis: this speed when launching ships in the direction of rotation of the planet will be added to the speed reported to the ships, and when landing ships in the direction of rotation of the planet subtract from the speed of the landing ships, which makes launching and landing easier and cheaper (this will manifest itself to the greatest extent when the ring is located in the equatorial plane of the planet);

- при посадке кораблей вдоль восходящей ветви кольца будет использоваться тормозящая сила тяготения к планете, она будет добавляться к тормозящей силе реактивных двигателей корабля, что облегчит и удешевит посадку.- when landing ships along the ascending branch of the ring, the braking force of gravity to the planet will be used, it will be added to the braking force of the jet engines of the ship, which will make landing easier and cheaper.

Таковы в основном отличительные особенности предлагаемых способа и устройства.These are mainly the distinguishing features of the proposed method and device.

К сказанному можно добавить несколько слов о возможной технологии изготовления и подъема кольца вокруг планеты в соответствии с фиг.2. Это можно было бы осуществить в два этапа.To the above, we can add a few words about a possible technology for manufacturing and lifting the ring around the planet in accordance with figure 2. This could be done in two stages.

1. Сначала на поверхности планеты по выбранной окружности вокруг нее в плоскости, проходящей через ее центр, выполняется достаточно прочное пустотелое кольцо круглого, квадратного (или прямоугольного) сечения необходимого размера с механизмом сдвига в определенных пределах соседних звеньев кольца (по принципу звено в звене). При этом наиболее массивная часть кольца, в которой будет вход в кольцо, размещается в нужном месте непосредственно на поверхности планеты, а остальная часть - на опорах определенной высоты с учетом рельефа местности. Как только кольцо будет замкнуто вокруг планеты при достаточной жесткости его конструкции, оно, в соответствии с изложенным выше принципом самоуравновешивания, становится самоуравновешивающимся под действием сил тяжести по всему его контуру (фиг.2), и надобность в опорах отпадает.1. First, on the planet’s surface, along a selected circle around it, in a plane passing through its center, a sufficiently strong hollow ring of a round, square (or rectangular) section of the required size with a shear mechanism within certain limits of adjacent ring links (according to the principle of the link in the link) is made . In this case, the most massive part of the ring, in which the entrance to the ring will be, is located in the right place directly on the surface of the planet, and the rest is on supports of a certain height, taking into account the terrain. As soon as the ring is closed around the planet with sufficient rigidity of its structure, it, in accordance with the principle of self-balancing described above, becomes self-balancing under the action of gravity along its entire contour (Fig. 2), and the need for supports disappears.

2. Затем, используя механизм сдвига соседних звеньев кольца, увеличивают его радиус до нужного значения, чтобы получить заданную высоту h над планетой той части кольца, которая согласно фиг.2 диаметрально противоположна его прижатой к планете массивной части.2. Then, using the shear mechanism of the adjacent links of the ring, increase its radius to the desired value in order to obtain a predetermined height h above the planet of that part of the ring, which according to Fig. 2 is diametrically opposite to its massive part pressed against the planet.

В заключение следует отметить, что данное предлагаемое изобретение представляет несомненный интерес, расширяет границы познания материального мира и при реализации его в перспективе сулит большие возможности в области исследования и освоения околопланетных космических пространств и дальнего космоса, в области запуска и посадки космических кораблей, в области наблюдений за территориями планет и охвата их глобальной космической радиосвязью в перспективных метровых, сантиметровых, миллиметровых и оптических диапазонах электромагнитных волн.In conclusion, it should be noted that the present invention is of undoubted interest, expands the boundaries of knowledge of the material world and, when realized in the future, promises great opportunities in the field of research and exploration of near-planet space and deep space, in the field of launch and landing of spacecraft, in the field of observations beyond the territories of the planets and their coverage by global space radio communications in promising meter, centimeter, millimeter and optical ranges electromagnet s waves.

Claims (2)

1. Способ позиционирования физических тел в околопланетном космическом пространстве путем размещения их на космической опоре в виде кольца вокруг планеты в указанном околопланетном пространстве в плоскости, проходящей через ее центр, с радиусом, большим радиуса планеты, и массой, значительно меньшей ее массы, отличающийся тем, что в нем используют неподвижное относительно планеты твердое и жесткое кольцо, самоуравновешивающееся силами тяжести частей кольца по разные стороны от планеты, при этом устойчивое положение кольца и доступ к нему с планеты обеспечивают изначальным увеличением массы определенной части кольца, смещающим кольцо в его плоскости относительно центра планеты до прижатия этой более массивной части к планете.1. The method of positioning physical bodies in the near-planet space by placing them on a space support in the form of a ring around the planet in the indicated near-planet space in a plane passing through its center, with a radius greater than the radius of the planet, and a mass much smaller than its mass, characterized in that it uses a rigid and rigid ring immobile relative to the planet, self-balancing by the forces of gravity of the parts of the ring on different sides of the planet, while the ring is stable and not accessible in the planet provide initial increase in mass of a certain part of the ring, the biasing ring in its plane relative to the center of the planet to the pressing of the more massive parts of the planet. 2. Устройство для позиционирования на нем физических тел в околопланетном космическом пространстве, выполненное в виде кольца вокруг планеты в указанном околопланетном пространстве в плоскости, проходящей через ее центр, с радиусом, большим радиуса планеты, и массой, значительно меньшей ее массы, отличающееся тем, что кольцо выполнено неподвижным относительно планеты, твердым, жестким и самоуравновешивающимся силами тяжести частей кольца по разные стороны от планеты, причем устойчивое положение кольца и доступ к нему с планеты обеспечены изначальным увеличением массы определенной части кольца, смещающим кольцо в его плоскости относительно центра планеты до прижатия этой более массивной части к планете. 2. A device for positioning physical bodies on it in near-outer space, made in the form of a ring around a planet in the indicated near-planet space in a plane passing through its center, with a radius greater than the radius of the planet, and a mass much smaller than its mass, characterized in that the ring is made motionless relative to the planet, rigid, rigid and self-balancing by the gravity of the parts of the ring on different sides of the planet, and the ring is stable and accessible from the planet s initial mass increase certain part of the ring, the biasing ring in its plane relative to the center of the planet to the pressing of the more massive parts of the planet.
RU2009124019/11A 2009-06-23 2009-06-23 Method of positioning physical objects in circumplanetary outer space and device for its implementation RU2463220C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009124019/11A RU2463220C2 (en) 2009-06-23 2009-06-23 Method of positioning physical objects in circumplanetary outer space and device for its implementation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009124019/11A RU2463220C2 (en) 2009-06-23 2009-06-23 Method of positioning physical objects in circumplanetary outer space and device for its implementation

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009124019A RU2009124019A (en) 2010-12-27
RU2463220C2 true RU2463220C2 (en) 2012-10-10

Family

ID=44055424

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009124019/11A RU2463220C2 (en) 2009-06-23 2009-06-23 Method of positioning physical objects in circumplanetary outer space and device for its implementation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2463220C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022032370A1 (en) 2020-08-11 2022-02-17 Анатолий Эдуардович Юницкий Artificial orbital ring system

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4318517A (en) * 1977-07-20 1982-03-09 Salkeld Robert J Closed space structures
SU1165417A1 (en) * 1980-12-26 1985-07-07 Taran Valentin M Space ship mock-up
SU548182A1 (en) * 1972-08-25 1986-09-07 Taran V M Model of orbital station

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU548182A1 (en) * 1972-08-25 1986-09-07 Taran V M Model of orbital station
US4318517A (en) * 1977-07-20 1982-03-09 Salkeld Robert J Closed space structures
SU1165417A1 (en) * 1980-12-26 1985-07-07 Taran Valentin M Space ship mock-up

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Ж.: Техника - молодежи, 6, 1982, с.34-36, с.4 обложки. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022032370A1 (en) 2020-08-11 2022-02-17 Анатолий Эдуардович Юницкий Artificial orbital ring system

Also Published As

Publication number Publication date
RU2009124019A (en) 2010-12-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Moebs University Physics v1
Janson 25 Years of Small Satellites
Lim et al. Problems and solutions on Mechanics
Natario General relativity without calculus: a concise introduction to the geometry of relativity
RU2463220C2 (en) Method of positioning physical objects in circumplanetary outer space and device for its implementation
May et al. Enabling global lunar access for human landing systems staged at earth-moon l2 southern near rectilinear halo and butterfly orbits
US20010004098A1 (en) Advanced technology propulsion study
Angelo Satellites
Perek Space elevator: stability
Jones et al. Design parameters and validation for a non-contacting flux-pinned docking interface
Kembhavi et al. Gravity: The Force that Governs the Universe
Williamson Have rocket... will travel [Space Travel]
Hanslmeier Celestial Mechanics
Rickman Introduction to Orbits
Battaglia Study of the 2001 SN263 triple asteroid system: investigating sequential exploration and interplanetary solar sail transfer
Mroczkowski et al. Space Metrology Problems of the Future Planetary Defense System with Pulsar Time, Navigation and Positioning
Arnot et al. Artificial Horseshoe Orbits Using Low Thrust Propulsion
OBE Maths Goes Into Space
Rimovich ACCELERATED FLIGHTS BY MEANS OF MAGNETIC FIELD REALIZING SIMULTANEOUSLY WEIGHTLESSNESS STATE.
Celik ORBITAL ENVIRONMENT CONSIDERATIONS DURING THE CLOSE APPROACH PHASE OF MISSIONS TO SMALL BODIES
Rourke The Geometry of the Universe
van den Heuvel Gravity According to Galilei, Newton, Einstein and Mach
Wheeler THE FABRIC
Aslanov A space elevator deployed at the L1 Mars–Phobos libration point
Yu How Math and Physics Unlock the Code of Our Universe

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150624