RU2678759C1

RU2678759C1 - Method for protection of spacecraft from collision with actively approaching object

Info

Publication number: RU2678759C1
Application number: RU2018113161A
Authority: RU
Inventors: Михаил Викторович Яковлев; Владимир Афанасьевич Архипов; Сергей Степанович Логинов; Игорь Вячеславович Усовик; Анастасия Павловна Дублева; Виктория Анатольевна Марчук
Priority date: 2018-04-11
Filing date: 2018-04-11
Publication date: 2019-01-31

Abstract

FIELD: astronautics.

SUBSTANCE: invention relates to space technology and can be used to protect a spacecraft from an actively approaching object. Protection of the spacecraft from collision with an actively approaching object is carried out by registering a continuous sequence of signals with an increasing amplitude in the optical range of the spectrum, which allows to determine the spatial orientation of the actively approaching object. Protection is carried out with the help of a screen – a cloud of a fine fraction from polymeric particles with metallic spraying, reflecting radiation and masking the protected spacecraft.

EFFECT: technical result is to protect and prevent the collision of a spacecraft and an object actively approaching it.

1 cl

Description

Изобретение относится к области обеспечения долговременного устойчивого развития космической деятельности и может быть использовано для защиты космического аппарата от столкновения с активно сближающимся объектом.The invention relates to the field of ensuring long-term sustainable development of space activity and can be used to protect the spacecraft from collision with an actively approaching object.

Известно защищенное патентом изобретение - аналог: заявка №95115874/11, МПК B64G 9/00, 1995 год «Способ селекции космических объектов» (Атнашев А.Б., Атнашев В.Б., Докукин В.Ф., Землянов А.Б., Чуев В.И.), предназначенное для селекции пассивных космических объектов и обнаружения с борта космической станции (КС) фрагментов частиц, движущихся по траекториям опасного сближения. Сущность изобретения заключается в том, что проводят пеленгацию космических объектов, находящихся вблизи КС (в зоне действия пеленгатора). При этом измеряют два параметра: текущее взаимное положение КС и пеленгуемого объекта, а также относительную радиальную скорость. На основании этих данных осуществляют идентификацию космического объекта. К недостаткам способа следует отнести необходимость применения радиолокационной аппаратуры на борту КС, что приводит к увеличению массы, габаритных размеров и бортовой энергетики КС, а также отсутствие возможности его использования для защиты КА от воздействия преднамеренно приближающихся активных объектов.Known invention protected by patent - analogue: application No. 95115874/11, IPC B64G 9/00, 1995 “Method for the selection of space objects” (Atnashev AB, Atnashev VB, Dokukin VF, Zemlyanov A.B ., Chuev V.I.), intended for the selection of passive space objects and detection from the space station (SC) of fragments of particles moving along the trajectories of a dangerous approach. The essence of the invention lies in the fact that they conduct direction finding of space objects located near the CS (in the area of the direction finder). In this case, two parameters are measured: the current relative position of the CS and the bearing to be detected, as well as the relative radial velocity. Based on these data, a space object is identified. The disadvantages of the method include the need to use radar equipment onboard the CS, which leads to an increase in the mass, overall dimensions and onboard power of the CS, as well as the lack of the possibility of its use to protect the spacecraft from the effects of intentionally approaching active objects.

Известно защищенное патентом изобретение - аналог: заявка №2011131723/11, МПК B64G 1/00, B64G 1/56, 2011 год «Способ разрушения фрагментов космического мусора» (Мирошников С.Ю., Сорокин С.В., Хмелыциков М.В., Тимофеев Ю.Т.), которое предназначено для защиты от космического мусора, метеоритов и других опасных объектов, а также для очистки околоземного космического пространства от КА, прекративших активное существование, и их обломков. Предложенный способ может быть использован, например, для предотвращения столкновения крупных фрагментов космического мусора с Землей. Способ разрушения космического мусора заключается в воздействии на опасный объект взрывами взрывчатых веществ в приповерхностных слоях вещества с использованием последовательно запускаемых к опасному объекту космических перехватчиков. Взрывы производят последовательно серией с изменяющейся частотой, согласованной с геометрическими размерами и плотностью опасного объекта, в том числе метеоритно-кометного происхождения. Необходимую информацию о свойствах опасного объекта получают с использованием дистанционного зондирования и спектрографических исследований. Взрывы последовательно увеличиваются по мощности. Достигается повышение производительности и эффективности разрушения фрагментов космического мусора с широким спектром их характеристик. К недостаткам способа относится необходимость предварительного дистанционного зондирования и проведения спектрографических исследований, что выполняется с использованием наземных средств контроля космического пространства.Known invention protected by patent - analogue: application No. 2011111723/11, IPC B64G 1/00, B64G 1/56, 2011 “Method for destruction of space debris fragments” (Miroshnikov S.Yu., Sorokin SV, Khmelytsikov M.V. ., Timofeev Yu.T.), which is intended for protection from space debris, meteorites and other dangerous objects, as well as for cleaning near-Earth space from spacecraft that have ceased active existence, and their debris. The proposed method can be used, for example, to prevent the collision of large fragments of space debris with the Earth. A method for destroying space debris consists in exposing explosive substances to explosive substances in the surface layers of a substance using space interceptors sequentially launched to a dangerous object. Explosions are carried out sequentially in a series with a changing frequency, consistent with the geometric dimensions and density of the hazardous object, including meteorite-comet origin. The necessary information about the properties of a hazardous object is obtained using remote sensing and spectrographic studies. Explosions sequentially increase in power. EFFECT: increased productivity and destruction efficiency of space debris fragments with a wide range of their characteristics. The disadvantages of the method include the need for preliminary remote sensing and spectrographic studies, which is performed using ground-based space monitoring means.

Известно защищенное патентом изобретение - аналог: заявка №2000108969/02, МПК F41H 3/00. Н01Q 17/00, 2000 год, «Широкодиапазонное маскировочное покрытие и способ его изготовления» (Куликовский Э.И., Поляхов Ю.Б., Буланова А.Н., Цыбизов Е.И., Новиков В.А., Тарасов С.А.). Покрытие позволяет повысить эффективность маскировки наземных объектов, обеспечить требуемую стабильность уровня снижения мощности отраженного сигнала в диапазоне λ=0,2-0,5 см, улучшить эксплуатационные характеристики маскировочного покрытия и снизить трудоемкость его изготовления. Сущность изобретения: в основу в виде сети вплетаются отдельные элементы электропроводящего материала. Каждый отдельный элемент содержит основной несущий слой в виде радиопрозрачной полимерной пленки, дополнительный поверхностный слой металла, нанесенный на полимерную пленку с одной ее стороны путем вакуумного напыления, и два крайних защитный слоя эмали, включающих пигментные наполнители и антипиреновые добавки. Упомянутые элементы выполнены в виде гибкой гирлянды спиралеобразной формы, с радиально расходящимися относительно центра окружности в виде "ресничек" полосками прямоугольной формы шириной 1 - 2 мм. Диаметр внутренней окружности гирлянды вдоль оси закрутки по всей длине элемента постоянен и составляет 3-5 мм. Недостатком изобретения - аналога является ограниченный диапазон длин волн электромагнитного излучения, в пределах которого обеспечиваются эксплуатационные характеристики маскировочного покрытия.Known patented invention is an analogue: application No.2000108969 / 02, IPC F41H 3/00. Н01Q 17/00, 2000, “Wide-range camouflage coating and method for its manufacture” (Kulikovsky E.I., Polyakhov Yu.B., Bulanova AN, Tsybizov E.I., Novikov V.A., Tarasov S .BUT.). The coating allows to increase the efficiency of masking of ground objects, to provide the required stability of the level of decrease in the power of the reflected signal in the range λ = 0.2-0.5 cm, to improve the operational characteristics of the camouflage coating and reduce the complexity of its manufacture. The essence of the invention: the basis in the form of a network interwoven individual elements of an electrically conductive material. Each individual element contains a main carrier layer in the form of a radiolucent polymer film, an additional surface layer of metal deposited on the polymer film on one side by vacuum deposition, and two extreme protective enamel layers, including pigment fillers and flame retardants. The mentioned elements are made in the form of a flexible spiral-shaped garland, with rectangular stripes 1 to 2 mm wide radially diverging relative to the center of the circle in the form of “cilia”. The diameter of the inner circle of the garland along the spin axis along the entire length of the element is constant and is 3-5 mm. The disadvantage of the invention is the analogue is the limited wavelength range of electromagnetic radiation, within which the operational characteristics of the camouflage coating are provided.

Известно защищенное патентом изобретение - аналог: заявка №2008108324/11, МПК B64G 1/52, B64G 1/56, 2008 год «Способ защиты космических аппаратов» (Новосельцев Д.А.), которое предназначено для защиты космических аппаратов от столкновения с объектами естественного и искусственного происхождения различной массы и степени дисперсности. Способ заключается в том, что в направлении потенциально опасных объектов перед КА направляют экран, который выполняют в виде твердого тела малой плотности. Экран выдувают газом из полимерного материала с малым временем затвердевания в условиях вне защищаемого КА. Полимерный материал или его смесь с указанным газом обладают свойством детонации при столкновении с опасными объектами. Габаритные размеры и массу экрана выбирают достаточными для разрушения указанных объектов и отклонения их фрагментов от КА. В направлении опасных объектов может быть направлено, при необходимости, несколько экранов необходимой массы и габаритных размеров. Экраны могут формироваться непосредственно перед отделением от КА из вспененного полимерного материала или аэрогеля путем вспенивания жидкого полимерного материала или выдувания порошкообразного компонента газом. Техническим результатом изобретения является обеспечение многократной и эффективной защиты КА от столкновений с потенциально опасными объектами и их группами при минимальной массе используемых для этого средств. Данный способ требует использования наземных средств контроля космического пространства, которые не обладают достаточной эффективностью при работе в области высоких орбит и геостационарной орбиты, особенно в случае малых размеров космических объектов, сближающихся с космическим аппаратом и представляющих опасность. Помимо сложности обнаружения опасных объектов малой размерности дополнительным недостатком способа-прототипа является задержка выдачи команды на отделение защитного экрана за счет использования наземного контура управления, что повышает вероятность столкновения космического аппарата с приближающимся активным объектом.Known invention protected by patent - analogue: application No. 2008108324/11, IPC B64G 1/52, B64G 1/56, 2008 “A method for protecting spacecraft” (D. Novoseltsev), which is intended to protect spacecraft from collision with objects natural and artificial origin of various masses and degrees of dispersion. The method consists in the fact that in the direction of potentially dangerous objects, a screen is directed in front of the spacecraft, which is made in the form of a solid body of low density. The screen is blown with gas from a polymeric material with a short solidification time under conditions outside the protected spacecraft. The polymer material or its mixture with the specified gas have the property of detonation in collisions with hazardous objects. The overall dimensions and mass of the screen are selected sufficient for the destruction of these objects and the deviation of their fragments from the spacecraft. In the direction of hazardous objects, if necessary, several screens of the required mass and overall dimensions can be directed. Screens can be formed immediately before separation from the spacecraft from a foamed polymeric material or airgel by foaming a liquid polymeric material or by blowing a powdered component with gas. The technical result of the invention is the provision of multiple and effective protection of the spacecraft from collisions with potentially dangerous objects and their groups with a minimum mass of means used for this. This method requires the use of ground-based space monitoring means, which are not sufficiently effective when operating in the high orbit and geostationary orbit, especially in the case of small sizes of space objects approaching the spacecraft and representing a danger. In addition to the difficulty of detecting dangerous objects of small dimension, an additional disadvantage of the prototype method is the delay in issuing a command to separate the protective screen due to the use of a ground control loop, which increases the likelihood of a spacecraft colliding with an approaching active object.

Известно защищенное патентом изобретение - аналог: заявка №2016112622/11 (019908), B64G 1/00, 2016 год, (Решение о выдаче патента на изобретение от 07.07.2017 г.) «Способ защиты космического аппарата от столкновения с преднамеренно сближающимся активным объектом» (авторы: Яковлев М.В., Яковлева Т.М., Яковлев Д.М.), согласно которому выпускают защитный экран в направлении активного объекта, причем экран выпускают при обнаружении непрерывной последовательности сигналов с нарастающей амплитудой, а направление движения экрана определяют по данным о пространственной ориентации детекторов с максимальными показаниями амплитуды регистрируемых сигналов среди набора плоских детекторов, расположенных на поверхности двух сферических оболочек, которые устанавливают на защищаемом космическом аппарате и на малом космическом аппарате, сопровождающем защищаемый космический аппарат. Недостатком изобретения - прототипа является необходимость применения достаточно массивных защитных экранов для исключения попадания механических частиц, образующихся при столкновении активного объекта с экраном, в защищаемый космический аппарат.Known invention protected by patent - analogue: Application No. 2016112622/11 (019908), B64G 1/00, 2016, (Decision on the grant of a patent for an invention dated 07.07.2017) “Method for protecting a spacecraft from collision with a deliberately approaching active object "(Authors: Yakovlev MV, Yakovleva TM, Yakovlev DM), according to which a protective screen is released in the direction of the active object, and the screen is released when a continuous sequence of signals with increasing amplitude is detected, and the direction of movement of the screen is determined according to spatially orientation of the detectors with maximum indications of the amplitude of the recorded signals among a set of flat detectors located on the surface of two spherical shells, which are installed on the protected spacecraft and on the small spacecraft accompanying the protected spacecraft. The disadvantage of the invention is the prototype is the need to use sufficiently massive protective screens to prevent the ingress of mechanical particles generated during the collision of an active object with the screen in a protected spacecraft.

Целью предполагаемого изобретения является предотвращения столкновения космического аппарата с активно сближающимся объектом.The aim of the proposed invention is to prevent a collision of a spacecraft with an actively approaching object.

Указанная цель достигается в заявляемом способе защиты космического аппарата от столкновения с активно сближающимся объектом, согласно которому по регистрации непрерывной последовательности сигналов в оптическом диапазоне спектра определяют пространственную ориентацию активно сближающегося объекта по максимальными значениям амплитуды, регистрируемой детекторами, расположенными на поверхности сферической оболочки, установленной на защищаемом космическом аппарате и в направлении активно сближающегося объекта создают облако мелкодисперсной фракции, из частиц полимера с металлическим напылением, отражающее излучение и маскирующее защищаемый космический аппарат.This goal is achieved in the inventive method of protecting the spacecraft from collision with an actively approaching object, according to which the spatial orientation of an actively approaching object is determined by recording a continuous sequence of signals in the optical range of the spectrum by the maximum amplitude recorded by the detectors located on the surface of the spherical shell mounted on the protected spacecraft and in the direction of an actively approaching object create a cloud of chalk codispersed fraction, from particles of a polymer with a metal coating, reflecting radiation and masking the protected spacecraft.

Все операции выполняются автономно без подключения наземного контура управления. Это обеспечивает высокую надежность идентификации потенциально опасных ситуаций и повышает оперативность выполнения защитных мероприятий.All operations are performed autonomously without connecting a ground control loop. This ensures high reliability of identification of potentially dangerous situations and increases the efficiency of protective measures.

Таким образом реализуемость и эффективность заявляемого способа не вызывают сомнений.Thus, the feasibility and effectiveness of the proposed method is not in doubt.

Claims

A method of protecting a spacecraft from collision with an actively approaching object, which consists in determining the spatial orientation of an actively approaching object and protecting it from it using a screen, moreover, as a protective screen, a cloud of finely dispersed fractions of polymer particles with metal coating is created, masking the protected spacecraft.