RU2698608C2 - Method for limitation of passive existence period of elements of spacecraft in circumterrestrial space and device for its implementation - Google Patents
Method for limitation of passive existence period of elements of spacecraft in circumterrestrial space and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2698608C2 RU2698608C2 RU2017135626A RU2017135626A RU2698608C2 RU 2698608 C2 RU2698608 C2 RU 2698608C2 RU 2017135626 A RU2017135626 A RU 2017135626A RU 2017135626 A RU2017135626 A RU 2017135626A RU 2698608 C2 RU2698608 C2 RU 2698608C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- spacecraft
- elements
- space
- self
- sublimation
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
- B64G1/00—Cosmonautic vehicles
- B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
- B64G1/66—Arrangements or adaptations of apparatus or instruments, not otherwise provided for
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
Abstract
Description
Изобретение предназначено для использования в ракетно-космической технике для предотвращения техногенного засорения околоземного космического пространства.The invention is intended for use in rocket and space technology to prevent technological clogging of near-Earth space.
После окончания срока активного существования космического аппарата начинается его срок пассивного существования. С этого момента космический аппарат становиться космическим мусором и представляет опасность для космической деятельности.After the expiration of the active existence of the spacecraft begins its period of passive existence. From this moment, the spacecraft becomes space debris and poses a danger to space activities.
Известны способы и устройства для устранения техногенного засорения околоземного космического пространства.Known methods and devices for eliminating man-made clogging of near-Earth space.
Известен способ разрушения фрагментов космического мусора путем воздействия на них лазерным излучением. Например, Исследовательский центр НАСА имени Эймса под руководством Джеймса Мейсона разрабатывает лазер средней мощности (около 5 кВт), который будет воздействовать на объекты в течение одного-двух часов в день. За сутки можно облучить до 10 объектов космического мусора на низкой околоземной орбите [http://www.dailytechinfo.org/space/2199-nasa-sobiraetsya-sbivat-kosmicheskij-musor-s-pomoshhyu-nazemnogo-lazera.html]. Недостатком данного способа являются большие энергозатраты и его низкая производительность при разрушении пространственно распределенных фрагментов космического мусора.A known method of destruction of fragments of space debris by exposure to them by laser radiation. For example, the NASA Ames Research Center, led by James Mason, is developing a medium-power laser (about 5 kW) that will affect objects for one to two hours a day. Up to 10 space debris objects can be irradiated in a low Earth orbit per day [http://www.dailytechinfo.org/space/2199-nasa-sobiraetsya-sbivat-kosmicheskij-musor-s-pomoshhyu-nazemnogo-lazera.html]. The disadvantage of this method is the high energy consumption and its low productivity in the destruction of spatially distributed fragments of space debris.
Аналогами предлагаемого изобретения являются технические решения по удалению крупногабаритных фрагментов космического мусора, включая нефункционирующие космические аппараты, с использованием специализированных космических аппаратов, захватывающих космический мусор, или воздействующими на него и удаляющих с орбиты. Аналогами являются патенты №№ RU 2040448, RU 2040449, RU 2046081, RU 2000259.Analogs of the present invention are technical solutions for the removal of bulky fragments of space debris, including non-functioning spacecraft, using specialized spacecraft that capture space debris, or acting on it and removing from orbit. Analogs are patents No. RU 2040448, RU 2040449, RU 2046081, RU 2000259.
Аналогами предлагаемого изобретения в другой области являются способы саморазрушения предметов после окончания их функционального использования с целью соблюдения экологических требований: бытовые пленки, тара и т.д. С 2012 года Агентство по перспективным оборонным научно-исследовательским разработкам США (DARPA) занимается реализацией проекта создания растворимой электроники. Эта программа подразумевает разработку электронных схем и компонентов, которые при необходимости можно было бы растворить в воде. В программе задействована американская компания IBM и Университет штата Айова. Параллельно еще несколько компаний и университетов занимаются созданием самоуничтожающейся электроники. В конце мая 2015 года инженеры Иллинойского университета в Урбане-Шампейне объявили о создании первой полностью самоуничтожающейся под действием тепла микросхемы. В ее состав также входит радиоконтроллер, позволяющий запускать процесс самоуничтожения по команде извне [https://nplus1.ru/news/2015/10/09/vanishing, Journal of Polymer Science, Volume 27, Issue 25 July 1, 2015, https://nplus1.ru/news/2015/05/23/your-mission-complete].Analogues of the invention in another field are methods of self-destruction of objects after the end of their functional use in order to comply with environmental requirements: household films, containers, etc. Since 2012, the United States Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) has been implementing a soluble electronics project. This program involves the development of electronic circuits and components that, if necessary, could be dissolved in water. The program involves the American company IBM and the University of Iowa. In parallel, several companies and universities are creating self-destructing electronics. At the end of May 2015, engineers at the University of Illinois at Urbana-Champaign announced the creation of the first fully self-destructing microcircuit under the influence of heat. It also includes a radio controller that allows you to start the self-destruction process by an external command [https://nplus1.ru/news/2015/10/09/vanishing, Journal of Polymer Science, Volume 27,
Самоуничтожающееся устройство состоит из электронной схемы, напечатанной с помощью магния на тонкой и гибкой пленке из циклического полимера фталевого альдегида. Сверху они покрыты слоем воска, в который заключено множество микроскопических капелек слабой кислоты. Если устройство нагревается до определенной температуры, воск начинает плавиться, микрокапельки кислоты высвобождаются и при нагревании в полимере фталевого альдегида начинается реакция деполимеризации. Поэтому состоящая из него пленка быстро разлагается. Затем начинается кислотная деградация металлических деталей. Спустя непродолжительное время устройство как объект исчезает.A self-destructing device consists of an electronic circuit printed with magnesium on a thin and flexible film of a cyclic phthalaldehyde polymer. From above they are covered with a layer of wax, in which many microscopic droplets of weak acid are enclosed. If the device is heated to a certain temperature, the wax begins to melt, micro droplets of acid are released, and when heated in the polymer of phthalaldehyde, the depolymerization reaction begins. Therefore, the film consisting of it quickly decomposes. Then begins the acid degradation of metal parts. After a short time, the device disappears as an object.
Весь процесс может быть запущен в любой момент по команде извне. Для этого в устройство включены радиочастотный датчик и индуцирующая тепло катушка. Пользователь может послать специальный сигнал, который включит эту катушку. Она начнет нагреваться и даст старт самоуничтожению микросхемы. Процесс разложения задается посредством изменения толщины слоя воска, концентрации кислоты и температуры нагрева. Микросхема полностью распадается за 20 секунд, после двух минут нагрева.The whole process can be started at any time by an external command. For this, a radio frequency sensor and a heat inducing coil are included in the device. The user can send a special signal that will turn on this coil. It will begin to heat up and give a start to the self-destruction of the microcircuit. The decomposition process is set by changing the thickness of the wax layer, acid concentration and heating temperature. The chip completely disintegrates in 20 seconds, after two minutes of heating.
В развитие направления самоуничтожающихся объектов научно-исследовательский центр Xerox PARC создал разрушающуюся микросхему из закаленного стекла Gorilla Glass [http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201501180/abstract].As a development of the self-destructing facility, the Xerox PARC Research Center has created a collapsing Gorilla Glass tempered glass chip [http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201501180/abstract].
Саморазрушающаяся электроника предназначена для применения в биомедицинских имплантатах или самоуничтожающейся военной технике. Использование подобных технологий уменьшит количество мусора, трудно разлагающегося в природных условиях.Self-destructive electronics is intended for use in biomedical implants or self-destructive military equipment. The use of such technologies will reduce the amount of garbage that is difficult to decompose in natural conditions.
Агентство перспективных оборонных разработок (DARPA) задает разработку «исчезающих» беспилотных летательных аппаратов, которые будут использоваться силами специальных операций. Такие аппараты будут доставлять бойцам спецподразделений важное оборудование, а затем исчезать без следа. В октябре 2015 года DARPA инициировало проект разработки «исчезающих» беспилотников. Проект получил название ICARUS. Разработку беспилотника планируется завершить в течение 26 месяцев после заключения контракта с одной из американских компаний [Defense Systems, https://nplus1.ru/news/2015/10/09/vanishing].Advanced Defense Engineering Agency (DARPA) is designing the “endangered” unmanned aerial vehicles that will be used by special operations forces. Such vehicles will deliver important equipment to special forces units and then disappear without a trace. In October 2015, DARPA initiated a project to develop “endangered” drones. The project was called ICARUS. The development of the UAV is planned to be completed within 26 months after the conclusion of a contract with one of the American companies [Defense Systems, https://nplus1.ru/news/2015/10/09/vanishing].
Исследователи из Университета Карнеги-Меллон разрабатывают полимеры, способные разрушаться до мономеров под воздействием электрического импульса. Полимеры планируется использовать при разработке «исчезающих» парашютов, которые после доставки груза или бойца с самолета на землю будут очень быстро и практически бесследно разлагаться. Разработка разлагаемого электричеством полимера ведется в качестве побочного проекта программы ICARUS. Исследователи из Университета Карнеги-Меллон объявили, что уже создали нужный полимер, но пока не смогли разработать технологию производства нитей и тканей из него. Сам полимер устойчив, чтобы сделанный из него парашют выдержал нагрузку и смог безопасно доставить груз на землю. Если исследователям удастся создать из полимера нити, которые смогут пропускать через себя электрический ток и под его воздействием «исчезать», то сам процесс «исчезновения» всего парашюта будет занимать от 20 минут до двух часов. Подробности о полимере не раскрываются [http://aviationweek.com].Researchers at Carnegie Mellon University are developing polymers that can break down to monomers under the influence of an electric pulse. The polymers are planned to be used in the development of “disappearing” parachutes, which will decompose very quickly and practically without a trace after cargo or fighter is transported from the plane to the ground. The development of electricity-degradable polymer is a side project of the ICARUS program. Researchers at Carnegie Mellon University have announced that they have already created the right polymer, but have not yet been able to develop a technology for the production of threads and fabrics from it. The polymer itself is stable so that the parachute made from it can withstand the load and can safely deliver the cargo to the ground. If researchers succeed in creating strings from a polymer that can pass an electric current through themselves and “disappear” under its influence, then the process of “disappearance” of the entire parachute will take from 20 minutes to two hours. Details about the polymer are not disclosed [http://aviationweek.com].
Отработанные способы уничтожения подрывом ракетных блоков для космических аппаратов в условиях космического пространства не применимы, так как создают облако обломков, которое становится космическим мусором.Proven methods of destroying rocket blocks by undermining spacecraft in outer space are not applicable, as they create a cloud of debris that becomes space debris.
Наиболее близким техническим решением в классе МПК7 B64G, принятым за прототип, является способ очистки околоземного космического пространства от космических объектов и мелких частиц путем их разрушения (патент № RU 2204508 «Способ разрушения фрагментов космического мусора»). По этому способу для уничтожения фрагментов космического мусора в околоземном космическом пространстве создают препятствия на траектории его орбиты. Препятствие образуют распылением мелкодисперсных частиц, причем в качестве материала частиц используют взрывчатое вещество со скоростью детонации, превышающей скорость соударения с фрагментами космического мусора. В качестве взрывчатого вещества используют гексоген с плотностью 1,7…1,8 г/см3, а характерный размер частиц составляет не менее 1,5 мм. Технический результат при реализации изобретения по этому способу заключается в повышении производительности способа за счет воздействия на фрагмент космического мусора энергией взрыва частиц, дополнительной к ударно-кинетическому воздействию. Препятствие - пространственно распределенные частицыThe closest technical solution in the IPC 7 B64G class, adopted as a prototype, is a method for cleaning near-Earth space from space objects and small particles by their destruction (patent No. RU 2204508 "Method for the destruction of fragments of space debris"). According to this method, to destroy fragments of space debris in near-Earth space create obstacles on the trajectory of its orbit. An obstacle is formed by the dispersion of fine particles, moreover, an explosive material is used as a particle material with a detonation velocity exceeding the velocity of collision with fragments of space debris. Hexogen with a density of 1.7 ... 1.8 g / cm 3 is used as an explosive, and the characteristic particle size is at least 1.5 mm. The technical result in the implementation of the invention by this method is to increase the productivity of the method by exposing the fragment of space debris to the energy of an explosion of particles, in addition to the impact-kinetic effect. Obstacle - spatially distributed particles
(облако) взрывчатого вещества после их детонации с фрагментами космического мусора превращаются в газ, не увеличивая общую массу фрагментов.(cloud) of explosives after their detonation with fragments of space debris are converted into gas, without increasing the total mass of the fragments.
Способ по патенту № RU 2204508 выбран прототипом изобретения.The method according to patent No. RU 2204508 is selected as a prototype of the invention.
Недостатками способа по прототипу являются необходимость вывода специализированного космического аппарата для удаления космического мусора, а также последствия дальнейшего распространения фрагментов, образующихся в результате воздействия микровзрывов на разрушаемый объект космического мусора.The disadvantages of the prototype method are the need to output a specialized spacecraft to remove space debris, as well as the consequences of the further spread of fragments resulting from microexplosions on the destructible object of space debris.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что элементы космического аппарата изготавливают из материалов, подобранных таким образом, что после выполнения своих функций, их переводят в газообразное состояние, используя процессы сублимации вещества в условиях космического вакуума.The essence of the invention lies in the fact that the elements of the spacecraft are made from materials selected in such a way that after performing their functions, they are transferred to the gaseous state using the sublimation of matter in space vacuum.
Запуск таких процессов приводит к сокращению срока пассивного существования космического аппарата с возможностью его полного самоуничтожении.The launch of such processes leads to a reduction in the period of passive existence of the spacecraft with the possibility of its complete self-destruction.
Неполное самоуничтожение космического аппарата также дает положительный эффект за счет значительного снижения его массы как космического мусора, что уменьшает опасность столкновения с действующими космическими аппаратами.Incomplete self-destruction of a spacecraft also gives a positive effect due to a significant reduction in its mass as space debris, which reduces the risk of collision with existing spacecraft.
Способ ограничения срока пассивного существования космического аппарата в околоземном космическом пространстве за счет перевода его элементов в газообразное состояние после окончания срока активного существования космического аппарата, заключается в том, что элементы космического аппарата изготавливают из материалов, обладающих свойством сублимации под воздействием факторов космического пространства, причем после окончания срока активного существования космического аппарата активизируют фазовый переход элементов комического аппарата из твердого состояния в газообразное, для чегосоздают условия ускоренной сублимации этих элементов, обеспечивая потерю их массы в заданном порядке, не допускающим образования обломков и отделяющихся частей.A method for limiting the passive existence of a spacecraft in near-Earth space due to the transfer of its elements to a gaseous state after the end of the active life of a spacecraft is that the elements of the spacecraft are made of materials that have the property of sublimation under the influence of space factors, and after the end of the active life of the spacecraft activate the phase transition of comic elements pparata from solid to gaseous state, for chegosozdayut accelerated conditions sublimation of these elements, providing a loss of weight in the order given, not permitting the formation of debris and separating parts.
Реализация способа заключается в том, что после окончания срока активного существования космического аппарата на элементах космического аппарата удаляют пленку, защищающую эти элементы от воздействия факторов космического пространства, например электрохимическим или тепловым воздействием, и обеспечивают ускоренную потерю массы этих элементов.The implementation of the method consists in the fact that after the end of the active life of the spacecraft on the elements of the spacecraft, a film is removed that protects these elements from the influence of space factors, for example by electrochemical or thermal effects, and provide accelerated mass loss of these elements.
Реализация способа заключается в том, что после окончания срока активного существования космического аппарата элементы космического аппарата нагревают до температуры ускоренной сублимации этих элементов и поддерживают ее для потери массы элементов за счет перехода в газообразное состояние. The implementation of the method consists in the fact that after the end of the active life of the spacecraft, the elements of the spacecraft are heated to the temperature of accelerated sublimation of these elements and supported to lose the mass of the elements due to the transition to the gaseous state.
Устройство для ограничения срока пассивного существования космического аппарата содержит блок управления космическим аппаратом, подключенный к блоку самоуничтожения космического аппарата, в память которого введена модель уничтожения космического аппарата с программой очередности и времени запуска механизмов активизации перевода в газообразное состояние элементов космического аппарата, электрически связанному с механизмами запуска активизации ускоренной сублимации элементов, механизмами запуска нагрева элементов космического аппарата и связанному со счетчиком времени активного существования космического аппарата, выдающего команду на самоуничтожение космического аппарата после окончания заданного ресурса, причем блок самоуничтожения космическогоA device for limiting the passive existence of a spacecraft includes a spacecraft control unit connected to a spacecraft self-destruction unit, in the memory of which a spacecraft destruction model is introduced with a program of the sequence and time of launch of activation mechanisms for transferring elements of the spacecraft into a gaseous state, electrically connected with launching mechanisms activation of accelerated sublimation of elements by mechanisms of triggering the heating of space elements spacecraft and associated with the active time counter of the spacecraft issuing a command for the self-destruction of the spacecraft after the end of a given resource, moreover, the space self-destruction unit
аппарата через канал радиосвязи и блок управления космическим аппаратом связан с наземным центром управления для получения команды на самоуничтожение при нештатной потере работоспособности космического аппарата.the device through the radio channel and the spacecraft control unit is connected to the ground control center to receive a command for self-destruction in case of emergency loss of the spacecraft’s performance.
Существо предлагаемого способа иллюстрируют следующие рисунки.The essence of the proposed method is illustrated by the following figures.
Фиг. 1 - элемент космического аппарата, подготовленный для самоуничтожения.FIG. 1 - spacecraft element prepared for self-destruction.
Фиг. 2 - снятие защитной пленки с элемента космического аппарата для активизации его сублимации в условиях космического вакуума.FIG. 2 - removal of the protective film from an element of the spacecraft to activate its sublimation in space vacuum.
Фиг. 3 - сублимация элемента космического аппарата в условиях космического вакуума.FIG. 3 - sublimation of the spacecraft element in space vacuum.
Фиг. 4 - скорости испарения в вакууме наиболее часто применяемых материалов.FIG. 4 - evaporation rates in vacuum of the most commonly used materials.
Фиг. 5 - расчетные температуры, соответствующие 10%-ным потерям органического вещества в год при р=1,333*10-4 Па.FIG. 5 - design temperatures corresponding to 10% loss of organic matter per year at p = 1.333 * 10 -4 Pa.
Фиг. 6 - график испытания образца материала в условиях космического вакуума.FIG. 6 is a graph of testing a sample of material in space vacuum.
Фиг. 7 - солнечная батарея как элемент космического аппарата, оснащаемого для самоуничтожения.FIG. 7 - a solar battery as an element of a spacecraft equipped for self-destruction.
Фиг. 8 - космический аппарат в рабочем состоянии.FIG. 8 - spacecraft in working condition.
Фиг. 9 - включение активизации сублимации элементов космического аппарата первой очереди после окончания срока его активного существования.FIG. 9 - the inclusion of activation of the sublimation of the elements of the spacecraft of the first stage after the end of its active existence.
Фиг. 10 - остатки космического аппарата после этапа включения сублимации.FIG. 10 - the remains of the spacecraft after the sublimation inclusion stage.
Фиг. 11 - включение подогрева остатков космического аппарата для перевода их в газообразное состояние.FIG. 11 - the inclusion of heating the remnants of the spacecraft to translate them into a gaseous state.
Фиг. 12 - конечные результаты самоуничтожения космического аппарата.FIG. 12 - the final results of the self-destruction of the spacecraft.
Фиг. 13 - упрощенная схема устройства для самоуничтожения элементов космического аппарата в условиях космического вакуума.FIG. 13 is a simplified diagram of a device for self-destruction of elements of a spacecraft in a space vacuum.
На фиг. 1 показан разрез элемента космического аппарата 1, который изготавливают из материала 2, обладающего, наряду с необходимыми конструктивными свойствами, свойством активной сублимации в условиях космического вакуума. От влияния космического вакуума материал защищен защитной пленкой 3. Под защитной пленкой на элемент космического аппарата наносят покрытие 4 для уничтожения защитной пленки. При электрохимическом воздействии при подключении электрического тока от источника 5 с помощью схемы управления 6 после окончания срока активного существования космического аппарата запускается реакция, снимающая защитную пленку. При тепловом разрушении защитной пленки, по другому варианту, покрытие 4 выполняют из энергоконцентрированного материала, например, пиротехнического состава - смеси из горючего, окислителя, цементатора и специальных примесей, которое запускается электрическим током, и выделяет тепло 7, достаточное для снятия защитной пленки с материала 2 (фиг. 2).In FIG. 1 shows a section through an element of a
В результате элемент космического аппарата 2 после окончания срока активного существования самоуничтожается под воздействием космического вакуума и солнечного излучения, теряя массу в процессе сублимации 8 (фиг. 3).As a result, the element of the
Скорость испарения вещества в вакууме G (в г/см2×с) описывается формулой ЛенгмюраThe rate of evaporation of a substance in vacuum G (in g / cm 2 × s) is described by the Langmuir formula
, ,
где рн - давление насыщенного пара данного вещества, Па;where p n is the saturated vapor pressure of a given substance, Pa;
μ - молярная масса вещества, г/моль;μ is the molar mass of the substance, g / mol;
Т - температура испаряющейся поверхности, К.T is the temperature of the evaporating surface, K.
Формула выведена для абсолютного вакуума, поэтому реально скорость испарения вещества в реальном космическом пространстве будет несколько меньше расчетной.The formula is derived for absolute vacuum, so the actual rate of evaporation of matter in real outer space will be slightly lower than the calculated one.
Для металлов, используемых в качестве конструкционных материалов и покрытий, графики расчетных зависимостей скорости испарения lg G, г\см2.с от температуры Т К показаны на фиг 4.For metals used as structural materials and coatings, graphs of calculated dependences of the evaporation rate log G, g \ cm 2. s on temperature T K are shown in Fig. 4.
Из графиков видно, что в реальном диапазоне температур (123-423 К) металлы, используемых в качестве конструкционных материалов КА, довольно устойчивы к испарению в вакууме; наименьшей стойкостью обладают кадмий и цинк.The graphs show that in the real temperature range (123-423 K), the metals used as structural materials of the spacecraft are quite resistant to evaporation in vacuum; cadmium and zinc have the least resistance.
Неорганические материалы (керамика), состоящие из окислов и других соединений, обладающих низким давлением паров, пригодные для длительного использования в космическом пространстве, наиболее трудны для самоуничтожения и требуют значительного теплового воздействия на основе взрывчатых веществ, таких, как, например, трициклическая мочевина.Inorganic materials (ceramics), consisting of oxides and other compounds with low vapor pressure, suitable for prolonged use in outer space, are most difficult to self-destruct and require significant heat exposure based on explosives, such as, for example, tricyclic urea.
Органические материалы, в отличие от металлов, теряют вещество не только за счет испарения или сублимации с поверхности, но и при воздействии ультрафиолетового излучения, главным образом за счет разложения, протекающего по всему объему детали или элемента.Organic materials, unlike metals, lose matter not only due to evaporation or sublimation from the surface, but also when exposed to ultraviolet radiation, mainly due to decomposition that occurs throughout the volume of the part or element.
Свойства некоторых органических материалов приведены в таблице (фиг. 5). Расчетные температуры соответствуют 10%-ным потерям вещества в год при р=1,333*10-4 Па. Значительный разброс температур объясняется различием мономеров, полимеров, наличием в полимерах примесей и присадок, особенно катализаторов, используемых при полимеризации.The properties of some organic materials are shown in the table (Fig. 5). The calculated temperatures correspond to 10% loss of substance per year at p = 1.333 * 10 -4 Pa. A significant temperature range is explained by the difference in monomers, polymers, the presence of impurities and additives in polymers, especially the catalysts used in the polymerization.
Сублимацию уменьшают нанесением на поверхность защитных пленок, например, применяют фосфатирование и оксидирование в качестве покрытия, как на органические, так и на неорганические вещества, пластмассовые оболочки металлизируют - покрывают слоем алюминия, иногда золота. Из защитных пленок при реализации предлагаемого способа выбирают те, которые технологически удобно удалить с элементов космического аппарата.Sublimation is reduced by applying protective films to the surface, for example, phosphating and oxidizing are used as coatings on both organic and inorganic substances, plastic coatings are metallized - they are coated with a layer of aluminum, sometimes gold. Of the protective films in the implementation of the proposed method, choose those that are technologically convenient to remove from the elements of the spacecraft.
На фиг. 6 приведен график потери массы материала конструкционного элемента М % при воздействии на него космического вакуума за время t на примере испытания лабораторного образца в вакуумной камере.In FIG. Figure 6 shows a graph of the mass loss of the material of the structural element M% when exposed to space vacuum over time t using the example of testing a laboratory sample in a vacuum chamber.
Кривые на графике показывают:The curves in the graph show:
1 - потери атмосферных газов, сорбированных материалом;1 - loss of atmospheric gases sorbed by the material;
2 - потери загрязнений и (или) добавок;2 - loss of contaminants and (or) additives;
3 - потери в результате испарения (сублимации) материала лабораторного образца;3 - losses due to evaporation (sublimation) of the material of the laboratory sample;
4 - суммарные потери массы лабораторного образца материала конструкционного элемента под воздействием космического вакуума.4 - the total mass loss of the laboratory sample of the material of the structural element under the influence of space vacuum.
F - окончание экспозиции лабораторного образца в условиях космического вакуума.F - the end of the exposure of the laboratory sample in space vacuum.
R - частичное восстановление массы лабораторного образца после взаимодействия с воздухом атмосферы.R - partial restoration of the mass of the laboratory sample after interaction with atmospheric air.
α, β - характеристики скорости протекания процесса потери массы.α, β - characteristics of the rate of the process of mass loss.
[М.Д. Нусинов. Влияние космического вакуума на материалы и устройства научной аппаратуры. Научно-техническое общество приборостроительной промышленности им. Академика С.И. Вавилова. 1987.][M.D. Nusinov. The effect of space vacuum on materials and devices of scientific equipment. Scientific and Technical Society of Instrument-Making Industry Academician S.I. Vavilova. 1987.]
На фиг. 7 показан разрез солнечной батареи, где: защитное стекло 9, прозрачный клей 10, просветляющее покрытие 11, область p-n перехода 12, кремневая пластина 13, металлические контакты 14.In FIG. 7 shows a section of a solar battery, where: a
Для самоуничтожения солнечной батареи защитное стекло подбирают из материала со свойством ускоренной сублимации (например, органического вещества) и обеспечивают его защиту в период рабочего функционирования и снятие защиты после окончания срока активного существования.For self-destruction of the solar battery, a protective glass is selected from a material with the property of accelerated sublimation (for example, organic matter) and provide its protection during the period of working functioning and deprotection after the end of the active life.
Для составных частей солнечной батареи добавляют тепловыделяющие покрытия, обеспечивающие при их запуске после окончания срока активного существования перевод этих частей в газообразное состояние не только при сублимации, но и при плавлении их в разогретом состоянии.For the constituent parts of the solar battery, heat-generating coatings are added, which ensure that when they are launched after the end of the active life period, these parts are transferred to the gaseous state not only during sublimation, but also when they are melted in a heated state.
На фиг. 8 показан космический аппарат 15, функционирующий в рабочем состоянии в течение срока активного существования.In FIG. 8 shows a
На фиг. 9 показан процесс перевода космического аппарата после окончания срока его активного существования в газообразное состояние при включении активизации сублимации элементов космического аппарата первой очереди. Показаны области начинающейся сублимации материалов элементов космического аппарата. На фиг. 10 показан результат самоуничтожения элементов космического аппарата 15 после первого этапа и оставшиеся части конструкции и аппаратуры космического аппарата.In FIG. Figure 9 shows the process of transferring a spacecraft after the end of its active existence into a gaseous state when activating the activation of sublimation of elements of a spacecraft of the first stage. Areas of the beginning sublimation of materials of spacecraft elements are shown. In FIG. 10 shows the result of the self-destruction of elements of the
На фиг. 11 показано включение зажигания тепловыделяющих покрытий и перевод оставшихся элементов космического аппарата 15 в газообразное состояние за счет нагревания этих элементов в соответствии с задаваемой программой самоуничтожения.In FIG. 11 shows the ignition of fuel-generating coatings and the translation of the remaining elements of the
На фиг. 12 показаны конечные результаты самоуничтожения космического аппарата, при недостижении его стопроцентного перевода в газообразное состояние. Для полного снятия опасности космического мусора эти остатки удаляются другими известными способами. Полученные пылевые частицы размером в несколько микрометров покидают околоземное космическое пространство в соответствии с эффектом Пойнтинга - Робертсона. Это процесс, благодаря которому в Солнечной системе пылевые частицы медленно падают по спирали в сторону Солнца.In FIG. 12 shows the final results of the self-destruction of the spacecraft, while not achieving its complete transfer to a gaseous state. To completely remove the danger of space debris, these residues are removed by other known methods. The resulting dust particles a few micrometers in size leave near-Earth space in accordance with the Poynting-Robertson effect. This is the process by which in the solar system dust particles slowly fall in a spiral towards the sun.
На фиг. 13 показана упрощенная схема устройства для реализации предлагаемого способа. Блок управления 19 космическим аппаратам содержит программу 20 самоуничтожения космического аппарата в заданное время.In FIG. 13 shows a simplified diagram of a device for implementing the proposed method. The
Программа 20 обеспечивает с помощью электрической связи 21 после окончания срока активного существования космического аппарата через блок управления 19 выдачу сигнала на активизацию сублимации элементов космического аппарата запуском снятия защитных покрытий от сублимации (солнечных батарей - электросвязь а; корпуса космического аппарата - электросвязь б) в порядке, не допускающем получение обломков и отделяющихся частей, и затем выдачу сигнала на включение тепловыделяющих покрытий (элементов космического аппарата - электросвязь в; аппаратуры космического аппарата - электросвязь г) и расплавление остальных элементов и аппаратуры 16 таким образом, чтобы потеря массы была по возможности полной при переходе в газообразное состояние в условиях космического вакуума.
Команда на самоуничтожение может поступить как из памяти блока управления 19 в соответствии с заложенной программой 20, так и с наземного пункта 22 управления через радиоканал приемо-передающей аппаратуры 23 космического аппарата с антенно-фидерным устройством 24. Дублирующим устройством является независимый блок 25 счетчика ресурса, который выдает команду на самоуничтожение космического аппарата по заложенному значению максимального срока функционирования космического аппарата.The self-destruction command can be received both from the memory of the
Программа самоуничтожения космического аппарата включает модель его самоуничтожения. В ней определяют последовательность самоуничтожения элементов космического аппарата, при которой выполняются требования Руководящих принципов Комитета ООН по использованию космического пространства в мирных целях по предупреждению образования космического мусора. В соответствии с ними не допускается создание, образование обломков, деталей, осколков, отделяющихся от космического аппарата.The spacecraft’s self-destruction program includes a self-destruction model. It determines the sequence of self-destruction of elements of the spacecraft, in which the requirements of the Guidelines of the UN Committee on the Peaceful Uses of Outer Space for the Prevention of Space Debris are met. In accordance with them, the creation, formation of debris, parts, fragments separated from the spacecraft is not allowed.
Технический эффект от использования способа заключается в повышении эффективности предотвращения техногенного засорения околоземного космического пространства за счет удаления космических аппаратов способом самоуничтожения в заданный период времени путем перевода их в газообразное состояние.The technical effect of using the method is to increase the efficiency of preventing technogenic clogging of near-Earth space due to the removal of spacecraft by the method of self-destruction in a given period of time by transferring them to a gaseous state.
Экономическая эффективность при использовании способа самоуничтожения космического аппарата после его использования обеспечивается за счет сокращения затрат по сравнению со способами аналогами и прототипом, так как при этом не требуется запусков дорогостоящих космических аппаратов уборщиков космического мусора или постановщиков объектов воздействия на космический мусор, а также использования лазерных комплексов для воздействия на космический мусор наземными средствами.Economic efficiency when using the method of self-destruction of a spacecraft after its use is ensured by reducing costs in comparison with analogue and prototype methods, since it does not require the launching of expensive spacecraft of space debris cleaners or directors of objects affecting space debris, as well as the use of laser systems for impact on space debris by ground means.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017135626A RU2698608C2 (en) | 2017-10-05 | 2017-10-05 | Method for limitation of passive existence period of elements of spacecraft in circumterrestrial space and device for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017135626A RU2698608C2 (en) | 2017-10-05 | 2017-10-05 | Method for limitation of passive existence period of elements of spacecraft in circumterrestrial space and device for its implementation |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2017135626A3 RU2017135626A3 (en) | 2019-04-05 |
RU2017135626A RU2017135626A (en) | 2019-04-05 |
RU2698608C2 true RU2698608C2 (en) | 2019-08-28 |
Family
ID=66089443
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017135626A RU2698608C2 (en) | 2017-10-05 | 2017-10-05 | Method for limitation of passive existence period of elements of spacecraft in circumterrestrial space and device for its implementation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2698608C2 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2204508C1 (en) * | 2002-04-22 | 2003-05-20 | Денисов Иван Васильевич | Method of breaking fragments of space debris |
US7506841B2 (en) * | 2004-08-18 | 2009-03-24 | Raytheon Company | Catalyzed decomposing foam for encapsulating space-based kinetic objects |
US7578482B2 (en) * | 2004-08-18 | 2009-08-25 | Raytheon Company | Catalyzed decomposing structural payload foam |
RU2482031C2 (en) * | 2007-11-29 | 2013-05-20 | Астриум Сас | Air drag reducer |
-
2017
- 2017-10-05 RU RU2017135626A patent/RU2698608C2/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2204508C1 (en) * | 2002-04-22 | 2003-05-20 | Денисов Иван Васильевич | Method of breaking fragments of space debris |
US7506841B2 (en) * | 2004-08-18 | 2009-03-24 | Raytheon Company | Catalyzed decomposing foam for encapsulating space-based kinetic objects |
US7578482B2 (en) * | 2004-08-18 | 2009-08-25 | Raytheon Company | Catalyzed decomposing structural payload foam |
RU2482031C2 (en) * | 2007-11-29 | 2013-05-20 | Астриум Сас | Air drag reducer |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Космический зонд Cassini готовится "испариться" после многолетней миссии. 15.09.2017, 10:51 [найдено 2018-09-20]. Найдено в Интернете: www.ntv.ru/novosti/1928823/. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2017135626A3 (en) | 2019-04-05 |
RU2017135626A (en) | 2019-04-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2010069973A (en) | Space debris removal method and its device | |
RU2698608C2 (en) | Method for limitation of passive existence period of elements of spacecraft in circumterrestrial space and device for its implementation | |
US20130001365A1 (en) | Orbital debris mitigation using high density plasma | |
Lempert et al. | Estimating the mass of a pyrotechnic mixture for burning the launch vehicle nose fairing | |
RU116466U1 (en) | DEVICE FOR DESTRUCTION OF LARGE-SIZED SPACE VEHICLES | |
Sibo et al. | Impacts of laser pulse width and target thickness on laser micro-propulsion performance | |
RU2585395C1 (en) | Method of minimising zones of exclusion of carrier rocket separated parts | |
RU2679498C1 (en) | Method for removing space debris from near-earth environment | |
RU2630487C1 (en) | Device for emergency destruction of storage media | |
US6299105B1 (en) | Spacecraft with an environmentally released deployable structure | |
RU2637007C1 (en) | Method of destruction of parts of waste spacecrafts and device for its implementation | |
CN107422309B (en) | Flexible phased array radar with transient characteristics | |
Balcomb et al. | Nuclear pulsed space propulsion systems | |
RU2719052C1 (en) | Method for thermal protection of aircraft structural element in-flight and device for its implementation | |
Deghuria et al. | Recent Advances in Space Debris Removal Techniques; A study | |
Pădurariu | Space debris, another environmental issue | |
Tussiwand et al. | Benefits of Adopting a Spacecraft Decommissioning Device to Implement Orbital Access Sustainability | |
RU2700150C1 (en) | Method for minimization of exclusion zones for carrier rocket separating parts and device for its implementation | |
Spanjers et al. | Preliminary analysis of contamination measurements from the ESEX 26 kW ammonia arcjet flight experiment | |
Shen et al. | Effects of space environments on space laser system for spacecraft | |
Shabb et al. | Nuclear Bombs and Asteroids | |
Kuznetsov et al. | Laser-reactive method for disposal of small space debris | |
Giere | Some energy and momentum considerations in the perforation of plates | |
Shareefdeen et al. | Pollution Effects and Management of Orbital Space Debris | |
Canham | Investigation of contamination effects on laser induced optical damage in space flight lasers |