RU2772496C1 - Space debris collector - Google Patents

Space debris collector Download PDF

Info

Publication number
RU2772496C1
RU2772496C1 RU2021129352A RU2021129352A RU2772496C1 RU 2772496 C1 RU2772496 C1 RU 2772496C1 RU 2021129352 A RU2021129352 A RU 2021129352A RU 2021129352 A RU2021129352 A RU 2021129352A RU 2772496 C1 RU2772496 C1 RU 2772496C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
debris
electromagnetic
spacecraft
space debris
space
Prior art date
Application number
RU2021129352A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Александрович Перфилов
Original Assignee
Александр Александрович Перфилов
Filing date
Publication date
Application filed by Александр Александрович Перфилов filed Critical Александр Александрович Перфилов
Application granted granted Critical
Publication of RU2772496C1 publication Critical patent/RU2772496C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: space debris disposal.
SUBSTANCE: invention relates to spacecraft with means of removal and disposal of space debris (SD). The spacecraft contains a rocket engine (1), energy (2), residential (3) and docking (4) modules, an airlock (5) for the entry/exit of astronauts and a garbage collector (6). Electromagnetic traps (7) for small and medium SD fragments are placed on the surface of the latter. A shield (8) covered with an antifriction film, a powerful solenoid trap (10) for large SD objects and lasers (9) for cutting these objects are installed in front. Behind the shield there is a rotary shredder (11) for grinding SD. Such a SD can be pressed (with sintering) into briquettes and accelerated by a railgun to enter the atmosphere or to be removed to a disposal area. The spacecraft can be supplemented by satellites - deliverers of large spacecraft objects. On board the spacecraft, astronauts can conduct scientific research and observations of the planet.
EFFECT: creation of an effective multifunctional apparatus for cleaning and disposal of SD.
4 cl, 4 dwg

Description

Мусор в космосе - это любой искусственный объект на орбите вокруг Земли, который больше не выполняет свои функции. Например, ступени ракет-носителей и «умершие» спутники. 95% космических объектов являются мусором, что составляет - 8000 тонн [1,2]. Обломков более 1 см - 750 тысяч. Любое столкновение с мусором опасно для работающих космических устройств. В интернете большая информация о космическом мусоре, но нет эффективных средств его уничтожения.Debris in space is any man-made object in orbit around the Earth that no longer fulfills its function. For example, stages of launch vehicles and "dead" satellites. 95% of space objects are garbage, which is 8000 tons [1,2]. Debris more than 1 cm - 750 thousand. Any collision with debris is dangerous for working space devices. There is a lot of information on the Internet about space debris, but there are no effective means of destroying it.

Существующие способы борьбы с космическим мусором:Existing ways to deal with space debris:

- при опасном сближении МКС с объектом космического мусора проводят маневрирование станции;- when the ISS comes close to a space debris object, the station is maneuvered;

- для автономного поиска и обнаружения опасных объектов на высотах до 50 тыс. км по всей Земле расставлены оптико-электронные комплексы с телескопами;- for autonomous search and detection of dangerous objects at altitudes up to 50 thousand km, optical-electronic complexes with telescopes are placed all over the Earth;

- предполагается транспортировка объектов мусора на дальние стационарные орбиты (создавая проблемы в будущем) или в атмосферу Земли;- it is supposed to transport garbage objects to distant stationary orbits (creating problems in the future) or into the Earth's atmosphere;

- уничтожение объекта взрывом или сжигание (испарение) лазерным лучом;- destruction of an object by an explosion or burning (evaporation) by a laser beam;

- измельчение мусора на орбите и утилизация его в топливо.- shredding debris in orbit and recycling it into fuel.

Все человечество активно осваивает космос с военной и научной целью и на это выделяются огромные средства, но мало желающих спонсировать уборку космического мусора. Заинтересовать спонсоров можно созданием многофункционального космического мусоросборщика с возможностью проведения на нем научно-исследовательских и спасательных работ (в частности, эвакуация космонавтов при аварии на МКС), а также для кратковременного посещения туристов. Такой аппарат может свободно перемещаться на другие орбиты, в отличие от МКС.All of humanity is actively exploring space for military and scientific purposes, and huge funds are allocated for this, but few people want to sponsor the cleanup of space debris. Sponsors can be interested in the creation of a multifunctional space garbage collector with the possibility of carrying out scientific research and rescue operations (in particular, the evacuation of astronauts in the event of an accident on the ISS), as well as for short-term visits by tourists. Such a device can freely move to other orbits, unlike the ISS.

Некоторые фирмы России и других ведущих космических государств делают слабые попытки создания устройств уборки космического мусора. Британская компания SST разработала спутник - уборщик весом 100 кг, который отбрасывается от станции МКС на расстоянии 7 м и из него выбрасывается сеть для захвата мусора. Другой спутник для отлова обломков применяет гарпун, который может работать на расстоянии не более 1,5 м от спутника. После завершения операции спутник-уборщик развернет парус для входа в верхние слои атмосферы, после чего сгорит в ней [3]. Сколько же потребуется спалить спутников, а возможно и ракет, их доставивших, чтобы очистить космическое пространство?Some firms in Russia and other leading space nations are making feeble attempts to create space debris cleanup devices. The British company SST has developed a cleaning satellite weighing 100 kg, which is thrown from the ISS station at a distance of 7 m and a net is ejected from it to capture debris. Another satellite uses a harpoon to catch the debris, which can operate at a distance of no more than 1.5 m from the satellite. After the operation is completed, the cleaning satellite will deploy a sail to enter the upper atmosphere, after which it will burn up in it [3]. How many satellites, and possibly the rockets that delivered them, will need to be burned in order to clear outer space?

Частные компании работают над спутниками « липучками» и электродинамическими ловушками для снижения скорости движения космического мусора [4]. Фирма «Роскосмос» разрабатывает проект космического уборщика, который может сдувать (испарять) космический мусор струей реактивного двигателя[5].Private companies are working on Velcro satellites and electrodynamic traps to reduce the velocity of space debris [4]. The Roskosmos firm is developing a project for a space cleaner that can blow off (evaporate) space debris with a jet engine jet [5].

Институт прикладной физики РАН совместно с японскими специалистами планируют установить на МКС мощный лазер для отклонения траектории движения опасного объекта. Веками для мусора было достаточно веника и сейчас нужно изобрести что-то простое, но эффективное.The Institute of Applied Physics of the Russian Academy of Sciences, together with Japanese specialists, plans to install a powerful laser on the ISS to deflect the trajectory of a dangerous object. For centuries, a broom was enough for garbage, and now we need to invent something simple but effective.

Известен космический аппарат для утилизации космического мусора, содержащий энергетическую установку, выполненную в виде термоэмиссионного реактора -преобразователя, систему обнаружения тел, подлежащих уничтожению, устройство генерации и направленной передачи энергии, выполненное виде лазера, снабженного системой охлаждения, и двигательную установку для маневрирования и коррекции орбиты [6]. На таком агрегате только золотые слитки в космосе отлавливать, - слишком дорогое удовольствие. Применение лазера ударного действия приведет к образованию более мелких обломков, как такая громадина будит их отлавливать?Known spacecraft for disposal of space debris, containing a power plant, made in the form of a thermionic reactor-converter, a detection system for bodies to be destroyed, a device for generating and directed energy transfer, made in the form of a laser equipped with a cooling system, and a propulsion system for maneuvering and correcting the orbit [6]. On such a unit, only catching gold bars in space is too expensive. The use of an impact laser will lead to the formation of smaller debris, how does such a hulk wake them up?

Известен космический аппарат для утилизации космического мусора с двигателем, способным перерабатывать обломки мусора в топливо, сначала измельчая их в порошок, посредством планетарной шаровой мельницы, который перетирается вольфрамовыми иглами и превращается в плазму [7]. Вызывает сомнение в способе превращения обломков в плазму, особенно - способ измельчения, ведь шары мельницы в космосе не имеют веса. И вообще, применение земных технологий и механизмом в космосе превращается в сложные проблемы.Known spacecraft for disposal of space debris with an engine capable of processing debris into fuel, first grinding them into powder, using a planetary ball mill, which is ground with tungsten needles and turns into plasma [7]. It raises doubts about the method of turning debris into plasma, especially the method of grinding, because the balls of the mill in space have no weight. And in general, the use of terrestrial technologies and mechanisms in space turns into complex problems.

Известен космический аппарат для утилизации космического мусора с двигателем, способным перерабатывать обломки в топливо [8.9]. Главным отличием от приведенного выше аналога является использование псевдожидкого топлива вместо плазмы.Known spacecraft for disposal of space debris with an engine capable of processing debris into fuel [8.9]. The main difference from the above analogue is the use of pseudo-liquid fuel instead of plasma.

Система утилизации космического мусора обеспечивает его переработку в порошок, который, смешиваясь с кислородом и водородом, образует псевдожидкое топливо для двигателей космического аппарата.The space debris disposal system ensures its processing into powder, which, mixing with oxygen and hydrogen, forms pseudo-liquid fuel for spacecraft engines.

Аппарат включает ловушку для мусора, систему утилизации и систему поиска космического мусора.The device includes a debris trap, a disposal system, and a space debris search system.

Ловушка для космического мусора состоит из деформируемых куполообразной и конусообразной сетей, сходящихся - расходящихся друг относительно друга и связанных между собой тросами, которые затягиваются с помощью телескопического обруча куполообразной сети и телескопических балок конусообразной сети, образуя замкнутую полость.The space debris trap consists of deformable dome-shaped and cone-shaped networks, converging - diverging relative to each other and interconnected by cables, which are tightened with the help of a telescopic hoop of the dome-shaped network and telescopic beams of the cone-shaped network, forming a closed cavity.

Система утилизации использует двухвалковый измельчитель и барабанно-шаровую мельницу для получения мелкодисперского порошка, который, смешиваясь в резервуаре для топлива с кислородом и водородом, полученными из воды с использованием регенератора воды и мембранно- электродного блока, образует псевдожидкое топливо.The recycling system uses a two-roll grinder and a drum-ball mill to produce a fine powder, which, when mixed in a fuel tank with oxygen and hydrogen obtained from water using a water regenerator and a membrane-electrode unit, forms a pseudo-liquid fuel.

Замысел хороший и такие аппараты будут созданы на дальних планетах с целью получения топлива из местных пород. Проект прекрасный, но утопический. Как можно измельчать куски металла до мелкодисперсного порошка указанным земным оборудованием? Металл только режется или плавится. Шары мельницы в космосе невесомы. Мусор без принуждения под валки мельницы не полезет.... Как можно пыль подать в смеситель без пневмонагнетателя? Мелкодисперсная металлическая пыль, водород и кислород - вещества взрывоопасные, а в смеси - как бы аппарат не улетел на Луну! Проблема в уборке мусора, а вопрос о его утилизации как топлива - не стоит. До Земли всего 400 км, не проще ли доставить топливо оттуда? Мусорная пыль неоднородна, затруднительно ее использовать как реактивное топливо, - необходимы специальные научные исследования. Ракетный двигатель не топка паровоза, чтоб в нем сжигать мусор в каком то виде.The idea is good and such devices will be created on distant planets in order to obtain fuel from local rocks. The project is beautiful, but utopian. How can pieces of metal be crushed to a fine powder with the indicated earth equipment? Metal is only cut or melted. The balls of the windmill are weightless in space. Garbage will not crawl under the mill rolls without coercion .... How can dust be fed into the mixer without a pneumatic blower? Fine metal dust, hydrogen and oxygen are explosive substances, and in the mixture - no matter how the apparatus flew to the moon! The problem is garbage collection, and the question of its disposal as fuel is not worth it. The Earth is only 400 km away, isn't it easier to deliver fuel from there? Garbage dust is heterogeneous, it is difficult to use it as jet fuel - special scientific research is needed. A rocket engine is not a steam locomotive firebox to burn garbage in it in some form.

За неимением лучшего, примем данный аппарат за прототип. Выбор ракетного двигателя:For lack of a better, we will take this device as a prototype. Rocket engine selection:

Космические аппараты и мусор движутся вокруг Земли приблизительно с одинаковой скоростью. Для отлавливания мусора требуются небольшие ускорения или « торможения аппарата. Для транспортировки мусора в атмосферу требуется повышенная мощность аппарата. Увеличить тягу можно сжигать больше топлива лили добиться более высокой скорости истечения струи раскаленных газов из сопла. Создано множество космических двигателей с различными технико-экономическими характеристиками и возможностями маневрировать, набирать скорость и тормозить: Ракетный двигатель RS-68, американский двигатель F1, советский РД-170. Эти двигатели предназначены, чтоб нести в космос сотни тон полезного груза. Они не для нашего аппарата.Spacecraft and debris move around the Earth at approximately the same speed. To catch debris, small accelerations or decelerations of the apparatus are required. To transport waste into the atmosphere, an increased power of the apparatus is required. By increasing the thrust, more fuel can be burned, or a higher velocity of the jet of hot gases from the nozzle can be achieved. Many space engines have been created with different technical and economic characteristics and the ability to maneuver, gain speed and brake: RS-68 rocket engine, American F1 engine, Soviet RD-170. These engines are designed to carry hundreds of tons of payload into space. They are not for our device.

Для коррекции орбиты космических аппаратов использовался с середины 60-х годов советский ракетный двигатель КДУ-414. Его длина составляет всего 70 см, и он дает тягу около 200 кг. Но он не гарантирует длительной и надежной работы, требуемой в нашем случае. Российские разгонные блоки ДМ и «Фрегат» имеют долю отказов районе от одного до трех процентов. Для МУСОРОСБОРЩИКа такой показатель более чем приемлем. Однако ракетные двигатели крайне неэкономичны. Их КПД уступает паровозному, они потребляют гигантские запасы горючего с окислителем [10]. Вблизи Земли, как в нашем случае, дозаправка горючего возможна и такие двигатели нам приемлемы.Since the mid-1960s, the Soviet KDU-414 rocket engine has been used to correct the orbit of spacecraft. Its length is only 70 cm, and it gives a thrust of about 200 kg. But it does not guarantee the long and reliable operation required in our case. Russian upper stages DM and Fregat have a failure rate in the region from one to three percent. For a GARBAGE COLLECTOR, this figure is more than acceptable. However, rocket engines are extremely uneconomical. Their efficiency is inferior to that of a locomotive, they consume huge reserves of fuel with an oxidizer [10]. Near the Earth, as in our case, refueling is possible and such engines are acceptable to us.

Маломощные, но более экономичные и надежные, могущие работать в космосе годами являются ионные и плазменные установки, которые сегодня применяются на многих спутниках для их удержания на орбите. Суть ионного двигателя заключается в том, что сначала газ превращается в плазму, смесь положительно заряженных ионов электронами. Далее заряженные частицы разгоняются электромагнитным полем и выбрасываются наружу. Для межпланетных полетов потребуются мощные ионные или плазменные двигатели с электропитанием от большого массива солнечных батарей или ядерного реактора. Существуют проекты « солнечного» и « электрического» паруса и т.д. Но это не относится к проблеме уборки космического мусора. Наведение аппарата не объект осуществляется с Земли. При приближении к объекту управление передается через локатор - АСУ МУСОРОСБОРЩИКа блоку управления энергетического модуля.Low-power, but more economical and reliable, capable of operating in space for years, are ion and plasma installations, which are currently used on many satellites to keep them in orbit. The essence of the ion engine is that first the gas turns into a plasma, a mixture of positively charged ions by electrons. Then the charged particles are accelerated by the electromagnetic field and thrown out. Interplanetary missions will require powerful ion or plasma thrusters powered by a large array of solar arrays or a nuclear reactor. There are projects of "solar" and "electric" sails, etc. But this does not apply to the problem of cleaning up space debris. Guidance of the device is carried out from the ground. When approaching the object, control is transferred through the locator - ACS of the GARBAGE COLLECTOR to the control unit of the energy module.

Цель нашего изобретения: создание эффективного многофункционального аппарата для уборки космического мусора.The purpose of our invention: the creation of an efficient multifunctional apparatus for cleaning up space debris.

Указанная цель достигается тем, что аппарат кроме реактивного двигателя и энергетического модуля имеет жилой модуль со стыковочным модулем и шлюзовой камерой для входа/ выхода космонавтов, предназначенный для научных исследований и для спасения космонавтов МКС. МУСОРОСБОРЩИК состыкован с жилым модулем, его корпус облеплен электромагнитными ловушками для мелкого и среднего размера мусора; с торцовой части установлен полусферический щит покрытый пленкой с низким коэффициентом трения: при соприкосновении с ним крупного объекта мусора последний сползает к центру щита под действием кинетической энергии, где разрезается лазерами на более мелкие куски, которые притягиваются мощной электромагнитной ловушкой и проталкиваются для измельчения на роторы шредера. Далее измельченный мусор скребковым конвейером с желобом из электромагнитов подается в питатель, который засыпает мусор в квадратные желоба (или цилиндры), в которых мусор прессуется в брикеты определенной длины. При этом объем мусора уменьшается на 80%. Для повышения прочности брикеты спекаются в индукционной электрической печи при температуре 900 град. Затем брикетами заряжается (автоматически или роботом) пушка - электродинамический ускоритель массы с квадратным дулом - индийский вариант (если дуло круглое, то и брикеты должны быть цилиндрическими), и выстреливается в атмосферу Земли, где брикеты мусора сгорают. Если электромагнитная пушка, как обещают, разгонит снаряд до 10-12 км /с, то при выстреле с космического корабля скорость снаряда превысит вторую космическую и появится возможность отправлять мусорные брикеты в межпланетное пространство для вечного хранения.This goal is achieved by the fact that the apparatus, in addition to the jet engine and the power module, has a residential module with a docking module and an airlock for the entry / exit of astronauts, designed for scientific research and for rescuing ISS astronauts. GARBAGE COLLECTOR is docked with the habitation module, its body is plastered with electromagnetic traps for small and medium-sized debris; a hemispherical shield is installed on the end part, covered with a film with a low coefficient of friction: when a large object of debris comes into contact with it, the latter slides to the center of the shield under the influence of kinetic energy, where it is cut by lasers into smaller pieces, which are attracted by a powerful electromagnetic trap and are pushed through for shredding onto the shredder rotors . Further, the shredded garbage is fed by a scraper conveyor with a chute of electromagnets to a feeder, which pours the garbage into square chutes (or cylinders), in which the garbage is pressed into briquettes of a certain length. At the same time, the volume of garbage is reduced by 80%. To increase the strength, the briquettes are sintered in an induction electric furnace at a temperature of 900 degrees. Then the cannon is charged (automatically or by a robot) with briquettes - an electrodynamic mass accelerator with a square barrel - the Indian version (if the barrel is round, then the briquettes must be cylindrical), and is fired into the Earth's atmosphere, where the garbage briquettes burn out. If the electromagnetic gun, as promised, accelerates the projectile to 10-12 km / s, then when fired from a spacecraft, the projectile speed will exceed the second space one and it will be possible to send garbage briquettes into interplanetary space for eternal storage.

Виды электромагнитных пушек:Types of electromagnetic guns:

1. Электродинамический ускоритель массы или рельсотрон плазменный.1. Electrodynamic mass accelerator or plasma railgun.

Основными частями орудия являются мощный источник электропитания, электрокабели, различная аппаратура и сама пусковая установка. Пушка состоит из двух параллельных электродов (рельс), стянутых усилителями прочности, и электропроводящего объекта (снаряда), замыкающего электрическую цепь.The main parts of the gun are a powerful power source, electrical cables, various equipment and the launcher itself. The gun consists of two parallel electrodes (rail) connected by strength amplifiers and an electrically conductive object (projectile) that closes the electrical circuit.

На рельсы подается мгновенный токовый импульс огромной мощности. Газ между электродами нагревается до нескольких тысяч градусов и превращается в плазму - вещество способное проводить ток.An instantaneous current pulse of enormous power is applied to the rails. The gas between the electrodes is heated to several thousand degrees and turns into plasma - a substance capable of conducting current.

Электромагнитное поле, воздействуя на плазму, разгоняет ее до огромной скорости (около 50 км/с) и превращает в так называемый «плазменный поршень». Плазменный поршень играет роль порохового заряда. Снаряд получает импульс от поршня и вылетает из ствола со скоростью в несколько километров в секунду.The electromagnetic field, acting on the plasma, accelerates it to a huge speed (about 50 km / s) and turns it into the so-called "plasma piston". The plasma piston plays the role of a powder charge. The projectile receives an impulse from the piston and flies out of the barrel at a speed of several kilometers per second.

В космосе нет ни газа, ни воздуха, данный рельсотрон нам неприемлем.There is neither gas nor air in space, this railgun is unacceptable to us.

2. Рельсотрон на реактивной струе.2. Railgun on a jet stream.

В данном случае используются снаряды, которые могут иметь примеси веществ, не проводящих электрический ток. Дуговой разряд, возникающий вследствие мощного токового импульса, ускоряет объект вдоль рельс. Задняя часть снаряда под действием разряда быстро испаряется, и образуется реактивная струя. Вот она-то и разгоняет снаряд до сверхвысоких скоростей. Вариант приемлемый. Оба варианта высокозатратные, но нашу проблему утилизации космического мусора решить могут. Ведется активно разработка рельсотрона и мощных источников питания. Уже рельсотроны стреляют, но положительного эффекта сравнимого с современными видами оружия не полученоIn this case, shells are used that may have impurities of substances that do not conduct electric current. The arc discharge, which occurs as a result of a powerful current pulse, accelerates the object along the rail. The back of the projectile under the action of the discharge quickly evaporates, and a jet stream is formed. It is she who accelerates the projectile to ultra-high speeds. The option is acceptable. Both options are expensive, but they can solve our problem of space debris disposal. The railgun and powerful power sources are being actively developed. Railguns are already firing, but no positive effect comparable to modern weapons has been obtained.

3. Гаусс-пушка.3. Gauss gun.

Разработанная немецким ученым пушка Гаусса представляет собой разновидность электромагнитного ускорителя масс. Пушка состоит из соленоида (катушки) с расположенным внутри него стволом из диэлектрического материала. Она заряжается снарядом из ферромагнетика. Чтобы заставить снаряд двигаться, на катушку подается электрический ток, создающий магнитное поле, благодаря которому снаряд втягивается в соленоид.The Gauss cannon, developed by a German scientist, is a kind of electromagnetic mass accelerator. The gun consists of a solenoid (coil) with a barrel made of dielectric material located inside it. It is charged with a ferromagnetic projectile. To make the projectile move, an electric current is applied to the coil, creating a magnetic field, due to which the projectile is drawn into the solenoid.

Идея создания электромагнитной пушки намного опередила свое время. Вначале минувшего века все ограничилось опытными образцами, показавшими к тому же очень скромные результаты. Так, французская модель едва сумела разогнать 50-граммовый снаряд до скорости 200 м/сек, что ни шло, ни в какое сравнение с действующими на тот момент обычными артиллерийскими системами. Ее российский аналог - магнитно-фугальная пушка и вовсе осталась в чертежах. И все же главный итог - воплощение идеи в реальное «железо», а подлинный успех был вопросом времени.The idea of creating an electromagnetic gun was far ahead of its time. At the beginning of the last century, everything was limited to prototypes, which, moreover, showed very modest results. So, the French model barely managed to disperse a 50-gram projectile to a speed of 200 m / s, which did not go to any comparison with conventional artillery systems in force at that time. Its Russian counterpart, the magnetic-fugal gun, remained in the drawings altogether. And yet the main result is the embodiment of the idea into real hardware, and true success was a matter of time.

К сожалению, такое время пока не наступило. Правда, нам не соревноваться с ракетами, у нас обратная задача: уменьшить скорость брикета - снаряда до определенной величины, чтоб войти в атмосферу под определенным углом не врезаясь в Землю и не отскакивая от атмосферы в бескрайний космос. Поэтому мы готовы к новейшим свершениям в технике, и если реальных электромагнитных пушек не появится, то придется нашему кораблю-уборщику периодически перемещаться в атмосферу и там разгружаться как обычная машина.Unfortunately, that time has not yet come. True, we cannot compete with rockets, we have the opposite task: to reduce the speed of a briquette - a projectile to a certain value in order to enter the atmosphere at a certain angle without crashing into the Earth and without bouncing off the atmosphere into boundless space. Therefore, we are ready for the latest achievements in technology, and if real electromagnetic guns do not appear, then our cleaning ship will have to periodically move into the atmosphere and unload there like an ordinary machine.

МУСОРОСБОРЩИКу в космосе, так же, как МУСОРОСБОРЩИКу в городе, придется работать вечно. Все операции должны быть автоматизированы и роботизированыA GARBAGE COLLECTOR in space, just like a GARBAGE COLLECTOR in a city, will have to work forever. All operations must be automated and robotized

Ремонтные работы оборудования и электроники должны производиться специальными роботами - ремонтниками, которые управляться должны бортовым компьютером и собственным интеллектом. «Закачивая» программы с Земли, можно робота обучать множеству профессий, и он станет мастером на все руки. В космосе нет верха и низа, поэтому роботу ноги не нужны. Нужны роботу лазерные или волновые маяки для ориентации внутри корабля. Предлагается роботу придать вид черепашки с четырьмя руками и пальцами как у японского робота - музыканта, с управляющей и следящей головкой на конце тельца, а брюшко и спинка робота - магнитные пластинки, выполняющие роль магнитного столика при монтаже и ремонте оборудования. Передвигаться он будет, как космонавт, - руками, цепляясь за выступы.Repair work on equipment and electronics must be carried out by special robots - repairmen, who must be controlled by an on-board computer and their own intelligence. By “downloading” programs from the Earth, a robot can be trained in many professions, and it will become a jack of all trades. There is no up or down in space, so the robot doesn't need legs. The robot needs laser or wave beacons for orientation inside the ship. It is proposed to give the robot the appearance of a turtle with four arms and fingers, like a Japanese robot musician, with a control and tracking head at the end of the body, and the abdomen and back of the robot are magnetic plates that act as a magnetic table when installing and repairing equipment. He will move like an astronaut - with his hands, clinging to the ledges.

После наших усовершенствований аппарат превратился в полноценный космический корабль. Ему не экономично гоняться за отдельными крупными объектами мусора. Предлагается для этой цели иметь множество спутников с устройствами захвата крупных объектов мусора. Главной особенностью устройств является высокая приспособляемость к различным положением объектов. Устройство крепится к корпусу спутника, с возможностью поворота и состоит из монорельса, по которому перемещается манипулятор с телескопической штангой и электромагнитом с захватами на конце. Мусор переносится на магнитную площадку, находящуюся на корпусе спутника. При ее заполнении спутник подходит к полусферическому щиту космического аппарата и выгружает крупные объекты мусора, которые разрезаются лазерами и мощным электромагнитным полем втягиваются и подаются на шредер для измельчения. Работы по захвату крупных объектов мусора проводятся под управлением и наблюдением блока наблюдения и связи, который крепится на конце монорельса. Он имеет видеокамеры и радар для связи с бортовой управляющей системой и с наземной системой слежения.After our improvements, the device turned into a full-fledged spacecraft. It is not economical for him to chase individual large objects of garbage. It is proposed for this purpose to have many satellites with devices for capturing large debris objects. The main feature of the devices is high adaptability to different positions of objects. The device is attached to the body of the satellite, with the possibility of rotation and consists of a monorail, along which a manipulator with a telescopic rod and an electromagnet with grippers at the end moves. The debris is transferred to a magnetic pad located on the satellite body. When it is filled, the satellite approaches the hemispherical shield of the spacecraft and unloads large debris objects, which are cut by lasers and drawn in by a powerful electromagnetic field and fed to a shredder for grinding. Work on the capture of large debris objects is carried out under the control and supervision of the observation and communication unit, which is attached to the end of the monorail. It has video cameras and radar for communication with the onboard control system and with the ground tracking system.

На фиг. 1 представлен общий вид космического аппарата, где:In FIG. 1 shows a general view of the spacecraft, where:

1 - ракетный двигатель, 2 - энергетический модуль, 3 - жилой модуль со стыковочным модулем - 4 и шлюзовой камерой для входа/ выхода космонавтов - 5; 6 - МУСОРОСБОРЩИК, 7 - электромагнитные ловушки - соленоиды, втягивающие мелкий и среднего размера мусора; 8 - полусферический щит, покрытый пленкой с низким коэффициентом трения; 9 - лазеры, разрезающие крупные объекты, 10 - мощный соленоид-ловушка для крупных кусков мусора, 11 - шредер для измельчения мусора.1 - rocket engine, 2 - power module, 3 - accommodation module with docking module - 4 and lock chamber for entry/exit of cosmonauts - 5; 6 - GARBAGE COLLECTOR, 7 - electromagnetic traps - solenoids that draw in small and medium-sized garbage; 8 - hemispherical shield covered with a film with a low coefficient of friction; 9 - lasers that cut large objects, 10 - a powerful solenoid trap for large pieces of debris, 11 - a shredder for shredding debris.

На фиг. 2 представлена система утилизации космического мусора:In FIG. 2 shows the space debris disposal system:

11 - шредер, 12 - скребковый конвейер с электромагнитным желобом, 14 - питатель, 15 - пресс форма, 16 - гидравлический пресс, 17 - индукционная электрическая печь, 18 - электромагнитная пушка, 19 - блок управления.11 - shredder, 12 - scraper conveyor with electromagnetic chute, 14 - feeder, 15 - mold, 16 - hydraulic press, 17 - electric induction furnace, 18 - electromagnetic gun, 19 - control unit.

На фиг. 3 представлен спутник с устройством захвата крупных объектов мусора:In FIG. 3 shows a satellite with a device for capturing large debris objects:

20 - корпус спутника, 21 - монорельс, 22 - манипулятор, 23 - телескопическая штанга, 24 - электромагнит с захватами, блок наблюдения и связи - 25.20 - satellite body, 21 - monorail, 22 - manipulator, 23 - telescopic rod, 24 - electromagnet with grippers, observation and communication unit - 25.

На фиг. 4 представлен робот-ремонтник:In FIG. 4 shows a repair robot:

26 - корпус робота, 27 - электромагнитные щитки (спереди и сзади), 28 - две пары рук с управляемой ладонью - 29 и управляемыми пальцами - 30, 31 - головка наблюдения, управления и связи, 32 - локатор, 33 - дальномер, 34 - батарейный отсек, 35 - склад инструментов, 36 - зарядное устройство. Руки робота должны проворачиваться так, чтобы спереди и сзади работать аналогично или две спереди - две сзади смотря по обстановке. Аналогичные роботы должны быть созданы для выхода в космос и проведения там ремонтных, монтажных и демонтажных работ.26 - robot body, 27 - electromagnetic shields (front and back), 28 - two pairs of hands with a controlled palm - 29 and controlled fingers - 30, 31 - head of observation, control and communication, 32 - locator, 33 - range finder, 34 - battery compartment, 35 - tool storage, 36 - charger. The robot's arms should rotate so that the front and back work in the same way, or two in front - two in the back, depending on the situation. Similar robots should be created to go into space and carry out repair, assembly and dismantling work there.

В нынешней ситуации, что не предложи - все новизна.In the current situation, whatever you offer is new.

Аппарат для уборки космического мусора включает: МУСОРОСБОРЩИК, ракетный двигатель, энергетический модуль, жилой модуль со стыковочным модулем и шлюзовой камерой для входа/выхода космонавтов и систему утилизации космического мусора. Имеется 4 существенные отличия от существующих устройств и аппаратов:The apparatus for cleaning up space debris includes: a GARBAGE COLLECTOR, a rocket engine, an energy module, a habitation module with a docking module and an airlock for the entry/exit of astronauts, and a space debris disposal system. There are 4 significant differences from existing devices and devices:

1. МУСОРОСБОРЩИК, боковая поверхность которого покрыта множеством электромагнитных ловушек - соленоидов, с торца находится оградительный полусферический щит, покрытый пленкой с малым коэффициентом трения, под щитом находятся лазеры, разрезающие крупногабаритные объекты мусора на куски, которые захватываются мощным электромагнитным полем соленоида, расположенного в центре щита, и подаются на роторы шредера.1. GARBAGE COLLECTOR, the side surface of which is covered with many electromagnetic traps - solenoids, at the end there is a protective hemispherical shield covered with a film with a low coefficient of friction, under the shield there are lasers that cut large-sized garbage objects into pieces that are captured by a powerful electromagnetic field of the solenoid located in the center shield, and are fed to the shredder rotors.

2. Система утилизации космического мусора состоит из шредера, скребкового конвейера с электромагнитным желобом, питателя, пресс формы, гидравлического пресса, индукционную электрическую печь, электромагнитную пушку и блок управления.2. The space debris disposal system consists of a shredder, a scraper conveyor with an electromagnetic chute, a feeder, a mold, a hydraulic press, an induction electric furnace, an electromagnetic gun and a control unit.

3. МУСОРОСБОРЩИК имеет множество спутников-доставщиков, каждый из которых состыкован с устройством захвата крупных объектов мусора, состоящее из монорельса по которому перемещается манипулятор с телескопической штангой, на конце которой расположен электромагнит с механическими захватами.3. GARBAGE COLLECTOR has a plurality of delivery satellites, each of which is docked with a device for capturing large debris objects, consisting of a monorail along which a manipulator with a telescopic rod moves, at the end of which an electromagnet with mechanical grippers is located.

4. В модулях аппарата (корабля) ремонтные работы выполняются роботами, каждый из которых имеет корпус схожий с телом черепашки, покрытый спереди и сзади электромагнитными щитками, две пары рук с управляемой ладонью и пальцами, головку наблюдения, управления и связи, локатор, дальномер, батарейный отсек, зарядное устройство., склад инструментов. Наличие жилого модуля со стыковочным модулем и шлюзовой камерой для входа/выхода космонавтов, превращают аппарат в многофункциональный космический корабль, что позволяет кроме уборки мусора проводить научные исследования и работы по спасению экипажа МКС в чрезвычайных ситуация и при авариях космического корабля, выходящего на околоземную орбиту.4. In the modules of the apparatus (ship), repair work is carried out by robots, each of which has a body similar to the body of a turtle, covered in front and behind with electromagnetic shields, two pairs of hands with a controlled palm and fingers, an observation, control and communication head, a locator, a rangefinder, battery compartment, charger., tool storage. The presence of a habitation module with a docking module and an airlock for the entry/exit of astronauts turns the spacecraft into a multifunctional spacecraft, which allows, in addition to garbage collection, scientific research and work to rescue the ISS crew in emergency situations and in case of accidents of a spacecraft entering near-Earth orbit.

Ход работWork progress

В автоматическом автономном режиме аппарат движется по спирали, захватывая электромагнитными ловушками мелкий и среднего размера мусор. Одновременно множество спутников, снабженных устройствами захвата и направляемые станциями наблюдения с Земли, отлавливают крупногабаритные объекты мусора и поставляют их для утилизации на МУСОРОСБОРЩИК, где они разрезаются лазерами, измельчаются роторами шредера. Измельченная масса по технологии, близкой к земной, но с учетом невесомости, прессуется в брикеты, которыми заряжается электромагнитная пушка, с помощью которой снаряды-брикеты доставляются в атмосферу Земли, где сгорают или в глубокий космос для вечного хранения. Аппарат и мусор летят приблизительно с равной скоростью и в одном направлении. Иногда аппарат ускоряется или затормаживается вблизи скопления мусора, что не требует больших затрат энергии. Такой полет может длиться годами.In automatic autonomous mode, the device moves in a spiral, capturing small and medium-sized debris with electromagnetic traps. At the same time, many satellites, equipped with capture devices and directed by observation stations from the Earth, catch large-sized debris objects and deliver them for disposal to the GARBAGE COLLECTOR, where they are cut by lasers, shredded by shredder rotors. The crushed mass is pressed into briquettes using a technology close to the earth's, but taking into account weightlessness, which charges an electromagnetic gun, with the help of which briquette shells are delivered to the Earth's atmosphere, where they burn out or into deep space for eternal storage. The craft and the debris are flying at approximately the same speed and in the same direction. Sometimes the vehicle accelerates or slows down near the accumulation of debris, which does not require large amounts of energy. Such a flight can last for years.

Имея жилой модуль аппарат (космический корабль) может принимать космонавтов для проведения научных исследований. В их интересах он может приближаться к Земле или выйти на стационарную орбиту для длительных наблюдений за участком суши или океана, может явиться незаменимым средством изучения экологических проблем и наблюдения миграции животных и птиц.Having a residential module, the apparatus (spacecraft) can receive astronauts for scientific research. In their interests, it can approach the Earth or enter a stationary orbit for long-term observations of a piece of land or ocean, it can be an indispensable tool for studying environmental problems and observing the migration of animals and birds.

Аппарат, имея жилой модуль со стыковочным модулем и шлюзовой камерой, может быть спасительным средством при авариях на МКС. Аппарат способен пристыковаться к МКС, оказать техническую помощь или забрать экипаж.The device, having a habitation module with a docking module and an airlock, can be a lifesaver in case of accidents on the ISS. The device is capable of docking with the ISS, providing technical assistance or picking up the crew.

Хочется надеяться, что аппарат может применяться и при спасении космонавтов, при выходе ракеты на орбиту.I would like to hope that the device can also be used in the rescue of astronauts, when the rocket goes into orbit.

[1] //NASA Technical Reports Server (NTRS).[1] //NASA Technical Reports Server (NTRS).

[2] C.C. Вениаминов, A.M. Червонов, Комический мусор - угроза человечеству.[2] C.C. Veniaminov, A.M. Chervonov, Comic garbage is a threat to humanity.

М: ИКИ РАН, 2012, ISSN 2075-6836.M: IKI RAN, 2012, ISSN 2075-6836.

[3] //habr.com/ru/post/414989/.[3] //habr.com/ru/post/414989/.

[4] //scienceandtech..ru/artieles/musor-v-kosmose/.[4] //scienceandtech..ru/artieles/musor-v-kosmose/.

[5] yandex/ru/efir, 2016.[5] yandex/ru/efir, 2016.

[6] RU 2040448 C1 1995.07.25.[6] RU 2040448 C1 1995.07.25.

[7] //arxiv.org/abc/1511.07246 Лей и др. Сборщик космического мусора: потенциальный охотник за космическим мусором, 2015.[7] //arxiv.org/abc/1511.07246 Lay et al. The Space Debris Collector: A Potential Space Debris Hunter, 2015.

[8] pikabu.ru/story / v_rossii_razrabotali_kompleks_musora_v_kosmose_6643670.[8] pikabu.ru/story/v_rossii_razrabotali_kompleks_musora_v_kosmose_6643670.

{9] //bnkomi.ru/data/news/93089.{9] //bnkomi.ru/data/news/93089.

[10] nauka.tass/ru/tech/6820950.[10] nauka.tass/ru/tech/6820950.

Claims (4)

1. Аппарат для уборки космического мусора, включающий мусоросборщик, ракетный двигатель, энергетический модуль, жилой модуль со стыковочным модулем и шлюзовой камерой для входа/выхода космонавтов и систему утилизации космического мусора, отличающийся тем, что на боковой поверхности мусоросборщика размещено множество электромагнитных ловушек-соленоидов, с торца расположен оградительный полусферический щит, покрытый пленкой с малым коэффициентом трения, под щитом находятся лазеры для разрезания крупногабаритных объектов мусора, захватываемых электромагнитным полем соленоида, который расположен в центре щита, и подаваемых после разрезания на роторы шредера.1. Apparatus for cleaning space debris, including a garbage collector, a rocket engine, an energy module, a residential module with a docking module and an airlock for the entry/exit of astronauts and a space debris disposal system, characterized in that a plurality of electromagnetic traps-solenoids are placed on the side surface of the garbage collector , at the end there is a protective hemispherical shield covered with a film with a low coefficient of friction, under the shield there are lasers for cutting large-sized debris objects captured by the electromagnetic field of the solenoid, which is located in the center of the shield, and fed after cutting to the shredder rotors. 2. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что упомянутая система утилизации космического мусора состоит из шредера, скребкового конвейера с электромагнитным желобом, питателя, пресс формы, гидравлического пресса, индукционной электрической печи, электромагнитной пушки и блока управления.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that said space debris disposal system consists of a shredder, a scraper conveyor with an electromagnetic chute, a feeder, a mold, a hydraulic press, an induction electric furnace, an electromagnetic gun and a control unit. 3. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что мусоросборщик имеет множество спутников-доставщиков, каждый из которых состыкован с устройством захвата крупных объектов мусора, состоящим из монорельса, по которому перемещается манипулятор с телескопической штангой, на конце которой расположен электромагнит с механическими захватами.3. The apparatus according to claim 1, characterized in that the garbage collector has a plurality of delivery satellites, each of which is docked with a device for capturing large debris objects, consisting of a monorail along which a manipulator with a telescopic rod moves, at the end of which an electromagnet with mechanical grippers is located . 4. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что снабжен роботами для выполнения в модулях аппарата ремонтных работ, каждый из которых имеет корпус, подобный телу черепашки, покрытый спереди и сзади электромагнитными щитками, две пары рук с управляемой ладонью и пальцами, блок наблюдения, управления и связи, локатор, дальномер, батарейный отсек, склад инструментов и зарядное устройство.4. The device according to claim 1, characterized in that it is equipped with robots for performing repair work in the modules of the device, each of which has a body similar to the body of a turtle, covered in front and behind with electromagnetic shields, two pairs of hands with a controlled palm and fingers, an observation unit , control and communications, locator, range finder, battery compartment, tool storage and charger.
RU2021129352A 2021-10-08 Space debris collector RU2772496C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2772496C1 true RU2772496C1 (en) 2022-05-23

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116374220A (en) * 2023-04-06 2023-07-04 中科睿格(烟台)技术服务有限责任公司 Modularized bionic space operation robot and control system

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5299764A (en) * 1991-10-23 1994-04-05 Scott David R In-space servicing of spacecraft employing artificial life robotics
RU2040448C1 (en) * 1992-02-04 1995-07-25 Головное конструкторское бюро Научно-производственного объединения им.акад.С.П.Королева Space vehicle for cleaning space of foreign matter
RU2046081C1 (en) * 1991-12-11 1995-10-20 Георгий Григорьевич Поляков Space net
US6994296B2 (en) * 2003-06-13 2006-02-07 Schubert Peter J Apparatus and method for maneuvering objects in low/zero gravity environments
RU177015U1 (en) * 2017-02-14 2018-02-06 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Балтийский государственный технический университет "ВОЕНМЕХ" им. Д.Ф. Устинова (БГТУ "ВОЕНМЕХ") UNMANNED SPACE DEVICE FOR CLEANING NEAR-EARTH SPACE FROM SPACE GARBAGE
RU2686415C1 (en) * 2018-05-11 2019-04-25 Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") Spacecraft for the utilization of space debris

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5299764A (en) * 1991-10-23 1994-04-05 Scott David R In-space servicing of spacecraft employing artificial life robotics
RU2046081C1 (en) * 1991-12-11 1995-10-20 Георгий Григорьевич Поляков Space net
RU2040448C1 (en) * 1992-02-04 1995-07-25 Головное конструкторское бюро Научно-производственного объединения им.акад.С.П.Королева Space vehicle for cleaning space of foreign matter
US6994296B2 (en) * 2003-06-13 2006-02-07 Schubert Peter J Apparatus and method for maneuvering objects in low/zero gravity environments
RU177015U1 (en) * 2017-02-14 2018-02-06 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Балтийский государственный технический университет "ВОЕНМЕХ" им. Д.Ф. Устинова (БГТУ "ВОЕНМЕХ") UNMANNED SPACE DEVICE FOR CLEANING NEAR-EARTH SPACE FROM SPACE GARBAGE
RU2686415C1 (en) * 2018-05-11 2019-04-25 Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") Spacecraft for the utilization of space debris

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116374220A (en) * 2023-04-06 2023-07-04 中科睿格(烟台)技术服务有限责任公司 Modularized bionic space operation robot and control system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wie Dynamics and control of gravity tractor spacecraft for asteroid deflection
Carter Directed energy missile defense in space
US9511881B1 (en) Dispersed space based laser weapon
EP3872342A1 (en) Intake system for an atmosphere breathing electric thruster, spacecraft
US7703273B2 (en) Dual-mode chemical-electric thrusters for spacecraft
US7270300B2 (en) System and method for an ambient atmosphere ion thruster
RU2772496C1 (en) Space debris collector
Zhang et al. Orbital simulations for directed energy deflection of near-earth asteroids
Kosmo et al. Directed energy planetary defense
Lubin et al. Effective planetary defense using directed energy de-starlite
RU2449170C1 (en) Inertial engine by bogdanov
RU2769579C1 (en) Space debris cleanup device
RU2504503C2 (en) Method of hitting dangerous space objects and device to this end
KR20180056837A (en) system for space junk disposal
Singh et al. Study of Current Scenario & Removal Methods of Space Debris
RU2773991C1 (en) Method for cleaning orbits from space debris by residual aerodynamic action of the earth's atmosphere
Eichler et al. Strategy for the economical removal of numerous larger debris objects from Earth orbits
Glazkov et al. Universal Rocket Space Engine and solving the problem of space debris
Yamaguchi et al. Orbital deflection of potentially hazardous asteroids using a coulomb force attractor
Deblois et al. Star-crossed [space-based weapons]
Deghuria et al. Recent Advances in Space Debris Removal Techniques; A study
Gibbings et al. A smart cloud approach to asteroid deflection
Hu et al. Design of a fuel-efficient scheme for space debris removal
RU2777460C1 (en) Method for disposal of space vehicles through aerodynamic action of earth's atmosphere
DeCicco et al. Preliminary asteroid deflection mission design for 2017 PDC using neutral beam propulsion