RU2782278C1

RU2782278C1 - Method for acceleration of space vehicle in interstellar space when flight to nearest star systems

Info

Publication number: RU2782278C1
Application number: RU2022108604A
Authority: RU
Inventors: Александр Петрович Полуян
Filing date: 2022-03-31
Publication date: 2022-10-25

Abstract

FIELD: space technology.

SUBSTANCE: invention relates to space technology and can be used to study the interstellar medium and deliver a spacecraft to the nearest star systems. The invention is a method for accelerating a spacecraft with a light sail and separable modules with photodissociation quantum generators. The spacecraft is launched into near-Earth orbit, accelerated to the third space velocity along the trajectory to the selected star system. After the spacecraft leaves the solar heliosphere, the spacecraft is separated from the upper stage (US) and the light sail is deployed. Next, the modules with photodissociation quantum generators are sequentially separated in the direction of the spacecraft velocity vector until the stock of separable modules with generators on board the US is used up. The charge of photodissociation quantum generators is sequentially ignited. Electromagnetic energy of high density laser radiation is generated. The surface of the light sail of the spacecraft is irradiated. As a result, the thrust created as a result of the impact of powerful photon radiation on the light sail gives the spacecraft acceleration.

EFFECT: invention provides the possibility to study the interstellar medium, nearest stars and stellar systems is achieved.

15 cl

Description

Изобретение относится к космической технике и может быть применено для исследования межзвездной среды и доставки космического аппарата к ближайшим звездным системам.The invention relates to space technology and can be used to study the interstellar medium and deliver a spacecraft to the nearest star systems.

Известен способ ускорения космического аппарата (КА) см. [1] В.Ф. Сафранович, Л.М. Эмдин. Маршевые двигатели космических аппаратов. М.: Машиностроение, 1980, с. 17, включающий размещение запаса рабочего тела, например, химически активных веществ, на борту КА, затем нагрев и сжигание в двигателе КА рабочего тела и его истечение с созданием силы воздействия и ускорения КА.A known method for accelerating a spacecraft (SC), see [1] V.F. Safranovich, L.M. Emdin. Spacecraft propulsion engines. M.: Mashinostroenie, 1980, p. 17, which includes placing a supply of the working fluid, for example, chemically active substances, on board the spacecraft, then heating and burning the working fluid in the engine of the spacecraft and its expiration with the creation of an impact force and acceleration of the spacecraft.

Такой способ прост, универсален и широко используется. Однако здесь используются химические реакции, энергия которых относительно невелика, и существующие химические двигатели обеспечивают сравнительно низкие скорости истечения рабочего тела, что требует использования больших количеств рабочего тела.This method is simple, versatile and widely used. However, chemical reactions are used here, the energy of which is relatively small, and existing chemical engines provide relatively low working fluid outflow rates, which requires the use of large amounts of working fluid.

Известен способ ускорения космического аппарата, принятый за прототип, включающий отправку микроминиатюрных космических роботов к ближайшей звездной системе α Центавра, см. [2] Лисов И. «До Альфы Центавра при нашей жизни?». Новости космонавтики. 2016. №07. С. 44-45, см. [3] Первушин А. «Познать неведомые дали». Российский космос. 2019. №1-2. С. 50-51.A known method for accelerating a spacecraft, taken as a prototype, includes sending microminiature space robots to the nearest star system α Centauri, see [2] Lisov I. "To Alpha Centauri in our lifetime?". News of cosmonautics. 2016. No. 07. pp. 44-45, see [3] Pervushin A. "Knowing unknown distances". Russian space. 2019. No. 1-2. pp. 50-51.

Согласно предложенному способу в полет к звездной системе α Центавра отправится рой из тысячи микроскопических аппаратов StarChip массой не больше грамма каждый. Зонды будут снабжены легчайшим светоотражающим парусом размером примерно 4×4 метра и толщиной 100 нанометров. Разгонять рой до скорости 20 процентов от световой будет огромный наземный лазер мощностью 100 гигаватт.According to the proposed method, a swarm of thousands of StarChip microscopic devices weighing no more than a gram each will go flying to the α Centauri star system. The probes will be equipped with the lightest reflective sail, approximately 4×4 meters in size and 100 nanometers thick. The swarm will be accelerated to a speed of 20 percent of the speed of light by a huge ground-based laser with a power of 100 gigawatts.

Недостатком этого способа является тот факт, что рассеяние на неоднородностях атмосферы ухудшает расходимость луча лазера с 10^-9 до 10^-5, а предлагаемые авторами решения не позволяют скомпенсировать атмосферные эффекты. Кроме того, мощность облучения космического паруса лазером мощностью 100 ГВт приведет к разрушению любого физического материала, из которого изготовлен сам парус.The disadvantage of this method is the fact that scattering on atmospheric inhomogeneities worsens the laser beam divergence from 10 ^-9 to 10 ^-5 , and the solutions proposed by the authors do not allow compensating for atmospheric effects. In addition, a 100 GW laser beam on a space sail would destroy any physical material the sail itself is made of.

Кроме того, если разгонная лазерная установка будет размещена на Земле, хотя бы и в высокогорном районе, сфокусировать ее луч на отражающей поверхности размером в несколько метров не получится за счет искажения, которое вносит атмосфера.In addition, if an accelerating laser installation is placed on Earth, even in a high-mountainous region, it will not be possible to focus its beam on a reflective surface several meters in size due to the distortion introduced by the atmosphere.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в разгоне космического аппарата, оснащенного световым парусом, в межзвездном пространстве за счет подачи на световой парус импульсов электромагнитной энергии лазерного излучения высокой плотности, генерируемых серией фотодиссоционных квантовых генераторов, последовательно отделяемых от разгонного блока, причем разгонный блок на интервале разгона движется в том же направлении, что и разгоняемый КА.The technical result of the invention consists in accelerating a spacecraft equipped with a light sail in interstellar space by supplying high-density laser radiation electromagnetic energy pulses to the light sail, generated by a series of photodissociation quantum generators, sequentially separated from the accelerating unit, and the accelerating unit moves in the acceleration interval in the same direction as the accelerating spacecraft.

Указанный технический результат достигается тем, что космический аппарат оснащают разгонным блоком с размещенными на нем отделяемыми модулями с фотодиссоционными квантовыми генераторами, в которых для создания инверсии используется излучение фронта ударной волны, генерируемой в активном газообразном веществе взрывом взрывчатого вещества [4, 5], кроме того, на борту КА размещают световой парус.The specified technical result is achieved by the fact that the spacecraft is equipped with an upper stage with detachable modules with photodissociative quantum generators placed on it, in which to create an inversion, the radiation of the shock wave front generated in the active gaseous substance by an explosive explosion is used [4, 5], in addition , a light sail is placed on board the spacecraft.

Космический аппарат с разгонным блоком транспортируют на околоземную орбиту. Далее разгоняют КА с разгонным блоком при помощи комбинированной двигательной установки ЭРД плюс ЖРД (электрореактивный двигатель плюс жидкостный ракетный двигатель) [6] до третьей космической скорости по траектории к выбранной звезде или звездной системе, например, Альфы Центавра. После выхода КА с разгонным блоком из пределов гелиосферы Солнца в межзвездное пространство при помощи оптических датчиков, размещенных на разгонном блоке и/или КА, осуществляют поиск опорного ориентира системы управления движением КА - звезды или звездной системы. Затем при помощи бортовой вычислительной системы разгонного блока определяют направление смещения и угол рассогласования между направлением на опорный ориентир системы управления движением КА - звезды или звездной системы. При помощи двигателей малой тяги, размещенных на разгонном блоке, осуществляют коррекцию направления движения КА до устранения рассогласования между направлением на опорный ориентир системы управления движением КА - звезды или звездной системы и вектором скорости КА.The spacecraft with the upper stage is transported to low Earth orbit. Next, the spacecraft with the upper stage is accelerated using a combined propulsion system ERE plus LRE (electric propulsion engine plus liquid rocket engine) [6] to the third space velocity along the trajectory to the selected star or star system, for example, Alpha Centauri. After the spacecraft with the upper stage exits the solar heliosphere into interstellar space, optical sensors placed on the upper stage and/or the spacecraft search for a reference landmark of the spacecraft motion control system - a star or star system. Then, using the onboard computing system of the upper stage, the direction of displacement and the angle of mismatch between the direction to the reference point of the motion control system of the spacecraft - a star or a star system are determined. With the help of low-thrust engines placed on the upper stage, the correction of the direction of the spacecraft movement is carried out until the mismatch between the direction of the reference point of the spacecraft motion control system - star or star system and the spacecraft velocity vector is eliminated.

После отключения двигателей малой тяги отделяют космический аппарат от разгонного блока с размещенными на нем отделяемыми модулями с фотодиссоционными квантовыми генераторами. Причем разгонный блок на интервале разгона движется в том же направлении, что и разгоняемый КА. Далее измеряют скорость отделения КА и регистрируют в памяти бортовой вычислительной системы разгонного блока время и скорость отделения КА от разгонного блока. Разворачивают световой парус, причем максимум основного лепестка индикатрисы рассеяния светового паруса ориентируют в направлении, противоположном вектору скорости КА. Затем при помощи системы ориентации разгонного блока устанавливают продольную ось разгонного блока с отделяемыми модулями с фотодиссоционными квантовыми генераторами в направлении его вектора скорости. После удаления КА на заданное и безопасное расстояние от разгонного блока с размещенными на нем отделяемыми модулями с фотодиссоционными квантовыми генераторами по команде бортовой вычислительной системы разгонного блока отделяют единичный модуль с фотодиссоционным квантовым генератором в направлении вектора скорости КА. При этом отделяемый модуль с фотодиссоционным квантовым генератором ориентируют таким образом, чтобы пучок лазерного излучения фотонов был направлен на максимум основного лепестка индикатрисы рассеяния светового паруса, причем сохраняют ориентацию при движении отделяемого модуля с фотодиссоционным квантовым генератором к КА. В дальнейшем после временной задержки на безопасном расстоянии от разгонного блока по команде бортовой вычислительной системы разгонного блока осуществляют поджиг заряда фотодиссоционного квантового генератора, генерируют электромагнитную энергию лазерного излучения высокой плотности в направлении максимума основного лепестка индикатрисы рассеяния светового паруса. Облучают поверхность светового паруса, при этом за счет узконаправленной концентрации электромагнитной энергии лазерного излучения фотонов в направлении максимума основного лепестка индикатрисы рассеяния светового паруса придают КА ускорение. Далее отделяют от разгонного блока второй отделяемый модуль с фотодиссоционным квантовым генератором в направлении вектора скорости КА. При этом второй отделяемый модуль с фотодиссоционным квантовым генератором также ориентируют таким образом, чтобы пучок лазерного излучения фотонов был направлен на максимум основного лепестка индикатрисы рассеяния светового паруса, причем также сохраняют ориентацию при движении второго отделяемого модуля с фотодиссоционным квантовым генератором в направлении КА. После временной задержки на безопасном расстоянии от разгонного блока по команде бортовой вычислительной системы разгонного блока осуществляют поджиг заряда второго отделяемого модуля фотодиссоционного квантового генератора, генерируют электромагнитную энергию лазерного излучения в направлении максимума основного лепестка индикатрисы рассеяния светового паруса. Облучают поверхность светового паруса, при этом за счет узконаправленной концентрации электромагнитной энергии лазерного излучения фотонов в направлении максимума основного лепестка индикатрисы рассеяния светового паруса повторно придают КА ускорение в направлении вектора скорости КА. Потом последовательно отделяют от разгонного блока третий, четвертый и все последующие отделяемые модули с фотодиссоционными квантовыми генераторами до израсходования их запаса на борту разгонного блока в направлении вектора скорости КА. Причем также сохраняют ориентацию при движении третьего, четвертого и всех последующих отделяемых модулей с фотодиссоционными квантовыми генераторами в направлении КА. После временной задержки на безопасном расстоянии от разгонного блока по команде БВС разгонного блока осуществляют поджиг заряда третьего, четвертого и всех последующих отделяемых модулей с фотодиссоционными квантовыми генераторами. Последовательно генерируют электромагнитную энергию лазерного излучения от третьего, четвертого и всех последующих отделяемых модулей с фотодиссоционными квантовыми генераторами в направлении максимума основного лепестка индикатрисы рассеяния светового паруса. Последовательно облучают поверхность светового паруса, при этом за счет узконаправленной концентрации электромагнитной энергии лазерного излучения фотонов в направлении максимума основного лепестка индикатрисы рассеяния светового паруса каждый раз придают КА ускорение в направлении вектора скорости КА.After the low-thrust engines are switched off, the spacecraft is separated from the upper stage with detachable modules with photodissociation quantum generators placed on it. Moreover, the booster block moves in the same direction as the spacecraft being accelerated during the boost interval. Next, the speed of spacecraft separation is measured and the time and speed of spacecraft separation from the booster unit are recorded in the memory of the onboard computer system of the upper stage. The light sail is deployed, and the maximum of the main lobe of the scattering indicatrix of the light sail is oriented in the direction opposite to the velocity vector of the spacecraft. Then, using the upper stage orientation system, the longitudinal axis of the upper stage with detachable modules with photodissociation quantum generators is set in the direction of its velocity vector. After the spacecraft is removed to a predetermined and safe distance from the booster unit with detachable modules with photodissociation quantum generators placed on it, at the command of the onboard computer system of the booster unit, a single module with a photodissociation quantum generator is separated in the direction of the spacecraft velocity vector. In this case, the detachable module with the photodissociation quantum generator is oriented in such a way that the beam of laser radiation of photons is directed to the maximum of the main lobe of the light sail scattering indicatrix, and the orientation is maintained when the detachable module with the photodissociation quantum generator moves towards the spacecraft. Subsequently, after a time delay at a safe distance from the booster, at the command of the onboard computer system of the booster, the charge of the photodissociation quantum generator is ignited, electromagnetic energy of high-density laser radiation is generated in the direction of the maximum of the main lobe of the scattering indicatrix of the light sail. The surface of the light sail is irradiated, while due to the narrowly focused concentration of electromagnetic energy of the laser radiation of photons in the direction of the maximum of the main lobe of the scattering indicatrix of the light sail, the spacecraft is accelerated. Next, the second detachable module with a photodissociation quantum generator is separated from the accelerating unit in the direction of the spacecraft velocity vector. In this case, the second detachable module with a photodissociation quantum generator is also oriented in such a way that the beam of laser radiation of photons is directed to the maximum of the main lobe of the light sail scattering indicatrix, and the orientation is also maintained when the second detachable module with a photodissociation quantum generator moves in the direction of the spacecraft. After a time delay at a safe distance from the accelerating unit, at the command of the onboard computer system of the accelerating unit, the charge of the second detachable module of the photodissociation quantum generator is ignited, the electromagnetic energy of laser radiation is generated in the direction of the maximum of the main lobe of the scattering indicatrix of the light sail. The surface of the light sail is irradiated, while due to the narrowly focused concentration of electromagnetic energy of the laser radiation of photons in the direction of the maximum of the main lobe of the scattering indicatrix of the light sail, the spacecraft is repeatedly accelerated in the direction of the spacecraft velocity vector. Then the third, fourth and all subsequent separable modules with photodissociation quantum generators are sequentially separated from the booster until their stock on board the booster is used up in the direction of the spacecraft velocity vector. Moreover, they also retain their orientation during the movement of the third, fourth and all subsequent separable modules with photodissociative quantum generators in the direction of the spacecraft. After a time delay at a safe distance from the accelerating unit, at the command of the BVS of the accelerating unit, the charge of the third, fourth and all subsequent separable modules with photodissociation quantum generators is ignited. The electromagnetic energy of laser radiation is sequentially generated from the third, fourth and all subsequent separable modules with photodissociative quantum generators in the direction of the maximum of the main lobe of the light sail scattering indicatrix. The surface of the light sail is sequentially irradiated, and due to the narrowly focused concentration of electromagnetic energy of the laser radiation of photons in the direction of the maximum of the main lobe of the scattering indicatrix of the light sail, each time the spacecraft is accelerated in the direction of the spacecraft velocity vector.

При этом максимум основного лепестка индикатрисы рассеяния светового паруса в течение всего времени разгона КА при помощи системы ориентации КА удерживают в направлении разгонного блока из отделяемых модулей с фотодиссоционными квантовыми генераторами.In this case, the maximum of the main lobe of the scattering indicatrix of the light sail during the entire time of acceleration of the spacecraft with the help of the attitude control system of the spacecraft is kept in the direction of the accelerating block of detachable modules with photodissociation quantum generators.

Существует вариант, в котором световой парус выполняют в виде экрана-зеркала, отражающего поток лазерного излучения фотонов в сторону, противоположную направлению полета.There is a variant in which the light sail is made in the form of a screen-mirror that reflects the flow of laser radiation of photons in the direction opposite to the direction of flight.

Кроме того, световой парус в виде экрана-зеркала изготавливают из материала с низким коэффициентом поглощения, который обеспечивает неразрушающее воздействие лазерного излучения фотодиссоционных квантовых генераторов на отражающую поверхность экрана-зеркала.In addition, the light sail in the form of a screen-mirror is made of a material with a low absorption coefficient, which provides a non-destructive effect of laser radiation from photodissociation quantum generators on the reflective surface of the screen-mirror.

Кроме того, разгонный блок оснащают передатчиком дистанционного управления поджигом зарядов отделяемых модулей с фотодиссоционными квантовыми генераторами.In addition, the accelerating unit is equipped with a remote control transmitter for the ignition of the charges of the separable modules with photodissociation quantum generators.

Кроме того, каждый отделяемый модуль с фотодиссоционным квантовым генератором оснащают приемником дистанционного управления для поджига заряда фотодиссоционного квантового генератора.In addition, each detachable module with a photodissociation quantum generator is equipped with a remote control receiver to ignite the charge of the photodissociation quantum generator.

Кроме того, фотодиссоционные квантовые генераторы выполняют различной мощности.In addition, photodissociation quantum generators perform different power.

Кроме того, с увеличением расстояния между разгонным блоком и КА, от разгонного блока последовательно отделяют модули с фотодиссоционными квантовыми генераторами, мощность излучения которых возрастает пропорционально квадрату расстояния от разгонного блока до КА.In addition, with an increase in the distance between the upper stage and the spacecraft, modules with photodissociation quantum generators are sequentially separated from the upper stage, the radiation power of which increases in proportion to the square of the distance from the upper stage to the spacecraft.

Кроме того, мощность лазерного излучения фотодиссоционных квантовых генераторов рассчитывают исходя из неразрушающего воздействия луча лазера на отражающую поверхность светового паруса.In addition, the power of laser radiation of photodissociation quantum generators is calculated based on the non-destructive effect of the laser beam on the reflective surface of the light sail.

Кроме того, на разгонном блоке размещают N отделяемых модулей с фотодиссоционными квантовыми генераторами с возможностью последовательного отделения каждого модуля от разгонного блока, где N - количество отделяемых модулей с фотодиссоционными квантовыми генераторами.In addition, N separable modules with photodissociation quantum generators are placed on the overclocking unit with the possibility of sequential separation of each module from the overclocking unit, where N is the number of separable modules with photodissociation quantum generators.

Кроме того, количество отделяемых модулей N с фотодиссоционными квантовыми генераторами на разгонном блоке устанавливают от нескольких десятков до нескольких тысяч.In addition, the number of separable modules N with photodissociation quantum generators on the booster block is set from several tens to several thousand.

Кроме того, после отделения последнего модуля с фотодиссоционным квантовым генератором по команде бортовой вычислительной системы разгонного блока от КА отделяют световой парус.In addition, after the separation of the last module with a photodissociation quantum generator, the light sail is separated from the spacecraft by the command of the onboard computer system of the upper stage.

Существует вариант, в котором отделяемый модуль фотодиссоционного квантового генератора размещают в транспортно-пусковом контейнере.There is a variant in which the detachable module of the photodissociation quantum generator is placed in the transport-launch container.

Существует вариант, в котором транспортно-пусковой контейнер снабжают направляющими отделяемого модуля фотодиссоционного квантового генератора.There is a variant in which the transport-launch container is provided with guides for the detachable module of the photodissociation quantum generator.

Существует вариант, в котором транспортно-пусковой контейнер устанавливают на разгонном блоке таким образом, что продольная ось каждого транспортно-пускового контейнера соосна продольной оси разгонного блока.There is a variant in which the transport-launch container is installed on the upper stage in such a way that the longitudinal axis of each transport-launch container is coaxial with the longitudinal axis of the upper stage.

Существует вариант, в котором направляющие отделяемого модуля фотодиссоционного квантового генератора располагают под углом к продольной оси транспортно-пускового контейнера и при выходе отделяемого модуля фотодиссоционного квантового генератора из транспортно-пускового контейнера осуществляют его закрутку вокруг продольной оси. Вращение отделяемого модуля фотодиссоционного квантового генератора вокруг своей оси стабилизирует его полет и сохраняет ориентацию.There is a variant in which the guides of the detachable module of the photodissociation quantum generator are placed at an angle to the longitudinal axis of the transport-launch container, and when the detachable module of the photodissociation quantum generator leaves the transport-launch container, it is twisted around the longitudinal axis. The rotation of the detachable module of the photodissociation quantum generator around its axis stabilizes its flight and maintains its orientation.

Предложенный способ реализуется следующим образом. Космический аппарат оснащают разгонным блоком с размещенными на нем отделяемыми модулями с фотодиссоционными квантовыми генераторами [4, 5], кроме того, на борту КА размещают световой парус в транспортном положении.The proposed method is implemented as follows. The spacecraft is equipped with an upper stage with separable modules with photodissociation quantum generators placed on it [4, 5], in addition, a light sail is placed on board the spacecraft in the transport position.

Космический аппарат с разгонным блоком транспортируют на околоземную орбиту. Далее разгоняют КА с разгонным блоком при помощи комбинированной двигательной установки ЭРД плюс ЖРД (электрореактивный двигатель плюс жидкостный ракетный двигатель) [6] до третьей космической скорости по траектории к выбранной звезде или звездной системе, например, Альфы Центавра. После выхода КА с разгонным блоком из пределов гелиосферы Солнца в межзвездное пространство при помощи оптических датчиков, размещенных на разгонном блоке и/или КА, осуществляют поиск опорного ориентира системы управления движением КА - звезды или звездной системы [7, 8]. Затем при помощи бортовой вычислительной системы разгонного блока определяют направление смещения и угол рассогласования между направлением на опорный ориентир системы управления движением КА - звезды или звездной системы. Далее при помощи двигателей малой тяги, размещенных на разгонном блоке, осуществляют коррекцию направления движения КА до устранения рассогласования между направлением на опорный ориентир системы управления движением КА - звезды или звездной системы и вектором скорости КА.The spacecraft with the upper stage is transported to low Earth orbit. Next, the spacecraft with the upper stage is accelerated using a combined propulsion system ERE plus LRE (electric propulsion engine plus liquid rocket engine) [6] to the third space velocity along the trajectory to the selected star or star system, for example, Alpha Centauri. After the spacecraft with the upper stage exits the solar heliosphere into interstellar space, optical sensors placed on the upper stage and/or spacecraft search for a reference landmark of the spacecraft motion control system - a star or star system [7, 8]. Then, using the onboard computing system of the upper stage, the direction of displacement and the angle of mismatch between the direction to the reference point of the motion control system of the spacecraft - a star or a star system are determined. Further, with the help of low-thrust engines placed on the upper stage, the correction of the direction of the spacecraft movement is carried out until the mismatch between the direction to the reference point of the spacecraft motion control system - star or star system and the spacecraft velocity vector is eliminated.

После отключения двигателей малой тяги отделяют космический аппарат от разгонного блока с размещенными на нем отделяемыми модулями с фотодиссоционными квантовыми генераторами. Причем разгонный блок на интервале разгона движется в том же направлении, что и разгоняемый КА. Далее измеряют скорость отделения КА и регистрируют в памяти бортовой вычислительной системы разгонного блока время и скорость отделения КА от разгонного блока. Данная операция необходима для последующего вычисления текущего расстояния между КА и разгонным блоком с отделяемыми модулями с фотодиссоционными квантовыми генераторами. Затем на КА из транспортного положения разворачивают световой парус, причем максимум основного лепестка индикатрисы рассеяния паруса ориентируют в направлении, противоположном вектору скорости КА. Потом при помощи системы ориентации разгонного блока устанавливают продольную ось разгонного блока с отделяемыми модулями с фотодиссоционными квантовыми генераторами в направлении вектора скорости разгонного блока. После удаления КА на заданное и безопасное расстояние от разгонного блока с размещенными на нем отделяемыми модулями с фотодиссоционными квантовыми генераторами по команде бортовой вычислительной системы разгонного блока отделяют единичный модуль с фотодиссоционным квантовым генератором в направлении вектора скорости КА. При этом отделяемый модуль с фотодиссоционным квантовым генератором ориентируют таким образом, чтобы пучок лазерного излучения фотонов был направлен на максимум основного лепестка индикатрисы рассеяния светового паруса, причем сохраняют данную ориентацию при движении отделяемого модуля с фотодиссоционным квантовым генератором к КА. В дальнейшем после временной задержки на безопасном расстоянии от разгонного блока по команде бортовой вычислительной системы разгонного блока осуществляют поджиг заряда фотодиссоционного квантового генератора, генерируют электромагнитную энергию лазерного излучения в направлении максимума основного лепестка индикатрисы рассеяния светового паруса. Облучают поверхность светового паруса, при этом за счет узконаправленной концентрации электромагнитной энергии лазерного излучения фотонов в направлении максимума основного лепестка индикатрисы рассеяния светового паруса придают КА ускорение. Далее отделяют от разгонного блока второй отделяемый модуль с фотодиссоционным квантовым генератором в направлении вектора скорости КА. При этом второй отделяемый модуль с фотодиссоционным квантовым генератором также ориентируют таким образом, чтобы пучок лазерного излучения фотонов был направлен на максимум основного лепестка индикатрисы рассеяния светового паруса, причем также сохраняют ориентацию при движении второго отделяемого модуля с фотодиссоционным квантовым генератором в направлении КА. После временной задержки на безопасном расстоянии от разгонного блока по команде бортовой вычислительной системы разгонного блока осуществляют поджиг заряда второго отделяемого модуля фотодиссоционного квантового генератора, генерируют электромагнитную энергию лазерного излучения в направлении максимума основного лепестка индикатрисы рассеяния светового паруса. Облучают поверхность светового паруса, при этом за счет узконаправленной концентрации электромагнитной энергии лазерного излучения фотонов в направлении максимума основного лепестка индикатрисы рассеяния светового паруса, повторно придают КА ускорение в направлении вектора скорости КА. Потом последовательно отделяют от разгонного блока третий, четвертый и все последующие отделяемые модули с фотодиссоционными квантовыми генераторами до израсходования их запаса на борту разгонного блока в направлении вектора скорости КА. Причем также сохраняют ориентацию при движении третьего, четвертого и всех последующих отделяемых модулей с фотодиссоционными квантовыми генераторами в направлении КА. После временной задержки на безопасном расстоянии от разгонного блока по команде БВС разгонного блока осуществляют поджиг заряда третьего, четвертого и всех последующих отделяемых модулей с фотодиссоционными квантовыми генераторами. Последовательно генерируют электромагнитную энергию лазерного излучения от третьего, четвертого и всех последующих отделяемых модулей с фотодиссоционными квантовыми генераторами в направлении максимума основного лепестка индикатрисы рассеяния светового паруса. Последовательно облучают поверхность светового паруса, при этом за счет узконаправленной концентрации электромагнитной энергии лазерного излучения фотонов в направлении максимума основного лепестка индикатрисы рассеяния светового паруса каждый раз придают КА ускорение в направлении вектора скорости КА.After the low-thrust engines are switched off, the spacecraft is separated from the upper stage with detachable modules with photodissociation quantum generators placed on it. Moreover, the booster block moves in the same direction as the spacecraft being accelerated during the boost interval. Next, the speed of spacecraft separation is measured and the time and speed of spacecraft separation from the booster unit are recorded in the memory of the onboard computer system of the upper stage. This operation is necessary for the subsequent calculation of the current distance between the spacecraft and the upper stage with separable modules with photodissociation quantum generators. Then, a light sail is deployed on the spacecraft from the transport position, and the maximum of the main lobe of the sail scattering indicatrix is oriented in the direction opposite to the spacecraft velocity vector. Then, using the orientation system of the booster block, the longitudinal axis of the booster block with detachable modules with photodissociation quantum generators is set in the direction of the speed vector of the booster block. After the spacecraft is removed to a predetermined and safe distance from the booster unit with detachable modules with photodissociation quantum generators placed on it, at the command of the onboard computer system of the booster unit, a single module with a photodissociation quantum generator is separated in the direction of the spacecraft velocity vector. In this case, the detachable module with the photodissociation quantum generator is oriented in such a way that the beam of laser radiation of photons is directed to the maximum of the main lobe of the scattering indicatrix of the light sail, and this orientation is maintained when the detachable module with the photodissociation quantum generator moves towards the spacecraft. Subsequently, after a time delay at a safe distance from the booster, at the command of the onboard computer system of the booster, the charge of the photodissociation quantum generator is ignited, the electromagnetic energy of laser radiation is generated in the direction of the maximum of the main lobe of the scattering indicatrix of the light sail. The surface of the light sail is irradiated, while due to the narrowly focused concentration of electromagnetic energy of the laser radiation of photons in the direction of the maximum of the main lobe of the scattering indicatrix of the light sail, the spacecraft is accelerated. Next, the second detachable module with a photodissociation quantum generator is separated from the accelerating unit in the direction of the spacecraft velocity vector. In this case, the second detachable module with a photodissociation quantum generator is also oriented in such a way that the beam of laser radiation of photons is directed to the maximum of the main lobe of the light sail scattering indicatrix, and the orientation is also maintained when the second detachable module with a photodissociation quantum generator moves in the direction of the spacecraft. After a time delay at a safe distance from the accelerating unit, at the command of the onboard computer system of the accelerating unit, the charge of the second detachable module of the photodissociation quantum generator is ignited, the electromagnetic energy of laser radiation is generated in the direction of the maximum of the main lobe of the scattering indicatrix of the light sail. The surface of the light sail is irradiated, while due to the narrowly focused concentration of electromagnetic energy of the laser radiation of photons in the direction of the maximum of the main lobe of the light sail scattering indicatrix, the spacecraft is repeatedly accelerated in the direction of the spacecraft velocity vector. Then the third, fourth and all subsequent separable modules with photodissociation quantum generators are sequentially separated from the booster until their stock on board the booster is used up in the direction of the spacecraft velocity vector. Moreover, they also retain their orientation during the movement of the third, fourth and all subsequent separable modules with photodissociative quantum generators in the direction of the spacecraft. After a time delay at a safe distance from the accelerating unit, at the command of the BVS of the accelerating unit, the charge of the third, fourth and all subsequent separable modules with photodissociation quantum generators is ignited. The electromagnetic energy of laser radiation is sequentially generated from the third, fourth and all subsequent separable modules with photodissociative quantum generators in the direction of the maximum of the main lobe of the light sail scattering indicatrix. The surface of the light sail is sequentially irradiated, and due to the narrowly focused concentration of electromagnetic energy of the laser radiation of photons in the direction of the maximum of the main lobe of the scattering indicatrix of the light sail, each time the spacecraft is accelerated in the direction of the spacecraft velocity vector.

В итоге тяга, создаваемая в результате взаимодействия мощного лазерного излучения фотонов с поверхностью светового паруса, придает КА ускорение.As a result, the thrust created as a result of the interaction of powerful laser radiation of photons with the surface of the light sail imparts acceleration to the spacecraft.

Вынесение фотодиссоционных квантовых генераторов в космическое пространство позволяет исключить недостатки разгонной лазерной установки, размещенной на Земле [2, 3]. Во-первых, не требуется гигантская мощность лазера в 100 гигаватт, во-вторых, исключается влияние атмосферы и связанные с этим проблемы с расходимостью луча.The removal of photodissociation quantum generators into outer space makes it possible to eliminate the shortcomings of an accelerating laser facility located on Earth [2, 3]. Firstly, a giant laser power of 100 gigawatts is not required, and secondly, the influence of the atmosphere and the associated problems with beam divergence are excluded.

Развитие мощных фотодиссоционных квантовых генераторов позволяют при современном уровне техники создать ряд модулей с фотодиссоционными квантовыми генераторами, генерирующими электромагнитную энергию мощного лазерного излучения [4, 5, 10-14].The development of high-power photodissociation quantum generators makes it possible, at the current level of technology, to create a number of modules with photodissociation quantum generators that generate electromagnetic energy of high-power laser radiation [4, 5, 10-14].

Размещение на КА светового паруса в виде экрана-зеркала, отражающего поток лазерного излучения фотонов, которые ударяясь в экран-зеркало и отражаясь в сторону, противоположную направлению полета, сообщают КА дополнительный импульс силы, в результате которого осуществляют разгон космического аппарата в межзвездном пространстве.Placement on the spacecraft of a light sail in the form of a screen-mirror, reflecting the flux of laser radiation of photons, which, hitting the screen-mirror and reflected in the direction opposite to the direction of flight, impart to the spacecraft an additional impulse of force, as a result of which the spacecraft is accelerated in interstellar space.

Облучение поверхности светового паруса импульсами электромагнитной энергии лазерного излучения высокой плотности, генерируемых серией фотодиссоционных квантовых генераторов количеством от нескольких десятков до нескольких тысяч, последовательно отделяемых от разгонного блока, позволяет придать космическому аппарату нарастающее ускорение.Irradiation of the surface of the light sail with pulses of electromagnetic energy of high-density laser radiation generated by a series of photodissociation quantum generators from several tens to several thousand, successively separated from the booster block, makes it possible to impart increasing acceleration to the spacecraft.

Пространственное разнесение на интервале разгона разгонного блока с размещенными на нем отделяемыми модулями с фотодиссоционными квантовыми генераторами и космического аппарата позволяет резко уменьшить разгоняемую массу.Spatial separation in the acceleration interval of the upper stage with detachable modules with photodissociative quantum generators placed on it and the spacecraft makes it possible to drastically reduce the accelerated mass.

При этом относительно небольшое расстояние между КА и отделяемыми модулями с фотодиссоционными квантовыми генераторами, как источниками мощного лазерного излучения фотонов, за счет высокой плотности лазерного пучка, облучающего световой парус, позволит увеличить разгоняемую массу по сравнению с прототипом от граммов до килограммов.At the same time, a relatively small distance between the spacecraft and detachable modules with photodissociation quantum generators, as sources of powerful laser radiation of photons, due to the high density of the laser beam irradiating the light sail, will increase the accelerated mass compared to the prototype from grams to kilograms.

Такие массовые характеристики при современном уровне развития ракетно-космической и вычислительной техники позволяют создать космический аппарат для исследования межзвездной среды и изучения ближайших звездных систем, имеющий на борту системы, необходимые для нормальной работы [3, 9].Such mass characteristics, at the current level of development of rocket-space and computer technology, make it possible to create a spacecraft for studying the interstellar medium and studying nearby stellar systems, which has on board the systems necessary for normal operation [3, 9].

Предложенный способ позволяет осуществить разгон КА в межзвездном пространстве и дает возможность провести исследования межзвездной среды, а также осуществить пролет КА у ближайшей звезды или ближайшей звездной системы с целью ее предварительного изучения [15].The proposed method makes it possible to accelerate the spacecraft in interstellar space and makes it possible to study the interstellar medium, as well as to fly the spacecraft near the nearest star or the nearest stellar system for the purpose of its preliminary study [15].

Источники информацииSources of information

1. В.Ф. Сафранович, Л.М. Эмдин. Маршевые двигатели космических аппаратов. М.: Машиностроение. 1980. С. 17.1. V.F. Safranovich, L.M. Emdin. Spacecraft propulsion engines. M.: Mashinostroenie. 1980. S. 17.

2. И. Лисов. До Альфы Центавра при нашей жизни? Новости космонавтики. 2016. №07. С. 44-45.2. I. Lisov. Before Alpha Centauri in our lifetime? News of cosmonautics. 2016. No. 07. pp. 44-45.

3. А. Первушин. Познать неведомые дали. Российский космос. 2019. №1-2. С. 50-51.3. A. Pervushin. Get to know the unknown. Russian space. 2019. No. 1-2. pp. 50-51.

4. Патент РФ на изобретение №2286630 «Способ накачки фотодиссоционного квантового генератора и фотодиссоционный квантовый генератор». Опубл. 27.10.2006. Бюл. №30. 2006.4. RF patent for invention No. 2286630 "Method of pumping a photodissociation quantum generator and a photodissociation quantum generator". Published October 27, 2006. Bull. No. 30. 2006.

5. Патент РФ на изобретение №2565847 «Фотодиссоционный квантовый генератор». Опубл. 20.10.2015. Бюл. №29. 2015.5. RF patent for the invention No. 2565847 "Photodissociation quantum generator". Published 10/20/2015. Bull. No. 29. 2015.

6. А. Ильин. На просторах Солнечной системы. Новости космонавтики. 2014. №03. С. 54.6. A. Ilyin. In the vastness of the solar system. News of cosmonautics. 2014. No. 03. S. 54.

7. А.Е. Тюлин, В.В. Бетанов, B.C. Юрасов, С.В. Стрельников. Навигационно-баллистическое обеспечение полета ракетно-космических средств. Системный анализ НБО. Кн. 2. М.: Радиотехника. 2018. С. 188-189.7. A.E. Tyulin, V.V. Betanov, B.C. Yurasov, S.V. Strelnikov. Navigation and ballistic support for the flight of rocket and space assets. System analysis of the NBO. Book. 2. M.: Radio engineering. 2018. S. 188-189.

8. Патент РФ на изобретение №2697866 «Способ межзвездной навигации космического корабля». Опубл. 21.08.2019. Бюл. №24. 2019.8. RF patent for the invention No. 2697866 "Method of interstellar navigation of a spacecraft." Published 08/21/2019. Bull. No. 24. 2019.

9. А.К. Пономарев, А.А. Романов, А.Е. Тюлин. Фотонные технологии в космическом приборостроении. Ракетно-космическое приборостроение и информационные системы. 2016. Том 3. Выпуск 2. С. 4-23.9. A.K. Ponomarev, A.A. Romanov, A.E. Tyulin. Photon technologies in space instrumentation. Rocket and space instrument making and information systems. 2016. Volume 3. Issue 2. P. 4-23.

10. Патент РФ на изобретение №2286631 «Способ накачки фотодиссоционного генератора, фотодиссоционный генератор, способ юстировки фотодиссоционного генератора и устройство для его осуществления, лазерная система на основе фотодиссоционных генераторов, способ управления лазерной системой на основе фотодиссоционных генераторов и устройство для его осуществления». Опубл. 27.10.2006. Бюл. №30. 2006.10. RF patent for invention No. 2286631 “Method of pumping a photodissociation generator, photodissociation generator, method for adjusting a photodissociation generator and a device for its implementation, a laser system based on photodissociation generators, a method for controlling a laser system based on photodissociation generators and a device for its implementation.” Published October 27, 2006. Bull. No. 30. 2006.

11. Патент РФ на изобретение №2279165 «Лазерная система». Опубл. 27.06.2006. Бюл. №18. 2006.11. RF patent for the invention No. 2279165 "Laser system". Published 06/27/2006. Bull. No. 18. 2006.

12. Патент РФ на изобретение №2316091 «Способ формирования импульса электромагнитного излучения при его доставке на объект, квантовый генератор, способ управления квантовым генератором и система управления квантовым генератором». Опубл. 27.01.2008. Бюл. №3. 2008.12. RF patent for invention No. 2316091 "Method of generating an electromagnetic radiation pulse when it is delivered to an object, a quantum generator, a method for controlling a quantum generator and a control system for a quantum generator." Published 01/27/2008. Bull. Number 3. 2008.

13. Патент РФ на изобретение №2326478 «Способ формирования импульса электромагнитного излучения при его доставке на объект, лазерная система для его осуществления, способ управления лазерной системой и устройство управления лазерной системой». Опубл. 10.06.2008. Бюл. №16. 2008.13. RF patent for invention No. 2326478 "Method of generating an electromagnetic radiation pulse when it is delivered to an object, a laser system for its implementation, a method for controlling a laser system and a device for controlling a laser system." Published 06/10/2008. Bull. No. 16. 2008.

14. Патент РФ на изобретение №2352037 «Фотодиссоционный генератор и система его управления». Опубл. 10.04.2009. Бюл. №10. 2009.14. RF patent for the invention No. 2352037 "Photodissociation generator and its control system". Published 04/10/2009. Bull. No. 10. 2009.

15. А. Ильин. 40-я научная ассамблея COSPAR. Новости космонавтики. 2014. №10. С. 50.15. A. Ilyin. 40th Scientific Assembly of COSPAR. News of cosmonautics. 2014. No. 10. S. 50.

Claims

1. A method for accelerating a spacecraft in interstellar space when flying to the nearest star systems, characterized in that the spacecraft (SC) is equipped with an upper stage with detachable modules with photodissociation quantum generators placed on it, in addition, a light sail is placed on board the spacecraft, first the spacecraft with the upper stage is transported to a near-Earth orbit, then the spacecraft with the upper stage is accelerated using a combined propulsion system, an electric propulsion engine plus a liquid-propellant rocket engine, to the third space velocity along the trajectory to the selected star or star system, after the spacecraft with the upper stage leaves the solar heliosphere into interstellar space with the help of optical sensors placed on the upper stage and / or spacecraft, they search for a reference landmark of the spacecraft motion control system - a star or stellar system, then using the onboard computer system (OBS) of the upper stage determine the direction offset and the angle of mismatch between the direction to the reference point of the motion control system of the spacecraft - star or star system and with the help of low-thrust engines located on the upper stage, the correction of the direction of motion of the spacecraft is carried out until the mismatch between the direction to the reference point of the motion control system of the spacecraft - star is eliminated or a star system and the spacecraft velocity vector, after turning off the thrusters, the spacecraft is separated from the booster block with detachable modules with photodissociation quantum generators placed on it, and the booster block moves in the same direction during the boost interval as the spacecraft being accelerated, the spacecraft separation speed is measured and registering in the UAV memory of the booster block the time and speed of separation of the spacecraft from the booster block, deploying the light sail, and the maximum of the main lobe of the scattering indicatrix of the light sail is oriented in the direction opposite to the velocity vector of the spacecraft, then using the booster orientation system th block, its longitudinal axis is oriented in the direction of the velocity vector of the upper block, after the spacecraft is removed at a predetermined distance from the upper block with detachable modules with photodissociation quantum generators placed on it, at the command of the onboard computer system of the upper block, a single module with a photodissociative quantum generator is separated in the direction of the velocity vector The spacecraft, while the detachable module with the photodissociation quantum generator is oriented so that the beam of laser radiation of photons is directed to the maximum of the main lobe of the light sail scattering indicatrix, and this orientation is maintained when the detachable module with the photodissociation quantum generator moves towards the spacecraft, then after a time delay on a safe distance from the accelerating unit, at the command of the BVS of the accelerating unit, the charge of the photodissociation quantum generator is ignited, electromagnetic energy of high-density laser radiation is generated in the direction of maximum os of the new lobe of the scattering indicatrix of the light sail, irradiate the surface of the light sail, while due to the narrowly focused concentration of electromagnetic energy of the laser radiation of photons in the direction of the maximum of the main lobe of the scattering indicatrix of the light sail, the spacecraft is accelerated, then the second detachable module with the photodissociation quantum generator is separated from the upper stage in the direction the velocity vector of the spacecraft, while the second detachable module with the photodissociation quantum generator is also oriented so that the beam of laser radiation of photons is directed to the maximum of the main lobe of the light sail scattering indicatrix, and the orientation is also maintained when the second detachable module with the photodissociation quantum generator moves in the direction of the spacecraft, after a time delay at a safe distance from the accelerating unit, at the command of the BVS of the accelerating unit, the charge of the second detachable module of the photodissociation quantum generator is ignited, electromagnetic energy of laser radiation in the direction of the maximum of the main lobe of the scattering indicatrix of the light sail, the surface of the light sail is irradiated, while due to the narrowly focused concentration of electromagnetic energy of laser radiation of photons in the direction of the maximum of the main lobe of the scattering indicatrix of the light sail, the spacecraft is repeatedly accelerated in the direction of the velocity vector of the spacecraft, then the third, fourth and all subsequent detachable modules with photodissociation quantum generators are sequentially separated from the upper stage until their stock on board the upper stage is used up in the direction of the spacecraft velocity vector, and the orientation is also maintained during the movement of the third, fourth and all subsequent detachable modules with photodissociative quantum generators in the direction of the spacecraft, after a time delay at a safe distance from the upper stage, at the command of the UAV of the upper stage, the third, fourth, and all subsequent detachable charges are ignited. modules with photodissociation quantum generators, sequentially generate electromagnetic energy of laser radiation from the third, fourth and all subsequent separable modules with photodissociation quantum generators in the direction of the maximum of the main lobe of the scattering indicatrix of the light sail, sequentially irradiate the surface of the light sail, while due to the narrowly focused concentration of electromagnetic energy of the laser radiation of photons in the direction of the maximum of the main lobe of the scattering indicatrix of the light sail each time give the spacecraft acceleration in the direction of the velocity vector of the spacecraft, while the maximum of the main lobe of the scattering indicatrix of the light sail during the entire time of acceleration of the spacecraft is kept in the direction of the upper stage of the separable modules by means of the attitude control system of the spacecraft with photodissociation quantum generators.

2. The method according to p. 1, characterized in that the light sail is made in the form of a screen-mirror, reflecting the flow of laser radiation of photons in the direction opposite to the direction of flight.

3. The method according to claim 2, characterized in that the light sail in the form of a screen-mirror is made of a material with a low absorption coefficient, which provides a non-destructive effect of laser radiation from photodissociation quantum generators on the reflective surface of the screen-mirror.

4. The method according to p. 1, characterized in that the accelerating unit is equipped with a transmitter for remote control of the ignition of the charges of the separable modules with photodissociation quantum generators.

5. The method according to claim 1, characterized in that each detachable module with a photodissociation quantum generator is equipped with a remote control receiver for igniting the charge of the photodissociation quantum generator.

6. The method according to p. 1, characterized in that photodissociation quantum generators perform different power.

7. The method according to claim 6, characterized in that with increasing distance between the upper stage and the spacecraft, modules with photodissociation quantum generators are sequentially separated from the upper stage, the radiation power of which increases in proportion to the square of the distance from the upper stage to the spacecraft.

8. The method according to claim 6, characterized in that the power of laser radiation of photodissociation quantum generators is calculated based on the non-destructive effect of the laser beam on the reflective surface of the light sail.

9. The method according to claim 1, characterized in that N separable modules with photodissociation quantum generators are placed on the booster block with the possibility of sequential separation of each module from the booster block, where N is the number of separable modules with photodissociation quantum generators.

10. The method according to claim 9, characterized in that the number of separable modules N with photodissociation quantum generators on the booster block is set from several tens to several thousand.

11. The method according to claim 1, characterized in that after separation of the last module with a photodissociation quantum generator, the light sail is separated from the spacecraft at the command of the onboard computer system of the upper stage.

12. The method according to p. 1, characterized in that the detachable module of the photodissociation quantum generator is placed in the transport and launch container.

13. The method according to claim 1, characterized in that the transport-launch container is provided with guides for the detachable module of the photodissociation quantum generator.

14. The method according to p. 12, characterized in that the transport and launch container is installed on the upper stage in such a way that the longitudinal axis of each transport and launch container is coaxial with the longitudinal axis of the upper stage.

15. The method according to claim 13, characterized in that the guides of the detachable module of the photodissociation quantum generator are placed at an angle to the longitudinal axis of the transport-launch container, and when the detachable module of the photodissociation quantum generator leaves the transport-launch container, it is twisted around the longitudinal axis.