RU2783669C1

RU2783669C1 - Method for accelerating deorbital space vehicle that complete active functioning

Info

Publication number: RU2783669C1
Application number: RU2022121599A
Authority: RU
Inventors: Александр Петрович Полуян
Filing date: 2022-08-09
Publication date: 2022-11-15

Abstract

FIELD: space technology.

SUBSTANCE: invention relates to space technology and can be used to accelerate the deorbit of a spacecraft that has exhausted its resource. To decelerate the spacecraft in orbit, a network of carbon nanotubes is deployed, and inflatable balloons made of a film of carbon nanotubes are placed inside the network in the form of a three-dimensional geometric structure. In this case, the surface of the inflatable balloons is covered with a highly reflective film. The method for accelerating the deorbiting of a spacecraft consists in braking the bundle of the spacecraft and the large-mesh network of carbon nanotubes with inflatable balloons due to the pressure of solar radiation acting on the balloons, as well as due to the interaction of the electrically conductive threads of the network of carbon nanotubes with a magnetic field of the Earth and aerodynamic braking of inflatable balloons in highly rarefied layers of the Earth's atmosphere.

EFFECT: reliability of the functioning of the spacecraft deorbit is increased.

14 cl

Description

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано для снятия с орбиты космических аппаратов (КА), завершивших активное функционирование (выработавших свой ресурс).The invention relates to space technology and can be used to deorbit spacecraft (SC) that have completed active operation (expired their resource).

КА, выработавшие свой ресурс, могут оставаться на орбите в течение многих лет, засоряя таким образом околоземное космическое пространство (ОКП). Наибольший уровень засоренности ОКП - низкоорбитальная, до высот примерно 2000 км [1].Spacecraft that have exhausted their resource can remain in orbit for many years, thus polluting the near-Earth space (NES). The highest level of contamination of the NES is low-orbital, up to altitudes of about 2000 km [1].

Известен способ очистки ОКП от ненужных объектов, заключающийся в стыковке с этими объектами транспортного корабля и последующем спуске с орбиты образовавшейся связки [2] (Инженерный справочник по космической технике. М.: Воениздат.1977. С. 134-140). Недостатками этого способа являются необходимость систем стыковки, стыковочных узлов и систем ориентации на обоих кораблях, потеря тормозного отсека транспортного корабля и ограниченные возможности по удаляемой спускаемой массе.There is a known method of cleaning the OKP from unnecessary objects, which consists in docking with these objects of the transport ship and subsequent descent from orbit of the formed bundle [2] (Engineering reference book on space technology. M.: Voenizdat.1977. S. 134-140). The disadvantages of this method are the need for docking systems, docking nodes and orientation systems on both ships, the loss of the brake compartment of the transport ship and limited capabilities for the removed descent mass.

Другим аналогом изобретения является способ уборки космического мусора (КМ), включающий выведение на орбиту устройства уборки КМ, при этом осуществляют процесс наблюдения за КМ, перемещают устройства уборки КМ в положение захвата. Устройства уборки КМ близко подводят к космическому мусору, выпускают гарпун в полый фрагмент КМ, соединяют устройства уборки КМ и космический мусор, фиксируют КМ. Тормозят захваченный КМ с помощью сброса проводящего фала [3] (Устройство уборки космического мусора и способ уборки космического мусора, патент №2574366, Российская Федерация). Недостатком данного способа является сложность технической реализации.Another analogue of the invention is a method of space debris (SD) cleaning, which includes launching a SM cleaning device into orbit, while monitoring the SM, moving the SM cleaning device to the capture position. The CM cleaning devices bring close to the space debris, release the harpoon into the hollow CM fragment, connect the CM cleaning devices and space debris, and fix the CM. The captured CM is braked by dropping the conductive tether [3] The disadvantage of this method is the complexity of the technical implementation.

Известен способ формирования управляющих воздействий на КА с помощью силовых электродинамических явлений [4] (Бурдаков В.П., Данилов Ю.И. Физические проблемы космической тяговой энергетики. М.: Атомиздат. 1969. С. 240). Устройством, реализующим способ, может служить электрический парус для поступательного перемещения космического корабля [5] (Электрический парус для поступательного перемещения космического корабля, патент US 7641151). Устройство содержит множество электропроводных удлиненных распределенных элементов, радиально расходящихся от корпуса за счет его вращения. Генератор, установленный в корпусе, заряжает удлиненные элементы таким образом, что все они несут положительный заряд.There is a known method for the formation of control actions on the spacecraft using force electrodynamic phenomena [4] (Burdakov V.P., Danilov Yu.I. Physical problems of space traction energy. M.: Atomizdat. 1969. S. 240). The device that implements the method can be an electric sail for the translational movement of the spacecraft [5] (Electric sail for the translational movement of the spacecraft, patent US 7641151). The device contains a plurality of electrically conductive elongated distributed elements that diverge radially from the body due to its rotation. The generator, installed in the case, charges the elongated elements in such a way that they all carry a positive charge.

Характер формирования управляющих воздействий для изменения высоты орбиты КА после «включения» заряда зависит от углов ориентации в геомагнитной системе координат, отношения заряда к массе КА и продолжительности полета. Приложение управляющих воздействий производится включением и выключением заряда. Недостатком способа является необходимость производить затраты электроэнергии, в том числе для постоянного дополнительного заряда элементов.The nature of the formation of control actions for changing the altitude of the spacecraft orbit after the “turning on” of the charge depends on the orientation angles in the geomagnetic coordinate system, the ratio of the charge to the mass of the spacecraft, and the flight duration. The application of control actions is carried out by turning the charge on and off. The disadvantage of this method is the need to produce electricity costs, including for a constant additional charge of the elements.

Известен также способ снятия спутников с орбиты с использованием технологии аэроторможения. Принцип действия аэродинамических устройств увода КА с рабочих орбит основан на увеличении площади поперечного к направлению потока сечения КА, что приводит к увеличению силы аэродинамического сопротивления, которая направлена противоположно направлению движения КА. В качестве примера технологии увода КА, реализующей аэродинамическое торможение, следует признать аэродинамическое устройство увода космического аппарата с рабочей орбиты по технологии Gossamer Orbit Lowering Device, предложенное в 2011 году доктором Кристин Гейтс (Kristen Gates) [6]. Технология, реализующая устройство увода КА в виде объемной конструкции в форме шара, проста в применении. Эта технология выбрана в качестве прототипа предложенного решения.There is also known a method of removing satellites from orbit using aerobraking technology. The principle of operation of aerodynamic devices for removing the spacecraft from working orbits is based on an increase in the area of the spacecraft cross section transverse to the flow direction, which leads to an increase in the aerodynamic drag force, which is directed opposite to the direction of spacecraft movement. As an example of spacecraft removal technology that implements aerodynamic braking, one should recognize the aerodynamic device for removing a spacecraft from a working orbit using the Gossamer Orbit Lowering Device technology, proposed in 2011 by Dr. Kristen Gates [6]. The technology that implements the spacecraft diversion device in the form of a three-dimensional structure in the form of a ball is easy to use. This technology was chosen as a prototype of the proposed solution.

Недостатком прототипа является то, что большая площадь поверхности объемной конструкции в форме шара или других надувных форм, повышает риск пробоя объемной конструкции мелким фрагментом космического мусора, что не позволяет сохранить аэродинамическое качество при потере герметичности конструкции и, как следствие, не обеспечивается надежность функционирования данного способа.The disadvantage of the prototype is that the large surface area of the three-dimensional structure in the form of a ball or other inflatable forms increases the risk of breakdown of the three-dimensional structure by a small fragment of space debris, which does not allow maintaining the aerodynamic quality in case of loss of tightness of the structure and, as a result, the reliability of the operation of this method is not ensured. .

Технический результат предполагаемого изобретения заключается в повышении надежности функционирования способа схода с орбиты КА, а также в повышении скорости схода с орбиты КА, завершившего активное функционирование, в плотные слои атмосферы.The technical result of the proposed invention is to increase the reliability of the method of deorbiting a spacecraft, as well as to increase the rate of deorbiting of a spacecraft that has completed active operation into the dense layers of the atmosphere.

Указанный технический результат достигается тем, что для торможения космического аппарата, завершившего активное функционирование на орбите, применяют сеть в виде объемной геометрической конструкции из углеродных нанотрубок, внутри которой размещают надувные баллоны из пленки из углеродных нанотрубок. При этом надувные баллоны покрывают пленкой с высокой отражающей способностью. Причем перед выводом КА на орбиту Земли надувные баллоны из пленки из углеродных нанотрубок герметизируют при давлении, близком нормальному атмосферному. Кроме того, во внутренней полости надувных баллонов из пленки из углеродных нанотрубок сохраняют остаточный воздух. Затем надувные баллоны из пленки из углеродных нанотрубок в сложенном виде и в сдутом состоянии закладывают во внутренний объем сети из углеродных нанотрубок в виде объемной геометрической конструкции. При этом сеть с надувными баллонами в сдутом состоянии упаковывают и в упакованном виде размещают в герметичном контейнере на борту КА. После завершения активного функционирования КА по команде и/или программе, передаваемым по радиолинии с наземного комплекса управления КА или от бортовой вычислительной системы, сеть из углеродных нанотрубок, внутри которой находятся надувные баллоны в сдутом состоянии, выталкивают или выдвигают из герметичного контейнера. При этом сохраняют жесткую или гибкую механическую связь сети из углеродных нанотрубок с КА. После выхода сети из углеродных нанотрубок из герметичного контейнера, внутри сети из углеродных нанотрубок разворачивают надувные баллоны за счет давления остаточного воздуха, находящегося в них, и придают сети из углеродных нанотрубок заданную форму. В дальнейшем осуществляют торможение связки КА и сети из углеродных нанотрубок с надувными баллонами за счет давления солнечного излучения, действующего на надувные баллоны, поверхность которых покрыта пленкой с высокой отражающей способностью, взаимодействия электропроводящих нитей сети из углеродных нанотрубок с магнитным полем Земли, а также за счет аэродинамического торможения надувных баллонов в сильно разреженных слоях атмосферы Земли. В результате обеспечивают ускоренный спуск связки КА и сети из углеродных нанотрубок с надувными баллонами с околоземной орбиты в плотные слои атмосферы.The specified technical result is achieved by the fact that for deceleration of a spacecraft that has completed its active operation in orbit, a network is used in the form of a three-dimensional geometric structure made of carbon nanotubes, inside which inflatable balloons made of a film of carbon nanotubes are placed. In this case, inflatable balloons are covered with a highly reflective film. Moreover, before launching the spacecraft into the Earth's orbit, inflatable balloons made of a film of carbon nanotubes are sealed at a pressure close to normal atmospheric pressure. In addition, residual air is retained in the inner cavity of the carbon nanotube film inflatable balloons. Then, folded and deflated inflatable balloons made of carbon nanotube film are placed into the internal volume of the carbon nanotube network in the form of a three-dimensional geometric structure. At the same time, the net with inflatable balloons in the deflated state is packed and placed in a sealed container on board the spacecraft. After the completion of the active functioning of the spacecraft by command and/or program transmitted via radio link from the ground control complex of the spacecraft or from the onboard computer system, the network of carbon nanotubes, inside which the inflatable balloons are in the deflated state, is pushed out or pulled out of the sealed container. At the same time, a rigid or flexible mechanical connection of a network of carbon nanotubes with a spacecraft is maintained. After the network of carbon nanotubes leaves the sealed container, inflatable balloons are deployed inside the network of carbon nanotubes due to the pressure of the residual air contained in them, and the network of carbon nanotubes is given a predetermined shape. Further, the SC bundle and the network of carbon nanotubes with inflatable balloons are braked due to the pressure of solar radiation acting on inflatable balloons, the surface of which is covered with a highly reflective film, the interaction of the electrically conductive threads of the network of carbon nanotubes with the Earth's magnetic field, and also due to aerodynamic braking of inflatable balloons in highly rarefied layers of the Earth's atmosphere. As a result, an accelerated descent of the spacecraft bundle and a network of carbon nanotubes with inflatable balloons from near-Earth orbit into the dense layers of the atmosphere is provided.

Существует вариант, в котором на борту КА размещают более одного герметичного контейнера с сетью из углеродных нанотрубок, внутри которой помещают надувные баллоны в сдутом состоянии.There is a variant in which more than one hermetic container with a network of carbon nanotubes is placed on board the spacecraft, inside which inflatable balloons are placed in a deflated state.

Существует вариант, в котором при размещении на борту КА более одного герметичного контейнера с сетью из углеродных нанотрубок, сети разворачивают на орбите либо одновременно, либо последовательно.There is an option in which, when more than one sealed container with a network of carbon nanotubes is placed on board the spacecraft, the networks are deployed in orbit either simultaneously or sequentially.

Существует вариант, в котором линейные размеры надувных баллонов выполняют больше размера ячейки сети из углеродных нанотрубок.There is a variant in which the linear dimensions of the inflatable balloons are greater than the size of a carbon nanotube network cell.

Существует вариант, в котором в качестве пленки с высокой отражающей способностью используют пленку из диоксида титана.There is a variant in which a titanium dioxide film is used as the highly reflective film.

Существует вариант, в котором внутри объемной геометрической конструкции сети из углеродных нанотрубок размещают от десяти до нескольких сотен надувных баллонов.There is a variant in which from ten to several hundred inflatable balloons are placed inside a three-dimensional geometric structure of a network of carbon nanotubes.

Существует вариант, в котором размеры и объем геометрической конструкции сети из углеродных нанотрубок и количество надувных баллонов рассчитывают до запуска КА, исходя из высоты орбиты и массы КА.There is an option in which the dimensions and volume of the geometric structure of the network of carbon nanotubes and the number of inflatable balloons are calculated before the launch of the spacecraft, based on the height of the orbit and the mass of the spacecraft.

Существует вариант, в котором для аэродинамического торможения КА применяют сеть из углеродных нанотрубок, внутри которой размещены надувные баллоны, имеющие площадь миделевого сечения не менее чем на порядок больше, чем площадь миделевого сечения КА.There is a variant in which a network of carbon nanotubes is used for aerodynamic deceleration of the spacecraft, inside which inflatable balloons are placed, having a midsection area not less than an order of magnitude greater than the area of the midship section of the spacecraft.

Существует вариант, в котором на борту КА дополнительно размещают резервные герметичные контейнеры с резервными сетями из углеродных нанотрубок, внутри которых помещают надувные баллоны в сдутом состоянии.There is a variant in which reserve sealed containers with reserve networks of carbon nanotubes are additionally placed on board the spacecraft, inside which inflatable balloons are placed in a deflated state.

Существует вариант, в котором ускоряют процесс торможения КА и снижение высоты его орбиты путем дополнительного увеличения его площади миделевого сечения в результате разворачивания резервных сетей из углеродных нанотрубок с размещенными внутри надувными баллонами.There is a variant in which the process of deceleration of the spacecraft and the decrease in the height of its orbit are accelerated by additionally increasing its midsection area as a result of deploying backup networks of carbon nanotubes with inflatable balloons placed inside.

Существует вариант, в котором команды и/или программу на срабатывание резервных герметичных контейнеров с резервными сетями из углеродных нанотрубок с надувными баллонами для ускорения процесса торможения КА и снижения высоты его орбиты передают по радиолинии с наземного комплекса управления КА или от бортовой вычислительной системы.There is a variant in which commands and/or a program for triggering backup sealed containers with backup networks of carbon nanotubes with inflatable balloons to speed up the deceleration process of the spacecraft and lower its orbit altitude are transmitted via radio link from the ground control complex of the spacecraft or from the onboard computer system.

Существует вариант, в котором резервные сети из углеродных нанотрубок для ускорения процесса торможения КА и снижения высоты его орбиты разворачивают на орбите либо одновременно, либо последовательно.There is a variant in which reserve networks of carbon nanotubes are deployed in orbit either simultaneously or sequentially to accelerate the process of deceleration of the spacecraft and reduce the height of its orbit.

Существует вариант, в котором используют сеть из углеродных нанотрубок в виде объемной геометрической конструкции конической формы.There is a variant in which a network of carbon nanotubes is used in the form of a volumetric geometric structure of a conical shape.

Существует вариант, в котором используют сеть из углеродных нанотрубок в виде объемной геометрической конструкции в форме шара.There is a variant in which a network of carbon nanotubes is used in the form of a three-dimensional geometric structure in the form of a ball.

Предложенный способ реализуется следующим образом. Для торможения КА, завершившего активное функционирование, используют естественные внешние силы: давление солнечного излучения, действующего на надувные баллоны, поверхность которых покрыта пленкой с высокой отражающей способностью, взаимодействие электропроводящих нитей сети из углеродных нанотрубок с магнитным полем Земли, а также аэродинамическое торможение развернутых надувных баллонов в сильно разреженных слоях атмосферы Земли.The proposed method is implemented as follows. To decelerate a spacecraft that has completed its active operation, natural external forces are used: the pressure of solar radiation acting on inflatable balloons, the surface of which is covered with a highly reflective film, the interaction of electrically conductive threads of a network of carbon nanotubes with the Earth's magnetic field, as well as aerodynamic braking of deployed inflatable balloons in the highly rarefied layers of the Earth's atmosphere.

С этой целью на орбите применяют сеть из углеродных нанотрубок в виде объемной геометрической конструкции. Внутри сети из углеродных нанотрубок размещают надувные баллоны из пленки из углеродных нанотрубок. При этом надувные баллоны покрывают пленкой с высокой отражающей способностью. Причем перед выводом КА на орбиту Земли надувные баллоны из пленки из углеродных нанотрубок герметизируют при давлении, близком нормальному атмосферному, при этом во внутренней полости надувных баллонов из пленки из углеродных нанотрубок сохраняют остаточный воздух. Затем надувные баллоны из пленки из углеродных нанотрубок в сложенном виде и в сдутом состоянии закладывают во внутренний объем сети из углеродных нанотрубок в виде объемной геометрической конструкции. При этом сеть с надувными баллонами в сдутом состоянии упаковывают и в упакованном виде размещают в герметичном контейнере на борту КА. После завершения активного функционирования КА по команде и/или программе, передаваемым по радиолинии с наземного комплекса управления КА или от бортовой вычислительной системы, сеть из углеродных нанотрубок, внутри которой находятся надувные баллоны в сдутом состоянии, выталкивают или выдвигают из герметичного контейнера. При этом сохраняют жесткую или гибкую механическую связь сети из углеродных нанотрубок с КА. После выхода сети из углеродных нанотрубок из герметичного контейнера, внутри сети из углеродных нанотрубок разворачивают надувные баллоны за счет давления остаточного воздуха, находящегося в них, и придают сети из углеродных нанотрубок заданную форму.For this purpose, a network of carbon nanotubes in the form of a three-dimensional geometric structure is used in orbit. Inflatable carbon nanotube film balloons are placed inside the carbon nanotube network. In this case, inflatable balloons are covered with a highly reflective film. Moreover, before launching the spacecraft into the Earth's orbit, inflatable balloons made of a film of carbon nanotubes are sealed at a pressure close to normal atmospheric pressure, while residual air is retained in the internal cavity of the inflatable balloons made of a film of carbon nanotubes. Then, folded and deflated inflatable balloons made of carbon nanotube film are placed into the internal volume of the carbon nanotube network in the form of a three-dimensional geometric structure. At the same time, the net with inflatable balloons in the deflated state is packed and placed in a sealed container on board the spacecraft. After the completion of the active functioning of the spacecraft by command and/or program transmitted via radio link from the ground control complex of the spacecraft or from the onboard computer system, the network of carbon nanotubes, inside which the inflatable balloons are in the deflated state, is pushed out or pulled out of the sealed container. At the same time, a rigid or flexible mechanical connection of a network of carbon nanotubes with a spacecraft is maintained. After the network of carbon nanotubes leaves the sealed container, inflatable balloons are deployed inside the network of carbon nanotubes due to the pressure of the residual air contained in them, and the network of carbon nanotubes is given a predetermined shape.

В дальнейшем осуществляют торможение связки КА и сети из углеродных нанотрубок за счет давления солнечного излучения, действующего на надувные баллоны, поверхность которых покрыта пленкой с высокой отражающей способностью, взаимодействия электропроводящих нитей сети из углеродных нанотрубок с магнитным полем Земли, а также за счет аэродинамического торможения надувных баллонов в сильно разреженных слоях атмосферы Земли.Subsequently, the SC bundle and the carbon nanotube network are decelerated due to the pressure of solar radiation acting on inflatable balloons, the surface of which is covered with a highly reflective film, the interaction of the electrically conductive threads of the carbon nanotube network with the Earth's magnetic field, and also due to aerodynamic braking of inflatable balloons. balloons in highly rarefied layers of the Earth's atmosphere.

В результате обеспечивают ускоренный спуск связки КА и сети из углеродных нанотрубок с надувными баллонами с околоземной орбиты в плотные слои атмосферы.As a result, an accelerated descent of the spacecraft bundle and a network of carbon nanotubes with inflatable balloons from near-Earth orbit into the dense layers of the atmosphere is provided.

Размещение на поверхности надувных баллонов пленки с высокой отражающей способностью способствует сходу КА с орбиты за счет давления солнечного света. На высоте полета КА 500 км <h<700 км влияние светового давления и сопротивления атмосферы приблизительно одинаково, а для высоты полета h>700 км световое давление становится более значимым, чем сопротивление атмосферы [8] стр. 100-101. Это позволяет ускорить процесс снижения КА на начальном этапе, когда плотность атмосферы очень мала.Placing a highly reflective film on the surface of inflatable balloons contributes to the spacecraft deorbiting due to the pressure of sunlight. At a spacecraft flight altitude of 500 km <h<700 km, the influence of light pressure and atmospheric drag is approximately the same, and for a flight altitude of h>700 km, light pressure becomes more significant than atmospheric drag [8] pp. 100-101. This makes it possible to accelerate the process of spacecraft descent at the initial stage, when the density of the atmosphere is very low.

Использование надувных баллонов, имеющих площадь миделевого сечения не менее чем на порядок больше, чем площадь миделевого сечения КА, значительно увеличивает площадь миделя (площадь поперечного сечения) связки КА и сети из углеродных нанотрубок. При этом возрастает сила аэродинамического сопротивления связки КА и сети из углеродных нанотрубок, которая вызывает тормозное ускорение даже в очень сильно разреженных слоях атмосферы Земли.The use of inflatable balloons having a midsection area no less than an order of magnitude larger than the spacecraft midsection area significantly increases the midsection area (cross sectional area) of the spacecraft bundle and the carbon nanotube network. At the same time, the force of aerodynamic resistance of the SC bundle and the network of carbon nanotubes increases, which causes braking acceleration even in very rarefied layers of the Earth's atmosphere.

Сверх того, разворачивание сети из углеродных нанотрубок на орбите приводит к взаимодействию электропроводящих нитей сети из углеродных нанотрубок с магнитным полем Земли, что способствует торможению КА и вхождению его в плотные слои атмосферы [7]. Углеродные нанотрубки кроме высокой прочности обладают хорошими значениями электропроводности [10].Moreover, the deployment of a network of carbon nanotubes in orbit leads to the interaction of the electrically conductive threads of the network of carbon nanotubes with the Earth's magnetic field, which contributes to the deceleration of the spacecraft and its entry into the dense layers of the atmosphere [7]. Carbon nanotubes, in addition to high strength, have good electrical conductivity values [10].

В итоге осуществляется переход КА с сетью из углеродных нанотрубок с надувными баллонами на более низкую орбиту и вход КА в плотные слои атмосферы.As a result, the transition of the spacecraft with a network of carbon nanotubes with inflatable balloons to a lower orbit and the entry of the spacecraft into the dense layers of the atmosphere is carried out.

В результате срок пребывания неиспользуемых КА на орбите может быть сокращен до нескольких месяцев.As a result, the period of stay of unused spacecraft in orbit can be reduced to several months.

Применение пленки из углеродных нанотрубок для изготовления надувных баллонов обеспечивает их высокую стойкость к пробою при столкновении с мелкими частицами космического мусора. Предел прочности пленки из углеродных нанотрубок составляет 9,6 гигапаскаля. Для сравнения: предел прочности кевларовых волокон составляет всего 3,7 гигапаскаля [9].The use of a film of carbon nanotubes for the manufacture of inflatable balloons ensures their high resistance to breakdown when colliding with small particles of space debris. The ultimate strength of a carbon nanotube film is 9.6 gigapascals. For comparison: the tensile strength of Kevlar fibers is only 3.7 gigapascals [9].

Следовательно, обеспечивается сохранение свойства надувных баллонов как аэродинамического тормоза в процессе схода с орбиты связки КА и сети из углеродных нанотрубок.Consequently, the preservation of the property of inflatable balloons as an aerodynamic brake is ensured in the process of deorbiting a bundle of spacecraft and a network of carbon nanotubes.

При этом сеть и пленка из углеродных нанотрубок обладают исключительно малой массой [10]. В результате в условиях жестких массогабаритных ограничений надувные баллоны и сеть из углеродных нанотрубок могут иметь размеры от нескольких десятков до нескольких сотен метров соответственно. Такие размеры надувных баллонов значительно увеличивают площадь миделя (площадь поперечного сечения) связки КА и сети из углеродных нанотрубок и в результате увеличивают тормозное ускорение.In this case, the network and film of carbon nanotubes have an extremely low mass [10]. As a result, under conditions of severe weight and size restrictions, inflatable balloons and a network of carbon nanotubes can have dimensions from several tens to several hundreds of meters, respectively. Such sizes of inflatable balloons significantly increase the midsection area (cross-sectional area) of the spacecraft bundle and carbon nanotube network and, as a result, increase braking acceleration.

Хорошая эффективность упаковки в транспортном положении, малая масса сети и надувных баллонов позволяет установить на КА несколько десятков герметичных контейнеров с упакованными сетями из углеродных нанотрубок с размещенными внутри надувными баллонами. В результате часть контейнеров с упакованными сетями из углеродных нанотрубок с размещенными внутри надувными баллонами в сдутом состоянии может находиться в резерве.Good packaging efficiency in the transport position, low weight of the net and inflatable balloons allows you to install on the spacecraft several dozen sealed containers with packed carbon nanotube networks with inflatable balloons placed inside. As a result, some of the containers with packed networks of carbon nanotubes with inflatable balloons placed inside in a deflated state can be kept in reserve.

При этом при перфорации мелким космическим мусором надувных баллонов, или потере герметичности надувных баллонов в развернутой из углеродных нанотрубок сети по сигналу от датчиков, расположенных на поверхностях сети или надувных баллонов, по команде и/или программе, передаваемым по радиолинии с наземного комплекса управления КА или от БВС, разворачивают резервную сеть из углеродных нанотрубок, внутри которой находятся надувные баллоны в сдутом состоянии.At the same time, in case of perforation of inflatable balloons by small space debris, or loss of tightness of inflatable balloons in a network of carbon nanotubes deployed by a signal from sensors located on the surfaces of the network or inflatable balloons, by command and / or program transmitted via radio link from the ground control complex of the spacecraft or from the UAV, they deploy a backup network of carbon nanotubes, inside which there are inflatable balloons in a deflated state.

Кроме того, размещение внутри объемной геометрической конструкции сети из углеродных нанотрубок от десяти до нескольких сотен надувных баллонов позволяет сохранить аэродинамическое качество при потере герметичности одного или нескольких надувных баллонов.In addition, the placement of ten to several hundred inflatable balloons inside a three-dimensional geometric structure of a network of carbon nanotubes makes it possible to maintain the aerodynamic quality in case of loss of tightness of one or several inflatable balloons.

В результате обеспечивается надежность функционирования предлагаемого способа ускорения схода с орбиты космического аппарата, выработавшего свой ресурс. Кроме того, наличие резервных герметичных контейнеров с упакованными сетями из углеродных нанотрубок позволяет управлять скоростью схода КА с орбиты за счет разворачивания дополнительных сетей из углеродных нанотрубок с размещенными внутри надувными баллонами. Управление этим процессом возможно по команде и/или программе, передаваемым по радиолинии с наземного комплекса управления КА или от БВС, на срабатывание резервных герметичных контейнеров с сетями из углеродных нанотрубок с надувными баллонами на борту КА.As a result, the reliability of the functioning of the proposed method for accelerating the deorbit of a spacecraft that has exhausted its resource is ensured. In addition, the presence of backup sealed containers with packed networks of carbon nanotubes makes it possible to control the speed of spacecraft deorbiting by deploying additional networks of carbon nanotubes with inflatable balloons placed inside. This process can be controlled by a command and/or program transmitted over a radio link from the ground control complex of the spacecraft or from the UAV, to trigger backup sealed containers with networks of carbon nanotubes with inflatable balloons on board the spacecraft.

Размещение на поверхности надувных баллонов пленки с высокой отражающей способностью, например, из диоксида титана, кроме торможения КА за счет давления солнечного излучения, повышает оптическую заметность сходящей с орбиты связки КА и сети из углеродных нанотрубок с надувными баллонами. В результате связка КА и сети из углеродных нанотрубок хорошо видима для наблюдения средствами контроля космического пространства.The placement of a highly reflective film, for example, titanium dioxide, on the surface of inflatable balloons, in addition to deceleration of the spacecraft due to solar radiation pressure, increases the optical visibility of the spacecraft bundle and the network of carbon nanotubes with inflatable balloons that are deorbiting. As a result, the connection between the spacecraft and the network of carbon nanotubes is clearly visible for observation by means of space control.

Вышеизложенное позволяет сделать вывод о возможности практического использования предлагаемого способа ускорения схода с орбиты космического аппарата, завершившего активное функционирование (выработавшего свой ресурс).The foregoing allows us to conclude that it is possible to use the proposed method for accelerating the deorbiting of a spacecraft that has completed its active operation (expired its resource).

Более того, предлагаемое изобретение может быть применено к любому объекту, выводимому на орбиту, в частности, таким как разгонные блоки, элементы ракет-носителей (РН) или орбитальные конструкции, для которых желательна возможность снятия их с орбиты [8]. Использование предлагаемого технического решения может обеспечить конкурентные преимущества отечественным РН перед зарубежными [1] стр. 125.Moreover, the proposed invention can be applied to any object that is put into orbit, in particular, such as upper stages, elements of launch vehicles (LV) or orbital structures, for which it is desirable to be able to remove them from orbit [8]. The use of the proposed technical solution can provide competitive advantages for domestic launch vehicles over foreign ones [1] p. 125.

Эффективность торможения КА и надежность функционирования предлагаемого способа ускорения схода с орбиты космического аппарата, завершившего активное функционирование, обеспечивается интегральным воздействием на КА тормозного ускорения за счет:The effectiveness of spacecraft deceleration and the reliability of the proposed method for accelerating the deorbit of a spacecraft that has completed active operation is ensured by the integral effect of braking acceleration on the spacecraft due to:

- давления солнечного излучения, действующего на надувные баллоны, поверхность которых покрывают пленкой с высокой отражающей способностью;- pressure of solar radiation acting on inflatable balloons, the surface of which is covered with a film with a high reflectivity;

- взаимодействия электропроводящих нитей крупноячеистой сети из углеродных нанотрубок с магнитным полем Земли;- interaction of electrically conductive threads of a large-mesh network of carbon nanotubes with the Earth's magnetic field;

- аэродинамического торможения надувных баллонов.- aerodynamic braking of inflatable balloons.

Предлагаемый способ ускорения схода с орбиты космического аппарата обещает быть наиболее эффективным для объектов, находящихся на высотах 750-900 километров.The proposed method for accelerating the deorbiting of a spacecraft promises to be the most effective for objects located at altitudes of 750-900 kilometers.

Источники информацииSources of information

1. Шатров Я.Т. Развитие исследований по выбору трасс пусков и районов падения отделяющихся частей ракет-носителей в целях обеспечения экологической безопасности. Космонавтика и ракетостроение. №1. 2017. С. 124-125.1. Shatrov Ya.T. Development of research on the choice of launch routes and areas of fall of the separating parts of launch vehicles in order to ensure environmental safety. Astronautics and rocket science. No. 1. 2017. S. 124-125.

2. Инженерный справочник по космической технике. М: Воениздат. 1977. С. 134-140.2. Engineering reference book on space technology. M: Military publishing house. 1977, pp. 134-140.

3. Устройство уборки космического мусора и способ уборки космического мусора: патент №2574366 Российская Федерация: МПК₈ B64G 1/56. Китадзава Юкихито [и др.]; патентообладатель АйЭйчАй Корпорейшен (JP), АйЭйчАй Аэроспейс КО., ЛТД (JP), - №2014122190/11; заявл. 01.11.2012; опубл. 10.12.2015. Бюл. №4, 2016.3. Space debris cleaning device and space debris cleaning method: patent No. 2574366 Russian Federation: MPK ₈ B64G 1/56. Kitazawa Yukihito [and others]; patent holder AiHAi Corporation (JP), AiHAi Aerospace CO., LTD (JP), - No. 2014122190/11; dec. 11/01/2012; publ. 12/10/2015. Bull. No. 4, 2016.

4. Бурдаков В.П., Данилов Ю.И. Физические проблемы космической тяговой энергетики. М.: Атомиздат. 1969. С. 240.4. Burdakov V.P., Danilov Yu.I. Physical problems of space traction power engineering. Moscow: Atomizdat. 1969, p. 240.

5. Электрический парус для поступательного перемещения космического корабля. Патент US 7641151 В2, 02.03.2006, B64G 1/22, B64G 1/40.5. Electric sail for the forward movement of the spacecraft. Patent US 7641151 B2, 03/02/2006, B64G 1/22, B64G 1/40.

6. Клюшников В.Ю. Как очистить околоземное пространство от космического мусора? // Воздушно-космическая сфера. 2019. №1. С. 96-107.6. Klyushnikov V.Yu. How to clean the near-Earth space from space debris? // Aerospace sphere. 2019. No. 1. pp. 96-107.

7. Космический мусор в рыболовные сети. Биржа Интеллектуальной собственности. Т. X. №7. 2011. С. 26.7. Space debris in fishing nets. Exchange of Intellectual Property. T. X. No. 7. 2011. S. 26.

8. Иванов Н.М., Лысенко Л.Н. Баллистика и навигация космических аппаратов. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2016. С. 100-101, с. 382, с. 486.8. Ivanov N.M., Lysenko L.N. Ballistics and navigation of space vehicles. Moscow: MSTU im. N.E. Bauman. 2016. S. 100-101, p. 382, p. 486.

9. Углеродная нанопленка прочнее кевлара и углеродного волокна. Биржа Интеллектуальной собственности. Т. XV. №5. 2016. С. 24.9. Carbon nanofilm is stronger than Kevlar and carbon fiber. Exchange of Intellectual Property. T. XV. No. 5. 2016. S. 24.

10. Колмаков А.Г., Баринов С.М., Алымов М.И. Основы технологий и применение наноматериалов. М.: Физматлит. 2013. С. 134.10. Kolmakov A.G., Barinov S.M., Alymov M.I. Fundamentals of technology and application of nanomaterials. Moscow: Fizmatlit. 2013, p. 134.

Claims

1. A method for accelerating the deorbit of a spacecraft that has completed its active operation, characterized in that a network of carbon nanotubes in the form of a three-dimensional geometric structure is used to decelerate a spacecraft (SC) in orbit, inside which inflatable balloons made of a film of carbon nanotubes are placed, with In this case, inflatable balloons are covered with a highly reflective film, and before the spacecraft is launched into the Earth’s orbit, inflatable balloons made of carbon nanotube film are sealed at a pressure close to normal atmospheric pressure, while residual air is retained in the internal cavity of the inflatable balloons made of carbon nanotube film, then inflatable folded and deflated carbon nanotube film balloons are placed into the internal volume in a network of carbon nanotubes in the form of a three-dimensional geometric structure, and the network with inflatable balloons in the deflated state is packed and packed in a sealed container not on board the spacecraft, after the completion of the active operation of the spacecraft on command and / or program transmitted via radio link from the ground control complex of the spacecraft or from the onboard computer system, the network of carbon nanotubes, inside which there are inflatable balloons in a deflated state, is pushed out or pulled out of the sealed container, while maintaining a rigid or flexible mechanical connection of the network of carbon nanotubes with the spacecraft, after the network of carbon nanotubes leaves the sealed container inside the network of carbon nanotubes, inflatable balloons are deployed due to the pressure of the residual air contained in them, and the network of carbon nanotubes is attached a given shape, then the SC bundle and a network of carbon nanotubes with deployed inflatable balloons are braked due to the pressure of solar radiation acting on inflatable balloons, the surface of which is covered with a highly reflective film, the interaction of electrically conductive threads of a network of carbon due to the aerodynamic deceleration of inflatable balloons in highly rarefied layers of the Earth’s atmosphere, as a result, they provide an accelerated descent of a bundle of spacecraft and a network of carbon nanotubes with inflatable balloons from near-Earth orbit into dense layers of the atmosphere.

2. The method according to claim 1, characterized in that more than one airtight container with a network of carbon nanotubes is placed on board the spacecraft, inside which inflatable balloons are placed in a deflated state.

3. The method according to claim 2, characterized in that when more than one sealed container with a network of carbon nanotubes is placed on board the spacecraft, the networks are deployed in orbit either simultaneously or sequentially.

4. The method according to p. 1, characterized in that the linear dimensions of the inflatable balloons are larger than the size of the network cell of carbon nanotubes.

5. The method according to claim 1, characterized in that a film of titanium dioxide is used as a highly reflective film.

6. The method according to claim 1, characterized in that ten to several hundred inflatable balloons are placed inside the three-dimensional geometric structure of the network of carbon nanotubes.

7. The method according to claim 1, characterized in that the dimensions and volume of the geometric structure of the network of carbon nanotubes and the number of inflatable balloons are calculated before the launch of the spacecraft, based on the height of the orbit and the mass of the spacecraft.

8. The method according to claim 1, characterized in that for aerodynamic deceleration of the spacecraft, a network of carbon nanotubes is used, inside which inflatable balloons are placed, having a midsection area of at least an order of magnitude greater than the area of the midship section of the spacecraft.

9. The method according to claim 1, characterized in that on board the spacecraft additionally placed backup sealed containers with backup nets of carbon nanotubes, inside which are placed inflatable balloons in a deflated state.

10. The method according to claim 9, characterized in that the process of deceleration of the spacecraft and the decrease in the height of its orbit are accelerated by additionally increasing its cross-sectional area as a result of deploying backup networks of carbon nanotubes with inflatable balloons placed inside.

11. The method according to claim 9, characterized in that the commands and/or program for actuation of backup sealed containers with backup networks of carbon nanotubes with inflatable balloons to speed up the deceleration process of the spacecraft and reduce the height of its orbit are transmitted via radio link from the ground control complex of the spacecraft or from the onboard computer system.

12. The method according to p. 9, characterized in that the backup network of carbon nanotubes to accelerate the process of deceleration of the spacecraft and reduce the height of its orbit deployed in orbit either simultaneously or sequentially.

13. The method according to p. 1, characterized in that a network of carbon nanotubes is used in the form of a volumetric geometric structure of a conical shape.

14. The method according to p. 1, characterized in that a network of carbon nanotubes is used in the form of a three-dimensional geometric structure in the form of a ball.