UA125489C2 - Спосіб відводу космічного об'єкта з навколоземної орбіти - Google Patents

Abstract

Винахід належить до галузі ракетно-космічної техніки і може бути використаний для відведення об'єктів космічного сміття великих розмірів в щільні шари атмосфери Землі. Спосіб відводу космічного об'єкта з навколоземної орбіти, який полягає в тому, що засіб відводу виводять на навколоземну орбіту ракетою-носієм, очікують космічний об'єкт на орбіті, наводять засіб відводу на космічний об'єкт, зближують і стикують з ним, переорієнтовують вектор тяги, зменшують швидкість засобу відводу з космічним об'єктом реактивною рушійною установкою, формують еліптичну орбіту, перигей якої лежить у верхніх шарах атмосфери Землі, розгортають аеродинамічний вітрильний пристрій при першому наближенні до перигею орбіти відводу, відділяють засіб відводу від космічного об'єкта, переорієнтовують вектор тяги для зміни висоти орбіти, вмиканням реактивної рушійної установки змінюють орбіту до орбіти наступного космічного об'єкта, який необхідно відвести з навколоземної орбіти. Застосування способу дозволяє розширити функції одного засобу відводу в рамках однієї місії, чим забезпечується зменшення кількості запусків ракет-носіїв на навколоземні орбіти для виведення засобів відводу.

Description

Винахід належить до галузі ракетно-космічної техніки і може бути використаний для очищення навколоземного космічного простору шляхом відведення об'єктів космічного сміття великих розмірів в щільні шари атмосфери Землі.

Відомий спосіб очищення навколоземного космічного простору з використанням дистанційного гальмування космічного об'єкта завдяки створенню штучної атмосфери на його шляху (1). Недоліком даного способу є необхідність стабілізації засобу розсіювання відносно космічного об'єкта протягом тривалого часу, що потребує великих витрат робочого тіла; вибух газоподібної речовини з утворенням шару продуктів згоряння може призвести до порушення цілісності конструкції або вибуху космічного об'єкта, в результаті якого замість одного утвориться множина космічних об'єктів, і стан космічної обстановки погіршиться.

Відомий також спосіб, в основі якого лежить відвід космічного сміття з орбіт корисних навантажень |2Ї. Ракета-носій спочатку виводить корисне навантаження на навколоземну орбіту, а далі переводиться в район орбіти космічного об'єкта, забезпечується зустріч з ним, зближення і стикування з подальшим зменшенням швидкості для відводу на орбіту утилізації.

Недоліком даного способу є обмеженість використання, пов'язана з можливістю ракети-носія вирішувати задачі захоплення і відводу космічних об'єктів з навколоземної орбіти після вирішення задачі виведення супутників.

Ще одним способом є спосіб використання засобу відводу з реактивною рушійною установкою |З), який включає його виведення ракетою-носієм, очікування космічного об'єкта на орбіті, наведення на космічний об'єк, проведення зближення і стикування 3 ним, переорієнтацію вектора тяги та відведення.

Також є спосіб відводу, який оснований на використанні гарпунних пристроїв (4). Він включає виведення на орбіту космічного апарата, до складу якого входять диспенсори, які за допомогою гарпуна закріплюються на космічному об'єкті та виконують його подальший відвід з цільових орбіт.

Іншим аналогом є пасивний засіб відводу з використанням аеродинамічного вітрильного пристрою (5). Його особливістю є те, що на засобі відводу встановлюється декілька контейнерів з аеродинамічними вітрильними пристроями. Після вичерпання вітрильним пристроєм свого строку функціонування, його відділяють від засобу відводу. Замість нього розгортають інший

Зо вітрильний пристрій з іншого контейнеру. Ці дії повторюють, виходячи з завдань місії відводу.

Недоліком цього аналогу є те, що його використання обмежено висотою, що відповідає межі строку орбітального існування 25 років. Вище цієї межі використання способу не доцільно.

Найбільш близьким аналогом є спосіб відводу космічного об'єкта з навколоземної орбіти за рахунок виведення засобу відводу ракетою-носієм, очікування космічного об'єкта на орбіті, наведення на космічний об'єкт, проведення зближення і стикування з ним, переорієнтації вектора тяги та відведення космічного об'єкта шляхом формування еліптичної орбіти, перигей якої лежить у верхніх шарах атмосфери Землі, за допомогою реактивної рушійної установки і подальшого розгортання при першому наближенні до перигею аеродинамічного вітрильного пристрою для гальмування засобу відводу разом з космічним об'єктом під впливом сили аеродинамічного опору атмосфери Землі |б|.

Недоліком найближчого аналогу є те, що він вирішує задачу відведення тільки одного об'єкта космічного сміття великих розмірів. Тобто, для відводу двох або більше об'єктів необхідне виведення на навколоземні орбіти такої самої кількості засобів відводу, що призводить до великих фінансових витрат.

В основу винаходу поставлено задачу зниження витрат на відведення об'єктів космічного сміття великих розмірів за рахунок розширення функцій одного засобу відводу в рамках однієї місії, чим забезпечується зменшення кількості запусків ракет-носіїв на навколоземні орбіти для виведення засобів відводу. Тобто, однією з можливих технічних реалізацій задачі є використання орбітального ступеня І7-9)|.

Поставлена задача вирішується способом відводу космічного об'єкта з навколоземної орбіти, який полягає в тому, що засіб відводу виводять на навколоземну орбіту ракетою-носієм, очікують космічний об'єкт на орбіті, наводять на космічний об'єкт, зближують і стикують з ним, переорієнтовують вектор тяги, зменшують швидкість засобу відводу з космічним об'єктом реактивною рушійною установкою, формують еліптичну орбіту, перигей якої лежить у верхніх шарах атмосфери Землі, розгортають аеродинамічний вітрильний пристрій при першому наближенні до перигею орбіти відводу. Після цього відділяють засіб відводу від космічного об'єкта, переорієнтовують вектор тяги для зміни висоти орбіти, вмиканням реактивної рушійної установки змінюють орбіту засобу відводу до орбіти наступного космічного об'єкта, який необхідно відвести з навколоземної орбіти, після чого повторюють операції наведення, бо зближення, стикування, переорієнтації вектора тяги, вмикання реактивної рушійної установки,

розгортання аеродинамічного вітрильного пристрою. Після відводу другого космічного об'єкта операції повторюють задану кількість разів для інших космічних об'єктів, які необхідно відвести з навколоземної орбіти, а після розгортання аеродинамічного вітрильного пристрою останнього космічного об'єкта, що відводиться, засіб відводу утилізують в щільних шарах атмосфери Землі разом з космічним об'єктом. Після закінчення місії засіб відведення відводиться з навколоземної орбіти разом з космічним об'єктом.

В Україні ведеться розробка різноманітних орбітальних ступенів сучасних ракет-носіїв, придатних для вирішення поставленої задачі, наприклад, ракети-носія "Циклон-4М" (10) і реактивних рушійних установок різного типу для них |111. З другого боку, ведеться ряд розробок аеродинамічних вітрильних пристроїв, наприклад, |5, 12). Крім того, на даний момент вже пройшли льотні випробування в космічному просторі вітрильні пристрої (12-14). Згідно матеріалів винаходів (|5,15| відома можливість використання декількох вітрильних пристроїв на одному засобі відводу, котрі встановлюються кожен у своєму контейнері.

Суть винаходу продемонстровано на схемах. На фіг. 1 зображено схему відведення першого космічного об'єкта, на фіг. 2 - другого.

Об'єкти, зображені на фіг. 1 та 2: а - Земля, Б - засіб відводу з увімкненою реактивною рушійною установкою, с - засіб відводу з вимкненою рушійною установкою, а - орбіта першого космічного об'єкта, е - перший космічний об'єкт, ї - засіб відводу з першим космічним об'єктом і вимкненою рушійною установкою, 4 - засіб відводу з першим космічним об'єктом і увімкненою рушійною установкою, Пп - орбіта відводу першого космічного об'єкта, і - засіб відводу з першим космічним об'єктом і аеродинамічним вітрильним пристроєм, | - перший космічний об'єкт з аеродинамічним вітрильним пристроєм, К - орбіта другого космічного об'єкта, І - другий космічний об'єкт, т - засіб відводу з другим космічним об'єктом і вимкненою рушійною установкою, п - засіб відводу з другим космічним об'єктом і увімкненою рушійною установкою, о - орбіта відводу другого космічного об'єкта, р - засіб відводу з другим космічним об'єктом і аеродинамічним вітрильним пристроєм.

Характерні дільниці, зображені на фіг. 1 та 2: 1 - дільниця виведення засобу відводу на навколоземну орбіту, 2 - дільниця виходу засобу відводу на орбіту першого космічного об'єкта, З - дільниця переслідування та захоплення першого космічного об'єкта, 4 - дільниця

Зо переорієнтації вектору тяги засобу відводу з першим космічним об'єктом, увімкнення рушійної установки, формування орбіти відводу, 5 - дільниця припинення існування першого космічного об'єкта, 6 - дільниця виходу засобу відводу на орбіту другого космічного об'єкта, 7 - дільниця переслідування та захоплення другого космічного об'єкта, 8 - дільниця переорієнтації вектору тяги засобу відводу з другим космічним об'єктом, увімкнення рушійної установки, формування орбіти відводу, 9 - дільниця припинення існування другого космічного об'єкта.

Приклад виконання способу. Засіб відводу (Б) виводять на перехідну орбіту (1), на пасивній дільниці польоту (2) до орбіти першого космічного об'єкта (а) виконують переорієнтацію вектора тяги для вмикання рушійної установки й виходу на орбіту першого космічного об'єкта, вмиканням рушійної установки виходять на орбіту першого космічного об'єкта, наводять на перший космічний об'єкт (е), зближують і стикують з ним (3), переорієнтовують вектор тяги засобу відводу з першим космічним об'єктом (ї) для вмикання рушійної установки (4), вмикають рушійну установку засобу відводу з першим космічним об'єктом (4) і формують орбіту відводу першого космічного об'єкта (й), після формування орбіти відводу розгортається аеродинамічний вітрильний пристрій (ї) і засіб відводу відділяється від першого космічного об'єкта з аеродинамічним вітрильним пристроєм (і), який припиняє існування в щільних шарах атмосфери Землі (5), переорієнтовують вектор тяги рушійної установки засобу відводу для виходу на орбіту другого космічного об'єкта (к), вмикають рушійну установку і виходять на орбіту другого космічного об'єкта (б), наводять на другий космічний об'єкт (І), зближують з ним і стикують (7), переорієнтовують вектор тяги засобу відводу з другим космічним об'єктом (т) для вмикання рушійної установки (8), вмикають рушійну установку засобу відводу з другим космічним об'єктом (п) і формують орбіту відводу другого космічного об'єкта (о), після формування орбіти відводу розгортається аеродинамічний вітрильний пристрій (р) і засіб відводу разом з другим космічним об'єктом припиняють існування в щільних шарах атмосфери

Землі (9).

Таким чином, спосіб дозволяє зменшити витрати на відведення космічного сміття великих розмірів за рахунок можливості відведення багатьох космічних об'єктів одним засобом відводу, який виводиться на навколоземну орбіту.

Джерела інформації: 1. Пат. 20130306799 США, МПК 8640 11/24. брасе аергіє гетома! ив5іпд иррег айтозрНпеге/Оатієї АІап Стедогу, Чуопп-Егапсів Мегдеп. - Мо 13/929,248; заявл. 07.01.2011; опубл. 21.11.2013. 2. Пат. 2462399 Россия, МПК 8640 1/00. Способ увода космического мусора с орбит полезньїх нагрузок на основе использования отделившейся части ракетьі-носителя, разгонного блока и устройство для его реализации // Трушляков В.И., Куденцов В.Ю., Шатров Я.Т.,

Макаров Ю.Н. Мо 2010119972/11; заявл. 18.05.2010; опубл. 27.09.2012. 3. Пат. 20140107865 США, МПК СОбЕ 17/00, В646 1/10, 8640 1/62, 5050 1/00. Зузіет, аррагайв5, апа теїноа ог асіїме дебгі5 гетома|/Апіпопу 0. Сптініїв, ЗА, Ваїїм Копії, Зивап Н. Витпв, зерпеп 9. Юатісо, ЮРаміа 9. Стибрег, СНгізізорпег 9. НісКеу, Оаміда Е. І ее, Тгамі5 М. Вобіпзоп,

Уазоп Т. тій, Реїег Т. 5ренаг, Оаміа 5. Адіїв, Віїап М. Кепі. - Мо 13/650,738; заявл. 12.10.2012; опубл. 17.04.2014. 4. Пат. 2746163 ЕС, МПК 8640 1/10, В640 1/24, В640 1/64, Вб640 1/22. Зувієт апа Меїнса тог сарішгіпд апа гетоміпу зрасе дебргіз/Сбепрег В. - Мо 3196600.4; заявл. 11.12.2013; опубл. 10.10.2018. 5. Пат. 115378 Україна, МПК 8640 1/62. Спосіб зменшення терміну балістичного існування космічних об'єктів на навколоземних орбітах та пристрій для його здійснення/Алпатов А.П.,

Палій О.С., Скорік О.Д., Авдєєв А.М. - Мо а201602142; заявл. 04.03.2016; опубл. 25.10.2017. 6. Пат. 118466 Україна, МПК В640 1/62. Спосіб відводу космічного об'єкта з навколоземної орбіти/Дронь М.М., Голубек О.В., Ємець В.В. - Мо а201608072; заявл. 21.07.2016; опубл. 25.01.2019. 7. Огріїа! Тгапотег Мепісіє: Сопсері Оеїйпйоп апа бЗузіет Апаїузіз 5щшау. МАБА-СВ-183551. 224 р. 22 Ушу 1987. ов: перз://піг5.паза.дом/арі/сйацйопез/19890015039/дожм/піоад»/19890015039. рат. (дата звернення 20.02.2020). 8. Сагоїуп В. Мегсег, Меїївзза І. МссСціге, 5іємеп В. ОІезоп, апа Міснавє! 9. Ваїтей. боїаг ЕІесініс

Ргориізіоп Сопсері5 Того Нитап о брасе Ехріогайоп. МАБА/ТМ-2016-218921. ВІ: пере: //піг5.паза.дом/арі/сйайопь5/20160003683/дом/піоааз/20160003683. раї. (дата звернення зо 20.02.2020). 9. Спидоба В., Соїетап С., Соплаїе І., Напеєу Е., О7а А., ВісКейв5 У. ОгЬйаї! ігапеїег мепісіе (ОТУ) 5узіет 5і7іпа вішау ог таппей СЕО заїейне 5егмісіпд. Аегопаціїса! доигпа!. 2016. Мої. 120 (1226). А 573-599. БОЇ: 10.101 7/аег.2016.3. 10. Сусіопе-4М ЗІ 5 АВВНЕМІАТЕО БЕН СИ. Мегївіоп: 2.

ОвАСТНреі/Лумлиу. тапітеїайпси.сот/вйез/дегашийев/2019-08/005 С4М9о2барргеміасей. раї. (дата звернення 20.02.2020). 11. Ракетні двигуни дп "КБ "Південне" імені М.К. Янгеля".

ОвАСТНре//уй2ппоуе.сот/Лесппідпе/госКеї-епдіпез/тагспіпд/га-8/. (дата звернення 20.02.2020). 12. Пат. 109194 Україна, МПК 8640 1/62. Аеродинамічна система усунення космічних об'єктів з навколоземних орбіт/Шевцов В. І., Палій 0. С, Баранов С. Ю., Осіновий Г. Г., Алпатов

А. П., Скорик 0. Д., Авдєєв А. М. - Мо а201312759; заявл. 01.11.2013; опубл. 27.07.2015. 13. Ападегзоп у). Її. МАБА5 Мапозаї-ЮО "Заїйв' Ноте-Мізбзіоп Сотрієїє. МАБА.доху. ОВІ: порі /Лимли. паза. дом/тіввіоп. радез/втаїваїв/11-148.пІті (дата звернення 20.02.2020). 14. РМ/-БАТ2. Ргеїїтіпагу гедцігетепів геміем/. МесНапісв ої Ше заїейне Оеріоутепі Тєат.

Ріазе А ої Ше РМ/-зЗаї2 рго|есі 1.1 ЕМ. ОВ: пНре//рму-заї. рілур-сопіеп/иріоааз/2014/07/РМ/-Заї2-

А-05.00-0ОТ-РАВ-ЕМ-мі І. раї (дата звернення 20.02.2020). 15. Заявка на патент на винахід Мо УМО 2012092933, МПК7 8640 1/62. бе аеріоуаріє деогбіїіпу зрасе вігисійге, А. 5. Кгізіепзеп, Ї. баткКіїде. РСТ/ОК2012/050009; заявл. 06.01.12; опубл. 12.07.12.

Claims (1)

1. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Спосіб відводу космічного об'єкта з навколоземної орбіти, що включає виведення засобу відводу ракетою-носієм, очікування ним космічного об'єкта на орбіті, наведення на космічний об'єкт, проведення зближення і стикування з ним, переорієнтацію вектора тяги, зменшення швидкості засобу відводу з космічним об'єктом реактивною рушійною установкою, формування еліптичної орбіти, перигей якої лежить у верхніх шарах атмосфери Землі, розгортання аеродинамічного вітрильного пристрою при першому наближенні до перигею орбіти відводу, який відрізняється тим, що після розгортання аеродинамічного вітрильного пристрою засіб

   60 відводу відділяють від космічного об'єкта, переорієнтовують вектор тяги для зміни висоти орбіти