WO2010082869A1 - Способ доставки грузов в космос и система его осуществления - Google Patents

Способ доставки грузов в космос и система его осуществления Download PDF

Info

Publication number
WO2010082869A1
WO2010082869A1 PCT/RU2010/000036 RU2010000036W WO2010082869A1 WO 2010082869 A1 WO2010082869 A1 WO 2010082869A1 RU 2010000036 W RU2010000036 W RU 2010000036W WO 2010082869 A1 WO2010082869 A1 WO 2010082869A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
spacecraft
cargo
container
storage
medium
Prior art date
Application number
PCT/RU2010/000036
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Александр Олегович МАЙБОРОДА
Original Assignee
Maiboroda Alexander Olegovich
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Maiboroda Alexander Olegovich filed Critical Maiboroda Alexander Olegovich
Priority to US13/144,275 priority Critical patent/US8882047B2/en
Priority to UAA201109200A priority patent/UA99230C2/ru
Priority to EA201100338A priority patent/EA017577B1/ru
Priority to EP10731435.3A priority patent/EP2390188B1/en
Publication of WO2010082869A1 publication Critical patent/WO2010082869A1/ru

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
    • B64G1/10—Artificial satellites; Systems of such satellites; Interplanetary vehicles
    • B64G1/1078—Maintenance satellites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
    • B64G1/002—Launch systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/40—Arrangements or adaptations of propulsion systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/64—Systems for coupling or separating cosmonautic vehicles or parts thereof, e.g. docking arrangements
    • B64G1/648—Tethers

Definitions

  • the invention relates to rocket science and astronautics, namely to space transportation systems: methods and systems for delivering cargo to near-earth orbit.
  • this problem is removed if the energy and raw material resources of the space itself, including near-Earth space, are used to transport cargo into space. There are two directions.
  • One of them is that reducing the cost of delivering cargo to a near-earth orbit is achieved by using a suborbital single-stage rocket with low fuel consumption per unit mass of cargo and an orbiter accelerator.
  • the rocket reports to the cargo only a part of the speed necessary for going into orbit, and the orbiter-accelerator reports to the cargo the full orbital speed.
  • the orbital-based stage after preliminary aerodynamic braking and partial loss of speed, approaches the suborbital accelerating stage of the ground-based, and after receiving the load, accelerates again to the orbital speed, using the cost New fuel produced in lunar plants.
  • the load in this case the components of the fuel
  • the load is taken directly from the atmosphere. It uses the method of their acceleration to orbital speed, which consists in transferring the required kinetic energy to the accelerated gases directly on board the orbital vehicle.
  • Such devices are equipped with an electric rocket propulsion system, in which the flow rate of the working substance exceeds the speed of the incoming substance.
  • KAH low-orbit storage spacecraft
  • KAH moves within the atmosphere in a low earth orbit with a height of 105 to 120 km and collects rarefied air, extracting oxygen from it and using the remaining nitrogen in an electric jet engine to compensate for aerodynamic drag losses.
  • Known project S. Demetriadi called "Porfak" (PROFAC)
  • the device “Pprofak” includes an air intake (receiving device), an installation for liquefying and separating components, a liquefaction radiator, a liquid oxygen tank, auxiliary fuel tanks, electrojet (electric propulsion) engines, a booster engine, a docking station, a nuclear reactor and reactor radiators.
  • the remaining nitrogen “Profak” is used in a nuclear electric jet engine to compensate for aerodynamic drag losses. Most of the external surface of the apparatus is occupied by radiators for the removal of excess heat from the power plant, compressors and liquefaction plant. A conventional rocket system is placed on board the apparatus for transfer to a higher orbit in emergency situations and for unloading carried out through a docking station. “Profak” has advantages over other known nuclear transport systems, since it eliminates the need to place a heavy nuclear reactor on board the spacecraft themselves. According to developers' estimates, the use of such a system can reduce the cost of shipping 1 kg of cargo to the Moon to $ 1,000. Despite its economic attractiveness, placing a working nuclear reactor in an extremely low orbit in the upper atmosphere is the main drawback of the Profak system.
  • the system provides for the transfer of the apparatus to a higher orbit for repair or high-altitude disposal of a faulty reactor, but this does not ensure complete safety of the ground areas under the orbit of the apparatus.
  • SSPS satellite solar power station
  • the use of a satellite solar power station (SSPS) instead of a nuclear reactor in extremely low orbits is difficult, 85 because a large area of their elements, such as solar panels or focusing mirrors, creates aerodynamic resistance of such a size that it does not suffice to compensate for the SSES power, which makes the system inoperable. Efficient use of solar energy requires higher orbits, but in this case, the density of the raw materials is so low that the operation of KAH becomes unprofitable.
  • KAH and 6 medium-height continuously operating space energy-emitting stations which form the correct orbital system of a continuous global coverage (at an altitude of about 10,000 km), which guarantees a constant power supply of several KAH in high-speed orbits
  • a system is used to convert the energy of solar radiation and its transmission to KAH — a satellite solar power station, for example, an infrared laser with thermal heating by solar radiation.
  • the laser is located in the focus of the optical system with a large solar mirror concentrator.
  • the Spacecraft Storage Software contains: inlet diffuser
  • thermal turbo electric machine electric converter that includes a parabolic receiving mirror, a receiver-heat exchanger, a turbomachine power plant, a panel refrigerator-emitter.
  • the power system works as follows. Laser light
  • a parabolic receiving mirror which continuously tracks the direction to the CES, focuses on the receiver-heat exchanger, heating the gaseous working fluid with a turbomachine of a power plant of a closed system. Heat is removed through a conventional panel cooler emitter.
  • KAH KAH with remote power supply from laser power systems
  • KAH with power supply from a nuclear reactor is to ensure environmental safety in the event of an emergency.
  • 145 is the creation of a method of delivering cargo into space and a system for implementing it, expanding the types of goods being transported and significantly reducing the unit cost of delivering them to space, as well as ensuring the environmental safety of the system, carried out by compensating atmospheric raw materials with cargoes delivered from the surface
  • the method consists in the preliminary launching into orbit of a single
  • the average height of the orbit of the storage spacecraft is determined by the ratio of the forces of aerodynamic drag and the thrust of the propulsion system, powered by the energy of the satellite power station.
  • the environment is created artificially with the help of suborbital aircraft, carrying out the release of cargo, both in a single portion, and in many small portions, consisting of substances and objects of various geometric shapes that are diverse in chemical composition, state of aggregation,
  • the system implementing the method contains suborbital aircraft, a satellite power station and a spacecraft housing. 170 rata-drive, including a receiving device, radiators, storage tanks, docking station, propulsion system.
  • the spacecraft storage device contains a container with a braking medium connected to an installation for separating cargo and a braking medium and a receiving device for cargo in the form of a cloud of dust particles in a solid or droplet-liquid state, microcapsules, spheres, containers, and also flow rods, wires and tapes, while the satellite power station is combined with the spacecraft storage.
  • the proposed method consists in the preliminary withdrawal of at least one KAH equipped with the SSER to the near-earth orbit. 180
  • the height of the orbit is determined by the possibility of deploying the SSES on it without the occurrence of aerodynamic drag forces greater than the thrust force from the propulsion system provided by the energy from the SSES.
  • the rise of the payload to the height of the KAH orbit and the subsequent separation of the load in front of the approaching KAH is ensured by the regular launches of (at least one) ground-based suborbital aircraft.
  • suborbital aircraft form an artificial environment of cargo with suborbital speed.
  • This medium is captured through the KAH receiving device (the KAH speed is greater than the load speed 190), levels the speed in the container with a special brake medium, accumulates in the storage tanks and is then transmitted to its destination, including partially sent to the remote control. Compensation for the loss of speed KAH from the seizure of cargo and aerodynamic drag is done by the remote control.
  • remote controllers can be used both reactive (rocket) systems (for example, electric propulsion, solar thermal rocket engines and thermochemical) and non-rocket systems that do not need a working substance, for example, electrodynamic cable system (EDTS), which uses to create thrust force ampere based interactions with the ionosphere and the magnetic field of the planet.
  • EDTS electrodynamic cable system
  • the 200th method and system of its implementation allows transportation of goods consisting of various types of raw materials, construction materials and objects of various types and forms.
  • the combination of KAH with SSES can significantly reduce the cost of the project and the timing of its implementation due to the elimination of the need to develop and create
  • FIG. 1 type a
  • 1 is the spacecraft storage
  • 2 is the artificial environment (loads)
  • 3 are space vehicles (consumers of goods)
  • 4 are suborbital aircraft.
  • the device of the spacecraft storage is presented on
  • FIG. 1 type b
  • 1 is the body of the storage spacecraft
  • 2 is a receiving device
  • 3 are radiators
  • 4 are storage tanks
  • 5 is a docking station
  • 6 is a propulsion system
  • 7 is a container with a braking medium
  • 8 is an installation for separation of cargo and brake environment
  • the spacecraft storage device 1, combined with SSES 9, is output to a given orbit, defined in such a way that in this orbit the thrust force DN 6, powered by SSES 9, is greater than or
  • suborbital aircraft 225 is equal to the sum of the forces of aerodynamic resistance of the system and its braking from the captured cargo.
  • suborbital aircraft are launched (minimum one) with portions of goods.
  • suborbital aircraft can be used as missiles (including single-stage),
  • the separation of the cargo delivered from the aircraft is carried out in such a way that the cargo at the calculated point of the trajectory is encountered with the receiving device KAH.
  • the method involves the release of cargo, as a single portion, and many smaller
  • 240 steps into the container with the brake medium 7, where the alignment of the load velocity and KAH occurs.
  • a brake medium various substances (solid, liquid, gaseous, or plasma) and physical fields (magnetic, electrical) can be used, the main purpose of which is to convert the kinetic energy of the brake
  • 270 KAH movement can be carried out both in circular orbits with a uniform supply of cargo throughout the trajectory of movement, and elliptical with supply of cargo to KAH only in the perigee and with further accumulation of energy in the rest of the orbit. This option is convenient at the stage of deployment of the SSES system and testing
  • KAH orbits can be polar solar synchronous, equatorial and intermediate.
  • SSES panels create minimal aerodynamic resistance to movement due to the orientation of the edge in the direction of the KAH flight.
  • the SSES panels are deployed in such a way as to minimize aerodynamic drag, or they are folded, folded, or twisted.
  • magnesium, aluminum, carbon, silicon As an additional group of oxidizers, it will be possible to deliver fuel components that are convenient for long-term storage, such as water and carbon dioxide for magnesium and aluminum fuels, which are at the same time convenient raw materials for manufacturing directly in orbit space elements.
  • radioactive waste may be supplied for subsequent disposal in deep space.
  • containerized cargo delivery can be used for transporting various technical devices, as well as people, in

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Astronomy & Astrophysics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Warehouses Or Storage Devices (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
  • Braking Arrangements (AREA)
  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)

Abstract

Изобретения относятся к космическим транспортным средствам и способам доставки грузов на околоземную орбиту. Способ включает выведение на орбиту одного или более космических аппаратов-накопителей (KAH). KAH содержит корпус (1), приемное устройство грузов (2), контейнер (7) с тормозной средой, установку (8) для разделения грузов и тормозной среды, накопительные баки (4), двигательную установку (б), спутниковую солнечную энергостанцию (9), а также радиаторы (3) для охлаждения тормозной среды. KAH снабжен стыковочным узлом (5) для обеспечения передачи накопленных в баках (4) грузов аппарату-потребителю. Искусственная среда (2) создается из грузов, доставляемых при помощи суборбитальных летательных аппаратов на время, необходимое для ее захвата KAH. Эта среда может состоять из многообразных по химическому составу, агрегатному состоянию веществ и объектов различной геометрической формы. Захваченный груз (2) поступает в приемное устройство и далее в контейнер (7) последовательно отдельными порциями в виде облака или потока. Для компенсации потерь скорости KAH используют двигательные системы, питаемые энергией от указанной энергостанции (9). В качестве такой системы м.б. использована двигательная установка (6) реактивного типа с расходом части поступающего груза (2). Для создания тяги возможно также использование электродинамической тросовой системы.

Description

СПОСОБ ДОСТАВКИ ГРУЗОВ В КОСМОС И СИСТЕМА ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Изобретение относится к ракетостроению и космонавтике, а именно к космическим транспортным системам: способам и системам доставки грузов на околоземную орбиту.
Актуальной задачей космонавтики до сих пор является существенное снижение удельных затрат на доставку грузов в космос - воплощение многих технически реализуемых и важных космических проектов отложено из-за неприемлемых цен на транспортировку грузов. Высокая цена транспортировки грузов с Земли в космическое пространство в основном обусловлена тем, что большую часть груза ракет составляет топливо, а доля полезного груза измеряется несколькими процентами. Высказаны различные предложения о развитии способов и систем, направленных на решение проблемы удешевления доставки грузов в космос.
По мнению некоторых специалистов, эта проблема снимается, если для транспортировки грузов в космос использовать энергетические и сырьевые ресурсы самого космоса, в том числе околоземного пространства. Существуют два направления.
Одно из них, состоит в том, что снижение затрат по доставке грузов на околоземную орбиту достигается использованием суборбитальной одноступенчатой ракеты с незначительным расходом топлива на единицу массы груза и орбитального аппарата-ускорителя. Ракета сообщает грузу только часть необходимой для выхода на орбиту скорости, а орбитальный аппарат-ускоритель сообщает грузу полную орбитальную скорость. Ступень орбитального базирования после предварительного аэродинамического торможения и частичной потери скорости, сближается с суборбиталь- ной разгонной ступенью наземного базирования, а после приема груза вновь разгоняется до орбитальной скорости, используя при этом деше- вое топливо, выработанное на лунных заводах. (Еськов Ю.М. Экологически чистая мировая электроэнергетика и космонавтика в XXI веке // M.:«Aкaдeмия Tpинитapизмa», Эл JYs? 77-6567, публикация JV214590, 03.10.2007; Флоров В.И. Будущее Земли и человечества: роль и место космонавтики // http://nl 1 Зm.паrоd.ru/gаlаktikа/flоrоv.htm).
Суть другого направления состоит в том, что груз, в данном случае компоненты топлива, берется непосредственно из атмосферы. При этом используется способ их разгона до орбитальной скорости, заключающийся в передаче ускоряемым газам необходимой кинетической энергии непосредственно на борту аппарата орбитального базирования. Такие аппараты снабжены электроракетной двигательной установкой, в которой скорость истечения рабочего вещества превышает скорость поступающего вещества. Таким образом, обеспечивается высокая доля полезного груза в общей массе из-за малой доли веществ, расходуемых в электроракетной двигательной установке. Необходимое сырье для компонентов ракетного топлива извлекается непосредственно на орбите из атмосферы планеты, например Земли, низкоорбитальными космическими аппаратами- накопителями (KAH). Захват и аккумуляция сырья осуществляется сле- дующим образом. KAH движется в пределах атмосферы на низкой околоземной орбите высотой от 105 до 120 км и собирает разреженный воздух, выделяя из него кислород и используя оставшийся азот в электрореактивном двигателе для компенсации потерь на аэродинамическое сопротивление. Известен проект С. Деметриади под названием «Пpoфaк» (PROFAC
- РRОрulsivе Fluid Ассшпulаtоr - аккумулятор жидкого топлива), реализующий рассмотренный выше способ (Гэтланд К. Космическая техника. Иллюстрированная энциклопедия. Перевод с английского. - M.: Мир, 1986). Аппарат «Пpoфaк» включает заборник воздуха (приемное устройство), установку для сжижения и разделения компонентов, радиаторы установки сжижения, бак жидкого кислорода, вспомогательные топливные баки, электрореактивные (электроракетные) двигатели, разгонный двигатель, стыковочный узел, ядерный реактор и радиаторы реактора. «Пpoфaк», перемещаясь по орбите, у границы плотных слоев атмосферы захватывает разряженный воздух, сжимает его путем газодинамического сжатия в за- борнике и в компрессорах, охлаждает и выделяет жидкий кислород. Оставшийся азот «Пpoфaк» использует в ядерном электрореактивном двигателе для компенсации потерь на аэродинамическое сопротивление. Боль- шая часть внешней поверхности аппарата занята радиаторами отвода избыточного тепла от энергетической установки, компрессоров и установки для сжижения. На борту аппарата размещена обычная ракетная система для перевода на более высокую орбиту в аварийных ситуациях и для разгрузки, осуществляемой через стыковочный узел. «Пpoфaк» имеет пре- имущества перед другими известными ядерными транспортными системами, так как устраняет необходимость размещения тяжелого ядерного реактора на борту самих космических летательных аппаратов. По оценкам разработчиков использование подобной системы может снизить стоимость доставки на Луну 1 кг груза до 1000 долларов. Несмотря на экономическую привлекательность, размещение работающего ядерного реактора на предельно низкой орбите в верхних слоях атмосферы является основным недостатком системы «Пpoфaк». В случае возникновения аварийной ситуации в ядерном реакторе в системе предусмотрен перевод аппарата на более высокую орбиту для проведения ре- монта или высотного захоронения неисправного реактора, однако это не обеспечивает полной безопасности наземных территорий, находящихся под орбитой аппарата. Использование вместо ядерного реактора спутниковой солнечной энергостанции (ССЭС) на предельно низких орбитах затруднительно, так 85 как большая площадь их элементов, например, таких как солнечные батареи или же фокусирующие зеркала, создает аэродинамическое сопротивление такой величины, что на его компенсацию мощности ССЭС не достаточно, что делает систему неработоспособной. Для эффективного использования солнечной энергии требуются более высокие орбиты, но в этом 90 случае плотность сырьевых компонентов настолько низка, что эксплуатация KAH становится нерентабельной.
Как один из вариантов устранения указанного недостатка рассмотрим способ накопления атмосферного кислорода и азота с помощью низкоорбитального околоземного космического аппарата-накопителя с дис- 95 танционным энергоснабжением со средневысотных энергоизлучательных лазерных комплексов, выбранный в качестве прототипа (Еськов Ю.М. Экологически чистая мировая электроэнергетика и космонавтика в XXI веке // «Aкaдeмия Tpинитapизмa».- M.: Эл N° 77-6567, публикация
Figure imgf000006_0001
100 Система, реализующая данный способ, состоит из группы 6-ти
KAH и 6-ти средневысотных непрерывно работающих космических энергоизлучательных станций (КЭС), образующих правильную орбитальную систему сплошного глобального покрытия (на высоте около 10000 км), что гарантирует постоянное энергопитание нескольких KAH на орбитах высо-
105 той около 105 км. В качестве КЭС применяется система преобразования энергии солнечного излучения и его трансляция к KAH - спутниковая солнечная энергостанция, например, инфракрасный лазер с тепловым нагревом солнечным излучением. Лазер размещается в фокусе оптической системы с солнечным крупногабаритным зеркальным концентратором.
ПО Космический аппарат-накопитель содержит: входной диффузор
(приемное устройство), рефрижератор, установку для разделения компо- нентов накопленного атмосферного воздуха, радиаторы, баки накопители, двигательную установку (ДУ), в частности электроракетный двигатель (ЭРД), разгонный двигатель, стыковочный узел. Вместо ядерного реакто-
115 ра в данной системе используется тепловой турбоэлектромашинный электропреобразователь, включающий параболическое приемное зеркало, приёмник-теплообменник, турбомашинную энергетическую установку, панельный холодильник-излучатель.
Энергосистема работает следующим образом. Лазерное излучение
120 попадает на параболическое приемное зеркало, непрерывно отслеживающее направление на КЭС, фокусируется на приёмник-теплообменник, нагревающий газообразное рабочее тело турбомашиной энергетической установки замкнутой системы. Отвод тепла производится через обычный панельный холодильник-излучатель.
125 Основное преимущество системы KAH с дистанционным энергоснабжением от лазерных КЭС в отличие от KAH с энергоснабжением от ядерного реактора, состоит в обеспечении экологической безопасности при возникновении аварийной ситуации.
Однако на данном этапе применение подобных систем невозможно,
130 так как требует дополнительной разработки и создания космических лазеров большой мощности с высоким энергомассовым совершенством. Кроме того, размещение лазерных КЭС на орбитах высотой около 10000 км существенно увеличивает стоимость монтажа системы по сравнению с вариантом ее размещения на низких орбитах.
135 Все рассмотренные выше системы KAH предназначены для сбора и накопления газообразного сырья из атмосферы Земли и последующего получения одного из компонентов топлива - окислителя, но при этом не решается проблема доставки в космос других видов сырьевых веществ, конструкционных материалов и различных объектов. Например, такой
140 компонент как горючее необходимо доставлять на орбиту дополнительно традиционным дорогостоящим способом. То есть проблема получения топлива на орбите решается частично, а доставка иных видов грузов таким способом вообще невозможна.
Технической задачей, на решение которой направлено изобретение
145 является создание способа доставки грузов в космос и системы его осуществления, расширяющих виды транспортируемых грузов и существенно снижающих удельную стоимость доставки их в космос, а также обеспечивающих экологическую безопасность системы, осуществляемых за счет компенсации атмосферного сырья грузами, доставляемыми с поверхности
150 планеты, выведения космических аппаратов-накопителей на более высокие орбиты и размещения на них спутниковой солнечной энергостанции.
Указанный технический результат достигается при помощи предлагаемого способа доставки грузов в космос и системы его осуществления.
Способ заключается в предварительном выведении на орбиту одно-
155 го и более космического аппарата-накопителя, осуществляющего захват среды, формируемой грузами и находящейся на пути его движения, накопление и дальнейшую передачу на другие космические аппараты. Средняя высота орбиты космического аппарата-накопителя определяется соотношением сил аэродинамического сопротивления и тяги двигательной уста- lбО новки, питаемой энергией спутниковой энергостанции. Среда создается искусственно при помощи суборбитальных летательных аппаратов, осуществляющих выброс груза, как единой порцией, так и множеством мелких порций, состоящего из многообразных по химическому составу, агрегатному состоянию веществ и объектов различной геометрической формы,
165 которые распределяются на заданном участке траектории движения космического аппарата-накопителя на период времени необходимый для захвата космическим аппаратом-накопителем.
Система, реализующая способ содержит суборбитальные летательные аппараты, спутниковую энергостанцию и корпус космического аппа- 170 рата-накопителя, включающий приемное устройство, радиаторы, накопительные баки, стыковочный узел, двигательную установку. При этом космический аппарат-накопитель содержит контейнер с тормозной средой, соединенный с установкой для разделения грузов и тормозной среды и приемным устройством для грузов в виде облака пылевых частиц в твер- 175 дом или капельножидком состоянии, микрокапсул, сфер, контейнеров, а так же потока стержней, проволок и лент, при этом спутниковая энергостанция объединена с космическим аппаратом-накопителем.
Предлагаемый способ заключается в предварительном выведении на околоземную орбиту как минимум одного KAH, оснащенного ССЭС. 180 Высота орбиты определяется возможностью развертывания на ней ССЭС без возникновения сил аэродинамического сопротивления больших, чем сила тяги от двигательной установки, обеспечиваемой энергией от ССЭС. Подъем полезного груза на высоту орбиты движения KAH с последующим отделением груза перед приближающимся KAH обеспечива- 185 ется регулярными запусками (минимум одного) суборбитальных летательных аппаратов наземного базирования. На пути движения KAH суборбитальные летательные аппараты образуют искусственную среду из грузов, имеющих суборбитальную скорость. Эта среда захватывается через приемное устройство KAH (скорость KAH при этом больше скорости 190 груза), выравнивает скорость в контейнере со специальной тормозной средой, аккумулируется в накопительных баках и далее передается по назначению, в том числе может частично направляться в ДУ. Компенсация потерь скорости KAH от захвата груза и аэродинамического сопротивления осуществляется ДУ. В качестве ДУ могут использоваться как реак- 195 тивные (ракетные) системы (например, ЭРД, гелиотермические ракетные двигатели и термохимические), так и не ракетные системы, не нуждающиеся в рабочем веществе, например, электродинамическая тросовая система (ЭДТС), использующая для создания тяги силу Ампера на основе взаимодействия с ионосферой и магнитным полем планеты. Предлагае-
200 мый способ и система его реализации позволяет транспортировать грузы, состоящие из разнообразных видов сырьевых веществ, конструкционных материалов и объектов различных видов и форм. Совмещение KAH с ССЭС позволяет существенно сократить стоимость проекта и сроки его реализации в связи с устранением необходимости разработки и создания
205 высотной орбитальной системы ССЭС сплошного глобального покрытия с лазерной системой дистанционного энергоснабжения KAH и тем самым создать установку такую же экономически доступную и быстро реализуемую как KAH с ядерным реактором, но экологически безопасную.
Реализация предлагаемого способа доставки грузов в космос и
210 система его осуществления схематично представлена на Фиг. 1 (вид а), где 1 - космический аппарат-накопитель, 2 - искусственная среда (грузы), 3 - космические аппараты (потребители грузов), 4 - суборбитальные летательные аппараты.
Устройство космического аппарата-накопителя представлено на
215 Фиг. 1 (вид б), где 1 - корпус космического аппарата-накопителя, 2 - приемное устройство, 3 - радиаторы, 4 - накопительные баки, 5 - стыковочный узел, 6 - двигательная установка, 7 - контейнер с тормозной средой, 8 - установка для разделения грузов и тормозной среды, 9 - спутниковая энергостанция.
220 Предложенный способ доставки грузов в космос и система его осуществления реализуются следующим образом.
Космический аппарат-накопитель 1, совмещенный с ССЭС 9, выводится на заданную орбиту, определяемую таким образом, что на данной орбите сила тяги ДУ 6 , питаемой энергией ССЭС 9, больше либо
225 равна сумме сил аэродинамического сопротивления системы и ее торможения от захватываемых грузов. С планеты, например с Земли, осуществляются запуски суборбитальных летательных аппаратов (минимум одного) с порциями грузов. В качестве суборбитальных летательных аппаратов могут применяться как ракеты (в том числе и одноступенчатые),
230 ракетопланы, аэрокосмические самолеты, так и аппараты, метаемые с поверхности планеты. Отделение доставляемых грузов с летательных аппаратов осуществляется таким образом, что груз в расчетной точке траектории встречается с приемным устройством KAH. Способ предусматривает выброс груза, как единой порцией, так и множеством более мелких
235 порций, которые распределяются на заданном участке траектории движения KAH в период времени, гарантирующий их захват приемным устройством KAH. Таким образом, груз, имеющий суборбитальную скорость, захватывается KAH 1 (Фиг. l, вид б), входит в приемное устройство 2 в виде единой порции или последовательно отдельными порциями и по-
240 ступает в контейнер с тормозной средой 7, где происходит выравнивание скоростей груза и KAH. В качестве тормозной среды могут использоваться различные вещества (твердые, жидкие, газообразные или в состоянии плазмы) и физические поля (магнитные, электрические), основное назначение которых состоит в преобразовании кинетической энергии заторма-
245 живаемых грузов в другие виды энергии, например, тепловую энергию. В качестве веществ, образующих тормозную среду, могут использоваться различные газопылевые и газокапельные смеси, жидкости в виде струй или потоков пены на основе воды, легкоплавких металлов и эвтектических сплавов, другие виды жидкой и твердой пен или одноразовые сме-
250 няемые многослойные, пористые или сотовые конструкции, формируемые (литьем, прокатом или штамповкой) непосредственно на борту KAH из вещества предыдущих отработанных конструкций. Далее захваченный груз поступает в установку для разделения грузов и тормозной среды 8, где он извлекается из тормозной среды и направляется в накопитель-
255 ные баки 4 для подготовки к передаче на другие космические аппараты (потребители грузов), а также, в случае необходимости, часть груза используется непосредственно на борту KAH в качестве рабочего вещества. Компенсация потерь скорости KAH от захвата груза и аэродинамического сопротивления осуществляется ДУ 6. В случае использования
260 ракетных ДУ часть груза расходуется на создание компенсирующей тяги. При использовании ЭДТС груз не направляется в ДУ, а полностью передается на другие космические аппараты (потребители грузов). Избыточное тепло, накапливающееся в контейнере с тормозной средой 7 в процессе захвата груза, отводится с помощью радиаторов 3. Процесс захвата
265 грузов подаваемых с поверхности планеты регулярно повторяется до тех пора, пока не будут заполнены накопительные баки 4, а накопленный груз передан космическому аппарату (потребителю грузов) во время стыковки посредством стыковочного узла 5. После передачи груза цикл повторяется.
270 Движение KAH может осуществляться как по круговым орбитам с равномерной подачей грузов на всем протяжении траектории движения, так и по эллиптическим с подачей грузов в KAH только в перигее и с дальнейшим накоплением ССЭС энергии на остальных участках орбиты. Такой вариант удобен на стадии развертывания системы ССЭС и прове-
275 дения опытно-конструкторских работ по проекту KAH. Орбиты KAH могут быть полярные солнечно синхронные, экваториальные и промежуточные. На солнечно-синхронной орбите, панели ССЭС создают минимальное аэродинамическое сопротивление движению за счет ориентации ребром в сторону полета KAH. В случае движения KAH по орбите с за-
280 ходом в земную тень, панели ССЭС разворачиваются таким образом, что бы минимизировать аэродинамическое сопротивление, либо складываются, сворачиваются или скручиваются.
Использование KAH для транспортировки грузов с планет экономически более выгодно, чем использование многоступенчатых ракет, но
285 ограничено узкой группой веществ, составляющих груз, тогда как пред- лагаемый способ и система расширяет виды транспортируемых грузов от сырья до пассажирских аппаратов при значительно меньших затратах. Предлагаемым способом в космос могут доставляться не только кислород в качестве окислителя, но и горючее, например, водород, литий, бор,
290 магний, алюминий, углерод, кремний. В качестве дополнительной группы окислителей можно будет доставлять такие удобные для длительного хранения компоненты топлива как воду и углекислоту для горючего из магния и алюминия, которые одновременно представляют собой удобное сырье для изготовления непосредственно на орбите элементов космиче-
295 ских конструкций. Этим же способом могут доставляться в космос рабочие вещества для ЭРД межорбитальных и межпланетных буксиров, например, такие как аргон, криптон, ксенон, щелочные металлы. Большая часть этих веществ может подаваться в приемное устройство KAH в бесконтейнерном виде. Твердые вещества могут подаваться бесконтейнерно,
300 например, в виде потока, облака пылевых частиц, сфер, стержней, проволок и лент. Газы, как и металлы, так же могут доставляться бесконтейнерным способом в капельно-жидком виде или в виде частиц льда. Вещества со сложной молекулярной структурой, для защиты от термического разрушения во время контакта с тормозной средой, могут помещаться в
305 защитные теплоизолированные микрокапсулы и контейнеры из тугоплавких материалов. В таких же контейнерах могут подаваться и радиоактивные отходы в целях их последующего захоронения в дальнем космосе. В перспективе, контейнерная доставка грузов может использоваться для транспортировки, как различных технических устройств, так и людей, в
310 тех вариантах KAH, где достаточная протяженность контейнера с тормозной средой обеспечивает переносимую величину ускорений.

Claims

ФОРМУЛА
1. Способ доставки грузов в космос, включающий предварительное выведение на орбиту одного и более космического аппарата-накопителя, осуществляющего захват среды, находящейся на пути его движения, на-
5 копление и дальнейшую передачу на другие космические аппараты о тл и ч ающи й ся те м , что средняя высота орбиты космического аппарата- накопителя определяется соотношением сил аэродинамического сопротивления и тяги двигательной установки, питаемой энергией спутниковой энергостанции, а среда создается искусственно при помощи суборбиталь-
Ю ных летательных аппаратов, осуществляющих выброс груза, как единой порцией, так и множеством мелких порций, состоящего из многообразных по химическому составу, агрегатному состоянию веществ и объектов различной геометрической формы, которые распределяются на заданном участке траектории движения космического аппарата-накопителя на период
15 времени необходимый для захвата космическим аппаратом-накопителем.
2. Система, реализующая способ по п. l содержит суборбитальные летательные аппараты, спутниковую энергостанцию и корпус космического аппарата-накопителя, включающий приемное устройство, радиаторы, накопительные баки, стыковочный узел, двигательную установку, о тл и - 0 ч аю щая с я те м , что космический аппарат-накопитель дополнительно содержит контейнер с тормозной средой, соединенный с установкой для разделения грузов и тормозной среды и приемным устройством для грузов в виде облака пылевых частиц в твердом или капельножидком состоянии, микрокапсул, сфер, контейнеров, а так же потока стержней, проволок и 5 лент, при этом спутниковая энергостанция объединена с космическим аппаратом-накопителем.
PCT/RU2010/000036 2009-01-13 2010-02-02 Способ доставки грузов в космос и система его осуществления WO2010082869A1 (ru)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/144,275 US8882047B2 (en) 2009-01-13 2010-02-02 Method and system for delivering cargoes into space
UAA201109200A UA99230C2 (ru) 2009-01-13 2010-02-02 Способ доставки грузов в космосе и система для его осуществления
EA201100338A EA017577B1 (ru) 2009-01-13 2010-02-02 Способ доставки грузов в космос и система его осуществления
EP10731435.3A EP2390188B1 (en) 2009-01-13 2010-02-02 Method for delivering cargoes into space and a system for implementation of same

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009100935/11A RU2398717C1 (ru) 2009-01-13 2009-01-13 Способ доставки грузов в космос и система его осуществления
RU2009100935 2009-01-13

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2010082869A1 true WO2010082869A1 (ru) 2010-07-22

Family

ID=42339985

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2010/000036 WO2010082869A1 (ru) 2009-01-13 2010-02-02 Способ доставки грузов в космос и система его осуществления

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8882047B2 (ru)
EP (1) EP2390188B1 (ru)
EA (1) EA017577B1 (ru)
RU (1) RU2398717C1 (ru)
UA (1) UA99230C2 (ru)
WO (1) WO2010082869A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2481252C1 (ru) * 2011-10-18 2013-05-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение им. С.А. Лавочкина" Аэростатно-космическая энергетическая система

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7698927B2 (en) 2007-01-30 2010-04-20 The Boeing Company Methods and systems for measuring atmospheric water content
US20110017874A1 (en) * 2007-11-26 2011-01-27 Clearvalue Technologies, Inc. Means of fuel and oxidizer storage
RU2451631C1 (ru) * 2010-11-22 2012-05-27 Александр Олегович Майборода Способ энергообеспечения космических аппаратов-накопителей
RU2482035C2 (ru) * 2011-04-05 2013-05-20 Общество с ограниченной ответственностью "Научный центр прикладной электродинамики" Способ забора атмосферных газов для использования в космической технике
US8876061B1 (en) * 2011-11-16 2014-11-04 The Boeing Company Methods and systems for beam powered propulsion
US8800934B1 (en) * 2012-08-23 2014-08-12 The Boeing Company Space access system with reusable booster
US20140306066A1 (en) * 2013-01-19 2014-10-16 Matthew Hal Burch Methods of Delivering Items in Space
US9260204B2 (en) 2013-08-09 2016-02-16 The Aerospace Corporation Kinetic energy storage and transfer (KEST) space launch system
US10696425B2 (en) 2013-08-09 2020-06-30 The Aerospace Corporation System for imparting linear momentum transfer for higher orbital insertion
CN105301958B (zh) * 2015-11-03 2018-01-02 北京理工大学 一种基于气动力辅助的平衡点周期轨道捕获方法
CN105620793B (zh) * 2015-12-21 2018-01-19 南京航空航天大学 一种以空间固体物质为工质的太空推进装置及其方法
CN106672266B (zh) * 2017-01-04 2019-12-13 北京理工大学 考虑时间约束的平衡点Halo轨道调相轨道转移方法
CN107458629A (zh) * 2017-07-05 2017-12-12 上海宇航系统工程研究所 一种航天器载荷舱的构型
EA201800525A1 (ru) * 2018-08-01 2020-02-28 Анатолий Эдуардович Юницкий Общепланетарный геокосмический транспортный комплекс юницкого (варианты) и способ выведения полезной нагрузки с поверхности планеты на круговую орбиту
CN111559518B (zh) * 2020-04-29 2021-06-22 北京理工大学 面向通讯覆盖约束的地月平衡点任务轨道快速确定方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4775120A (en) * 1980-04-07 1988-10-04 Marwick Edward F Extraterrestrial transportation apparatus and method

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3818700A (en) * 1972-10-20 1974-06-25 Avco Corp Ram jet powered by a laser beam
US5224663A (en) * 1991-07-01 1993-07-06 Criswell David R Vehicle propulsion system with external propellant supply
FR2922523B1 (fr) * 2007-10-23 2010-03-05 Thales Sa Dispositif de vol en formation destine a une mission de coronographie solaire

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4775120A (en) * 1980-04-07 1988-10-04 Marwick Edward F Extraterrestrial transportation apparatus and method

Non-Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ANDREEV A.V.: "Nekotorye voprocy transportirovki lunnogo veschestva. Trudy XIX Chtenii K.E. Tsiolkovskogo. Sektsiya", PROBLEMY RAKETNOI I KOSMICHESKOI TEKHNIKI, M., IIET AN SSSR, M., 1986, pages 87 - 96 *
J. M. ES'KOV: "Environmentally Safe Global Power Industry and Astronautics in XXI Century// Moscow", TRINITARIZM ACADEMY, 3 October 2007 (2007-10-03)
JU.M. ES'KOV: "Trinitarizm Academy", 3 October 2007, article "Environmentally Safe Global Power Industry and Astronautics in XXI Century// Moscow", pages: 41 - 45
K. GETLAND: "Illustrated Encyclopedia.", 1986, SPACE TECHNOLOGY
LEBON BENOIT A.: "Magnetic Propulsion Along an Orbiting Grain Stream", J. SPACECRAFT, vol. 23, no. 2, March 1986 (1986-03-01), pages 141 - 143 *
POWER
See also references of EP2390188A4 *
SHIBANOV ANATOLII: "Zaboty kosmicheskogo arkhitektora", M., ''DETSKAYA LITERATURA'', 1982, pages 35 - 37 *
V.I. FLOROV, THE FUTURE OF THE EARTH AND MANKIND: ROLE AND PLACE OF AS- TRONAUTICSH, Retrieved from the Internet <URL:http://n113m.narod.ru/galaktika/florov.htm>

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2481252C1 (ru) * 2011-10-18 2013-05-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение им. С.А. Лавочкина" Аэростатно-космическая энергетическая система

Also Published As

Publication number Publication date
UA99230C2 (ru) 2012-07-25
US8882047B2 (en) 2014-11-11
EP2390188A1 (en) 2011-11-30
EA017577B1 (ru) 2013-01-30
RU2009100935A (ru) 2010-07-20
US20110272528A1 (en) 2011-11-10
RU2398717C1 (ru) 2010-09-10
EA201100338A1 (ru) 2011-10-31
EP2390188A4 (en) 2013-04-03
EP2390188B1 (en) 2014-06-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2398717C1 (ru) Способ доставки грузов в космос и система его осуществления
RU2451631C1 (ru) Способ энергообеспечения космических аппаратов-накопителей
Oleson et al. Compass final report: Nuclear electric propulsion (NEP)-chemical vehicle 1.2
EP2602465B1 (en) Methods and systems for propelling an externally feeded vehicle
RU2385275C1 (ru) Способ передачи рабочего вещества для двигателей космических летательных аппаратов и система его реализации
Ilin et al. A survey of missions using VASIMR for Flexible Space Exploration
US20140306066A1 (en) Methods of Delivering Items in Space
Jones et al. PHARO—Propellant harvesting of atmospheric resources in orbit
Rapeti In-Space Electric Propulsion Systems-The Future of Spacecraft Propulsion Technologies
Donahue Solar electric and nuclear thermal propulsion architectures for human mars missions beginning in 2033
Palaszewski Atmospheric mining in the outer solar system: mission scenarios and options for in-situ resource utilization
Kehayas Earth-to-space and high-speed “air” transportation: an aerospaceplane design
Shubov Feasibility Study for Multiply Reusable Space Launch System
Davy et al. Skylon Space Plane
Toki et al. Aerothermodynamic Optimization of a TSTO Concept With a Liquid Air Cycle
Komerath Rocket-augmented two stage runway based space access architecture
Penn Spacelift considerations to support space solar power
Powell et al. StarTram: An International Facility to Magnetically Launch Payloads at Ultra Low Unit Cost
Taylor et al. Evaluation of an impulse gravity generator based beamed propulsion concept
Mattingly A simpler ride into space
Bond et al. Air liquefaction and enrichment system propulsion in reusable launch vehicles
Sorensen et al. Air launch and LOX collection as enabling technologies for future launch systems
Bulman Deep Space Propulsion Requirements Development
Froning Jr Investigation of antimatter air-breathing propulsion for single-stage-to-orbit ships
FRONING, JR et al. Aerospace plane applications for heavy lift missions to the moon andMars

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10731435

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201100338

Country of ref document: EA

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 13144275

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2010731435

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: a201109200

Country of ref document: UA