Зарегистрировать программу, оформить права на базу данных 

Патент доставки груза и способ исследования грунта небесного тела

Ученые из Омского государственного технического университета зарегистрировали патент «Способ доставки полезного груза в грунт небесного тела и устройство его реализации.

Важным моментом при реализации космических программ всегда были обязательные исследования грунта планет Солнечной системы, их спутников или астероидов. Горные породы и образцы почвы небесных тел помогают учёным в создании теорий происхождения космоса, возникновении планет, объяснении множества процессов, происходящих во Вселенной. Добычу полезных ископаемых и сырья, не имеющего аналогов на Земле, тоже уже не считают фантастическими проектами, а всерьез рассматривают как перспективные проекты.

 Если говорить о способе получения образцов пород или почвы, то сегодня существуют аппараты, которые позволяют получать подобные материалы. Как правило, это специальные зонды с так называемым «полезным грузом» — комплексом научной аппаратуры (КНА). В него обычно включают гравиметр для измерения массы небесного тела, гироскоп для определения параметров его вращения, сейсмограф для зондирования его внутреннего строения акустическими методами, масс-спектрометр для определения состава пород и различные приборы для измерения прочности и пористости пород, наличия магнитного поля, температуры на разной глубине, токопроводности, радиоактивности, других характеристик. Иногда на зонд ставится второй блок КНА, который не погружается в грунт полностью, а фиксирует космические события, обозревая звёздное небо.

Главным недостатком существующих устройств в первую очередь всегда была малая ударостойкость КНА. При внедрении пенетратора в грунт до сих пор сохраняется угроза полного разрушения КНА. На точность измерений всегда влияет механический контакт КНА с грунтом, так что необходимо минимизировать влияние пенетратора на результаты измерений. Кроме того, должны быть обеспечены устойчивая радиосвзь с Землей и гарантия взаимодействия и синхронизации двух блоков КНА. К тому же за время космических путешествий сильно снижается емкость аккумуляторов: так к комете Чурюмова-Герасименко зонд Розетта летел более 10 лет — с марта 2004 года до ноября 2014 года. Примерно такое же время зонд будет доставляться, например, к спутникам Юпитера Ганимеду и Ио. Поэтому почти все существующие способы доставки полезного груза в грунт небесного тела различались в зависимости от компромиссов при решении этих проблем.

Сущность предлагаемых технических решений заключается в следующем.

1. Основа предлагаемого изобретения заключается в следующем:

- (при ударном внедрении в грунт) повышение ударостойкости полезного груза в виде КНА 4 за счет размещения его внутри высокопрочного ледяного балласта 3, служащего дополнительным цельным единым защитным телом;

- (после ударного внедрения в грунт) повышение точности измерений параметров грунта и небесного тела за счет освобождения КНА 4 удалением этого ледяного балласта 3 для обеспечения хорошего механического контакта с грунтом.

При этом повышение ударостойкости обусловлено, в первую очередь, следующим:

а) исключением смещений слоев высокопрочного балласта 3 и жесткой фиксацией полезного груза;

б) снижением ударного удельного давления из-за:

- равномерного его распределения по всей площади сечения этого тела, заостренного спереди «под конус» или «под пирамиду». Подобное активно используется строительстве для повышения ударостойкости ж/б свай (Цой Л.Б. Создание конструкций железобетонных свай с повышенной ударостойкостью и внедрение результатов исследований в практику строительного производства./Автореферат диссертации кандидата технических наук, 05.23.01, Челябинск, 1992.);

- за счет особенностей нагружения тел, погруженных в цельный балласт 3, распределяющих внешнее ударное воздействие в зависимости от угла падения. Это позволяет уменьшить нагрузку на КНА специальных форм с малой площадью фронтального падения ударной волны, например, вытянутых и/или округлых (сигарообразных, круглых и др.) форм КНА. Это применяется у военных: для создания округлых танковых башен, касок, снижающих вероятность пробития снарядом или пулей.

г) преобразованием части кинетической энергии от ударного внедрения в тепловую, рассеянную по всему объему тела.

Подобное повышение ударопрочности объектов широко известно на примере т.н. инклюзов - насекомых, застывших в смоле, превратившейся в янтарь. Ударопрочность такого отдельно взятого насекомого минимальна, но, будучи замурованным в цельное единое тело, приближается к ударопрочности янтаря.

Другой пример основан на динамике тел, погруженных в материалы, в частности в жидкость, который реализуется, например, широко распространенном гидрозаполнении манометров. Так внешнее ударное воздействие существенно гасится, снижается за счет объема жидкости, а с увеличением ее плотности и объема растут и значения этого снижения (Павлюк Ю.С., Сакулин В.Д. Динамика тел, погруженных в жидкость / Вестник ЮУрГУ, Серия «Машиностроение», выпуск 8, с. 15-20.).

Для создания такого цельного единого защитного тела предлагается использовать дистиллированную воду или нафталин, или растворы на их основе. Так из дистиллированной воды можно сформировать три модификации льда (лед-VII, -VIII, -X) с хорошо изученными свойствами как для создания балласта 3, так и для последующего его удаления. Созданный из дистиллированной воды балласт 3 на основе такого льда, будет иметь высокую прочность, защитит полезный груз при ударном внедрении в грунт и одновременно является достаточно легко удаляемым, в первую очередь, за счет нагрева и активной сублимации, не загрязняя космическое пространство по международным соглашениям.

2. В устройстве №1 также предлагается использовать аккумуляторы, активируемые переходом от, так называемого, «спящего» к рабочему режиму ударным воздействием при внедрении устройства в грунт. Это позволяет существенно сэкономить ресурс работы аккумуляторов на время от начала старта с Земли до внедрения в грунт исследуемого небесного тела, которое при исследовании спутников Юпитера, Ганимеда или Ио может составить около 10 лет.
3. В устройстве №1 для увеличения длительности работы после внедрения пенетратора в грунт, а также расширения функциональных возможностей предлагается использовать кабель 16 с возможностями:

- (если он цел) проводной связи;

- (при его обрыве) беспроводной электромагнитной связи между его концами с индуктивной связью и/или радиосвязью и/или волноводной связью, используя его концы в качестве антенн и/или волноводов.

Таким образом, решение омских конструкторов предлагает способ доставки полезного груза к небесному телу, по которому полезный груз помещают внутрь балласта, который обеспечивает полезному грузу дополнительную защиту. Материалом для балласта служат высокопрочные модификации льда — лёд-VII, лёд-VIII или лёд-X. Когда пенетратор внедряется в грунт, балласт удаляется, освобождая полезный груз. Используя данный алгоритм как основу технического решения, российские изобретатели разработали способ доставки полезного груза и устройство.

Патентование изобретений

По материалам сайта Роспатента http://www.rupto.ru

Подробности новой космической технологии можно прочитать в опубликованном патенте