Космический корабль

Полезная модель относится к ракетной технике и может быть использована при создании межпланетных космических кораблей и транспортно-энергетических модулей.
Известно устройство транспортно-энергетического модуля (ТЭМ), описанная в статье Коротеева А.С., Акимова В.Н., Гафарова А.А. «Создание и перспективы применения космической ядерной энергетики в России» (с. 3-15, журнал «Полет №7, 2007 г.), который состоит из энергетической установки с термоэмиссионным преобразователем тепловой энергии в электрическую энергию, классическим холодильником-излучателем (ХИ) и двигательной установки на основе ионных двигателей.
Известно устройство транспортно-энергетического модуля, описанная в статье Коротеева А.С., Акимова В.Н., Гафарова А.А. «Создание и перспективы применения космической ядерной энергетики в России» (с. 3-15, журнал «Полет №7, 2007 г.), который состоит из энергетической установки с газотурбинным преобразователем тепловой энергии в электрическую энергию, капельным холодильником-излучателем и двигательной установки на основе ионных двигателей.
Недостатком устройств-аналогов является отсутствие защиты экипажа, а также приборов и устройств, чувствительных к воздействию космического излучения.
Прототипом является транспортно-энергетический модуль, описанный в статье "Перспективы и эффективность применения космических ядерно-энергетических установок и ядерных электроракетных двигательных установок" Легостаева В.П. Лопота В.А., Синявского В.В. (журнал Космическая техника и технологии №1/2013), включающий в своем составе: источник тепловой энергии, газотурбинный преобразователь (ГТП), классический холодильник-излучатель, энергодвигательные установки ЭДУ).
Устройство по прототипу функционирует следующим образом: тепло от источника тепловой энергии переходит на ГТП. В результате часть тепла преобразуется в электрическую энергию для питания бортовых систем, оставшаяся часть идет в КХИ, посредством которого сбрасывается в окружающее пространство. Электрическая энергия направляется на обеспечение функционирования ЭДУ и бортовых систем.
Недостатком прототипа является отсутствие защиты экипажа, приборов и устройств от космического излучения.
Технической задачей, вытекающей из критики аналогов прототипа, является разработка конструкции устройства, обеспечивающего защиту экипажа, приборов и устройств межпланетного корабля от негативных факторов космического пространства, а именно заряженных частиц и электромагнитного излучения.
Указанная техническая задача решается тем, что во внутреннем объеме космического корабля создается электромагнитное поле за счет наведенной поляризации элементов модуля, осуществляемой их подключением к источнику напряжения. Для этого на стороне холодильника-излучателя (ХИ), обращенной к двигательной установке, нанесен эмиссионный слой из материала с низкой работой выхода электронов (с высокой эмиссией при нагреве). Причем эмиссионный слой имеет форму острий. Панель с ХИ и эмиссионным слоем представляет собой катод. Напротив ХИ расположена панель, соединенная с панелью ХИ с эмиссионным слоем через источник напряжения для создания электростатического поля между ними. Указанная панель является анодом. Жилой отсек космического корабля располагается между двумя этими панелями: катодом и анодом.
При нагреве панели с острийным эмиссионным слоем до высоких температур, например, за счет движения теплоносителя с теплом, забранным на выходе из газотурбинного преобразователя, и в присутствии приложенного поля с этого эмиссионного слоя начинают выходить горячие электроны, происходит явление термоавтоэлектронной эмиссии. За счет действия электростатического поля они движутся ко второй панели.
Движущаяся по направлению к космическому кораблю заряженная частица космического пространства притягивается к электрону, в результате она тормозится. Кроме того, на заряженную частицу космического пространства начинает действовать магнитное поле, которое отклоняет эту частицу от направления движения к жилому отсеку, приборам и устройствам космического корабля.
В случае электромагнитного излучения космического пространства, например, рентген или гамма, падающего на электрон, электрон поглощает это излучение с последующим увеличением кинетической энергии этого электрона и излучением кванта другой частоты, отличной от частоты падающей волны электромагнитного излучения космического пространства. В результате энергия электромагнитного излучения космического пространства рассеивается на электронах. При этом увеличивается энергия электронов, которая может быть перенаправлена в полезную нагрузку.
Технический эффект, достигаемый в результате реализации полезной модели, заключается в обеспечении защиты экипажа за счет рассеивания энергии электромагнитного излучения космического пространства и заряженных частиц космического пространства при их взаимодействии с электронами термоавтоэмиссии. При этом одновременно отводится тепло, например, от холодильника-излучателя, что позволит сократить его габариты и массу. Также за счет передачи энергии от излучения и заряженных частиц космического пространства электронам термоавтоэмиссии, в цепи генерируется дополнительная электрическая энергия.
Заявляемая полезная модель представлена на чертеже.
Космический корабль включает в своем составе: 1 - источник тепловой энергии; 2 -газотурбинный преобразователь (ГТП); 3а - панель холодильника-излучателя (ХИ), 3б - панель, воспринимающая электроны термоавтоэлектронной эмиссии (анод); 4 - эмиссионный слой; 5 - жилой отсек; 6 - энергодвигательная установка.
1 - источник энергии - является источником тепловой энергии для преобразователя; 2 - ГТП преобразует тепловую энергию в электричество, создает разницу потенциалов между панелями 3а и 3б; 3а - панель ХИ -служит для переизлучения тепловой энергии от ГТП 2 в окружающее пространство, а также для передачи тепла эмиссионному слою, при этом ГТП 2 гидравлически последовательно связан с ХИ 3а так, что разогретое рабочее тело от ГТП 2 через трубопроводы поступает в ХИ 3а, 3б - анод - служит для восприятия электронов, вышедших из эмиссионного слоя; 4 - эмиссионный слой - предназначен для эмиссии электронов с поверхности ХИ; 5 - жилой отсек космического корабля - служит для обеспечения жизненных условий команды экипажа космического корабля; 6 - энергодвигательная установка -служит для создания движущей силы в космическом пространстве.
Заявляемая полезная модель работает следующим образом: тепло от источника тепловой энергии 1 поступает в газотурбинный преобразователь 2. В газотурбинном преобразователе 2 происходит преобразование тепловой энергии в электричество. Тепло на выходе ГТП 2 посредством теплоносителя переносится в панель ХИ 3а, с которой гидравлически последовательно связан ГТП 2. В результате панель ХИ 3а начинает нагреваться и нагревать эмиссионный слой 4. В присутствии электростатического поля при нагреве эмиссионного слоя 4 с последнего начинает выходить большое количество электронов. В результате между панелями 3а и 3б создается электронная завеса. При попадании заряженной частицы в область завесы, заряженная частица космического пространства начинает притягиваться к электронам, одновременно с этим на него действует магнитное поле, которое отклоняет заряженную частицу космического пространства от направления движения к космическому кораблю. При попадании на электрон электромагнитного (рентген или гамма) излучения космического пространства, за счет действия электрического и магнитного поля падающей волны электрон ускоряется, ускоренный электрон излучает электромагнитные волны. В результате, энергия падающей электромагнитной волны космического пространства переходит в энергию рассеянной волны. Так происходит рассеяние электромагнитного излучения космического пространства. Далее, электроны воспринимаются анодом (панелью 3б) и через источник электрической энергии, которым является газотурбинный преобразователь 2, поступают к эмиссионному слою 4. Далее начинается новый цикл движения электронов - обеспечения защиты.
Технический эффект, достигаемый в результате реализации полезной модели, заключается в обеспечении защиты экипажа, приборов и устройств от негативных факторов космического пространства - электромагнитного излучения и заряженных частиц. А также, в процессе работы полезной модели вырабатывается дополнительная электрическая энергия, которая является частью энергии электромагнитного излучения космического пространства и заряженных частиц космического пространства. Так повышается энергоэффективность космического корабля. Кроме того, обеспечивается дополнительный теплоотвод от ХИ, что позволяет снизить его габариты, а это, в свою очередь позволяет снизить массу, габариты и стоимость космического корабля и космического путешествия. Помимо этого, вокруг экипажа создается магнитное поле, которое частично компенсирует отсутствие магнитного поля Земли.