ЛУННЫЕ ЧАСЫ
LUNAR CLOCK

Область техники
Изобретение относится к области часовой техники, к часовым механизмам, а, более конкретно, к механическим либо электромеханическим часам и часовым механизмам усложненного типа, позволяющим отображать времяисчисление на Луне. Данное изобретение позволяет создать лунные часы с периодом «лунно-земных» суток близких к земным.
Уровень техники
Еще в 2013 году Роскосмос и Российская академия наук в рамках работы созданной совместной рабочей группы по изучению космоса стали рассматривать вопрос о пилотируемом полете на Луну в интересах науки (см. статью РИА новости от 29.01.2013 «Луна в цифрах и фактах»).
Как известно Луна - единственный естественный спутник Земли и ближайшее к Земле небесное тело. При этом Луна движется вокруг Земли со средней скоростью 1,02 км/сек по эллиптической орбите против часовой стрелки.
Изучение ближайшего небесного тела осуществлялось довольно давно. На сегодняшний день можно определить точные цифры среднего расстояния до Луны в перигее (ближайшей к Земле точке орбиты Луны), которое составляет 362 тысячи километров, а среднее расстояние в апогее (самой далекой точке орбиты) равно 405 тысяч километров. Эти расстояния измеряются от центра Земли до центра Луны.
Точка апогея и вместе с ней вся орбита обращается вокруг Земли за восемь лет и 310 суток. Среднее расстояние Луны от Земли составляет 384,4 тысячи километров.
Также широко известным и научно доказанным фактом является то, что Луна совершает полный оборот вокруг Земли за период, называемый сидерическим месяцем. Сидерический месяц равен 27 суткам 7 часам 43,2 минутам. Все это время Земля движется вокруг Солнца в том же направлении, что и Луна, поэтому взаимное положение трех тел повторяется не через орбитальный период Луны, а спустя примерно 53 часа после него. Поэтому полнолуние происходит через каждые 29 суток 12 часов 44,1 минуты.
Каждый солнечный год содержит 12,37 лунных месяцев. При этом плоскость орбиты Луны наклонена к плоскости орбиты Земли вокруг Солнца - эклиптике - примерно на 5 градусов.
Не будучи самосветящейся, Луна видна из Земли только в той части, куда падают солнечные лучи, либо непосредственно, либо отраженные Землей. Этим объясняются фазы Луны. При этом поверхность Луны довольно темная, ее альбедо (отражательная способность) равно 0,073, то есть она отражает в среднем лишь 7,3% световых лучей Солнца.
Фигура, образованная физической поверхностью Луны, очень близка к правильной сфере со средним радиусом 1737,5 километров. Центр этой фигуры сдвинут относительно центра масс Луны примерно на 2 километра в сторону Земли. Площадь поверхности лунного шара составляет около 38 миллионов квадратных километров, что составляет лишь 0,074 площади земной поверхности. Объем лунного шара равен 22 миллиардов кубических километров или 0,02 от объема Земли. Соотношение масс Луны и Земли составляет 1:81,3.
Луна оказывает влияние на Землю - ее гравитационное поле вызывает колебание уровня воды в акваториях Земли, приливы и отливы.
Интересным фактом является то, что ускорение силы тяжести на поверхности Луны в шесть раз меньше, чем на Земле. Вследствие малого притяжения Луна не имеет атмосферы. Не будучи защищена атмосферой, поверхность Луны нагревается днем до плюс 110 градусов Цельсия, а ночью остывает до минус 120 градусов.
Луна вращается относительно Солнца с периодом, равным синодическому месяцу, поэтому день на Луне длится почти 15 суток и столько же продолжается ночь.
Этот краткий ракурс позволяет понять основные термины и определения, используемые в настоящей заявке.
В уровне техники довольно большой перечень часов, выполненных с возможностью отображения лунных фаз, периодов вращения Луны и отображения лунных месяцев.
В частности известны часы по патентному документу RU 2124749 С1, опубликованному 10.01.1999, согласно которому в часовых циферблатах отображается изменение фаз Луны, при этом используется хронометр, имеющий круглый циферблат, для аналогового отображения времени дня, по поверхности которого на дискретной основе отображается изменение фаз Луны с помощью постепенного затенения цвета по всему циферблату в соответствии с 28-дневным лунным циклом содержат индикатор фаз Лузы на циферблате.
Недостатком этого решения является то, что указанные часы не могут выдавать информацию в лунно-земном времяисчеслении, так как все периоды времени в часовом механизме настроены на земное время.
Также известно решение по патенту RU 2564452 С1, опубликованному 10.10.2015, в котором раскрываются часы с индикатором фаз Луны, содержащие корпус, циферблат, часовой механизм и устройство индикации фаз Луны, выполненное в виде индикатора фаз Луны и индикаторной поверхности, имеющей двенадцать частей, индикатор фаз Луны выполнен в виде стрелки со смотровым отверстием, через которое происходит наблюдение за сменой лунных фаз, которая приводится в движение часовым механизмом через кинематическую связь и совершает один оборот за период, близкий двенадцати синодическим месяцам, а в качестве индикаторной поверхности используется поверхность циферблата с нанесенными на него областями, обозначающими освещенную и неосвещенную части Луны, разделенными кривой, построенной по синусоидальной функции на окружности и имеющей двенадцать периодов, соответствующих двенадцати синодическим месяцам, причем соотношение этих областей, наблюдаемых через смотровое отверстие стрелки индикации фаз Луны, соответствует соотношению освещенной и неосвещенной части Луны, наблюдаемой в определенный момент времени с Земли.
Недостатком данного решения также является невозможность отображения циклов формирования периодов исчисления, связанных с астрономическими событиями, наблюдаемыми с Луны, в случае нахождения пользователя на поверхности Луны.
В связи с тем, что заявителю не удалось обнаружить в уровне техники технических решений, раскрывающих возможность осуществления времяисчисления относительно такого небесного тела как Луна, данное изобретение можно считать пионерским в данной области техники.
Задача и технический результат
Задачей и техническим результатом заявленного изобретения является создание прибора времени, позволяющего формировать исчисление времени относительно такого небесного тела как Луна, то есть создание прибора времени, позволяющего обеспечить возможность отображения циклов формирования периодов исчисления, связанных с астрономическими событиями, наблюдаемыми с Луны, в случае нахождения пользователя на поверхности Луны. При этом обеспечивается точность индикации лунно-земного времени, а также простота конструкции часов, уменьшение габаритов часов с одновременным повышением надежности за счет отсутствия сложных многоэлементных механизмов.
Сущность изобретения
Поставленная задача решается, а требуемый технический результат при использовании изобретения достигается тем, что часы для индикации лунно-земного времени содержат корпус, часовой механизм, циферблат и стрелочный механизм, при этом часовой механизм дополнительно содержит
редуктор, для преобразования скорости вращения часовых колес земного времени в лунное-земное время, при этом лунно-земные сутки определяются равными 24 часам 50 минутам 28 секундам,
средство индикации лунно-земного времени и/или средство индикации движения поверхности Земли, видимой с Луны.
При этом часовой механизм может быть стандартным 12-ти или 24-ти часовой индикации.
В варианте выполнения передаточное соотношение для выбора чисел зубьев колес редуктора может быть любым из:
29/28=1,035714
59/57=1,0350877
443/428=1,035056
502/485=1,0350515
2451/2368=1,0350506
24953/24108=1,03505060
Кроме этого передаточное число редуктора достаточно близко или равно к астрономически вычисленному значению 1,0350501 земных суток.
Также в вариантах выполнения средство индикации лунно-земного времени может быть выполнено в виде указателя лунно-земного времени и циферблата лунно-земного времени.
Кроме этого средство индикации поверхности Земли, видимой с Луны может содержать модель Земли.
При этом модель Земли может быть выполнена в виде 3D модели.
Вариативно на модель Земли нанесены изображения материков, меридианов, полюсов, океанов.
Кроме этого в частном случае выполнения модель Земли вращается с периодом вращения, равным или приблизительно равным астрономически вычисленному значению 1,0350501.
Также в частном случае выполнения средство индикации поверхности Земли, видимой с Луны дополнительно содержит подвижную полусферу для дополнительной индикации фаз Земли, видимых с Луны.
Кроме этого в вариантах выполнения на циферблате дополнительно установлены индикаторы фаз Луны, отображающие синодический месяц и/или индикаторы лунных дней, выполненных, в частности, в виде циферблата с разметкой от 1 до 29,5.
Также вариативно, часы могут быть выполнены в виде наручных, настольных, напольных, настенных или карманных часов.
При этом в одном варианте выполнения редуктор может быть кинематически связан со стандартным часовым колесом часового механизма, которое делает один оборот за 12 часов.
При этом в другом варианте выполнения редуктор может быть кинематически связан с валом базового часового механизма, который вращается со скоростью один оборот час, то есть осуществляет индикацию минут.
Кроме этого в еще одном варианте выполнения редуктор может быть кинематически связан с валом базового часового механизма, который вращается со скоростью один оборот в минуту, то есть осуществляет индикацию секунд.
Поставленная задача решается, а требуемый технический результат при использовании изобретения достигается тем, что в способе осуществления индикации лунно-земного времени
определяют длинный отрезок времени, равный периоду синодического месяца 29,53 земных суток,
определяют период вращения Земли вокруг своей оси, видимое на обращенной к Земле стороне Луны, равный 24 часам 50 минутам и 28 секундам либо 1,0350501 суток,
также обеспечивают заданную скорость/период вращения в стандартном часовом механизме путем реализации редуктора, преобразующего скорость вращения часовых колес земного времени в лунно-земное.
Краткое описание чертежей
Конструктивно в показанном на чертежах предпочтительных, но не единственных обязательных, вариантах выполнения заявляемые лунные часы, позволяющие формировать исчисление времени относительно такого небесного тела как Луна включают следующие детали:
1. Корпус
2. Часовая стрелка
3. Минутная стрелка
4. Циферблат часов
5. Средство крепления к руке
6. Указатель лунно-земного времени
7. Циферблат лунно-земного времени
8. Часовое колесо
9. Суточное колесо
10. Первый триб редуктора
11. Первое колесо редуктора
12. Второе колесо редуктора
13. Третье колесо редуктора
14. Четвертое колесо редуктора
15. Второй триб редуктора
16. Колесо привода модели Земли
17. Модель Земли
18. Полусфера неосвещенной стороны Земли
19. Коронное колесо.
20. Ось модели Земли.
На фигуре 1 изображено схематическое вращение Земли и Луны.
На фиг. 2 приведен вариант реализации механизма с использованием стандартного часового механизма с индикацией лунно-земного времени на 24-часовом циферблате с помощью часовой стрелки.
На фиг. 3 показан вариант выполнения часов с возможностью демонстрации вращения Земли, видимой с Луны в реальном времени.
На фиг. 4 показан вариант часов, индикация лунно-земного времени в которых выполнена отдельно на дополнительном циферблате при помощи указателя 6 и циферблата 7.
На фиг. 5 показан вариант часов, выполненных с возможностью демонстрации вращения с вычисленной скоростью 3D модели Земли, видимой с Луны.
На фиг. 6 показан вариант часов, выполненных с возможностью демонстрации вращения с вычисленной скоростью 3D модели Земли, видимой с Луны с одновременной индикацией фаз Земли.
Осуществление изобретения
Разберем задачу нашего изобретения - формирование исчисления времени на Луне. Более конкретно разберем обеспечение возможности отображения циклов формирования периодов исчисления, связанных с астрономическими событиями, наблюдаемыми с Луны, в случае нахождения пользователя на поверхности Луны.
Известно, что на Земле традиционно использую следующие циклы исчисления времени:
- периоды суточного вращения Земли, которые сформировали такие понятия как смена дня и ночи и сутки,
- периоды годового вращения Земли вокруг Солнца, которые сформировали понятия год, а из-за наклона земной оси появилось понятие сезонов.
- смена фаз Луны, с периодом около 29,5 дней привела к появлению семидневной недели и месяцев.
Теперь рассмотрим астрономические события, наблюдаемые с Луны.
Для наблюдателя находящегося на видимой стороне Луны, существуют несколько циклов для формирования периодов исчисления времени, а точнее их всего два:
1. Главным, безусловно является движение Солнца и так называемая смена дня и ночи. Период смены дней и ночи на Луне естественно равен смене лунных фаз и периоду синодического месяца - 29,53 земных суток.
2. Второй период, и второе важное астрономическое событие близкое по периоду к земному, - это видимое на обращенной стороне Луны, то есть видимое с Луны, вращение Земли вокруг своей оси. Период этого вращения составляет 24 часа 50 мин и 28 сек. Подробное вычисление указанного периода приведено ниже. Заявитель назвал этот период лунно-земные сутки.
Поскольку первый период (29,53 земных суток) пригоден для более длинных отрезков времени, близких к земному месяцу, то необходимо найти и использовать более короткие отрезки времени, близкие к земным суткам.
Предложенный способ и реализованное устройство позволяют установить удобное времяисчисление на Луне. При реализации заявленного изобретения фактически реализуются так называемые лунные часы с периодом «лунно-земных» суток близких к земному. Для удобства предлагается разделить «лунно-земные» сутки на 24 часа, один час разделить на 60 минут, в свою очередь минуту разделить на 60 секунд.
Лунно-земные сутки определяются как равные 24 часам 50 минутам и 28 секундам в земном времяисчислении. Разберем как находится этот период времени.
Учитывая все вышеизложенные данные не сложно рассчитать, что Лунно-Земной час равен 61,83 минутам в земном времяисчислении, а Лунно-Земная минута равна 61,83 секундам в земном времяисчислении.
Вычислим период вращения Земли вокруг своей оси, видимое с Луны.
1
Как известно, скорость вращения Земли W=360°/сутки.
2
В свою очередь среднесуточное синодическое движение Луны на орбите W=12,190749°/сутки.
На фиг. 1 показано схематическое движение Земли и Луны.
Время, через которое Луна снова будет находиться в наивысшей точке над горизонтом обозначим t.
Очевидно, что за время t Земля делает на один оборот больше, чем Луна:
Из уравнения 1 находим время t
Теперь переведем указанные сутки в часы, минуты и секунды:
1,0350501 суток = 24 часа 50 минут 28.33 секунд (период времени лунно-земных суток).
Таким образом мы получаем лунно-земные сутки равные 24 часам 50 минутам и 28 секундам.
За указанный период времени Луна переместится по своей орбите на угол, равный
В тоже время Земля сделает один оборот вокруг своей оси относительно наблюдателя с Луны.
Для обеспечения заданной скорости/периода вращения, мы можем использовать стандартный часовой механизм с дополнительным редуктором для преобразования скорости вращения земного времени в лунно-земное.
В примере ниже приведен вариант реализации механизма с использованием стандартного часового механизма с индикацией лунно-земного времени на 24-х часовом циферблате с помощью часовой стрелки.
На фиг. 2 раскрывается пример реализации механизма привода индикации лунно-земного времени с помощью стандартного часового механизма с индикацией лунно-земного времени на 24-х часовом циферблате с помощью часовой стрелки.
Как показано на фиг. 2 от часового колеса 8 стандартного часового колеса часового механизма, которое делает один оборот за 12 часов, движение передается на суточное колесо 9, делающее один оборот в сутки. Далее от суточного колеса 9 движение передается на редуктор, преобразующий движение земного времени в движение лунно-земного времени. Передаточное число редуктора выбирается близким к 1,0350501.
Ниже приведены несколько соотношений, для выбора чисел зубьев колес.
29/28=1,035714
59/57=1,0350877
443/428=1,035056
502/485=1,0350515
2451/2368=1,0350506=3×19×43/26×37
24953/24108=1,03505060
Автором было выбрано следующее соотношение 2451/2368 и следующие пары колес 6/16×19/8×43/37, которые дают передаточное число редуктора 1,0350506, что достаточно близко к астрономическому вычисленному значению (1,0350501).
Построенный редуктор состоит из триба 10, зубчатых колес 11, 12, 13, 14 и триба 15 (см. фиг. 2).
Триб 10 находится на оси суточного колеса, посредством которого вращение передается на первое колесо редуктора 11. На оси колеса 11 находится колесо 12, которое в свою очередь передает вращение на колесо 13. На оси колеса 13 находится колесо 14, которое передает вращение трибу 15, совершающему один оборот за одни лунно-земные сутки. На оси триба 15 установлена стрелка лунно-земного часа 6.
Другой вариант исполнения приведен на фиг. 3. Как показано на чертеже возможен вариант выполнения без индикации лунно-земного времени. В то же время присутствует демонстрация вращения Земли видимое с Луны в реальном времени. Для этого в часы установлена подвижная миниатюрная модель с Земли 17 с возможностью нанесения на ее поверхность изображений материков, меридианов и т.д.
Как следует из фиг. 3 на трибе редуктора 15 установлено колесо привода модели Земли 16. От колеса 16 движение передается на коронное колесо 19, которое закреплено на оси 20, на котором также закреплена модель Земли 17, которая делает один оборот за лунно-земные сутки.
Индикацию лунно-земных минут или секунд можно также выполнить с помощью аналогичного редуктора с передаточным числом близким к 1,0350501, например, соединив его к секундной или минутной оси.
Также для индикации данного периода можно использовать разные способы, например такие как показаны на фигурах 4, 5 и 6.
В частности, как показано на фиг. 4 индикацию возможно сделать при помощи отдельного циферблата на часах (указатель лунно-земного времени 6 и шкалы на циферблате лунно-земного времени 7). Причем это может быть, как индикация только часов, но также часов, минут и секунд.
Также в дополнительном варианте выполнения, показанной на фиг. 5, индикацию осуществляют при помощи вращающейся с выше вычисленной скоростью 3D модели Земли.
Кроме этого возможно реализовать индикацию дополнительно фаз Земли видимых с Луны как показано на фиг. 6. Согласно данному варианту реализации помимо вращающейся Земли, видимой с Луны, обеспечить вращение подвижной полусферы 18 вокруг модели Земли 17 за период близкий к одному синодическому месяцу.
Отметим, что возможность реализации подвижного механизма полусферы был раскрыт заявителем в патенте RU 2426165 С1, опубликованный 10.08.2011 и приведен в настоящей заявки в качестве ссылки в полном объеме.
Также помимо индикации Лунно-Земного времени, дополнительно на циферблате можно установить индикацию фаз Луны (синодический месяц) или индикацию Лунных дней (циферблат с разметкой от 1 до 29,5).
Результатом настоящего изобретения является разработка прибора времени, содержащего простой механизм редуктора, реализация которого позволит без дополнительного усложнения стандартного часового механизма обеспечит высокую точность индикации лунно-земного времени на механических и электромеханических часах.
Таким образом обеспечивается достижение требуемого технического результата, а именно создание прибора времени, позволяющего формировать исчисление времени относительно такого небесного тела как Луна, то есть обеспечение возможности отображения циклов формирования периодов исчисления, связанных с астрономическими событиями, наблюдаемыми с Луны, в случае нахождения пользователя на поверхности Луны. При этом обеспечивается точность индикации лунно-земного времени, а также простота конструкции часов, уменьшение габаритов часов с одновременным повышением надежности за счет отсутствия сложных многоэлементных механизмов.
Учитывая новизну совокупности существенных признаков, техническое решение поставленной задачи, изобретательский уровень и существенность всех общих и частных признаков изобретения, доказанных в разделе «Уровень техники» и «Раскрытие изобретения», доказанную в разделе «Осуществление и промышленная реализация изобретения» техническую осуществимость и промышленную применимость изобретения, решение поставленных изобретательских задач и уверенное достижение требуемого технического результата при реализации и использовании изобретения, по нашему мнению, заявленная группа изобретений удовлетворяет всем требованиям патентоспособности, предъявляемым к изобретениям.
Проведенный анализ показывает также, что все общие и частные признаки изобретения являются существенными, так как каждый из них необходим, а все вместе они не только достаточны для достижения цели изобретения, но и позволяют реализовать изобретение промышленным способом.