Часы с индикатором расстояния от Марса до Солнца
CLOCK WITH INDICATOR OF DISTANCE FROM MARS TO SUN

Область техники
Изобретение относится к области часовой техники, а, более конкретно, к часовым механизмам усложненного типа, имеющим дополнительную функцию индикации расстояния от Марса до Солнца.
Уровень техники
Марс-это планета земной группы с разреженной атмосферой.
Начиная с 1960-х годов непосредственным исследованием Марса с помощью автоматической межпланетной станцией (АМС) занимались СССР (программы «Марс» и «Фобос»), США (программы «Маринер», «Викинг», «Mars Global Surveyor» и другие), Европейское космическое агентство (программа «Марс-экспресс») и Индия (программа «Мангальян»). На сегодняшний день Марс - самая подробно изученная планета Солнечной системы после Земли.
Климат на Марсе, как и на Земле, носит сезонный характер. Угол наклона Марса к плоскости орбиты почти равен земному и составляет 25,1919°; соответственно, на Марсе, так же как и на Земле, происходит смена времен года.
Важной особенностью марсианского климата также является то, что эксцентриситет орбиты Марса значительно больше земного, он один из самых больших в Солнечной системе, разница между расстояниями в афелии и перигелии огромна, более 20%, и на климат Марса сильно влияет расстояние до Солнца.
Ближайшую к Солнцу точку орбиты - перигелий - Марс проходит во время разгара зимы в северном полушарии и лета в южном. Наиболее удаленную от Солнца точку орбиты - афелий - Марс проходит во время разгара зимы в южном полушарии и соответственно лета в северном. Вследствие этого климат северного и южного полушарий различается. Для северного полушария Марса характерны более мягкая зима и прохладное лето; в южном полушарии зима более холодная, а лето более жаркое. В холодное время года даже вне полярных шапок на поверхности Марса может образовываться светлый иней.
Зная о том, на каком расстоянии находится Марс от Солнца можно учесть многие параметры, влияющие на состояние приборов, в частности марсоходов, находящихся на поверхности Марса. Известно, что эксцентриситет марсианской орбиты один из самых больших в солнечной системе. То есть изменение расстояния от Солнца до Марса сильно влияет на приливные силы в поле притяжения Солнца и Марса, количество тепла, количество солнечного света (освещенности), количество солнечной энергии и количество радиации, регистрируемых на поверхности Марса.
Кроме этого информация о величине расстояния между Солнцем и Марсом в конкретный момент земного времени имеет важное значение при проведении астрономических наблюдений и вычислений, как с Земли, так и Марса.
Кроме этого расстояние между Солнцем и Марсом может быть использовано как дополнительный индикатор при расчете положения Марса на орбите, а также для вычисления моментов великих противостояний Марса, в совокупности с индикатором противостояний, раскрытым в патентных документах RU 2685766 и RU 2681297, приведенных в настоящей заявке в качестве ссылок в полном объеме. При этом в том случае, когда предложенный индикатор расстояния от Марса до Солнца укажет на минимальное расстояние, близкое к точке перигелия орбиты Марса и при наступлении противостояния, можно будет с точностью обозначить этот период как момент великого противостояния Марса.
До настоящего времени не было известно технических решений, раскрывающих приборы времени, например, наручные или стационарные часы, выполненные с возможностью индикации расстояния между Солнцем и Марсом. Вместе с тем, как уже указывалось выше, данное решение является необходимым в настоящих реалиях в свете развития космических программ и планирования осуществления пилотируемых полетов на Марс и колонизации Марса. Такие проекты как запланированный полет человека на Марс с помощью пилотируемого космического корабля Роскосмос, НАСА и EKA объявили своей целью в XXI веке. Таким образом, планируемое осуществление прямого включения человеческого разума в исследование Марса, как части окружающего мира является задачей современных ученых.
В этой связи и учитывая все вышеуказанные факторы, влияющие как на обеспечение работоспособности технических средств на Марсе, так и на возможность планирования и совершения межпланентных перелетов в периоды противостояния/великого противостояния Марса, необходимость создания настоящего изобретения является очевидной. Автором предложено устройство, позволяющее наблюдать расстояние от Солнца до Марса в реальном времени.
Использование этого прибора важно при проведении астрономических наблюдений и вычислений, как с Земли, так и Марса.
Таким образом автором не выявлено решений направленных на создание часов, способных отображать расстояние от Марса до Солнца.
В виду заявленных предполагаемых планов по дальнейшему освоению и изучению Марса у будущих исследователей, космонавтов, ученых, беспилотных аппаратов, марсоходов и т.п. будет острая потребность в определении расстояния от Марса до Солнца в связи с очень большим эксцентриситетом орбиты Марса.
Задача и технический результат
Техническая задача, решаемая настоящим изобретением, и технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, заключается в создании прибора времени с механизмом индикации расстояния от Марса до Солнца. Заявленное техническое решение позволяет наблюдать расстояние от Марса до Солнца в реальном времени без использования дополнительных приборов и/или устройств, и/или систем, и/или сервисов, которые обеспечивают межмашинные коммуникации и охватывают различные протоколы связи, домены и приложения. Кроме этого отсутствует необходимость делать дополнительные вычисления для определения расстояния между Марсом и Солнцем.
Раскрытие изобретения
Поставленная цель, требуемый и получаемый при использовании изобретения технический результат достигаются тем, что прибор времени содержит корпус, циферблат, часовой механизм, и дополнительно содержит механизм индикации расстояния между Марсом и Солнцем, посредством которого отображается величина расстояния между Марсом и Солнцем в текущем времени земных суток или марсианских суток.
При этом механизм индикации расстояния между Марсом и Солнцем содержит кулачок расстояния между Марсом и Солнцем.
Кроме этого часовой механизм связан с кулачком уравнения времени при помощи кинематической связи.
При этом кинематическая связь может быть осуществлена посредством редуктора.
В тоже время механизм индикации включает средство индикации, которое позволяет отобразить величину расстояния между Марсом и Солнцем.
При этом средство индикации включает стрелку-указатель расстояния между Марсом и Солнцем и шкалу расстояния, с отмеченными на ней величинами расстояния между Марсом и Солнцем.
В варианте выполнения стрелка-указатель расстояния между Марсом и Солнцем может быть выполнена подвижной и перемещаться относительно шкалы расстояния.
В дополнительном варианте выполнения стрелка-указатель расстояния между Марсом и Солнцем может быть выполнена неподвижной, а относительно нее может перемещаться подвижная шкала расстояния
При этом величина расстояния между Марсом и Солнцем может быть указана как в астрономических единицах, так и в километрах.
Поставленная цель, требуемый и получаемый при использовании изобретения технический результат достигаются тем, что в способе отображения расстояния между Марсом и Солнцем, используют вышеуказанный прибор времени.
Краткое описание чертежей
Сущность изобретения поясняется чертежами: Конструктивно в предпочтительном, но не единственно обязательном, варианте исполнения заявляемое устройство индикации расстояния от Марса до Солнца включает следующие детали:
1 - Корпус
2 - Заводная головка
3 - Ремешок
4 - Часовая стрелка
5 - Минутная стрелка
6 - Шкала расстояния
7 - Стрелка-указатель расстояния от Марса до Солнца
8 - Кулачек расстояния от Марса до Солнца
9 - Циферблат
10 - Гребенка
11 - Щуп гребенки
12 - Зубчатая часть гребенки
13 - Колесо стрелки уравнения времени
14 - Колесо выборки люфта
15 - Пружина выборки люфта
16 - Штифт колеса выборки люфта
17 - Минутный триб
18 - Часовое колесо
19 - Вексельный триб
20 - Вексельное колесо
21 - Суточное колесо
22 - Первый триб редуктора
23 - Первое колесо редуктора
24 - Второй триб редуктора
25 - Второе колесо редуктора
26 - Третий триб редуктора
27 - Третье колесо редуктора
На фиг. 1 показан график расстояния от Солнца до Марса, построенный по данным, представленным в таблице 1.
На фиг. 2 показаны часы с индикатором расстояния от Солнца до Марса.
На фиг. 3 показана вариант построения кулачка расстояния от Марса до Солнца.
На фиг. 4 показан вариант механизма привода индикации расстояния между Марсом и Солнцем, согласно которому расстояние между Солнцем и Марсом отображается на шкале расстояния 6 при помощи стрелки указателя расстояния 7.
Осуществление изобретения
Для реализации изобретения в первую очередь необходимо вычислить расстояние от Солнца до Марса.
Для этого нам понадобятся следующие данные:
- орбитальные характеристики Марса (эксцентриситет марсианской орбиты (е), перигелий, афелий, большая полуось (а), сидерический период обращения (продолжительность года));
- гелиоцентрические координаты Солнца в прямоугольной системе координат;
- гелиоцентрические координаты Марса в прямоугольной системе координат.
Данные об орбитальных характеристиках Марса широко изучены и известны. В частности автор использовал сведения из NASA's Jet Propulsion Laboratory. Mars: Facts & Figures. Solar System Exploration. NASA (https://solarsystem.nasa.gov/planets/mars/overview/). Таким образом, в заявке использовались следующие значения орбитальных характеристик Марса:
- Эксцентриситет марсианской орбиты (е) 0,0933941
- Перигелий 2,06655⋅108 км или 1,381 а. е.
- Афелий 2,49232⋅108 км или 1,666 а. е.
- Большая полуось (а) 2,2794382⋅108 км или 1,523662 а. е.
- Продолжительность марсианского года - 686,92970957 земных суток.
При этом обозначение «а. е.» - это астрономическая единица системе постоянных IERS 2003 равная 149597870691 м (см. IERS CONVENTION, 2003). Далее в заявке все расчеты будут приведены в астрономических единицах. Очевидно, что при желании либо при необходимости можно легко пересчитать астрономические единицы в километры
Учитывая, что планеты по эллиптической орбите, расчет произведен при помощи уравнений эллипса при вычисления координат и расстояния. Поэтому даже с учетом наклона орбиты мы можем рассчитать расстояние от до Солнца, где в качестве точки отсчета можно использовать, например, точку перигелия орбиты Марса.
Для вычисления воспользуемся следующими формулами.
Гелиоцентрические координаты Солнца:
где
0
х - х-координата центра масс Солнца, расстояние от начала координат до фокуса эллипса,
0
у - у-координата центра масс Солнца.
Гелиоцентрические координаты Марса:
где
2
2
а, b - полуоси эллиптической орбиты Марса вокруг Солнца,
2
2
ω=2π/T - круговая частота вращения Марса вокруг Солнца,
2
Т - период обращения Марса вокруг Солнца,
t - переменная.
Расстояние r от Солнца до Марса в произвольный момент времени связано с координатами Солнца и Марса соотношением:
Подставляя (1) и (2) в (3), получим:
Используя соотношение:
2
2
2
2
Sin(ωt)=(1-Cos(ωt))
приведем выражение (4) к виду:
Получим
где
r - расстояние от Солнца до Марса.
Таким образом, используя формулу (6), на каждые сутки марсианского года были получены значения расстояния от Солнца до Марса.
Также была получена кривая расстояния, которая отражает изменение расстояния от Марса до Солнца во времени в течение марсианского года.
Полученные результаты приведены в таблице 1. Учитывая то, что значения в таблице 1 рассчитаны заявителем от 1 до 687 (продолжительность марсианского года), таблица 1 приведена в усеченном виде: приведены периоды от 1 до 7 … от 407 до 413 … от 681 до 687.
По этим значениям был построен кулачек расстояния от Марса до Солнца, представленный на фиг. 3. Конструктивно выбирают наибольшее и наименьшее значение и, исходя из этих значений, выстраивают профиль кулачка расстояния от Марса до Солнца.
Принцип работы устройства.
Рассмотрим устройство часов, представленное на фиг. 4.
Как показано, от минутного триба 17 кинематическое движение передается на вексельное колесо 20 через, далее через вексельный триб 19 на часовое колесо 18, которое делает один оборот за 12 часов. В свою очередь часовое колесо 18 передает движение на суточное колесо 21, которое делает один оборот в сутки.
На оси суточного колеса 21 находится первый триб редуктора 22, который передает движение на первое колесо редуктора 23. На оси первого колеса редуктора находится второй триб редуктора 24, который передает движение на второе колесо редуктора 25. На оси второго колеса редуктора 25 находится третий триб редуктора 26, который передает движение на третье колесо редуктора 27, которое делает один оборот за один марсианский год, который равен примерно 687 земным суткам.
В качестве редуктора преобразующего вращение суточного колеса (один оборот в сутки) во вращение за один марсианский год может использоваться цепочка колес со следующим количеством зубьев:
37/7×78/6×80/8=687,14
На оси третьего колеса редуктора 27 установлен рассчитанный по значениям, указанным в таблице 1, кулачок расстояния от Марса до Солнца 8, который, вращаясь вместе с третьим колесом редуктора 27, приподнимает гребенку 10.
Непосредственно с поверхностью кулачка расстояния от Марса до Солнца 8 взаимодействует щуп гребенки 11, а гребенка 10 также имеет зубчатую часть 12, которая взаимодействует с колесом 13 стрелки-указателя расстояния от Марса до Солнца 7. Стрелка-указатель расстояния от Марса до Солнца 7 показывает величину расстояния от Марса до Солнца на шкале расстояния 6. Для того, чтобы прижать гребенку 10 и щуп гребенки 11 к поверхности кулачка расстояния от Марса до Солнца 8, установлено колесо выборки люфта 14, на котором находится штифт 16, который подпружинивается пружиной выборки люфта 15.
Таким образом, посредством передаточного механизма, раскрытого на фиг. 4 на циферблате часов (например, указанных на фиг. 2) отображается величина расстояния от Марса до Солнца в текущем времени. То есть в любой момент времени земных суток на часах отображается величина расстояния от Марса до Солнца. При этом разбросом времени в 24 земных часа с учетом часовых поясов Земли в данном случае можно пренебречь, поскольку ежедневные изменения расстояния носят несущественный характер (тысячные А.Е.) и на аналоговой шкале часов учитываться не могут.
Заявленное выполнение устройства индикации расстояния от Марса до Солнца дает возможность использовать предложенное решение не только в стационарных часах (напольных, каминных), но и в переносных часах (карманных, наручных и пр.).
При этом в качестве основы для таких часов может быть взят любой стандартно выпускаемый часовой механизм. То есть базовый часовой механизм и стрелочная система могут быть практически любыми из числа известных и применяемых в часовой технике при выполнении ими их обычных для часов функций. Кроме этого часовой механизм может быть выполнен как для 12-ти часовой индикации, так и для 24-ти часовой индикации. Также в часах может быть использован часовой механизм, разработанный автором и раскрытый в патентном документе RU 2685764. Указанный часовой механизм дополнительно содержит редуктор, состоящий из двух соосных зубчатых колес, закрепленных друг с другом жестко либо фрикционно, причем редуктор обеспечивает преобразование скорости вращения элемента стрелочной передачи в скорость вращения механизма, отображающего среднее марсианское солнечное время.
Таким образом, заявленное изобретение решает поставленную перед ним задачу и обеспечивает достижение заявленного технического результата, который заключается в создании прибора времени с механизмом индикации расстояния от Марса до Солнца. Заявленное техническое решение позволяет наблюдать расстояние от Марса до Солнца в реальном времени.
Учитывая новизну совокупности существенных признаков, техническое решение поставленной задачи, изобретательский уровень и существенность всех общих и частных признаков заявленного 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 охраноспособности, 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.