Прибор времени с механизмом индикации близости Марса в период великих противостояний Марса
TIME DEVICE WITH MECHANISM FOR INDICATING PROXIMITY OF MARS DURING PERIOD OF PERIHELIC OPPOSITION OF MARS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к области часовой техники, а более конкретно к часовым механизмам усложненного типа с дополнительными функциями индикации на часах времени наибольшего сближения Марса в период великого противостояния Марса.
Уровень техники.
Известно, что пилотируемый полет на Марс - это запланированный полет человека на Марс с помощью пилотируемого космического корабля. Роскосмос, Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) и Европейское космическое агентство (ЕКА) объявили полет на Марс своей целью в XXI веке.
Также известно, что наиболее удобное для полета на Марс время - это так называемое время противостояния Марса.
Великие противостояния Марса в свою очередь - это эпохи наиболее тесного сближения Земли и Марса. Великие противостояния наступают регулярно, с промежутком в 15 или 17 лет.
Известно, что Земля и Марс - космические соседи, орбита Марса располагается следом за орбитой Земли. Оборот Земли по орбите происходит за год, а Марса - почти за два земных года (точнее - за 686, 94 земных суток). Поэтому Земля, двигаясь по орбите меньшего радиуса, сначала обгоняет медлительный Марс, но вскоре, обогнав его на круг, вновь оказывается в роли догоняющего. Так эти две планеты движутся уже несколько миллиардов лет, регулярно сближаясь и вновь удаляясь друг от друга.
Автором подробно рассматривались механизмы, позволяющие отображать периоды противостояний на часах. Так, например, известен патентный документ RU2685766, опубликованный 23.04.2019, в котором раскрывается прибор времени для индикации цикла противостояния Марса, который содержит корпус, часовой механизм и циферблат, при этом часовой механизм дополнительно содержит индикатор цикла противостояния Марса (ЦПМ), состоящий, по меньшей мере, из указателя ЦПМ и шкалы ЦПМ. Техническим результатом известного решения является создание прибора времени с индикатором, который визуально показывает положение текущей земной даты относительно цикла противостояния и периода противостояния Марса и Земли, который можно использовать как на Земле, так и на Марсе.
Таким образом в указанном патенте раскрывается и учитывается только период времени в 780 суток. Известно, что сближения Земли и Марса происходят примерно через каждые два года; точнее - в среднем через 780 суток. И именно эти события называют «противостояниями», поскольку Марс в это время располагается на небосводе в точке, диаметрально противоположной Солнцу, т.е, с точки зрения земного наблюдателя, он противостоит Солнцу. Бесспорно, это решение пионерское и позволяет осуществить индикацию противостояний. Однако посредством этого устройства не возможно осуществить индикацию наиболее близкого расположения Марса от Земли в период так называемых «Великих противостояний», которые происходят 1 раз в 15-17 лет.
Также автором был зарегистрирован патент RU 2681297, опубликованный 05.03.2019 в котором раскрывается прибор времени для индикации цикла противостояния Марса и Земли, который содержит корпус, часовой механизм и циферблат, при этом часовой механизм дополнительно содержит многофункциональный механизм индикации циклов вращения Земли и Марса, выполненный с возможностью отображения циклов противостояний и великих противостояний. Техническим результатом этого изобретения было создание прибора времени, который обеспечивает одновременную индикацию цикла противостояний и цикла великих противостояний Марса и Земли, индикацию земной даты, индикацию марсианской даты, отображает положение планет Марса и Земли относительно друг друга, что позволяет сравнительно оценить расстояние между планетами. Также заявленное изобретение обеспечивает возможность использования прибора времени как на Земле, так и на Марсе.
В указанном патенте автором раскрывается устройство часов, которые обеспечивают индикацию периодов великих противостояний. Однако, в процессе углубленного изучения заданного вопроса, касающегося индикации периодов великих противостояний Марса выяснилось, что при каждом противостоянии планета Земля и планета Марс встречаются в разных местах своих орбит, приближаясь друг к другу на разное расстояние. Оказалось, что разница расстояний в разные периоды противостояний достигает 40-44 миллиона километров (см., например, https://www.krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/astronomiya/VELIKIE_PROTIVOSTOYANIYA_MARSA.html).
Указанный вывод обусловлен тем фактом, что орбиты планет Марса и Земли немного наклонены друг к другу и эллиптичны. Согласно законам геометрии в том случае, если бы орбиты Земли и Марса были совершенно круглыми и лежали в одной плоскости, то все противостояния этих планет были бы одинаковы. Учитывая эллиптичность орбит и то, что земная орбита лишь чуть-чуть отличается от окружности, в то время как орбита Марса вытянута весьма заметно, а также время между противостояниями, которое немного больше двух лет, получаем, что Земля за это время совершает чуть больше двух оборотов по орбите, а Марс - немного больше одного оборота. Следовательно, при каждом противостоянии эти планеты встречаются в разных местах своих орбит, приближаясь друг к другу на разное расстояние. Если противостояние случается в период нашей зимы, - с января по март, - то расстояние от Земли до Марса довольно велико, около 100 млн. км. Но если Земля сближается с Марсом в конце лета, когда Марс проходит перигелий своей орбиты, то его расстояние от нас сокращается всего до 56-60 млн. км.
Таким образом, в сочетании, например, с индикатором противостояний или индикатором стартового окна это помогает как выбрать наиболее оптимальное время за период 15-17 лет для полетов на Марс и обратно, так и позволяет найти оптимальное время для астрономических наблюдений Марса.
Таким образом можно сделать вывод, что великие противостояния Марса и Земли имеют важнейшее значение для изучения Марса, и при перспективном развитии космонавтики, «окно» полета на Марс и с Марса обратно, возможно только во время ближайшего расположения этих планет.
Согласно изложенному в заявленном изобретении предлагается создать индикатор, позволяющий в реальном времени при правильной предварительной установке индикатора, с заданной точностью визуально отображать время наибольшего сближения Марса в период великих противостояний Марса и Земли.
Задача и технический результат
Задачей и техническим результатом изобретения является создание прибора времени, который обеспечивает индикацию периода времени в момент наибольшего сближения с Марсом в период великих противостояний Марса и Земли.
Сущность изобретения
Поставленная задача решается, а требуемый технический результат при использовании изобретения достигается тем, что прибор времени для индикации периода времени в момент наибольшего сближения с Марсом в период великих противостояний Марса и Земли (ПВП) содержит корпус, часовой механизм и циферблат и дополнительно содержит механизм индикации периода времени в момент наибольшего сближения с Марсом в ПВП.
При этом механизм индикации периода времени в момент наибольшего сближения с Марсом в ПВП содержит шкалу индикатора ПВП, указатель ПВП.
Также часовой механизм содержит элементы стрелочного механизма, например, минутный триб, часовое колесо, суточное колесо, вексельный триб, вексельное колесо.
Причем часовое колесо взаимодействует с суточным колесом.
При этом часовой механизм дополнительно содержит редуктор, который обеспечивает перемещение указателя ПВП на один оборот приблизительно за 5767,55 дней, что также соответствует значению 15,8 тропических лет.
Приборы времени могут быть приборными, интерьерными, переносными и наручными.
При этом прибор времени может содержать дополнительный индикатор противостояний и/или индикатор стартового окна полета на Марс, при этом механизм индикации периода времени в момент наибольшего сближения с Марсом в ПВП может использоваться с индикатором противостояний и/или индикатором стартового окна полета на Марс совместно.
Кроме этого подвижные элементы механизма индикации периода времени в момент наибольшего сближения с Марсом в ПВП перемещаются в одну сторону плавно вокруг своей оси или скачкообразно.
Поставленная задача решается, а требуемый технический результат при использовании изобретения достигается тем, что в способе индикации периода времени в момент наибольшего сближения с Марсом в ПВП, при котором в приборе времени содержит механизм индикации периода времени в момент наибольшего сближения с Марсом в ПВП, который выполнен с возможностью индикации периода наибольшего сближения Марса в период времени приблизительно равный 5767,55 дням..
Краткое описание чертежей
Конструктивно в предпочтительном, но не единственно обязательном, варианте исполнения заявляемый прибор времени с индикатором периода времени в момент наибольшего сближения с Марсом в период великих противостояний Марса и Земли следующие детали:
1. Корпус
2. Циферблат
3. Часовая стрелка
4. Минутная стрелка
5. Индикатор периода великих противостояний (ПВП)
6. Шкала индикатора ПВП
7. Указатель ПВП
8. Минутный триб
9. Вексельное колесо
10. Вексельный триб
11. Часовое колесо
12. Суточное колесо
13. Первый триб редуктора
14. Первое колесо редуктора
15. Второй триб редуктора
16. Второе колесо редуктора
17. Третий триб редуктора
18. Третье колесо редуктора
19. Четвертый триб редуктора
20. Четвертое колесо редуктора
На табл. 1 представлены даты противостояний Марса в период с 1608 по 2097 годы.
На фиг. 1 показана условная схема великих противостояний.
На фиг. 2 показаны часы с индикацией периода времени в момент наибольшего сближения с Марсом в период великих противостояний Марса и Земли согласно изобретению.
На фиг. 3 показан индикатор периода времени в момент наибольшего сближения с Марсом в период великих противостояний Марса и Земли согласно изобретению.
На фиг. 4 показан вариант выполнения индикатора периода времени в момент наибольшего сближения с Марсом в период великих противостояний Марса и Земли согласно изобретению. Вариативно, индикатор может быть выполнен в виде указателя и шкалы, на которой расположено закрашенное кольцо с измененной толщиной. Указатель движется по кругу и по большей или меньшей толщине кольца можно визуально определить минимальное (в тонкой части) и максимальное (в толстой части) расстояние между Землей и Марсом при наступлении противостояния. В области, где расположена наиболее тонкая часть кольца, будет определяться великое противостояние.
На фиг. 5 изображена блок схема заявленного механизма.
На фиг. 6 показан вариант выполнения механизма индикации ПВП согласно изобретению.
Осуществление изобретения
Как отмечалось выше заявитель разработал устройство и способ, позволяющий обеспечить изготовление приборов времени, выполненных с возможностью индикации великих противостояний Земли и Марса, а именно с возможностью индикации периода времени в момент наибольшего сближения с Марсом в период великих противостояний Марса и Земли. При этом на Земле указанные часы могут быть как в механическом, так и кварцевом исполнении. 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.
Как уже отмечалось выше и как следует из таблицы 1 вследствие небольшой эллиптичности орбиты Земли ее афелий приходится на 3 июля. При этом ввиду прецессии, неравномерной скорости движения планет, диапазон великих противостояний возможен с 11 июля по 2 октября.
Для того, чтобы вычислить время наибольшего сближения Марса и Земли в период великих противостояний был произведен точный расчет периодов великих противостояний.
Средний период великих противостояний равен числу проходов точки совпадения обеих планет через произвольную точку траектории, выбранную для контроля. Например, точку минимального сближения. Точка совпадения условно вращается со средней угловой скоростью, равной среднему углу между соседними совпадениями (противостояниями), разделенному на период противостояния. Так как оба параметра известны, то средний период великих противостояний равен периоду противостояния, разделенному на угловую скорость.
Угловая скорость Земли равна 1/365,2421897 об/сутки
Угловая скорость Марса равна 1/686,98 об/сутки
Соотношение скоростей Земли и Марса: 365,2421897/686,98=1,88088895.
Угловая скорость обгона Марса Землей вычисляется как:
(1/365,2421897) - (1/686,98)=0,00128226288 об/сутки
Отсюда синодический период Марса (период противостояний) 1/0,00128226288=779,87128478 земных суток.
Таким образом, за 1 синодический период (779,87128478 суток) Земля проходит угол 779,87128478 /365,2421897=2,13521687 оборота, или 768,6780732°. Так как процесс циклический, то опережение Землей Марса составляет угол поворота от начала отсчета, то есть от общего угла нужно отнять количество полных оборотов. Таким образом, средняя угловая скорость противостояний составляет 0,13521687 - 2=0,13521687 оборота за синодический период Марса.
Отсюда средний период великих противостояний равен:
779,87128478 /0,13521687=5767,55906848 дней, или в тропических годах (солнечных годах) 5767,55906848/365,2421897=15,7910538 лет.
Таким образом отправными данными для создания заявленного устройства будут полученные расчеты оптимального периода времени, в момент которого будет происходить наибольшее сближение между планетами Марс и Земля. То есть значение 5767,55 дней (15,8 тропических лет) - это тот цикл, который необходимо реализовать посредством заявленного механизма индикации.
В настоящем описании введена аббревиатура ПВП - период великих противостояний между Землей и Марсом - для более подробного и детального описания сущности заявленного изобретения.
На фиг. 3 и 4 показаны варианты выполнения индикатора периода времени в момент наибольшего сближения с Марсом в период великих противостояний Марса и Земли. Согласно фигуре 3 это может быть стандартная шкала ПВП 6, с нанесенными на нее цифрами от 1 до 15,8, обозначающими период времени (в тропических годах) и указателем ПВП 7. Вариативно, как показано на фиг. 4 индикатор может быть выполнен в виде указателя 7 и шкалы 6, на которой расположено закрашенное кольцо с измененной толщиной. Указатель 7 движется по кругу и по большей или меньшей толщине кольца можно визуально определить минимальное (в тонкой части) и максимальное (в толстой части) расстояние между Землей и Марсом при наступлении противостояния. В той области, где расположена наиболее тонкая часть кольца, будет определяться великое противостояние.
Один из возможных вариантов выполнения устройства прибора времени описан ниже и отображен на фиг. 6.
Как показано на фиг. 6 на минутный триб 8 насаживается минутная стрелка 4, на втулку часового колеса 11 насаживается часовая стрелка 3. Стрелочная (вексельная) передача представляет собой стандартную стрелочную передачу представляющую собой редуктор с передаточным отношением 1 к 12, и включающую в себя минутный триб 8, вексельное колесо 9, вексельный триб 10 и часовое колесо 11.
В данном выполнении часовое колесо делает один оборот за 12 часов. С часовым колесом работает суточное колесо 12, которое имеет вдвое больше зубьев и совершающее один оборот в сутки, то есть за 24 часа. На ось суточного колеса 12 соосно насажен первый триб 13 редуктора. Редуктор состоит из первого триба редуктора 13, первого колеса редуктора 14, второго триба редуктора 15, второго колеса редуктора 16, третьего триба редуктора 17, третьего колеса редуктора 18, четвертого триба редуктора 19 и четвертого колеса редуктора 20.
Для понимания сущности заявленного решения заявителем предложен расчет зубьев колес редуктора для обеспечения передаточного числа, равного 5767,55. Следует понимать, что предложенный расчет приведен в качестве примера и ни в коей мере не ограничивает заявителя изготавливать другие варианты выполнения редуктора с другим количеством зубьев. Основная цель и задача редуктора - это обеспечение передаточного числа 5767,55.
Пример выполнения редуктора.
В данном исполнении
- количество зубьев первого триба 13 редуктора равно 6,
- количество зубьев первого колеса 14 редуктора равно 61,
- количество зубьев второго триба 15 редуктора равно 6,
- количество зубьев второго колеса 16 редуктора равно 61,
- количество зубьев третьего триба 17 редуктора равно 10,
- количество зубьев третьего колеса 18 редуктора равно 62,
- количество зубьев четвертого триба 19 редуктора равно 10,
- количество зубьев четвертого колеса 20 редуктора равно 90.
Суммарное передаточное число редуктора составляет 61/6×61/6×62/10×90/10=5767,55.
Это значит, что при одном обороте суточного колеса 12, четвертое колесо редуктора 20, на которое насажен указатель ПВП 7, совершит 1/5767,55 полного оборота.
Указанный механизм индикации периода времени в момент наибольшего сближения с Марсом в период великих противостояний Марса и Земли может быть использован в любых приборах времени, например, приборных или интерьерных, а также, преимущественно, в переносных и наручных часах.
При этом непосредственно сам индикатор может быть выполнен в виде подвижного указателя и неподвижной шкалы. В то же время очевидно, что указанный индикатор также может быть выполнен в виде подвижной шкалы, которая перемещается относительно неподвижного(ных) указателя(ей).
Также индикация может быть выполнена в виде подвижного диска с апертурой.
Индикатор может иметь нанесенные на шкалу метки или знаки.
Отдельным цветом или любым другим выделением может быть отмечен отрезок, обозначающий временной период (дата, месяц) периода времени в момент наибольшего сближения с Марсом.
Так как автором было разработано несколько приборов времени, которые выполнены с возможностью индикации противостояний (см. вышеуказанные патенты RU 2685766 и RU 2681297), а также предложены часы с индикацией стартового окна полета на Марс (СОПМ) (см. заявку RU 2020133053) очевидно, что прибор времени может содержать дополнительный индикатор противостояний и/или индикатор стартового окна полета на Марс, при этом механизм индикации периода времени в момент наибольшего сближения с Марсом в период великих противостояний Марса и Земли может использоваться с индикатором противостояний и/или индикатором стартового окна полета на Марс совместно, что повысит информативность часов.
На шкале могут быть отмечены порядковые номера дат или порядковые номера месяцев, как чередующиеся друг за другом, так и нанесенные через заданный промежуток.
Заявленный индикатор может быть выполнен таким образом, что подвижный элемент индикатора, шкала или указатель перемещаются в одну сторону плавно вокруг своей оси или скачкообразно.
Таким образом посредством механизма редуктора без дополнительного усложнения часового механизма будет обеспечена высокая точность индикации периода времени момента наибольшего сближения Земли с Марсом в период великих противостояний Марса и Земли.
Таким образом обеспечивается достижение требуемого технического результата, а именно создание прибора времени, который обеспечивает индикацию периода времени в момент наибольшего сближения с Марсом в период великих противостояний Марса и Земли.
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.