ДИСКОПЛАН

Дископлан относится к воздушно-космической технике, точнее, к скоростному двигающемуся в атмосфере и в космосе аппарату дискообразной формы.
Аналогом дископлана является летательный аппарат "ЭКИП" (Козырев В., Козырев М. Рукотворные НЛО. М., Эксмо, Яуза, 2005 г., стр.157,156). Аппарат "ЭКИП" разработан НИИ "Геодезия". "ЭКИП" не требует специальной взлетно-посадочной полосы и может взлетать и садиться на ограниченную грунтовую площадку. Однако аппарат имеет малую скорость и дальность полета.
Кроме транспортировки грузов и людей из одной точки земной поверхности в другую или спутников и аппаратов на заданные орбиты, предлагаемый дископлан может применяться для научных исследований из космоса Земли, Луны, Солнца, ремонта и инспекции других воздушно-космических аппаратов, полета на Луну и другие планеты.
Для достижения скоростей полета от 0 до 15 км/с и полета на большие дальности дископлан оборудуется тремя радами блоков ракетных двигателей, могущих создать силы тяги в вертикальной и горизонтальном направлении. Точки приложения сил тяги расположены в секторах трех окружностей вокруг
главной центральной оси дископлана (рис.1). Совокупность тех или иных сил тяги позволяет создать суммарную силу тяги любого направления. Вертикальные и горизонтальные силы тяги направлены противоположно, что позволяет осуществить плавные подъем и посадку дископлана. Горизонтальные силы тяги могут создать вращательное движение дископлана вокруг его оси по и против часовой стрелки. Управление созданием суммарной силы тяги требуемого направления осуществляется с помощью многопроцессорной системы (см. ниже).
Сила тяги дископлана образуются с помощью блоков ракетных двигателей. Принцип действия и устройство блока ракетных двигателей приведены в патенте № RU 2225949 с приоритетом 18.04.2002 г. Указанный блок включает коническую мишень, которая представляет собой конус из полимерной оболочки, вмонтированный в твердотельный конус с отверстием в вершине. Конус из полимерной оболочки заполнен при изготовлении изотопами легких элементов. При воздействии импульса лазерного излучения на днище этого конуса в его вершине происходит термоядерный синтез в режиме "лазерной искры", и из вершины выбрасывается сгусток плазмы, который и создает силу тяги дископлана.
Твердотельный конус изготовляется из плотного материала, представляющего собой тепло изолятор, (например, из дерева), вследствие чего тепло через этот конус на ленту передается незначительно.
Указанный твердотельный конус и в нем конус из оболочки крепятся на эластичной жаростойкой ленте. Лента может паредвигаться с помощью шагового двигателя (рис.2) между направляющими роликами в период между микровзрывами. Лента останавливается в положении, когда очередной конус устанавливается против выхода лазера.
Вылет сгустка плазмы из конической мишени при воздействии лазерного излучения описан в статье "Импульсное сжатие и нагрев газа в конических мишенях". Труды Института общей физики РАН №36. M., Наука, 1992 г. (стр.19 и 41).
Определим кинематические характеристики дископлана в результате действия блоков ракетных двигателей. Так как масса вылетевшего сгустка значительно меньше массы дископлана, справедлива формула В.И.Мещерского:
Из формулы (1) имеем:
где: М - масса дископлана,
w - скорость вылета сгустка,
- ускорение дископлана,
dm - масса сгустка,
- секундный вылет сгустка.
5
За массу дископлана принимаем М=50 т. Скорость вылета сгустка согласно вышеуказанное статье w=10м/с. Для увеличения массы сгустка добавляем к массе легких элементов в конуce из оболочки частица тяжелых металлов в количестве 100 г. Тогда dm=100 г. Сгустки выбрасываются за время длительности лазерного импульса dt=0,1 мс. Подставив указанные величины в формулу (2), получаем ускорение, создаваемое одним сгустком в начальный момент,:
После включения начального двигателя через интервал Т=0,2 с включаются последующие двигатели. Тогда среднее значение ускорения за время полета равно:
4
Считая движение дископлана равноускоренным, определим время полета дископлана из Москвы во Владивосток (10 км):
1
где: t - время взлета (3 мин.),
n
t - время посадки (3 мин),
2
t - время полета в пути.
Для облегчения подъема и посадки дископлан оборудуется чeтырьмя воздуховодами, укрепленными на поверхности дископлана (рис.1). При подъеме с поверхности Земли или в атмосфере воздух засасывается с помощью двигателя в воздуховод, образуя на днище дископлана воздушную подушку, которая способствует подъему дископлана с меньшей силой тяги. При посадке воздух с помощью двигателя эасасывается снизу и тормозит посадку. Благодаря действию воздуховодов в сочетании с действием соответствующих сия тяги дископлан может подниматься и садиться на ограниченную площадку земного грунта.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется двумя рисунками. На рис.1 показана схема распределения векторов силы тяги и воздуховодов на поверхности дископлана. На pис.2 приведена структурная схема системы управления движением дископлана.
Предлагаемый дископлан содержит систему управления движением, систему энергоснабжения, систему радиосвязи, систему терморегулирования и другие системы.
Дископлан имеет внешнюю форму в виде обтекаемого диска, а точнее, в виде опрокинутой тарелки, что позволяет обеспечить минимальные аэродинамические потери на участке преодоления атмосферы. Отсеки дископлана герметизированы и имеют иллюминаторы для обозрения. На днище дископлана укреплены амортизаторы,
которые поглощают энергию удара при посадке. Массы в дископлане желательно распределить так, чтобы они были симметрично равными относительно центральной инерциальной оси дископлана, что обеспечивает суммирование скоростей при поступательном движении дископлана. Наибольший диаметр дископлана - 20 м, высота дископлана - 8 м (в центральной части дископлана два этажа).
Система управления движением СУД предназначена для создания движения центра масс дископлана по заданной траектории и ориентирования дископлана для выполнения планируемых работ. СУД обеспечивает требуемое поступательное и вращательное движение дископлана. Поставленные задачи СУД выполняет с помощью многопроцессорной системы МПС. При этом законы движения дископлана осуществляются МПС в зависимости от поставленной астронавтам задачи на основе широкого использования прикладных программ, хранящихся в МПС. К числу заготовленных прикладных программ относятся: подъема, посадки, зависания, перемещения из данной точки в заданную, перемещения на заданную орбиту и другие.
Система управления движением состоит из следующих частей (рис.2):
- многопроцессорная система,
- блоки ракетных двигателей,
- пульт управления астронавтов,
- монитор,
- дисплей,
- система волоконно-оптической связи.
Многопроцессорная система представляет собой многоцелевой компьютер высокой производительности (несколько триллионов операций в секунду) с широкими связями с элементами управления.
Блок ракетного двигателя состоит (рис. 2) из: лазера 1,
передвигаемой ленты 3 с коническими мишенями 4, бобин 5, шагового двигателя 6 и направляющих роликов 7. Лазер 1 предназначен для создания импульса оптического излучения, поджигающего конус из оболочки. В качестве лазера применяется решетка полупроводниковых инжекционных лазеров с блоком накачки импульсом тока на все лазеры решетки. На выходе лазера установлена фокусирующая линза 2, концентрирующая излучение на днище конуса из оболочки. Блок накачки лазера управляется МПС. Предлагаемый лазер имеет малые габариты и большой КПД.
7
6
3
2
Лента 3 предназначена для крепления на ней конических мишеней и установки их в результате передвижения напротив выхода лазерного луча. Лента по краям перфорирована и передвигается с помощью шагового двигателя 6 на величину шага, который определяется расстоянием между центрами соседних мишеней. Управление вращением шагового двигателя производится по сигналам с МПС. Лента эластична, свертывается в бобины (ведущая и ведомая бобина) и изготовляется из жаростойкого материала (например, из никеля). Лента выдерживает температуры до 1500°С без оплавления. При этом имеет место следующий спад температуры в мишени: на оси вблизи вертит конуса из оболочки - 10°С, на боковой стенке конуса из оболочки - 10°С, на стенке твердотельного конуса - 10°С и на ленте - 10°С. При указанном раскладе температур разрушается только конус из оболочки, а лента сохраняется без повреждения и может передвигаться.
Пульт управления астронавтов предназначен для ввода в МПС команд "Взлет", "Посадка", установочной информации при выполнении тех или иных операций.
Монитор предназначен для отображения технического состояния систем дископлана и значений регулируемых параметров.
Дисплей предназначен для отображения информации о выполнении
заданных операций, для ввода дополнительных программ в МПС и для контроля информации, вводимой с пульта информации.
В данном описании изобретения подробно рассмотрена система управления движением дископлана, так как эта система имеет существенную новизну и составляет предает изобретения. Другие системы дископлана (система энергоснабжения, система радиосвязи, система терморегулирования и другие) описана в книге: Елисеев А.С. Техника космических полетов. М., Машиностроение, 1989 г.
Рассмотрим работу дископлана в динамике для решения задачи перелета дископлана с Земли в заданную точку на геостационарной орбите. Астронавты проверяет по монитору исправность систем дископлана. Затем, при исправном состоянии аппаратуре с помощью пульта управления астронавт вводит в МПС: наименование поставленной задачи, высоту геостационарной орбиты и азимут точки, в которую выводится дископлан. Далее командир дископлана вводит в МПС с пульта команду "Взлет". Дальнейшая работа дископлана производится в автоматическом режиме по сигналам с МПС по прикладной программе подъема. При этом подаются сигналы на шаговые двигатели и лазеры соответствующих блоков ракетных двигателей. При срабатывании выбранного шагового двигателя лента устанавливается в требуемое положение. При срабатывании лазера сфокусированный импульс оптического излучения падает на конус из оболочки. При этом в конусе проскакивает "лазерная искра", создается сгусток плазмы, вылетающий в окружающее пространство, возникает реактивная сила, действующая на дископлан. Дископлан взлетает вертикально, набирая скорость. При этом, при движении в атмосфере воздух засасывается воздуховодами и ускоряет дископлан.
В ходе решения задачи подъема МПС, сравнивая информацию заданной точки с информацией о текущем положении дископлана,
определяет отклонение центральной инерциальной оси дископлана от направления на заданную точку. Для устранения отклонения МПС включает соответствующие блоки ракетных двигателей.
После достижения геостационарной орбиты, о чем астронавта оповещаются сигналом на дисплее, включается программа перемещения в заданную астронавтам точку на геостационарной орбите. При совпадении азимута заданной точки с текущим азимутом движение по орбите прекращается, и включается программа зависания дископлана. Далее производится запланированная работа.