Прибор времени с многофункциональным механизмом индикации циклов противостояния Земли и Марса
TIME DEVICE WITH MULTI-FUNCTIONAL MECHANISM OF INDICATION OF EARTH AND MARS OPPOSITION CYCLES

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к области часовой техники, к часовым механизмам со стрелочной индикацией времени, а, более конкретно, к часовым механизмам усложненного типа с дополнительными функциями индикации на часах даты противостояния Марса и Земли.
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 (EKA) 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. Противостояние Марса - астрономическое определение, указывающее минимальное расстояние между Марсом и Землей. Так как Марс и Земля движутся по своим орбитам, имеющим различные размеры и параметры, противостояния Марса повторяются строго в определенных точках его орбиты и орбиты Земли. Во время противостояния планета видна на небе всю ночь (восходит на востоке вечером с заходом Солнца, заходит на западе утром с восходом Солнца).
Вблизи противостояний складываются наилучшие условия наблюдения планет:
планеты находятся на наименьшем расстоянии от Земли (но за счет эллиптичности орбит значение минимального расстояния изменяется из года в год);
они обращены к Земле полушарием, освещенным Солнцем, то есть находятся в наибольшей фазе.
В момент Великого противостояния расстояние до планеты минимально по сравнению с другими противостояниями (различие возникает из-за эллиптичности орбит). В основном имеет значение при наблюдениях Марса. Великое противостояние возможно тогда, когда Марс находится в противостоянии с Землей и одновременно положение Марса наиболее близко к перигелию своей орбиты, по сравнению с другими противостояниями. Как правило, во время великого противостояния (то есть при совпадении противостояния с Землей и прохождения Марсом перигелия своей орбиты) оранжевый Марс является ярчайшим объектом земного ночного неба после Луны и Венеры, но это происходит лишь один раз в 15-17 лет в течение одной-двух недель. Великие противостояния Марса являются уникальными и важными астрономическими событиями так как позволяют наблюдать Марс с наименьшего расстояния (56-60 млн. км).
Таким образом можно сделать вывод, что противостояние Марса и Земли имеет 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.
Известно, что Марс, в отличии от Земли имеет очень слабое магнитное поле, которое, приблизительно в 500 раз слабее земного, поэтому во время солнечных вспышек, поверхность Марса подвержена сильному облучению плазмы. Следствием этого может явиться отказ работы электронных приборов, в частности, электронных наручных часов, так как электронные наручные часы слабо защищены от воздействия электромагнитах полей и по этой причине могут быть выведены из строя.
В отличии от электронных часов механические часы полностью автономны и не подвержены влиянию космических излучений. Именно поэтому создание часов с индикацией времени, предназначенных для использования на Марсе, является важнейшей задачей для будущих космических путешественников.
Известно, что для внешних планет, например, Марса
1/S=1/Z-1/T, где
S - синодический период планеты (промежуток между противостояниями)
Z - (сидерический) период обращения другой планеты (Земли) (1 год)
Т - (сидерический) период обращения планеты (Марса)
1/S=1-1/Т
то есть: S=1/(1-1/Т)
Итого, синодический период обращения Марса вокруг своей оси 779.96 или почти 780 земных дней.
Если бы орбиты Земли и Марса были совершенно круглыми и лежали в одной плоскости, то все противостояния этих планет были бы одинаковы. Но орбиты планет немного наклонены друг к другу и эллиптичны. Орбита Земли обладает малой эллиптичностью и эксцентриситетом (152,1 млн. км в афелии, 147,1 млн км в перигелии), в то время как орбита Марса имеет явно выраженный эксцентриситет и эллиптичность (в перигелии Марс находится на расстоянии 206,7 млн. км от Солнца, а в афелии - 249,2 млн. км.).
А поскольку время между противостояниями немного больше двух лет, то Земля за это время совершает чуть больше двух оборотов по орбите, а Марс - немного больше одного оборота. Значит, 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 102 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 55-60 млн. км. Противостояние тем благоприятнее, чем ближе оно приходится к 28 августа, так как в этот день Земля проходит ближе всего к перигелию орбиты Марса.
Из уровня техники известны часы ULYSSE NARDIN PLANETARIUM COPERNICUS
https://www.luxurybazar.com/planetarium-copernicus-40mm-831-22.
Часы представляют собой модель, в которой с большой точностью воссоздан процесс вращения планет вокруг Солнца, Луны вокруг Земли, показывается также смена месяцев и созвездий. Линии на стекле образуют рисунок, который помогает определять расположение планет по отношению к знакам зодиака. Однако известные часы не дают возможность визуального отображения противостояния Земли и Марса.
Также известны часы Christiaan Van Der Klaauw Planetarium http://www.klaauw.com/eng/cvdk-planetarium-ckpt3304. В этих часах встроенный модуль обеспечивает самый маленький механический гелиоцентрический планетарий в мире. Он отображает в реальном времени солнечные орбиты Меркурия, Венеры, Земли, Марса, Юпитера и Сатурна. Он также показывает вам минуты, часы, дату и месяц. Однако эти часы также не дают возможности определить периоды противостояний/великих противостояний Марса и Земли.
Согласно изложенному в заявленном изобретении предлагается создать индикатор, позволяющий в реальном времени при правильной предварительной установке индикатора, с заданной точностью наблюдать за движением Земли и Марса по орбите и визуально отображать противостояния и великие противостояния Марса и Земли.
Задача и технический результат
В связи с тем, что в уровне техники не выявлены технические решения, подобные заявленному, задачей и техническим результатом изобретения является 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. Одновременно с этим заявленный прибор времени обеспечивает возможность его использования как на Земле, так и на Марсе.
Сущность изобретения
Поставленная задача решается, а требуемый технический результат при использовании изобретения достигается тем, что прибор времени для индикации цикла противостояния Марса и Земли, 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.
Кроме этого многофункциональный механизм индикации циклов вращения Земли и Марса содержит подвижную шкалу марсианских дней (годового марсианского цикла), шкалу земного времени (годового цикла Земли), стрелку индикации Земли и стрелку индикации Марса.
Также прибор времени дополнительно содержит указатель перигелия Марса.
При этом прибор времени дополнительно содержит область великих противостояний.
Кроме этого одна из стрелок индикации дополнительно содержит апертуру великих противостояний или выполнена в виде подвижного диска с апертурой, а циферблат индикатора содержит метку для определения великих противостояний.
Также часовой механизм содержит элементы стрелочного механизма, например, минутный триб, часовое колесо, суточное колесо, вексельный триб, вексельное колесо.
При этом часовое колесо взаимодействует с суточным колесом.
Кроме этого часовой механизм дополнительно содержит первый редуктор, который обеспечивает перемещение стрелки индикации Марса на один оборот за 687 земных суток.
При этом часовой механизм дополнительно содержит второй редуктор, который обеспечивает перемещение стрелки индикации Земли на один оборот за 365 земных суток.
Кроме этого приборы времени могут быть Приборными, интерьерными, переносными и наручными.
При этом подвижные элементы индикатора 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 цикла противостояния Марса и Земли, при котором в приборе времени многофункциональный механизм индикации циклов вращения Земли и Марса выполнен с возможностью индикации периодов вращения Земли и периодов вращения Марса.
Краткое описание чертежей
Конструктивно в предпочтительном, но не единственно обязательном, варианте исполнения заявляемый прибор времени с индикатором противостояния включает следующие детали:
1. Стрелка индикации Земли
2. Стрелка индикации Марса
3. Подвижная шкала марсианских дней
4. Указатель перигелия Марса
5. Область великих противостояний.
6. Шкала земного года.
7. Минутная стрелка
8. Часовая стрелка
9. Циферблат часов
10. Корпус часов
11. Циферблат многофункционального индикатора Земли и Марса
12. Минутный триб
13. Вексельное колесо
14. Вексельный триб
15. Часовое колесо
16. Суточное колесо
17. Первый триб редуктора
18. Первое колесо редуктора
19. Второй триб редуктора
20. Второе колесо редуктора
21. Третий триб редуктора
22. Третье колесо редуктора
23. Первое колесо второго редуктора
24. Второе колесо второго редуктора
25. Первое паразитное колесо второго редуктора
26. Второе паразитное колесо второго редуктора
27. Метка отсчета подвижной шкалы марсианских дней.
28. Метка великих противостояний
29. Апертура на стрелке индикации
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 показана индикация противостояния Марса и Земли согласно изобретению.
На фиг. 3 показана индикация великих противостояний Марса и Земли согласно изобретению.
На фиг. 4 показан многофункциональный индикатор положения планеты Марс и планеты Земля, на котором показаны, стрелка индикации Земли 1, стрелка индикации Марса 2, подвижная шкала марсианских солов 3, метка перигелия Марса 4, область великих противостояний 5, шкала земного календаря 6.
На фиг. 5 показана внешний вид часов с многофункциональным индикатором где минутная стрелка 7, часовая стрелка 8, циферблат 9, корпус 10, многофунциональный индикатор 11.
На фиг. 6 изображен вариант выполнения механизма индикации.
На фиг. 7 изображен вариант выполнения многофункционального индикатора на котором область индикации великих противостояний выполнена в виде апертуры 29 на одной из подвижных стрелок и вертикальной метки на циферблате 28.
Осуществление изобретения
Как отмечалось выше заявитель разработал устройство и способ, позволяющий обеспечить изготовление приборов времени, выполненных с возможностью индикации противостояний/великий противостояний Земли и Марса. 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.
Как следует из фиг. 2 индикатор позволяет в реальном времени с заданной точностью наблюдать за движением планеты Земля и планеты Марс по орбите. При этом за основу берется средняя скорость движения планет по орбите. Как показано на фиг. 2, нахождение указателей Марса и Земли на одной линии с осью вращения будет определяться как противостояние Земли и Марса.
При этом в случае, если оба указателя планет находятся в выделенной области, то противостояние будет считаться великим (см. фиг. 3).
Таким образом заявленный механизм индикации циклов вращения Земли и Марса обеспечивает одновременную индикацию:
- земной даты,
- марсианской даты,
- противостояния между Землей и Марсом,
- великого противостояния между Землей и Марсом.
- положения планет относительно друг друга, что позволяет сравнительно оценить расстояние между планетами.
Указанное позволяет определить заявленный индикатор как многофункциональный механизм индикации циклов вращения Земли и Марса.
При работе с индикатором, показанным на фиг. 4 следует понимать, что так как на Марсе нет собственного календаря, в качестве точки отсчета принято брать начало миссии или начало посадки космического корабля или спутника на Марс. Именно поэтому для установки точки отсчета марсианских суток (солов) шкала 3 выполнена подвижной. На ней могут быть отмечены как солы (марсианские сутки), так и земные сутки.
Многофункциональный механизм индикации циклов вращения Земли и Марса может представлять собой соосно расположенные шкалу и указатели, где один из подвижных элементов совершает оборот за период приближенный к земному году, а второй подвижный элемент совершает оборот, приближенный к марсианскому году. Также внешняя шкала марсианских дней может быть выполнена подвижной.
Подвижные элементы индикатора (годового периода Марса и годового периода Земли) приводятся в действие редуктором или редукторами, передаточные числа которого приблизительно равны продолжительности земного года (365 земных суток) и марсианского года (687 земных суток). Также может быть использован дополнительный редуктор преобразующий скорость одного из периодов в скорость другого периода.
Как один из вариантов исполнения устройства автором предложен следующий вариант редуктора. 10×13×37/7 = 687,14 что приблизительно равно марсианскому году (686,971) и вторая ступень редуктора 42/79 = 365,31, что приблизительно равно земному году (365,25).
Как следует из фиг. 6 на минутный триб 12 насаживается минутная стрелка 7 (не показана), на втулку часового колеса 15 насаживается часовая стрелка 8 (не показана). Стрелочная (вексельная) передача представляет собой стандартную стрелочную передачу представляющую собой редуктор с передаточным отношением 1 к 12, и включающую в себя минутный триб 12, вексельное колесо 13, вексельный триб 14 и часовое колесо 15.
Часовое колесо делает один оборот за 12 часов. С часовым колесом работает суточное колесо 16, которое имеет вдвое больше зубьев и совершающее один оборот в сутки. На ось суточного колеса 12 соосно насажен первый триб редуктора 17. Первый редуктор, предназначенный для индикатора марсианского годового периода состоит из триба 17, колеса 18, триба 19, колеса 20, триба 21, колеса 22, на ось которого насаживается стрелка годового периода Марса 2. Суммарное передаточное число первого редуктора 687,14, это значит что при одном обороте суточного колеса 16, колесо 22, на котором насажена стрелка 2 совершит поворот 1/687,14 полного оборота.
Второй редуктор предназначен для преобразования скорости вращения колеса 22, которое совершает один оборот приблизительно за один марсианский год в скорость годового вращения Земли, для этого на ось колеса 22 насажено паразитное колесо 25, которое передает движение на паразитное колесо 26, на оси которого насажено колесо 24, которое передает движение на колесо 23, на оси которого насажена стрелка 1. Второй редуктор имеет передаточное отношение 1.88, таким образом он преобразует скорость первого редуктора 687,14 суток за один оборот в скорость 365,31, что достаточно близко к земному году.
Как отмечалось, многофункциональный механизм индикации циклов вращения Земли и Марса может быть использован в любых приборах времени, например, приборных или интерьерных, а также, преимущественно, в переносных и наручных часах.
При этом непосредственно сам многофункциональный индикатор может быть выполнен в виде подвижных указателей Марса и Земли, которые перемещаются относительно неподвижной шкалы. Также многофункциональный индикатор может быть выполнен в виде подвижной шкалы, которая перемещается относительно неподвижного(ных) указателя(ей) Марса и/или Земли.
Как показано на фиг. 7 одна из стрелок индикации дополнительно содержит апертуру 29 великих противостояний, а циферблат индикатора содержит метку 28 для определения великих противостояний.
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) противостояния/великого противостояния.
На шкале могут быть отмечены порядковые номера дат или порядковые номера месяцев, как чередующиеся друг за другом, так и нанесенные через заданный промежуток.
Многофункциональный индикатор может быть выполнен таким образом, что подвижный элемент индикатора, шкала или указатель перемещаются в одну сторону плавно вокруг своей оси или скачкообразно.
Так как периоды обращения подвижных элементов индикатора равны приблизительно 687 и 365 земным суткам, соответственно механизм выполнен таким образом, что подвижные элементы индикатора совершают один оборот за 687 и 365 суток.
Таким образом посредством механизма редуктора без дополнительного усложнения часового механизма будет обеспечена высокая точность одновременной индикации земной даты, марсианской даты, противостояния между Землей и Марсом, великие противостояния между Землей и Марсом, а также индикация положения планет относительно друг друга, что позволяет сравнительно оценить расстояние между планетами.
Таким образом обеспечивается достижение требуемого технического результата, а именно 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. Одновременно с этим заявленный прибор времени можно использовать как на Земле, так и на Марсе.
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.