Способ защиты космических кораблей, станций, их экипажей от потоков частиц солнечных вспышек

(51) 64 1/52 (2010.01) 64 1/54 (2010.01) 64 1/60 (2010.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ плазмы, выбрасываемых Солнцем в космос при мощных солнечных вспышках. Задачей изобретения является создание способа эффективной защиты космических кораблей,станций и их экипажей от потоков частиц мощных солнечных вспышек относительно недорогого,несложного по исполнению и функционированию Способ защиты космических кораблей, станций,их экипажей от потоков частиц солнечных вспышек,характеризуется тем, что осуществляют отклонение потоков частиц солнечных вспышек через слой каналирующего вещества из монокристаллов или нанокапиллярных трубок,имеющих каналы изогнутого профиля каналирования, с обеспечением поворота основной массы частиц солнечных вспышек на угол не менее 10. Для осуществления способа можно использовать монокристаллы кремния,вольфрама или нанокапиллярные трубки из углерода. Слой каналирующего вещества может быть выполнен в виде пластин.(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Казахский национальный педагогический университет им. Абая Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) СПОСОБ ЗАЩИТЫ КОСМИЧЕСКИХ КОРАБЛЕЙ, СТАНЦИЙ, ИХ ЭКИПАЖЕЙ ОТ ПОТОКОВ ЧАСТИЦ СОЛНЕЧНЫХ ВСПЫШЕК(57) Изобретение относится к области физики кристаллов и каналирования в кристаллах пучков ускоренных частиц, предназначено для защиты космических кораблей, станций и их экипажей от вредного воздействия масштабных потоков частиц и Изобретение относится к области физики кристаллов и каналирования в кристаллах пучков ускоренных частиц, предназначено для защиты космических кораблей, станций и их экипажей от вредного воздействия масштабных потоков частиц и плазмы, выбрасываемых Солнцем в космос при мощных солнечных вспышках. Вспышечные потоки солнечных космических частиц представляют серьезную опасность для космических станций и их экипажей, если они попадают под такой поток, из-за его огромного разрушающего радиационного воздействия. На Международной космической станции - МКС для защиты от потоков солнечных космических лучей сейчас используют так называемый метод поглощения, когда в случае опасности, экипаж укрывается в специальном отсеке, защищенном толстым слоем полиэтилена. При этом сама МКС выводится на более безопасную орбиту. Недостаток известного способа заключается в следующем. При дальних путешествиях маневры космических кораблей,связанные с дополнительными расходами топлива, могут стать неприемлемыми,а для лунных станций невозможными. Кроме того, способ является дорогостоящим из-за необходимости увеличения занимаемого объема и полезного веса. Известен также способ защиты космических кораблей, станций, их экипажей от потоков частиц солнечных вспышек, в котором предлагается в этот период ограничить передвижение космонавтов по станции и изменить работу бортовых систем (Н.В. Кузнецов, Р.А. Ныммик и др., Космические исследования, 2004 г., т.42, 3, с.211-218). Способ также не решает проблему защиты космических кораблей, станций и их экипажей. Задачей изобретения является создание способа эффективной защиты космических кораблей,станций и их экипажей от потоков частиц мощных солнечных вспышек относительно недорогого,несложного по исполнению и функционированию. Способ защиты космических кораблей, станций,их экипажей от потоков частиц солнечных вспышек,заключается в том, что согласно изобретению осуществляют отклонение потоков частиц солнечных вспышек через слой каналирующего вещества из монокристаллов или нанокапиллярных трубок, имеющих каналы изогнутого профиля каналирования, с обеспечением поворота частиц солнечных вспышек на угол не менее 10. Для осуществления способа можно использовать монокристаллы кремния,вольфрама или нанокапиллярные трубки из углерода. Слой каналирующего вещества выполнен в виде пластин. Особенностью данного изобретения является использование отвода или отклонения основной массы потоков частиц мощных солнечных вспышек от направления попадания на космический корабль или космическую станцию. В этом его отличие от метода поглощения потока заряженных частиц,который, как указывалось, является дорогостоящим из-за величины занимаемого объема и полезного веса. 2 Изобретение позволяет решить проблему создания на его основе защитных устройств, не требующих энергетических затрат, не занимающих большого объема и имеющих относительно малый вес, связанных с использованием тонких пластин из каналирующих веществ,в частности из монокристалов или нанокапиллярных трубок,имеющих изогнутый профиль каналов. Укажем для примера ориентационные свойства простого, т.е. неизогнутого монокристалла, фиг.1. Для частицы, движущейся под углом меньше критического, в данном случае меньше одного градуса относительно оси монокристалла,столкновения с атомами решетки кристалла будут коррелированными, и атомные цепочки или плоскости будут оказывать на нее направляющее действие. При такой ориентации в совершенном кристалле в режим каналирования попадает до 95-98 частиц от общего их числа (Кумахов М.А. Излучение каналированных частиц в кристаллах, Москва,Энергоатомиздат, 1986 г. Бирюков В.М., Котов В.И.,Чесноков Ю.А., Успехи физических наук, Т.164,с.1017, 1994 г). Если монокристалл монотонно изогнут, т.е. канал движения плавно искривлен, то каналируемые частицы, следуя профилю канала, будут отклоняться от начального направления движения, фиг.2, что позволит осуществить защиту космических кораблей, станций и их экипажей от потоков частиц мощных солнечных вспышек. Для поворота пучков протонов с энергиями до ГэВ потребуется толщина изогнутых монокристаллов всего в несколько миллиметров. Угол поворота пучка будет определять створ безопасности защитного космического зонта,который должен располагаться впереди объекта защиты на определенном расстоянии и на пути встречи потоков частиц мощных солнечных вспышек, при этом его площадь должна быть соизмерима с поперечными размерами закрываемого объекта, фиг 3. Это позволяет говорить о малом весе защитного зонта. Важным моментом является создание достаточной и плавной изогнутости профиля каналирующего вещества изогнутых монокристаллов или нанокапиллярных трубок. Плавную изогнутость монокристаллов достигают с использованием технологий нано-уровня,обеспечивающим высокое качество изготовления. Для осуществления плавного изогнутого профиля каналирования монокристаллов с обеспечением поворота частиц солнечных вспышек на угол не менее 10 могут быть использованы два способа. Первый - это метод механического изгиба (,-682, , 1976), который требует контролируемого и последовательного повторения многократных микроизгибов монокристалла для достижения нужного профиля без образования микротрещин и разломов. Второй - это выращивание изогнутых монокристаллов кремния методом Чохральского с контролируемым искривлением каналов путем наращивания по времени концентраций германия в процессе роста кристалла (,275 (2005).495-500). Хотя второй метод кажется более надежным, но он пока имеет ограничения на степень изогнутости и является дорогостоящим. Изогнутые монокристаллы,размером 10102 мм, изогнутые вдоль координаты х, будут собраны в брикеты, толщина которых по х будет составлять 10 мм, а длина и ширина зонта,собранного из брикетов, т.е. размеры поибудут соразмерны площади зонта, фиг. 2 и фиг. 3,закрывающего объект защиты от прямого попадания частиц мощных солнечных вспышек. Материалы, требующиеся для изготовления космического защитного зонта, должны иметь высокие прочностные характеристики для работы в условиях космоса, где имеются значительные перепады температур от близких к нулю и до 600800 С. Указанным условиям отвечают монокристаллы из вольфрама и углеродные нанотрубки. Монокристаллы на основе кремния более дешевые и технологически более разработаны. Они также подходят для использования в условиях космоса. Использование изобретения не потребует энергетических затрат, за исключением навигации зонт должен быть правильно ориентирован против направления движения опасного потока частиц. В нерабочем режиме космический зонт может быть свернут или использован для других целей(Такибаев Н.Ж.,Материалы КазахстанскоУкраинской конференции Современные космические технологии, Алматы, 2008, с.76) Функционирование космического защитного зонта предполагает наличие устройства по навигации штатива жесткого или телескопического, для обеспечения углового створа и пространственной зоны безопасности для объекта защиты, а также механизма автоматического наведения зонта точно против движения потока частиц мощных солнечных вспышек, в соответствии с параметрами движения потока, задаваемых центром управления, и собственной системой ориентации корабля или станции. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ защиты космических кораблей,станций, их экипажей от потоков частиц солнечных вспышек, заключающийся в том, что осуществляют отклонение потоков частиц солнечных вспышек через слой каналирующсго вещества из монокристаллов или нанокапиллярных трубок,имеющих каналы изогнутого профиля каналирования, с обеспечением поворота основной массы частиц солнечных вспышек на угол не менее 10. 2. Способ защиты космических кораблей,станций, их экипажей от потоков частиц солнечных вспышек по п.1, заключающийся в том, что в качестве вещества используют монокристаллы кремния. 3. Способ защиты космических кораблей,станций, их экипажей от потоков частиц солнечных вспышек по п.1, заключающийся в том, что в качестве вещества используют монокристаллы вольфрама. 4. Способ защиты космических кораблей,станций, их экипажей от потоков частиц солнечных вспышек по п.1, заключающийся в том, что в качестве вещества используют нанокапиллярные трубки из углерода. 5. Способ защиты космических кораблей,станций, их экипажей от потоков солнечных вспышек по п.1, заключающийся в том, что осуществляют отклонение потоков частиц солнечных вспышек через слой каналирующего вещества из монокристаллов или нанокапиллярных трубок, имеющих каналы изогнутого профиля каналирования, выполненный в виде пластин.