Новый метод стыковки космических кораблей

[cin]

«А не замахнуться ли нам на Уильяма нашего Шекспира?» - как сказал один из героев известного фильма «Берегись автомобиля». Следуя совету вышеупомянутого персонажа, я подумал: а не замахнуться ли нам на заведомо авторитетную область высоких технологий и высочайших достижений науки и техники, такую как космические исследования?

А что? Может в погоне за высокотехнологичными решениями были пропущены или остались в стороне какие-либо оригинальные и простые решения?

А давайте смело пофантазируем на эту тему!

Например, такой фантастически сложный процесс, как стыковка двух космических объектов, неважно: двух космических кораблей, либо корабля с плохо управляемой орбитальной станцией, как это бы в случае со станцией «салют-7», ярко показанной зрителю в недавно вышедшем на экраны кинофильме.

Трудности понятны: многотонные объекты большой массы, обладают огромной инерцией, и, как следствие, плохо управляемы в условиях невесомости (где отсутствие веса только сбивает привычные для операторов-стыковщиков представления, заставляя принимать не всегда оптимальные решения.

Резонный вопрос: а почему бы не применять отработанные еще на заре авиации решения - заправочный конус и мечущийся в спутной струе истребитель при дозаправке в полете, которые уже не считаются сверхзадачей.
Только размеры конуса нельзя увеличивать беспредельно: не позволяет ни аэродинамика, ни компоновка. А вот изготовить мягкую, складную пластмассовую конструкцию направляющих, неспособных повредить стыкуемые объекты, по которым корабль, как по рельсам «въедет» точно в стыковочный узел, наверное, не составит большой технической проблемы.

Более того, на стыкуемом объекте, должен быть выпущен швартовочный фал, захватив который, корабль, сможет с помощью лебедки плавно подтягиваться к стыкуемому объекту. Захватывающее устройство для ловли фала крайне несложно и представляет собой два вращающихся, с антифрикционным покрытием вала, оси вращения которых можно сближать для захвата фала. Подобным образом, пытались в ранние годы авиации захватывать грузы с земли летящим самолетом.

Может это все примитивно и наивно, но желающие могут потешиться и «разнести» предложение в пух и прах, но только аргументированно. Может подобное устройство будет использоваться для ловли космического мусора, коего скопилось на орбите предостаточно?

[TheWho]

Не будет работать. Скорости и пробл. с невесомостью.

[Pribavkin]

Не будет работать. Скорости и пробл. с невесомостью.

Идея пользователя  cin очень даже удачная и вполне работоспособная, только надо доработать её.
Это я говорю как изобретатель и патентовед.   
А thewho вообще не способен что-то изобретать - он может только говорить "нет".
Когда пускали первый в России поезд Ленинград - Царское Село, то публика на перроне говорила в точности так же, как придурок thewho: "Не пойдёт!"
 Ну, это и понятно, так как хомута нет, оглоблей тоже, да и лошади не видать...
А, когда поезд пошёл, то все сразу стали говорить: "Не остановится!" - Это тоже понятно, так как вожжи забыли присобачить.
Такие типы, как thewho, умеют говорить только "нет"!
В обычный автомобиль вложен миллион изобретений - это продукт изобретательского творчества. Его изобретают уже более 100 лет!
Аргументы thewho такие же придурошные, как и он сам.
Он, видимо, имеет ввиду космические скорости 7,8 км/сек, но он видел стыковку на орбите - относительные скорости совсем небольшие.
То есть стыковка на орбите даже гораздо проще, чем при дозаправке в воздухе.
А невесомость вообще позволит намного упростить стыковку - надо использовать преимущества, которые дает невесомость.

[Король Альтов]

Вообще то стыковка в невесомости не может требовать каких то сверхусилий как на Земле, чтобы например соединить баржу и буксир, или пришвартовать корабль к пирсу, или присоединить к локомотиву тяжелый грузовой состав. Мне кажется, что проблема кроется в том, что это очень редкая и необычная для космоса операция. Поэтому над этим вопросом скорее всего очень мало ломали голову, вследствие чего и возникли сверхсложные проблемы там, где их по логике вещей быть то вообще не должно было. В связи с этим эта тема очень существенна и важна, поскольку в данном случае речь может идти даже не столько о стыковке кораблей на орбите, сколько о мягкой посадке на Луну, астероиды, кометы и даже Марс.
Вот на Венеру принципиально сесть нельзя, поскольку по факту она оказалась недружелюбным Солярисом в самом прямом смысле этого слова. Единственное отличие состоит в том, что мы просто не знаем есть или нет у планет интеллект. Конечно просто рассуждать, что Земля неодухотворенный космический обьект. А кто знает, может у Земли есть такие мозги, которые просто не только недоступны для понимания человека, а находятся на таком уровне развития, до которого человечество просто не доросло? Может мифический Бог, о существовании которого столько говорят и думают, и есть интеллект планеты Земля?

[Pribavkin]

Вообще то стыковка в невесомости не может требовать каких то сверхусилий как на Земле, чтобы например соединить баржу и буксир, или пришвартовать корабль к пирсу, или присоединить к локомотиву тяжелый грузовой состав. Мне кажется, что проблема кроется в том, что это очень редкая и необычная для космоса операция. Поэтому над этим вопросом скорее всего очень мало ломали голову, вследствие чего и возникли сверхсложные проблемы там, где их по логике вещей быть то вообще не должно было. В связи с этим эта тема очень существенна и важна, поскольку в данном случае речь может идти даже не столько о стыковке кораблей на орбите, сколько о мягкой посадке на Луну, астероиды, кометы и даже Марс.
Вот на Венеру принципиально сесть нельзя, поскольку по факту она оказалась недружелюбным Солярисом в самом прямом смысле этого слова. Единственное отличие состоит в том, что мы просто не знаем есть или нет у планет интеллект. Конечно просто рассуждать, что Земля неодухотворенный космический обьект. А кто знает, может у Земли есть такие мозги, которые просто не только недоступны для понимания человека, а находятся на таком уровне развития, до которого человечество просто не доросло? Может мифический Бог, о существовании которого столько говорят и думают, и есть интеллект планеты Земля?

Да, космическая стыковка аналогична причаливанию судна к пирсу, где тоже стоит задача присоединения большой массы и её решают именно тем способом, который b предлагает cin -  с помощью тросовой системы. Ведь с судна матрос скидывает конец, который потом плавно выбирают. 
Просто стыковка на орбите покамест требуется редко - вот и не бросают на это дело изобретательские мозги, чтобы найти наиболее надежные способы.
А искать такие способы всё равно придется, так как в любом случае космические сооружения придется собирать на орбите из множества частей.
Уже на станции "Мир" планировали опускать из станции трос в направлении к Земле и к нему осуществлять причаливание. Этот же трос
позволил бы реализовать и "безрасходный спуск" на Землю, то есть корабль "Союз" мог садиться на Землю без использования тормозного двигателя.
При этом были бы достигнуты следующие эффекты:
1. Не нужно расходовать топливо на торможение, то есть это топливо не нужно доставлять на орбиту.
2. Не нужен сам тормозной двигатель, то есть не надо его делать и его не надо выводить на орбиту.
3. В момент отсоединения "Союза" от троса, сама станция "Мир" получала бы импульс и переходила бы на более высокую орбиту, то есть не надо тратить топливо на увеличение высоты орбиты и соответственно, не надо доставлять на орбиту нужную порцию топлива.
Таковы сюрпризы "безрасходного спуска"!
4. Это принципиально многоразовый способ спуска на Землю.
5. По этой системе можно было совершенно безопасно стыковать "Союз" со станцией "Мир", не рискуя повредить ни "Мир", ни "Союз".
6. Сам трос в процессе своего бездействия выполняет функцию ориентирования в пространстве, то есть не требуется расходовать топливо на работу системы ориентирования.
7. Если трос сделать электропроводным, то он может вырабатывать ток за счет пересечения магнитных силовых линий Земли - это называется электродинамическим тросом. Причем такой трос может вырабатывать энергии даже больше, чем солнечные батареи.
8. Отличие от солнечных батарей ещё и в том, что электродинамический трос вырабатывает электричество даже, если станция находится в тени. То есть не требуются выводить на орбиту аккумуляторы.

[Pribavkin]

У меня предложение к Королю Альтов: написать письмо к пользователю cin, чтобы он вернулся к своей теме.
А то его, видать, пользователь thewho отпугнул.
Ну так этот thewho никогда ничего дельного и полезного на форуме не предлагал. И никогда не предложит - в этом можно не сомневаться.
Вам, как модератору раздела, сподручнее было бы поддержать cin.
Наверняка у него имеются идеи по теме - полезно было бы обсудить.
Хорошо, что модератор понимает важность этой темы!
Всё равно ведь космонавтика не обойдется без средств стыковки объектов на орбите.
На БФ есть тема "Дёшево в космос"  http://bolshoyforum.com/forum/index.php?topic=568277.560#lastPost   , на которой разрабатывается очень дешёвый способ заброса грузов на орбиту. Но этому способу не обойтись без средств автоматической стыковки, так как покамест сомнительно подземным стартом выводить космонавтов на орбиту.
Хотя, конечно, на орбите космонавты могут собирать выведенные грузы в большие объекты. Поэтому важно облегчить им труд и иметь самые разные
методы стыковки. А дальше жизнь уже подскажет - какие методы стыковки окажутся самыми работящими.
Скорее всего, будет отобрано несколько методов применительно к разным условиям эксплуатации и к разным объектам стыковки.
Полезно было бы организовать нечто похожее на "мозговой штурм" по данной теме.
Этот метод придумали американские инженеры перед войной и он давал очень неплохие результаты, в том числе и в реализации космической программы.
характерной особенностью "мозгового штурма" является то, что из числа участников "мозгового штурма" поганой метлой выметают типов пита
этого придурка  thewho. Там вообще запрещается наводить какую-то критику любой,даже самой необычной идеи - можно только развивать, но ни в коем случае не критиковать или высказывать какой-то негатив относительно высказанной идеи. Имеется  какая-то необычная особенность у человеческого мозга, которая позволяет решать проблемы не в лоб, как это делают придурки, а обходными путями. Но на этот обходной путь надо столкнуть - для этого и разрешается предлагать любую ахинею.
Например, вот как родилась идея липучки, которая была нужна астронавтам, чтобы им не возиться с пряжками, замками, молниями и прочими штуками.
Дело в том, что пальцы астронавтов в раздутых рукавицах.
Один из участников, высказал случайную идею - надо чтобы как семена лопуха к штанам прилипают. Если бы среди участников "мозгового штурма" был критикун типа thewho, то он бы одной своей кислой гримасой морды лица отшил бы эту идею.
Но среди них нашелся инженер, который сказал: "А почему бы и нет?"
И группа начал дорабатывать эту, вроде бы, хилую идею. В результате обсуждения, идея была развита и потом доведена до практического результата.
И в результате я сейчас могу не возиться со шнурками на своих ботинках - а ткнул и пошёл!
Позднее оказалось, что идея этого изобретения пришла в 1941 году швейцарскому инженеру Жоржу де Местралю, патент был им получен только в 1955 г.., то есть спустя 14 лет! Я уверен, что именно типы типа пользователя thewho помешали Жоржу де Местралю запатентовать сразу же.
Ведь только что родившемуся ребенку тоже необходим период развития перед тем как он станет чемпионом мира по штанге.
Не только ребенок, но и любая идея тоже нуждается в своем периоде развития - об этом говорит и миллион изобретений, вложенных за 134 года в развитие автомобиля. Это только ступа Бабы-Яги родилась сразу и с тех пор её не приходилось дорабатывать, хотя, явно, кабинку неплохо было бы к ступе прилепить - от дождя, снега, молний и прочих напастей!
Наглядный пример здесь - придурок пользователь thewho своим скепсисом более года назад напрочь отбил охоту пользователю cin
что-либо писать по своей теме.
Тут Король Альтов может своей модераторской метлой выметать посты пользователей типа thewho.
     

[Pribavkin]

1. Стыковка гарпунами.
Например, космический корабль приблизился к станции на расстояние 100 м, остановился и нам надо плавненько пристыковать его.
Используем трос из дайнима. Студенты Самарского аэро-космического университета в 2007 г. использовали такой трос для безрасходного спуска своей капсулы со спутника, который был на орбите высотой 250 км. При длине 30 км такой трос диаметром 0,5 мм весил 5,4 кг. Такой трос на Земле мог выдержать вес в несколько сот кг.
То есть при длине такого троса 100 м собственный вес будет всего 18 грамм.
Прикрепим к тросу гарпун и выстреливаем его в мишень, которая закреплена на станции. Гарпун застревает в мишени и можно миниатюрной лебёдкой выбирать этот трос.
Чтобы корабль не разогнался, включаем маневровые двигатели так, чтобы они отодвигали корабль от станции.
То есть не надо допускать слабину троса - иначе возможно столкновение.
Такую систему можно использовать и для ручной и для автоматической стыковки.
Я не вижу ничего криминального в этой схеме - вроде бы всё вполне реально в нынешних условиях: трос имеется, выстрелить гарпун - не проблема...
Если случился промах, то можно смотать трос и повторить, но при достаточных размерах мишени промахнуться трудно.
Также можно гарпун снабдить собственными маневровыми микродвигателями с системой наведения - тогда гарпун вообще может сам наводиться на  мишень и внедряться в неё.
Можно сэкономить много веса, так как нынешние конусы будут просто не нужны.

[Pribavkin]

2. Стыковка членами.
От того стыковочного узла на станции, к которому надо пристыковаться прибывшему кораблю, выпускаем тонкостенную трубку длиной 100 м. и
заполняем трубку сжатым газом - получится этакий торчащий член длиной 100 м.
Коребль подходит к залупе этого члена и насаживается на него. После этого газ выпускаем и начинаем сматывать трубку.
Сматывающее устройство можно поместить и на корабле, и на станции, и на обоих объектах.
Естественно, сматывать будем при работающих маневровых двигателях как и в варианте 1.
Для ремонта сломавшегося спутника на орбите с корабля с ремонтниками можно выпустить 3 таких члена, которые присосутся к стенке
спутника - это позволит вращать спутником как нужно или подходить к нему с разных сторон. Естественно такой пригодный для ремонта спутник
должен быть спроектирован так, чтобы можно было снять негодный блок, чтобы на его место поставить новый.
Негодный блок будеет доставлен на Землю и подвергнут анализу.
Можно вместо старого поставить новый блок с гораздо большими возможностями.
Конечно, спутник может вытаращить несколько своих членов в разные стороны - тогда ремонтному кораблю не придется таскать свои.

[Pribavkin]

3. Полускафандр.
В настоящее время для выхода космонавтов в космос является весьма сложным делом. За несколько месяцев полёта космонавты могут выйти в космос 1-2 раза, причем не только ему приходится капитально  готовиться к этому мероприятию, но и на Земле приходится персоналу приходится много  поработать.
Полускафандр позволит "выходить" в космос хоть 10 раз в день - выход вообще перестанет быть проблемой. Это будет всё-равно, что выглянуть в иллюминатор, чтобы посмотреть на красоты Земли.
Полускафандр похож на самый обычный космический скафандр, только он выглядывает в космос до пояса или немного больше. То есть, чтобы "выйти" в космос, космонавту достаточно залезть в скафандр снизу - руки, шлём уже находятся в космосе. На уровне пояса нужно устроить поворот и тогда космонавт может поворачиваться в любую сторону, а также сгибаться в поясе. Естественно, никакой СОЖ устраивать не нужно, а воздух для дыхания можно подавать в шлём по трубочке вентилятором.
Кроме того, нужно устроить небольшое шлюзовое устройство, что позволит космонавту самому выводить в вакуум инструменты, приборы.
Можно даже миниспутники выводить, а космонавт руками будет забрасывать их в сторону, тем самым выводя спутник на орбиту.
Основная функция полускафандра - это выполнение научных экспериментов в условиях космического вакуума и невесомости, а также выполнение ремонтных работ за других спутниках. Если кишка у полускафандра будет достаточной длины, то можно даже выполнять ремонтные работы на самом "Союзе" или на МКС.
Полускафандр можно установить на выходном люке орбитального отсека. То есть один космонавт будет находиться в спускаемом отсеке "Союза" и будет управлять перемещениями "Союза" в пространстве, а другой космонавт войдет в полускафандр и сможет ремонтировать другой спутник.
Космонавт сможет вручную управлять стыковкой, а , когда работа по ремонту закончена, то он просто руками оттолкнется  и "Союз" отчалит от спутника.
Естественно, если у спутника будут торчать трубки под давлением по идее 2, то космонавт может хвататься на за трубки и притягивать "Союз" вручную.
Трубки могут иметь длину в 100 метров - в невесомости это не проблема. Это на земле надутую трубку то ветер сломает, то сила тяжести.
 

[Pribavkin]

Вообще мне представляется перспективным метод 2 стыковки с помощью надувной трубки .
Он очень напоминает метод причаливания большого судна к причальной стенке - там используется вес швартовочного каната, который забрасывается на берег, на берегу фиксируется и потом судно подтягивается.
А в космосе используется невесомость, в результате чего надувная трубка может торчать на 100-200 метров от МКС и к его концу совершенно безопасно прицепиться кораблю "Союз". А дальше конец трубки фиксируется на "Союзе" и можно его подтягивать. при этом нужно обязательно включить маневровые двигатели "Союза", чтобы они работали на натяжение трубки. Воздух из трубки можно выпустить, а трубку наматывать на лебедку, тем самым "Союз" будет притягиваться к МКС.
Да и любые корабли в космосе можно стыковать с помощью надувной трубки.
Но корабли не обязательно притягивать друг к другу.
После того, как конец трубки пойман и он закреплен, можно маневровыми двигателями начать раскрутку системы, которая начнет вращаться вокруг общего центра масс. В результате в состыкованных кораблях возникнет искусственная сила тяжести, что быдет полезно для космонавтов.
Именно такие эксперименты и готовил С.П.Королев перед своей смертью.
В первом эксперименте намечалось соединить тросом корабль "Восход" с последней ступенью и раскрутить их. Второй эксперимент тоже был такой же.
А 3-ий и 4-ый эксперименты намечались уже с кораблями "Союз". То есть Королев хотел на земной орбите отработать технологию развертки и сворачивания тросовой системы. И я как-то не сомневаюсь, что этот опыт был бы использован для достижения поверхности Луны - ведь "Зонд" это была копия "Союза".
Более того, я считаю, что такая странная конструкция "Союза" изначально и была разработана для целей достижения поверхности Луны, а потом и Марса.
За 50 лет никто не строил космические корабли из двух отсеков - ведь люков надо делать три, а не один.
СОЖ надо два, а не один. То есть в корабле "Союз" всё надо в 2 раза больше.
Китай построил в виде двух отсеков, но они просто передрали наши чертежи, полный комплект которых наша страна просто передала Китаю.
Скорее всего конструкция "Союза" изначально была задумана Королевым и Келдышем именно для лунной и марсианской программы. Именно по этой причине Королев намечал к 1974 г. посадить космонавтом на Марс, хотя о способе посадки ничего не говорилось, так как вначале надо было отработать разворачивание тросовой системы на орбите.
Все теоретические обоснования обеспечил Келдыш. А Келдыш и Королев были учениками Фридриха Цандера по ГИРДу, который ещё в 1910 г. предложил построить Лунный лифт. То есть именно Цандер, скорее всего и "заразил" Королева и Цандера идеями тросовой космонавтики.
Ведь, чтобы сесть на Луну, достаточно на круговой лунной орбите высотой 100 км развести оба отсека "Зонда" с помощью лебедки и троса длиной 200 км.
Создание троса нужной прочности обеспечил Келдыш в одном из Институтов АН.
После раскрутки отсеки на несколько минут садились бы на Луну и можно успеть взять лунные камни и реголит. причем за один оборот вокруг Луны
отсеки могли бы коснуться 38 раз и в каждом месте касания можно взять образцы. Причем половина образцов можно было взять на обратной стороне Луны. Взяв достаточное количество образцов, систему можно было свернуть, перетащить образцы в спускаемый отсек и можно лететь домой. 
Этих образцов хватило бы ученым всего мира на десятки лет исследований. После этого на Луне просто нечего было бы делать и можно было бы спокойно готовиться к созданию Лунной базы. Кстати, тросовая система способна доставлять грузы на Луну практически бесплатно.
Например, доставив тросом Луноход на Луну, можно просто перецепить крюк на отсек с космонавтом, которого нужно доставить на Землю, то равновесие тросовой системы не нарушится и она без расходования топлива поднимет отсек на лунную орбиту.
Причем это будет совершенно безопасная операция. Не нужно никаких посадочных и взлетных ступеней, то есть замена экипажей лунной базы будет реализовываться без риска. Тросовая система просто поставит один отсек на Луну и заберет другой отсек, который потом полетит на Землю.
Тросовая система просто не заметит подмены отсеков. То есть не нужно гробить посадочные и взлетные ступени, которые к тому же не очень надежны.
Всегда есть риск, что что-то в них сломается. А у тросовой системы ломаться нечему.
Ведь у тросовой системы есть трос и лебедка. Ещё у неё имеется пара ионных двигателей с солнечными батареями, которые нужны для развертывания и сворачивания тросовой системы - все эти элементы могут работать годами, обеспечивая доставку грузов на Луну или с Луны.
В Институте космических исследований разработали тройную тросовую систему для доставки грузов с Луны на Землю и с Земли на Луну.

[Pribavkin]

4. Стыковка двух кораблей на орбите
Метод надувной трубки согласно п. 2 намного упростит стыковку двух кораблей и сделает её совершенно безопасной.
А раз стыковка будет безопасной, то это намного упростит жизнь космонавтам.
Здесь имеется ввиду такой вариант. Надо состыковать на орбите 2  космических корабля.
Для этого с каждого корабля выпускают надувную трубу. Изначально труба будет свернута в рулон и, чтобы её надуть, достаточно подать воздух.
Например, продаваемая в магазинах полиэтиленовая плёнка тоже двойная и она свернута в рулон. Если взять 100 м этой пленки, заварить один конец и через другой конец подать воздух от вентилятора, то этот рукав раздуется и превратится в столб высотой 100 м, диаметром 1,5-2 метра.
Естественно, на земле ветер унесёт эту трубу, в вот в космосе невесомость. Весь 100-метровый рукав может разместить с ладони, особенно, если он будет сделан из графена. Сейчас уже умеют делать графеновые полотна площадью в несколько квадратных метра.
Поскольку там вакуум, то много наддувать воздуха в графеновый рукав не придется. Достаточно 0,2-0,3 атм или даже меньше.
Если с каждого корабля мы выпустим надувной рукав длиной по 100 м., то космонавты, маневрируя кораблями могут состыковать концы этих надувных рукавов.
Если на концах надувных рукавов будут установлена некие стыковочные устройства, то корабли войдут в зацепление - образуется единое целое.
Теперь можно заняться раскруткой этой связки. Раскручивать лучше всего ионными двигателями, которые будут работать от солнечных батарей.
То есть на кораблях иногда придется добавлять рабочее тело для ионных двигателей. УИ у ионного двигателя гораздо больше, чем у ракетного двигателя на химтопливе. Так можно реализовать искусственную тяжесть и космонавты смогут работать в более комфортных условиях.
Развернув такую систему на земной орбите, космонавты могут полететь к Луне (я покамест опускаю вопросы облучения при прохождении радиационных поясов - об этом речь пойдет дальше).
На первых порах корабли будут автоматическими. Фактически этот вариант полёта к Луне уже был испытан на европейском аппарате SMART-1, который летел от Земли к Луне именно на наших ионных двигателях. Он долетел до Луны, но разбился. Почему разбился - это другой вопрос, но этот аппарат был доставлен до Луны ионными двигателями.
Допустим, мы доставили связку кораблей до Луны и вывели её на круговую орбиту высотой 50 км. 
надо сказать, что некоторые лунные аппараты и ниже летают - около 15 км. Важно ведь летать выше лунных гор.
После этого начинаем выпускать графеновый рукав и доведем постепенно до 50 км, причем одновременно увеличивая линейную скорость до 1,7 км/сек, что можно делать теми же ионными двигателями. В результате что мы получим? Центр масс системы как вращался на высоте 50 км и так и будет на ней находиться. А корабли будут периодически садиться на короткое время на Луну и автоматически забирать образцы.