Галопом по галактике
ПАТЕНТЫ / #1–2_2021
Материал подготовил Юрий СИДОРОВ
Помните, какими были первые паровозы? Шумные, с клубами дыма и пара, прожорливые и медленные. Наверное, так же мы будем говорить о современных космических кораблях лет через 100. Какое будущее ждет человечество во Вселенной? Сможем ли мы колонизировать Марс и Венеру? Будем ли летать на выходные на Луну? Оптимисты и мечтатели уверены, что да. Пессимисты предлагают подумать о климатических изменениях и глобальном потеплении. И те и другие согласны в одном: атомщикам в ближайшие 100 лет будет чем заняться.
Термоядерный самолет
Название: Микротермоядерная гибридная силовая установка для высотных самолетов и космических аппаратов (WO2019222045).
Дата публикации: 21.11.2019.
Автор и патентообладатель: Джером Дрекслер (США).
Сфера применения: гибридные силовые установки.
Общепринятая высота и крейсерская скорость самолетных перелетов — это компромисс между мощностью и экономией топлива, сопротивлением воздуха и доступностью кислорода. Автор предложил конструкцию многоразового летательного аппарата, который сможет достигать верхних слоев атмосферы. Взлетать он может на обычных двигателях, переключаясь затем на высотные. Необходимое увеличение мощности может дать мюонный катализ термоядерных реакций. Космические лучи и мюоны в верхних слоях атмосферы могут инициировать микротермоядерное топливо. Его можно добавлять в обычное химическое или впрыскивать на выходе в сопло. По оценкам автора, масса добавки будет невелика по сравнению с массой обычного топлива.
Дата публикации: 21.11.2019.
Автор и патентообладатель: Джером Дрекслер (США).
Сфера применения: гибридные силовые установки.
Общепринятая высота и крейсерская скорость самолетных перелетов — это компромисс между мощностью и экономией топлива, сопротивлением воздуха и доступностью кислорода. Автор предложил конструкцию многоразового летательного аппарата, который сможет достигать верхних слоев атмосферы. Взлетать он может на обычных двигателях, переключаясь затем на высотные. Необходимое увеличение мощности может дать мюонный катализ термоядерных реакций. Космические лучи и мюоны в верхних слоях атмосферы могут инициировать микротермоядерное топливо. Его можно добавлять в обычное химическое или впрыскивать на выходе в сопло. По оценкам автора, масса добавки будет невелика по сравнению с массой обычного топлива.
Водородный экспресс
Название: Быстрый реактор высокой мощности (GB2218255).
Дата публикации: 14.06.1989.
Авторы: Энтони Рулстон, Рональд Поттер.
Патентообладатели: Rolls Royce & Ass., Atomic Energy Authority UK (Великобритания).
Сфера применения: космическая ЯЭУ.
Первоначально авторы предложили конструкцию компактного газоохлаждаемого ядерного реактора на быстрых нейтронах, который должен был обеспечивать выход на большую мощность в короткие сроки. В качестве теплоносителя предполагалось использовать водород. Сложность задачи заключалась в том, что газ должен был нагреваться от 0 °К до ~1000 °К. Свойства материалов теплового канала на входе и выходе должны были существенно различаться.
В результате была предложена двухконтурная схема охлаждения, в которой холодный водород используется во втором контуре и выбрасывается наружу после прохождения одной или нескольких турбин. Внутри активной зоны теплоноситель циркулирует по параллельным, концентрически расположенным каналам во встречных направлениях. Такое движение позволяет оптимально подобрать конструкционные материалы активной зоны.
Дата публикации: 14.06.1989.
Авторы: Энтони Рулстон, Рональд Поттер.
Патентообладатели: Rolls Royce & Ass., Atomic Energy Authority UK (Великобритания).
Сфера применения: космическая ЯЭУ.
Первоначально авторы предложили конструкцию компактного газоохлаждаемого ядерного реактора на быстрых нейтронах, который должен был обеспечивать выход на большую мощность в короткие сроки. В качестве теплоносителя предполагалось использовать водород. Сложность задачи заключалась в том, что газ должен был нагреваться от 0 °К до ~1000 °К. Свойства материалов теплового канала на входе и выходе должны были существенно различаться.
В результате была предложена двухконтурная схема охлаждения, в которой холодный водород используется во втором контуре и выбрасывается наружу после прохождения одной или нескольких турбин. Внутри активной зоны теплоноситель циркулирует по параллельным, концентрически расположенным каналам во встречных направлениях. Такое движение позволяет оптимально подобрать конструкционные материалы активной зоны.
Непростая скорлупа
Название: Состав смолы, формованный корпус, внутренний материал для самолетов (WO2021002232).
Дата публикации: 07.01.2021.
Автор: Кузе Сатоши.
Патентообладатель: Sumitomo Chemical Company (Япония).
Сфера применения: конструкционные материалы.
Высота полета самолетов, грузовых и пассажирских, —от 8 до 12 км; приблизительно на такой высоте интенсивность вторичных космических лучей достигает максимума. Радиационное облучение членов экипажей самолетов может представлять угрозу их здоровью. Считается, что около половины полученной дозы дает облучение нейтронами. Авторы предложили состав смолы с борным наполнителем в виде пластинчатых, слоистых кристаллов. Материал можно использовать для внутренней отделки самолета.
Дата публикации: 07.01.2021.
Автор: Кузе Сатоши.
Патентообладатель: Sumitomo Chemical Company (Япония).
Сфера применения: конструкционные материалы.
Высота полета самолетов, грузовых и пассажирских, —от 8 до 12 км; приблизительно на такой высоте интенсивность вторичных космических лучей достигает максимума. Радиационное облучение членов экипажей самолетов может представлять угрозу их здоровью. Считается, что около половины полученной дозы дает облучение нейтронами. Авторы предложили состав смолы с борным наполнителем в виде пластинчатых, слоистых кристаллов. Материал можно использовать для внутренней отделки самолета.
Волоконный лазер
Название: Устройство и способ управления пучком частиц и определения его характеристик (WO1987004800).
Дата публикации: 13.08.1987.
Авторы: Фредерик МакКлунг, Джеймс Смолл.
Патентообладатель: Hughes Aircraft Company (США).
Сфера применения: генерация направленных пучков излучения.
Авторы стремились создать устройство для испускания и определения пространственных характеристик пучка нейтральных частиц высокой энергии с большой точностью, которое не разрушало бы чувствительный приемник. Необходимо было вычислять и регулировать направление луча, его расходимость. Для этого использовался массив волокон, построенный с учетом соотношения диаметров отдельной нити и всего пучка. Устройство обратной связи анализирует теневые зоны, возникающие на границах волокон. Полученные данные используются для управления направлением, расходимостью, профилем интенсивности пучка.
Дата публикации: 13.08.1987.
Авторы: Фредерик МакКлунг, Джеймс Смолл.
Патентообладатель: Hughes Aircraft Company (США).
Сфера применения: генерация направленных пучков излучения.
Авторы стремились создать устройство для испускания и определения пространственных характеристик пучка нейтральных частиц высокой энергии с большой точностью, которое не разрушало бы чувствительный приемник. Необходимо было вычислять и регулировать направление луча, его расходимость. Для этого использовался массив волокон, построенный с учетом соотношения диаметров отдельной нити и всего пучка. Устройство обратной связи анализирует теневые зоны, возникающие на границах волокон. Полученные данные используются для управления направлением, расходимостью, профилем интенсивности пучка.
Орбитальная маршрутка
Название: Орбитальная транспортно-спасательная система (WO2005073085).
Дата публикации: 11.08.2005.
Авторы: Роберт Д’Аусилио, Роджер Ленард, Мари Саутхард, Джеймс Стюарт, Чонси Апхофф, Фрэнк Уильямс.
Патентообладатели: Iostar Corporation (США), Роберт Шихан (Англия).
Сфера применения: перспективные космические аппараты.
Авторы описывают транспортно-спасательную систему для перемещения объектов в космосе между низкими околоземными орбитами, более высокими орбитами и дальше. Она оснащается ядерной электрической силовой установкой и не использует дорогостоящее и опасное химическое топливо. Вместо этого для работы ионных двигателей используется ксенон. Ожидается, что предложенная система сможет перемещать грузы между Луной, Землей и другими планетами Солнечной системы. Конструкция аппарата представляет собой длинную стрелу, на концах которой установлены стыковочный модуль, бак с топливом и реакторная установка. Система охлаждения и радиационная защита также располагаются на стреле.
Дата публикации: 11.08.2005.
Авторы: Роберт Д’Аусилио, Роджер Ленард, Мари Саутхард, Джеймс Стюарт, Чонси Апхофф, Фрэнк Уильямс.
Патентообладатели: Iostar Corporation (США), Роберт Шихан (Англия).
Сфера применения: перспективные космические аппараты.
Авторы описывают транспортно-спасательную систему для перемещения объектов в космосе между низкими околоземными орбитами, более высокими орбитами и дальше. Она оснащается ядерной электрической силовой установкой и не использует дорогостоящее и опасное химическое топливо. Вместо этого для работы ионных двигателей используется ксенон. Ожидается, что предложенная система сможет перемещать грузы между Луной, Землей и другими планетами Солнечной системы. Конструкция аппарата представляет собой длинную стрелу, на концах которой установлены стыковочный модуль, бак с топливом и реакторная установка. Система охлаждения и радиационная защита также располагаются на стреле.
Верхом на астероиде
Название: Перенаправление астероидов за счет космических лучей и синтеза, катализируемого мюонами (WO2019112872).
Дата публикации: 13.06.2019.
Автор и патентообладатель: Джером Дрекслер (США).
Сфера применения: космические ЯЭУ, отклонение астероидов.
Автор предположил, что траекторию астероида можно изменить с помощью двигателя, использующего мюонный катализ термоядерного синтеза. Источником мюонов могут стать пылевые частицы, бомбардируемые космическими лучами. Продукты термоядерного синтеза создают дополнительную тягу или, когда они производятся рядом с турбинами, способствуют выработке электроэнергии, приводящей в действие ионный двигатель. Изобретатель предлагает установить на астероид группу микрогидравлических ракетных двигателей и координировать их работу, с целью контролировать изменение траектории астероида.
В случаях маленьких астероидов для питания ионных двигателей можно использовать микрогенераторы, работающие на термоядерном синтезе. Поскольку количество энергии, необходимое для тяги, как правило, намного меньше, чем выходная мощность (несколько килотонн атомного оружия), термин «микрогидроузел» используется здесь для обозначения выработки энергии термоядерного синтеза не более 10 гигаджоулей в секунду (2,5 тонны в тротиловом эквиваленте в секунду), чтобы тем самым исключить макровзрывы.
Дата публикации: 13.06.2019.
Автор и патентообладатель: Джером Дрекслер (США).
Сфера применения: космические ЯЭУ, отклонение астероидов.
Автор предположил, что траекторию астероида можно изменить с помощью двигателя, использующего мюонный катализ термоядерного синтеза. Источником мюонов могут стать пылевые частицы, бомбардируемые космическими лучами. Продукты термоядерного синтеза создают дополнительную тягу или, когда они производятся рядом с турбинами, способствуют выработке электроэнергии, приводящей в действие ионный двигатель. Изобретатель предлагает установить на астероид группу микрогидравлических ракетных двигателей и координировать их работу, с целью контролировать изменение траектории астероида.
В случаях маленьких астероидов для питания ионных двигателей можно использовать микрогенераторы, работающие на термоядерном синтезе. Поскольку количество энергии, необходимое для тяги, как правило, намного меньше, чем выходная мощность (несколько килотонн атомного оружия), термин «микрогидроузел» используется здесь для обозначения выработки энергии термоядерного синтеза не более 10 гигаджоулей в секунду (2,5 тонны в тротиловом эквиваленте в секунду), чтобы тем самым исключить макровзрывы.
Ядерный турбонаддув
Название: Космический двигатель, использующий нагрев газа в тонком слое ядерного топлива (WO2002027730).
Дата публикации: 04.04.2002.
Автор: Карло Руббиа.
Патентообладатели: ENEA — Ente Per Le Nuove Tecnologie, L'Energie E L'Ambiente, Карло Руббиа (Италия).
Сфера применения: космические ядерные двигательные установки.
Пропускание газа через активную зону ядерного реактора не так эффективно, как химическое сжигание топлива. В первом случае температура рабочего тела может достигать 1000–1500 °К, а во втором ~3500 °К из-за более низких температур оболочек топливных элементов. Автор предложил нагревать газ осколками деления. В этом случае его температуру можно будет значительно увеличить. Газ может просачиваться через пористый слой, содержащий делящиеся материалы, внутрь камеры, внешние стенки которой можно охлаждать жидкометаллическим теплоносителем.
Дата публикации: 04.04.2002.
Автор: Карло Руббиа.
Патентообладатели: ENEA — Ente Per Le Nuove Tecnologie, L'Energie E L'Ambiente, Карло Руббиа (Италия).
Сфера применения: космические ядерные двигательные установки.
Пропускание газа через активную зону ядерного реактора не так эффективно, как химическое сжигание топлива. В первом случае температура рабочего тела может достигать 1000–1500 °К, а во втором ~3500 °К из-за более низких температур оболочек топливных элементов. Автор предложил нагревать газ осколками деления. В этом случае его температуру можно будет значительно увеличить. Газ может просачиваться через пористый слой, содержащий делящиеся материалы, внутрь камеры, внешние стенки которой можно охлаждать жидкометаллическим теплоносителем.
Взрыволет
Название: Космический ядерно-взрывной двигатель (WO2012136189).
Дата публикации: 11.10.2012.
Автор и патентообладатель: Маркус Вотшке (Германия).
Сфера применения: перспективные космические ЯЭУ.
Используемые в настоящее время космические двигатели не позволяют достичь ближайших звездных систем за разумное время. Автор изобретения предложил использовать в качестве космических двигателей ядерные заряды. Описываемая им конструкция космического корабля содержит хранилище атомных бомб и специальный отсек, в котором они взрываются. Излучение и продукты взрыва выходят через специальное отверстие и обеспечивают необходимую тягу. Толщина стенок взрывной камеры достаточна для обеспечения защиты персонала и оборудования от ионизирующего излучения. По оценкам изобретателя, для перелетов внутри Солнечной системы достаточно сделать камеру диаметром около 100 метров, для межзвездных перелетов его нужно увеличить до 300 метров и более.
Дата публикации: 11.10.2012.
Автор и патентообладатель: Маркус Вотшке (Германия).
Сфера применения: перспективные космические ЯЭУ.
Используемые в настоящее время космические двигатели не позволяют достичь ближайших звездных систем за разумное время. Автор изобретения предложил использовать в качестве космических двигателей ядерные заряды. Описываемая им конструкция космического корабля содержит хранилище атомных бомб и специальный отсек, в котором они взрываются. Излучение и продукты взрыва выходят через специальное отверстие и обеспечивают необходимую тягу. Толщина стенок взрывной камеры достаточна для обеспечения защиты персонала и оборудования от ионизирующего излучения. По оценкам изобретателя, для перелетов внутри Солнечной системы достаточно сделать камеру диаметром около 100 метров, для межзвездных перелетов его нужно увеличить до 300 метров и более.
Космические шахтеры
Название: Перенаправление астероидов и мягкое приземление с помощью космических лучей и термояда с мюонным катализом (WO2019112873).
Дата публикации: 13.06.2019.
Автор и патентообладатель: Джером Дрекслер (США).
Сфера применения: добыча полезных ископаемых.
Исследуемые методы отклонения или перенаправления астероидов обычно делятся на обеспечивающие большой, но кратковременный импульс к астероиду, например, посредством взрыва или кинетического удара, и обеспечивающие медленный, но продолжительный толчок. Это может быть абляция астероидного материала с помощью сфокусированной солнечной энергии или импульсного лазера или выброс астероидного материала с высокой скоростью. Можно присоединиться к астероиду, толкать его или использовать гравитационный трактор, летящий в непосредственной близости. Из-за большого изменения скорости, необходимого для перенаправления астероида в более удобное место для добычи полезных ископаемых, исследуемые методы в настоящее время ограничены размерами астероидов: диаметром менее 20 метров и массой не более 107 кг. Предлагаемые автором улучшения двигательных установок могут позволить успешно перенаправлять астероиды диаметром до 100 метров и массой до 109 кг.
Дата публикации: 13.06.2019.
Автор и патентообладатель: Джером Дрекслер (США).
Сфера применения: добыча полезных ископаемых.
Исследуемые методы отклонения или перенаправления астероидов обычно делятся на обеспечивающие большой, но кратковременный импульс к астероиду, например, посредством взрыва или кинетического удара, и обеспечивающие медленный, но продолжительный толчок. Это может быть абляция астероидного материала с помощью сфокусированной солнечной энергии или импульсного лазера или выброс астероидного материала с высокой скоростью. Можно присоединиться к астероиду, толкать его или использовать гравитационный трактор, летящий в непосредственной близости. Из-за большого изменения скорости, необходимого для перенаправления астероида в более удобное место для добычи полезных ископаемых, исследуемые методы в настоящее время ограничены размерами астероидов: диаметром менее 20 метров и массой не более 107 кг. Предлагаемые автором улучшения двигательных установок могут позволить успешно перенаправлять астероиды диаметром до 100 метров и массой до 109 кг.
Ускоритель пыли
Название: Электротермический генератор наночастиц (WO2005096317).
Дата публикации: 13.10.2005.
Авторы: Стефан Боссманн, Норберт Бора.
Патентообладатели: Kansas State University Research Foundation, Стефан Боссманн, Норберт Бора.
Сфера применения: перспективные энергетические установки.
Уже известны двигатели, использовавшие как химическое горение, так и ускорение ионизированных продуктов горения. Авторы также предложили сжигать соединения на основе углерода и получать ионизированные частицы, которые могут быть дополнительно ускорены. Управление условиями горения дает возможность изменять параметры частиц и использовать подобные установки как для сварки, так и в качестве двигателей космических аппаратов. Дополнительным преимуществом стала относительно высокая молекулярная масса топлива.
Дата публикации: 13.10.2005.
Авторы: Стефан Боссманн, Норберт Бора.
Патентообладатели: Kansas State University Research Foundation, Стефан Боссманн, Норберт Бора.
Сфера применения: перспективные энергетические установки.
Уже известны двигатели, использовавшие как химическое горение, так и ускорение ионизированных продуктов горения. Авторы также предложили сжигать соединения на основе углерода и получать ионизированные частицы, которые могут быть дополнительно ускорены. Управление условиями горения дает возможность изменять параметры частиц и использовать подобные установки как для сварки, так и в качестве двигателей космических аппаратов. Дополнительным преимуществом стала относительно высокая молекулярная масса топлива.
Водородная защита
Название: Защита космического корабля и скафандра (WO2013057588).
Дата публикации: 25.04.2013.
Авторы: Стивен Беннингтон, Артур Ловелл, Том Хиден, Дэвид Ройз, Аталь Натансон, Стивен Воллер, Ганг Лю, Стивен Перусич, Шон МакГрейди.
Патентообладатель: Cella Energy (Великобритания).
Сфера применения: защитные материалы.
Для защиты от космического ионизирующего излучения лучше использовать материалы с наибольшим числом электронов на единицу массы. Авторы предложили материал с бóльшим, чем в полиэтилене, содержанием водорода. При этом он не выделяет водород и не плавится при температурах ниже 100−120 °C. Водородсодержащий материал может быть заключен в полимерный контейнер, зажат между слоями полимера, смешан с полимером в качестве связующего или удерживаться в порах вспененного полимера. Водород может использоваться в составе гидрида бериллия, борогидрида бериллия, лития, тетраметиламмония, октагидротрибората аммония.
Дата публикации: 25.04.2013.
Авторы: Стивен Беннингтон, Артур Ловелл, Том Хиден, Дэвид Ройз, Аталь Натансон, Стивен Воллер, Ганг Лю, Стивен Перусич, Шон МакГрейди.
Патентообладатель: Cella Energy (Великобритания).
Сфера применения: защитные материалы.
Для защиты от космического ионизирующего излучения лучше использовать материалы с наибольшим числом электронов на единицу массы. Авторы предложили материал с бóльшим, чем в полиэтилене, содержанием водорода. При этом он не выделяет водород и не плавится при температурах ниже 100−120 °C. Водородсодержащий материал может быть заключен в полимерный контейнер, зажат между слоями полимера, смешан с полимером в качестве связующего или удерживаться в порах вспененного полимера. Водород может использоваться в составе гидрида бериллия, борогидрида бериллия, лития, тетраметиламмония, октагидротрибората аммония.
Сэндвич
Название: Композитная экранирующая конструкция для использования в космосе (WO2015113160).
Дата публикации: 06.08.2015.
Авторы: Рагхаван Джаяраман, Адебайо Эммануэль, Раймонд Харрис, Филип Фергюсон, Дональд Асквин.
Патентообладатели: Magellan Aerospace, Winnipeg a Division of Magellan Aerospace (Канада).
Сфера применения: защитные материалы.
Авторы предложили составную структуру, которая должна защищать оборудование и персонал от ионизирующего излучения. Описывается предпочтительный состав слоев, приводятся требования к механическим свойствам. Композитная экранирующая структура включает как минимум пять слоев. Верхний и нижний изготавливаются из алюминия, или тантала, или их сплавов. Центральные слои представляют собой композиты разных типов. Конструкция может использоваться для экранирования спутников на высокоэллиптических орбитах или для защиты персонала и оборудования при медицинской визуализации и транспортировке радиоактивных изотопов.
Дата публикации: 06.08.2015.
Авторы: Рагхаван Джаяраман, Адебайо Эммануэль, Раймонд Харрис, Филип Фергюсон, Дональд Асквин.
Патентообладатели: Magellan Aerospace, Winnipeg a Division of Magellan Aerospace (Канада).
Сфера применения: защитные материалы.
Авторы предложили составную структуру, которая должна защищать оборудование и персонал от ионизирующего излучения. Описывается предпочтительный состав слоев, приводятся требования к механическим свойствам. Композитная экранирующая структура включает как минимум пять слоев. Верхний и нижний изготавливаются из алюминия, или тантала, или их сплавов. Центральные слои представляют собой композиты разных типов. Конструкция может использоваться для экранирования спутников на высокоэллиптических орбитах или для защиты персонала и оборудования при медицинской визуализации и транспортировке радиоактивных изотопов.
Микроавианосец
Название: Транспортное средство с вертодромом (WO2016143806).
Дата публикации: 15.09.2016.
Авторы: Такеши Нисимура, Томоаки Ёсида, Казуки Огихара.
Патентообладатель: Chiba Institute of Technology (Япония).
Сфера применения: роботы.
Беспилотная мобильная вертолетная площадка может использоваться для исследовательской деятельности в труднодоступных и радиоактивно-загрязненных местах. Гусеничная платформа доставит дрон в нужное место, соберет информацию об окружающей обстановке, подзарядит дрон. Это существенно расширит дальность действия и область исследования. Площадка оснащается гусеницами, может передвигаться по пересеченной местности и по лестницам. Предусмотрено устройство фиксации дрона на площадке.
Дата публикации: 15.09.2016.
Авторы: Такеши Нисимура, Томоаки Ёсида, Казуки Огихара.
Патентообладатель: Chiba Institute of Technology (Япония).
Сфера применения: роботы.
Беспилотная мобильная вертолетная площадка может использоваться для исследовательской деятельности в труднодоступных и радиоактивно-загрязненных местах. Гусеничная платформа доставит дрон в нужное место, соберет информацию об окружающей обстановке, подзарядит дрон. Это существенно расширит дальность действия и область исследования. Площадка оснащается гусеницами, может передвигаться по пересеченной местности и по лестницам. Предусмотрено устройство фиксации дрона на площадке.
ДРУГИЕ МАТЕРИАЛЫ #1–2_2021