RU2714411C1

RU2714411C1 - Method of protection against charged particles of cosmic radiation

Info

Publication number: RU2714411C1
Application number: RU2019121978A
Authority: RU
Inventors: Иван Васильевич Трифанов; Максим Геннадьевич Мелкозеров; Владимир Иванович Трифанов
Priority date: 2019-07-09
Filing date: 2019-07-09
Publication date: 2020-02-14

Abstract

FIELD: physics.SUBSTANCE: invention relates to methods and means of protection against ionizing radiation during space flights. Protection method includes creation of protective static electric or magnetic field localized in space between two enclosed each other closed, geometrically continuous noncontracting surfaces, and simultaneous exposure to an additional electrostatic field enabling electrostatic deceleration of charged particles passing from space into the protected space, with simultaneous recuperation of their energy and neutralization of the electric charge. Additional electrostatic field is localized between additional geometrically continuous non-touching surfaces successively arranged inside the protected space towards space vehicle (SC), wherein closest to SC surface is a honeycomb surface, and second additional surface is a mesh screen, cells of which are isolated from each other.EFFECT: improved reliability and power efficiency of protection.8 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к методам и средствам защиты экипажа и оборудования от ионизирующего излучения (заряженных частиц высокой энергии) при космических полетах, а также может быть использовано для получения электроэнергии на борту космического аппарата (КА) и управления энергетическими параметрами защитного электростатического и магнитного полей.The invention relates to methods and means of protecting the crew and equipment from ionizing radiation (high energy charged particles) during space flights, and can also be used to generate electricity on board a spacecraft (SC) and control the energy parameters of protective electrostatic and magnetic fields.

Главную опасность при космических полетах вне действия магнитного поля Земли для здоровья человека и работы электронных приборов представляют собой протоны и положительно заряженные ядра элементов космического излучения высокой энергии (см. Юджин Паркер «Как защитить космических путешественников» в мире науки, февраль 2007 г., с. 21).The main danger during space flights outside the action of the Earth’s magnetic field for human health and the operation of electronic devices are protons and positively charged nuclei of high-energy cosmic radiation elements (see Eugene Parker “How to Protect Space Travelers” in the world of science, February 2007, p. . 21).

Известны способы радиационной защиты с помощью поглощающих материалов, например, с помощью метрового слоя воды, которые могут иметь большой вес (для капсулы 15 м³ вес составит более 600 тонн) (см. Юджин Паркер «Как защитить космических путешественников» в мире науки, февраль 2007 г., с. 21-22).Known methods of radiation protection using absorbing materials, for example, using a meter-long water layer, which can be heavy (for a 15 m ³ capsule, the weight will be more than 600 tons) (see Eugene Parker “How to Protect Space Travelers” in the world of science, February 2007, p. 21-22).

Известны способы электростатической защиты, когда космический аппарат заряжается положительным зарядом, или окружается би- или мультипольным электростатическим полем, создаваемым несколькими зарядами одного или двух знаков (см Metzger, Philip Т; Lane, John Е.; Youngquist, Robert С, "Asymmetric electrostatic radiation shielding for spacecraft", 2004 IEEE Aerospace Conference Procceedings'; Big Sky, MT; FROM; Mar 6-13, 2004; United States; Jeft Hetch, "Force fields may shield astronauts' from radiation". New Scientist Space, June, 2005; Paul Marks, Forget rockets - go to Mars in a comic fruit bawl" New Scientist Space, October, 2007).There are known methods of electrostatic protection when a spacecraft is charged with a positive charge, or surrounded by a bi- or multipole electrostatic field created by several charges of one or two signs (see Metzger, Philip T; Lane, John E .; Youngquist, Robert C, Asymmetric electrostatic radiation shielding for spacecraft ", 2004 IEEE Aerospace Conference Procceedings '; Big Sky, MT; FROM; Mar 6-13, 2004; United States; Jeft Hetch," Force fields may shield astronauts' from radiation ". New Scientist Space, June, 2005 ; Paul Marks, Forget rockets - go to Mars in a comic fruit bawl "New Scientist Space, October, 2007).

Недостатком всех этих способов является активное взаимодействие с плазмой межпланетного пространства, которое приводит к появлению мощного электрического разряда. Это ведет к нейтрализации заряда защиты и усиленной бомбардировке устройств электронами и ионами межпланетной плазмы, что генерирует вредное вторичное рентгеновское и гамма-излучение. Кроме того, не скомпенсированный заряд предлагаемых систем защиты приводит к усилению абсорбции заряженных частиц из плазмы окружающего пространства, что крайне нежелательно. Для поддержания заряда защиты приходится тратить много энергии. В предложенных системах защиты присутствуют бреши в защитном поле (участки с пониженной и нулевой напряженностью поля), обусловленные геометрией расположения защитных зарядов.The disadvantage of all these methods is the active interaction with the plasma of interplanetary space, which leads to the appearance of a powerful electric discharge. This leads to the neutralization of the charge of protection and the enhanced bombardment of devices by electrons and ions of the interplanetary plasma, which generates harmful secondary x-ray and gamma radiation. In addition, the uncompensated charge of the proposed protection systems leads to increased absorption of charged particles from the plasma of the surrounding space, which is extremely undesirable. To maintain a charge of protection you have to spend a lot of energy. In the proposed protection systems, there are gaps in the protective field (areas with low and zero field strengths) due to the geometry of the location of the protective charges.

Известны способы магнитной защиты космических аппаратов (см. Юджин Паркер «Как защитить космических путешественников» в мире науки, февраль 2007 г., с. 21). Недостатком этого способа является сильное остаточное магнитное поле внутри космического аппарата и наличие брешей в защите, т.е. участков, где напряженность магнитного поля равна нулю. Вторым недостатком является то, что магнитное поле вокруг космического аппарата может собирать из окружающего пространства потоки захваченных заряженных частиц, которые ослабляют защитное магнитное поле, а также являются «радиоактивным мусором», представляющим собой опасность.Known methods for magnetic protection of spacecraft (see Eugene Parker "How to Protect Space Travelers" in the world of science, February 2007, p. 21). The disadvantage of this method is the strong residual magnetic field inside the spacecraft and the presence of security gaps, i.e. areas where the magnetic field is zero. The second disadvantage is that the magnetic field around the spacecraft can collect from the surrounding space streams of captured charged particles, which weaken the protective magnetic field, and are also “radioactive debris”, which is a danger.

Предложен способ магнитной защиты, при котором остаточное поле вне и внутри системы снижается до минимума использованием системы инвертированных коаксиальных катушек индуктивности (см. Nancy Atkinson "Magnetic Shielding for spacecraft" the space review, January, 24, 2005). Недостатком этого способа является то, что вдоль оси катушек защита отсутствует. Кроме того система двух катушек является сложной и занимает дополнительный объем космического аппарата.A magnetic protection method is proposed in which the residual field outside and inside the system is minimized by using a system of inverted coaxial inductors (see Nancy Atkinson "Magnetic Shielding for spacecraft" the space review, January, 24, 2005). The disadvantage of this method is that along the axis of the coils there is no protection. In addition, the system of two coils is complex and takes up additional spacecraft.

За прототип принят способ защиты космического аппарата, который заключается в том, что защитное статическое электрическое или магнитное поле локализованы в пространстве между двумя вложенными друг в друга замкнутыми, геометрически непрерывными, несоприкасающимися поверхностями, а защищаемое пространство космического аппарата ограничено внутренней поверхностью (см. патент РФ.№2406661),The prototype adopted a method of protecting a spacecraft, which consists in the fact that a protective static electric or magnetic field is localized in the space between two enclosed, geometrically continuous, non-touching surfaces, and the protected space of the spacecraft is limited by the inner surface (see RF patent .№2406661),

При применении электрического поля эффект защиты достигается тем, что на противостоящих поверхностях заряды имеют одинаковые значения и противоположны по знаку. В таком конденсаторе электрическое поле сконцентрировано в пространстве между обкладками. Вне этого пространства поле равно нулю. Многие заряженные частицы обладают высокой проникающей способностью, например, мюоны, несущие отрицательный заряд и обладающие высокой энергией, поэтому необходима дополнительная защита экипажа, например, применение клетки Фарадея, которая также не обеспечивает достаточно надежной зашиты.When applying an electric field, the protection effect is achieved by the fact that on opposing surfaces the charges have the same values and are opposite in sign. In such a capacitor, the electric field is concentrated in the space between the plates. Outside this space, the field is zero. Many charged particles have high penetrating power, for example, muons that carry a negative charge and have high energy, so additional crew protection is needed, for example, the use of a Faraday cage, which also does not provide sufficiently reliable protection.

Заряженная частица тормозится электрическим полем между обкладками только тогда, когда заряд совпадает по знаку внутренней поверхности, например (+), что тоже не обеспечивает надежную защиту при движении частиц противоположного знака. При этом для торможения и отражения частицы энергия не тратится. Для торможения протонов «галактического излучения» с энергией 2 ГэВ внутренняя сфера должна быть заряжена положительно, а внешняя отрицательно, разность потенциалов между ними должна быть соответственно 2 ГэВ, ее необходимо поддерживать и управлять ею. В способе-прототипе это не предусмотрено. Предполагается, что такая разность потенциалов может быть достигнута эмиссией пучков электронов с соответствующей энергией от внутренней сферы с помощью достаточно компактного лазерного ускорителя (см. Чандрошекар Джон «Плазменные ускорители. В мире науки, май, 2006).A charged particle is inhibited by the electric field between the plates only when the charge matches the sign of the inner surface, for example (+), which also does not provide reliable protection when particles of the opposite sign move. Moreover, energy is not wasted for braking and reflection of a particle. To inhibit the protons of “galactic radiation” with an energy of 2 GeV, the inner sphere must be positively charged and the outer one negative, the potential difference between them must be 2 GeV, respectively, it must be maintained and controlled. In the prototype method this is not provided. It is assumed that such a potential difference can be achieved by emission of electron beams with the corresponding energy from the inner sphere using a sufficiently compact laser accelerator (see Chandroscher John “Plasma accelerators. In the world of science, May, 2006).

Для работы плазменного ускорителя требуется дополнительная энергия, КПД лазера невысокий (составляет 15%), что является недостатком. Заряженные частицы межпланетной плазмы между сферами защитного устройства под действием электрического поля будут сепарированы, положительно заряженные вытеснены к внешней оболочке и выброшены за пределы ее с ускорением. Электрическим полем между сферами защитного устройства необходимо управлять, а именно, поддерживать его напряженность для исключения разряда.For the plasma accelerator to work, additional energy is required, the laser efficiency is low (15%), which is a drawback. Charged particles of interplanetary plasma between the spheres of the protective device under the influence of an electric field will be separated, positively charged will be forced out to the outer shell and thrown out of it with acceleration. The electric field between the spheres of the protective device must be controlled, namely, to maintain its intensity to prevent discharge.

Отрицательно заряженные частицы межпланетной плазмы не притягиваются устройством защиты и не могут проникать через внешнюю оболочку ввиду крайней ее малости энергии, менее 1 кэВ (см. Н.Г. Бочкарев «Магнитные поля в космосе» М.: Наука, 1985, с 82 с.). Для исключения ионного разряда между сферами их требуется покрывать слоем изолятора, например, полимера или плавленого кварца. Напряженность поля может составлять 1*10 до 4*10 В/м, при разности потенциала 2 ГВ. При этом возникает электростатическая сила притяжения сфер друг к другу 4*10⁶ Н, что требует применения силовых штанг между сферами или распрямляющей пневматической системы со сжатым газом на внешней оболочке, а также достаточной жесткости самих сфер. Это усложняет конструкцию защитной системы и требует управления электростатической энергией и поддержания рационального электростатического напряжения, т.е. повышения энергетических затрат и рационального механизма компенсации сил.Negatively charged particles of the interplanetary plasma are not attracted by the protective device and cannot penetrate through the outer shell due to its extremely small energy, less than 1 keV (see N.G. Bochkarev “Magnetic fields in space” M .: Nauka, 1985, 82 pp. ) To exclude an ionic discharge between the spheres, it is necessary to cover them with a layer of an insulator, for example, polymer or fused silica. The field strength can be 1 * 10 to 4 * 10 V / m, with a potential difference of 2 GW. In this case, an electrostatic attraction force of the spheres to each other 4 * 10 ⁶ N occurs, which requires the use of power rods between the spheres or a straightening pneumatic system with compressed gas on the outer shell, as well as sufficient rigidity of the spheres themselves. This complicates the design of the protective system and requires the management of electrostatic energy and maintaining a rational electrostatic voltage, i.e. increase energy costs and a rational mechanism of compensation of forces.

При применении магнитного поля эффект защиты достигается за счет того, что на противостоящих поверхностях токи противоположны по направлению. Поэтому магнитное поле локализуется внутри устройства между вложенными друг в друга поверхностями и ослабляется снаружи. Магнитные «силовые линии» замыкаются сами на себя. Для обеспечения сплошной замкнутой защиты предлагается использовать тороидальную форму поверхностей. Для такой системы также необходима дополнительная защитная система от магнитного поля, требуются энергетические затраты и управление соотношением силы токов, чтобы добиться практически полной минимизации магнитного поля внутри и вне космического аппарата. Для облегчения конструкции при создании магнитного поля и снижения электрических потерь необходимо применение сверхпроводников. Магнитное поле способно изменять траекторию движения заряженных частиц, но не компенсировать заряд. При этом требуются затраты электроэнергии на охлаждение системы, а также для компенсации сил магнитного отталкивания между тороидами, кроме того необходима дополнительная защиты экипажа от остатков магнитного поля, например, на основе эффекта Мейснера-Оксенфельда. Реализация эффекта Мейснера-Оксенфельда с одной стороны связана с технологическими трудностями создания сверхпроводящего объемного проводника в корпусе КА, а с другой этот эффект наблюдается только в слабых магнитных полях с индукцией 0,001 Тл. и при низких температурах. При увеличении напряженности магнитного поля и повышении температуры выше критической, сверхпроводящее состояние проводника может разрушаться и не происходить полное выталкивание магнитного поля из объема сверхпроводящей фазы (см. Эффект Мейснера. https://studopedia.ru). Это тоже является недостатком и вызывает необходимость дополнительных энергетических затрат и создания надежного защитного слоя от проникновения в КА электрических и магнитных полей.When applying a magnetic field, the protection effect is achieved due to the fact that the currents on opposing surfaces are opposite in direction. Therefore, the magnetic field is localized inside the device between nested surfaces and attenuated from the outside. Magnetic "power lines" are closed on themselves. To ensure continuous closed protection, it is proposed to use the toroidal shape of the surfaces. Such a system also requires an additional protective system from the magnetic field, energy costs and control of the ratio of the current strength are required to achieve almost complete minimization of the magnetic field inside and outside the spacecraft. To facilitate the design when creating a magnetic field and reduce electrical losses, it is necessary to use superconductors. The magnetic field is capable of changing the trajectory of the movement of charged particles, but does not compensate for the charge. This requires energy costs for cooling the system, as well as to compensate for the forces of magnetic repulsion between the toroids, in addition, additional protection of the crew from the remnants of the magnetic field, for example, based on the Meissner-Oksenfeld effect. The realization of the Meissner-Oksenfeld effect on the one hand is associated with technological difficulties in creating a superconducting bulk conductor in the spacecraft body, and on the other hand, this effect is observed only in weak magnetic fields with an induction of 0.001 T. and at low temperatures. When the magnetic field strength increases and the temperature rises above the critical one, the superconducting state of the conductor may collapse and the magnetic field will not be completely expelled from the bulk of the superconducting phase (see the Meissner effect. Https://studopedia.ru). This is also a drawback and necessitates additional energy costs and the creation of a reliable protective layer from the penetration of electric and magnetic fields into the spacecraft.

Для усиления эффекта защиты предлагается одновременное применение электрического и магнитного поля между поверхностями и компенсация силы электростатического притяжения магнитным отталкиванием. Также предлагается в пространство между поверхностями устройства защиты дополнительно поместить подходящий материал для поглощения заряженных частиц: например жидкий водород, воду или полиэтилен, что повышает массу КА и затраты электроэнергии.To enhance the protection effect, it is proposed the simultaneous use of an electric and magnetic field between surfaces and compensation of electrostatic attraction by magnetic repulsion. It is also proposed to additionally place a suitable material for the absorption of charged particles in the space between the surfaces of the protection device: for example, liquid hydrogen, water or polyethylene, which increases the mass of the spacecraft and energy costs.

Проведенный анализ показал, что известный способ не обеспечивает достаточной надежности системы защиты КА от заряженных частиц космической радиации, остаточного электрического и магнитного полей, не предусматривает возможности управления энергетическими параметрами (напряженностью полей, расположением и концентрацией защитных зарядов) замкнутых поверхностей защитных сфер, а также имеет невысокую энергетическую эффективность.The analysis showed that the known method does not provide sufficient reliability of the spacecraft protection system from charged particles of cosmic radiation, residual electric and magnetic fields, does not provide for the possibility of controlling energy parameters (field strength, location and concentration of protective charges) of closed surfaces of the protective spheres, and also has low energy efficiency.

Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в повышении надежности и энергетической эффективности защиты от заряженных частиц, остаточных электрических и магнитных полей при космических полетах; обеспечении возможности управления энергетическими параметрами системы защиты с получением электроэнергии за счет рекуперации энергии заряженных частиц космической радиации, использования энергии электростатического и магнитного полей при сепарации электрического заряда межпланетной плазмы.The problem to which the present invention is directed is to increase the reliability and energy efficiency of protection against charged particles, residual electric and magnetic fields during space missions; providing the ability to control the energy parameters of the protection system with the generation of electricity due to the recovery of energy from charged particles of cosmic radiation, the use of electrostatic and magnetic field energy during separation of the electric charge of interplanetary plasma.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в известном способе защиты, заключающемся в создании защитного статического электрического или магнитного поля, локализованных в пространстве между двумя вложенными друг в друга замкнутыми, геометрически непрерывными несоприкасающимися поверхностями, согласно изобретению, создают дополнительное электростатическое поле, позволяющее осуществить электростатическое торможение заряженных частиц, прошедших из космоса в защищаемое пространство, с одновременной рекуперацией их энергии и нейтрализации электростатического заряда, причем дополнительное электростатическое поле локализовано между дополнительными несоприкасающимися поверхностями, последовательно размещенными, внутри защищаемого пространства в направлении к космическому аппарату (КА), причем наиболее близкая к КА поверхность представляет собой сотовую поверхность, а вторая дополнительная поверхность - сетчатый экран, ячейки которого изолированы друг от друга. При этом все ячейки сотовой поверхности электрически соединены, а каждая ячейка представляет собой рекуператор энергии, образующие систему рекуперации энергии заряженных частиц после электростатического торможения. При этом на каждую дополнительную непрерывную несоприкасающуюся поверхность подают электрический потенциал, поддерживающий рациональное электростатическое напряжение защитного электростатического поля для торможения потока заряженных частиц.The solution of this problem is achieved by the fact that in the known method of protection, which consists in creating a protective static electric or magnetic field, localized in the space between two enclosed closed, geometrically continuous non-contacting surfaces, according to the invention, create an additional electrostatic field that allows electrostatic braking charged particles passing from space to the protected space, with the simultaneous recovery of their energy and neutralization of the electrostatic charge, and the additional electrostatic field is localized between additional non-contacting surfaces sequentially placed inside the protected space in the direction of the spacecraft (SC), the surface closest to the SC being a honeycomb surface and the second additional surface a mesh screen, the cells of which isolated from each other. In this case, all cells of the honeycomb surface are electrically connected, and each cell is an energy recuperator, forming a system for recovering the energy of charged particles after electrostatic braking. At the same time, an electric potential is applied to each additional continuous non-contacting surface, supporting a rational electrostatic voltage of the protective electrostatic field to inhibit the flow of charged particles.

На изолированные ячейки сетчатого экрана подают электрический потенциал требуемой величины и знака для регулирования энергии заряженных частиц, поступающих в полости рекуператоров.An electric potential of the required size and sign is supplied to the isolated cells of the mesh screen to regulate the energy of charged particles entering the cavity of the recuperators.

На вложенных друг в друга замкнутых, геометрически непрерывных, несоприкасающихся поверхностях создают биполярное или мультиполярное электростатическое поле, за счет того, что поверхности выполняют в виде токопроводящих изолированных между собой слоев и на каждый слой подают соответствующий электрический потенциал, способный оказать тормозящее воздействие на потоки заряженных частиц космического пространства, а также сепарацию заряженных частиц по положительным и отрицательным зарядам.A bipolar or multipolar electrostatic field is created on enclosed closed, geometrically continuous, non-contacting surfaces, due to the fact that the surfaces are made in the form of conductive layers isolated between each other and a corresponding electric potential is applied to each layer, which can inhibit the flow of charged particles outer space, as well as the separation of charged particles by positive and negative charges.

На токопроводящих изолированных между собой слоях, создают спектр электрического потенциала и напряженности электрического поля путем зарядки и разрядки внутренних электрически заряженных слоев.On conductive layers isolated between each other, they create a spectrum of electric potential and electric field strength by charging and discharging internal electrically charged layers.

Для зарядки внутреннего и внешнего токопроводящих слоев с напряженностью поля до 1 МэВ используют магнитокумулятивные витковые или баллистические многоразовые генераторы импульсов тока.To charge the internal and external conductive layers with a field strength of up to 1 MeV, magnetocumulative coil or ballistic reusable current pulse generators are used.

Для зарядки внешнего токопроводящего слоя многослойной замкнутой геометрически непрерывной поверхности с концентрацией зарядов и напряженностью более 1 МэВ используют, расположенный с внешней стороны замкнутой геометрически непрерывной поверхности, пролетный рекуператор энергии, при помощи которого поток отрицательно или положительно заряженных частиц высокой энергии межпланетного пространства направляют в аксиально-конический канал заряженного электрода пролетного рекуператора энергии, в котором происходят сжатие, концентрация и рекуперация части энергии, после чего поток частиц направляют на внешний слой, препятствующий проникновению заряженных частиц высокой энергии комических лучей.To charge the external conductive layer of a multilayer closed geometrically continuous surface with a charge concentration and an intensity of more than 1 MeV, use the span energy recuperator located on the outside of the closed geometrically continuous surface, by which the flow of negatively or positively charged particles of high energy of interplanetary space is directed into the axially conical channel of the charged electrode of the span energy recuperator, in which compression, concentration I and recovery of the energy and then flux of particles directed to the outer layer, which prevents penetration of high energy charged particle beams comic.

В качестве рекуператора энергии применяют одноступенчатые или двухступенчатые рекуператоры энергии заряженных частиц с корпусами, выполненными из металлодиэлектрического температуростойкого материала с низкой магнитной и диэлектрической проницаемостью.As an energy recuperator, one-stage or two-stage charged particle energy recuperators are used with housings made of a metal-dielectric heat-resistant material with low magnetic and dielectric constant.

Энергию заряда электростатического поля, локализованного между замкнутыми геометрически непрерывными, несоприкасающимися поверхностями, используют для получения электроэнергии и регулирования напряженности электрического поля, а также управления энергетическими параметрами защитных электростатических и магнитных полей и энергосистем КА.The charge energy of an electrostatic field localized between closed geometrically continuous, non-touching surfaces is used to generate electricity and control the electric field strength, as well as control the energy parameters of protective electrostatic and magnetic fields and spacecraft power systems.

В заявленном способе повышение надежности и энергетической эффективности защиты обеспечивается электростатическим полем, создаваемым между замкнутыми, геометрически непрерывными, несоприкасающимися поверхностями, а также дополнительным электростатическим полем, между защитным сетчатым экраном и ячеистой поверхностью, созданной отдельными рекуператорами, объединенными в систему рекуперации, которые позволяют осуществить электростатическое торможение заряженных частиц, обладающих высокой энергией, прошедших из космоса в защищаемое пространство, с одновременной рекуперацией их энергии и нейтрализацией заряда в рекуператорах. Предложенный способ позволяет осуществить преобразование кинетической энергии заряженных частиц в потенциальную и вернуть ее таким образом в накопитель.In the claimed method, increasing the reliability and energy efficiency of protection is provided by an electrostatic field created between closed, geometrically continuous, non-contacting surfaces, as well as an additional electrostatic field, between the protective mesh screen and the cellular surface created by separate recuperators, combined into a recovery system that allows electrostatic braking of high-energy charged particles that have passed from space to defend my space, with the simultaneous recovery of their energy and neutralization of charge in the recuperators. The proposed method allows the conversion of the kinetic energy of charged particles into potential and thus return it to the drive.

Повышение надежности и энергетической эффективности защиты от заряженных частиц, остаточных электрических и магнитных полей при космических полетах достигается также применением активных многослойных экранов в виде многозарядных электростатических полей, позволяющих преобразовывать (рекуперировать) энергию заряженных частиц при переносе заряда против сил электрического поля за счет сил инерции с отбором кинетической энергии от потоков холодной плазмы путем преобразования ее в электрическую при помощи рекуператоров энергии заряженных частиц и емкостных накопителей электрической энергии (см. С.К. Димитров; В.А. Обухов. Системы торможения и рекуперации энергии плазменных потоков (ионные инжекторы и плазменные ускорители) Под ред. А.И. Морозова и Н.Н. Семашко. - М.: Энергоиздат, 1989 с. 193-217; патент РФ №2617689, Рекуператор энергии положительно заряженных ионов, И.В. Трифанов, Л.И. Оборина и др.; патент РФ №2625325, Рекуператор энергии пучков заряженных частиц, И.В. Трифанов, Л.И. Оборина и др.). Рекуперация энергии положительно и отрицательно заряженных частиц, прошедших через электростатическое или магнитное поля может осуществляться при помощи одноступенчатых или двухступенчатых рекуператоров энергии электрически соединенных между собой последовательно, что обеспечит требуемое напряжение для работы энергетических систем КА, а также высокую удельную емкость и разрядную мощность.Improving the reliability and energy efficiency of protection against charged particles, residual electric and magnetic fields during space missions is also achieved by the use of active multilayer screens in the form of multiply charged electrostatic fields, which allow converting (recovering) the energy of charged particles during charge transfer against electric field forces due to inertia with selection of kinetic energy from the flows of cold plasma by converting it into electrical energy using charge energy recuperators particles and capacitive storage of electrical energy (see S.K. Dimitrov; V.A. Obukhov. Braking and energy recovery systems for plasma flows (ion injectors and plasma accelerators) Edited by A.I. Morozov and N.N. Semashko . - M .: Energoizdat, 1989. 193-217; RF patent No. 2617689, Energy recuperator of positively charged ions, IV Trifanov, LI Oborina and others; RF patent No. 2625325, Energy recuperator of charged particle beams , I.V. Trifanov, L.I. Oborina, etc.). Energy recovery of positively and negatively charged particles passing through an electrostatic or magnetic field can be carried out using single-stage or two-stage energy recuperators that are electrically interconnected in series, which will provide the required voltage for the operation of spacecraft energy systems, as well as high specific capacitance and discharge power.

Корпуса рекуператоров выполняются из металлодиэлектрического материала с низкой диэлектрической и магнитной проницаемостью для защиты КА от магнитных и электрических полей (например, корпус может быть выполнен многослойным, содержащим слои полиэтилена с медным покрытием) (см. заявку РФ №2018136007 от 28.12.2018, Способ создания многоступенчатой рекуперации энергии и устройство для его реализации, Трифанов И.В. и др.).The cases of recuperators are made of metal-dielectric material with low dielectric and magnetic permeability to protect the spacecraft from magnetic and electric fields (for example, the body can be multilayer, containing layers of polyethylene with a copper coating) (see RF application No. 2018136007 of 12/28/2018, Method for creating multistage energy recovery and a device for its implementation, I. Trifanov and others).

Медное покрытие будет способствовать защите от магнитных полей, а полиэтилен от электрических. Рекуператоры, размещенные вокруг КА, создают замкнутую ячеистую поверхность, которая способна защитить КА, как от воздействия заряженных частиц, так и электрических и магнитных полей, за счет своего электростатического поля, а также пассивной защиты, создаваемой электродами и радиационно-защитными материалами корпуса. Корпуса рекуператоров энергии могут дополнительно покрываться слоями до 100 мкм из материалов, поглощающих нейтроны, например, на основе карбида бора (см. Физики ИЯФ продумали, как защититься от нейтронов с помощью карбида бора https://news.yandex.ru), а также слоями полимерных композиционных радиационно-защитных материалов, содержащих карбид бора, вольфрам (см. Радиационная защита радиоэлектронной аппаратуры космического назначения Ю.В. Кузнецов., В.И. Гульбин, Н.С. Колпаков и др., ОАО «Инженерно-маркетинговый центр Концерн «Вега» http://www.rusnor.org).Copper coating will help protect against magnetic fields, and polyethylene from electrical. Recuperators located around the spacecraft create a closed cellular surface that can protect the spacecraft from both the effects of charged particles and electric and magnetic fields due to its electrostatic field, as well as passive protection created by electrodes and radiation-protective materials of the body. The cases of energy recuperators can be additionally coated with layers of up to 100 μm from materials that absorb neutrons, for example, based on boron carbide (see INP physicists have figured out how to protect themselves from neutrons using boron carbide https://news.yandex.ru), and layers of polymer composite radiation-protective materials containing boron carbide, tungsten (see Radiation protection of space electronic equipment Yu.V. Kuznetsov., V.I. Gulbin, N.S. Kolpakov et al., Engineering and Marketing Center OJSC Concern "Vega" http://www.rusnor.org).

Могут также применяться защитные слои из алюминий-матричных радиационно-защитных композитов нескольких составов и из ПКМ, содержащих высокодисперстные порошки тяжелых металлов (см. Композиционный материал для защиты радиоэлектронной аппаратуры космических аппаратов от ионизирующего излучения. (Е.А. Джур, А.Ф. Санин, А.Ю. Андрианов и др. Сибирский журнал науки и технологии, 2013, cuberleninka.ru).Protective layers of aluminum-matrix radiation-protective composites of several compositions and PCMs containing highly dispersed powders of heavy metals can also be used (see Composite material for protecting electronic equipment of spacecraft from ionizing radiation. (E.A. Dzhur, A.F. Sanin, A.Yu. Andrianov et al. Siberian Journal of Science and Technology, 2013, cuberleninka.ru).

Для повышения эффективности и надежности активной защиты на вложенных друг в друга, замкнутых, геометрически непрерывных, несоприкасающихся поверхностях может создаваться биполярное или мультиполярное электростатическое поле с требуемым радиационным электрическим потенциалом, в зависимости от энергии потока и концентрации заряженных частиц, за счет того, что их выполняют многослойными, в виде изолированных между собой слоев, и на каждый слой подают свой электрический потенциал. При этом на многослойных защитных поверхностях создают спектр электрического потенциала и напряженности электрического поля при помощи зарядки магнитокумулятивными генераторами импульсов (МКГИ) или баллистическими магнитокумулятивными генераторами импульсов (БМКГИ) многоразового действия (см. Взрывные генераторы мощных импульсов электрического тока. Под ред. В.Е. Фортова. - М.: Наука, 2002, с. 15, а также патент РФ №2649494, Импульсный детонационный ракетный двигатель, И.В. Трифанов, Л.И. Оборина и др.) Регулируют электрический потенциал путем разрядки за счет сбрасывания лишней накопленной энергии на электростатические батареи и аккумуляторы.To increase the efficiency and reliability of active protection on enclosed, closed, geometrically continuous, non-touching surfaces, a bipolar or multipolar electrostatic field can be created with the required radiation electric potential, depending on the flow energy and concentration of charged particles, due to the fact that they are performed multilayer, in the form of layers isolated between each other, and each electric layer is supplied with its own electric potential. At the same time, a spectrum of electric potential and electric field strength is created on multilayer protective surfaces by charging reusable magnetocumulative pulse generators (MCGI) or reusable ballistic magnetocumulative pulse generators (BMCCI) (see Explosive generators of powerful electric current pulses. Edited by V.E. Fortova. - M .: Nauka, 2002, p. 15, as well as RF patent No. 2649494, Pulse detonation rocket engine, IV Trifanov, LI Oborina and others) Regulate the electric potential by means of Charging by dropping excess accumulated energy on electrostatic batteries and accumulators.

Внешнюю сферу защитного устройства, выполненную в виде замкнутой, несоприкасающейся поверхности, также можно заряжать отрицательно при помощи пролетного рекуператора энергии заряженных частиц тока на потоке плазмы. Отрицательно заряженные частицы межпланетной плазмы направляют сначала в аксиально-конический канал заряжающего электрода суперконденсатора, где происходит рекуперация части энергии в электростатическое электричество, а затем поток нескомпенсированных частиц концентрируют, ускоряют при помощи электростатического ускорителя и направляют на внешнюю сферу, создавая на ее поверхности отрицательный потенциал, способный отталкивать от нее отрицательно заряженные частицы космической среды (см. патент РФ №2597205, Генератор электрического тока на потоке плазмы, И.В. Трифанов, Б.Н. Казьмин, Л.И. Оборина, В.И. Трифанов).The outer sphere of the protective device, made in the form of a closed, non-contacting surface, can also be negatively charged using a span energy recuperator of charged current particles on the plasma stream. Negatively charged particles of the interplanetary plasma are first directed to the axial-conical channel of the charging electrode of the supercapacitor, where part of the energy is recovered into electrostatic electricity, and then the stream of uncompensated particles is concentrated, accelerated by an electrostatic accelerator and directed to the outer sphere, creating a negative potential on its surface, able to repel negatively charged particles of the space environment from it (see RF patent No. 2597205, Electric generator current on the plasma stream, I.V. Trifanov, B.N. Kazmin, L.I. Oborina, V.I. Trifanov).

Такой метод является энергетически более эффективным, чем использование лазера для зарядки внешней сферы, предлагаемого в прототипе.This method is energetically more efficient than using a laser to charge the external sphere, proposed in the prototype.

Для повышения надежности активной защиты КА от космической радиации может также применяться магнитное поле, совмещенное с электростатическим и системой рекуперации энергии заряженных частиц или в виде магнитного поля, совмещенного с системой рекуперации энергии заряженных частиц, расположенных с внешней рабочей стороны КА. Такое построение позволит компенсировать силы притягивания защитных сфер электростатического поля путем создания сил отталкивания при протекании токов и действия магнитного поля. Известно, что магнитное поле не меняет величины заряда частиц, а изменяет направление их движения и концентрирует их заряд. При этом на заряженные частицы действует сила Лоренца, которая по спиральным траекториям перемещает ионы и электроны вокруг силовых линий или заставляет их двигаться по искривленной отклоняющейся траектории (см. Скорость - заряженная частица. Технический словарь, Т. 1, С. 10-70).To increase the reliability of the spacecraft’s active protection against cosmic radiation, a magnetic field combined with an electrostatic and a charged particle energy recovery system or in the form of a magnetic field combined with a charged particle energy recovery system located on the outer working side of the spacecraft can also be used. Such a construction will make it possible to compensate for the attractive forces of the protective spheres of the electrostatic field by creating repulsive forces during the flow of currents and the action of the magnetic field. It is known that the magnetic field does not change the magnitude of the particle charge, but changes the direction of their motion and concentrates their charge. In this case, the Lorentz force acts on charged particles, which moves ions and electrons along spiral lines along spiral paths or makes them move along a curved deflecting path (see Speed - charged particle. Technical Dictionary, Vol. 1, pp. 10-70).

При этом может происходить сепарация заряженных частиц по знаку заряда, что целесообразно использовать для более эффективной рекуперации энергии, путем рационального расположения рекуператоров энергии на концентрированных потоках заряженных частиц одного знака, которые могут усиливаться у полюсов электромагнита и иметь более высокие энергетические параметры.In this case, separation of charged particles by the sign of the charge can occur, which is advisable to use for more efficient energy recovery, by rational arrangement of energy recuperators on concentrated flows of charged particles of the same sign, which can be amplified at the poles of the electromagnet and have higher energy parameters.

Магнитные поля не только могут быть использованы для изменения направления движения заряженных частиц, а также применяться как сверхпроводящие индуктивные накопители энергии, работа которых обусловлена возможностью длительного хранения энергии в формемагнитной энергии. Такие системы имеют возможность запитки от источников с малой электрической мощностью, например, рекуператоров энергии, аккумуляторов или емкостных батарей (см. Взрывные генераторы мощных импульсов электрического тока/ под ред. В.Е. Фортова. М.: Наука, 2002, с. 21).Magnetic fields can not only be used to change the direction of motion of charged particles, but also be used as superconducting inductive energy storage devices, the operation of which is due to the possibility of long-term energy storage in formemagnetic energy. Such systems can be powered from sources with low electric power, for example, energy recuperators, batteries or capacitive batteries (see Explosive generators of powerful pulses of electric current / under the editorship of V.E. Fortov. M .: Nauka, 2002, p. 21 )

Для реализации предлагаемого способа защиты КА от заряженных частиц космической радиации могут применяться разработанные схемы. На фиг. 1 изображена система защиты, реализующая заявленный способ. На фиг. 1 показаны рабочее пространство КА 1, которое размещено внутри двух несоприкасающихся замкнутых поверхностей 4 и 5, а также дополнительного защитного экрана 3, выполненного из металлической сетки с изолированными друг от друга ячейками и ячеистой поверхности, сформированной из рекуператоров энергии 2 заряженных частиц, электрически соединенных между собой.To implement the proposed method of protecting a spacecraft from charged particles of cosmic radiation, developed schemes can be used. In FIG. 1 shows a security system that implements the claimed method. In FIG. 1 shows the working space of spacecraft 1, which is located inside two non-contacting closed surfaces 4 and 5, as well as an additional protective screen 3 made of a metal mesh with insulated cells and a cellular surface formed from energy recuperators 2 charged particles, electrically connected between by myself.

Электростатическое поле, создаваемое между замкнутыми поверхностями 4 и 5, а также дополнительное электростатическое поле между защитным экраном 3 и ячеистой поверхностью, созданной отдельными рекуператорами 2, объединенными в систему рекуперации, позволяют осуществить электростатическое торможение заряженных частиц, обладающих высокой энергией, прошедших из космоса в защищаемое пространство, с одновременной рекуперацией их энергии и нейтрализацией заряда в рекуператорах 2. Потерю энергии заряженных частиц ионов на единицу пути

можно оценить по формуле:The electrostatic field created between

closed surfaces

4 and 5, as well as an additional electrostatic field between the protective screen 3 and the cellular surface created by separate recuperators 2, combined into a recovery system, allow electrostatic braking of charged particles with high energy transmitted from space to the protected space, with the simultaneous recovery of their energy and neutralization of the charge in the recuperators 2. Loss of energy of charged ion particles per unit path

can be estimated by the formula:

где dE/dx - тормозная способность вещества защитной системы, n_e -плотность атомных электронов в веществе; Za - заряд тяжелой заряженной частицы (иона);V_a - скорость тяжелой заряженной частицы (иона), m_e - масса электрона, dx - слой, через который проходит частица; Y - средний потенциал ионизации вещества, контактирующего с заряженной частицей (Y=13,5ZэB), е - заряд электронов (см. Взаимодействие тяжелых заряженных частиц с веществом, https://helpiks.org).where dE / dx is the inhibitory ability of the substance of the protective system, n _{e is the} density of atomic electrons in the substance; Za is the charge of a heavy charged particle (ion); V _a is the speed of a heavy charged particle (ion), m _e is the mass of the electron, dx is the layer through which the particle passes; Y is the average ionization potential of a substance in contact with a charged particle (Y = 13.5ZeB), e is the charge of electrons (see Interaction of heavy charged particles with a substance, https://helpiks.org).

Тормозная способность (по формуле 1) заряженных частиц зависит от заряда, скорости, массы тяжелых частиц, а также от потенциала ионизации материала защитных сфер и многоколлекторных электродов рекуператоров энергии и плотности атомных электронов в веществе. Создавая определенный заряд на защитных сферах 4 и 5 и электростатическое поле между ними, а также на защитном экране 3 и электродах рекуператора 2, можно осуществлять сепарацию заряженных частиц по знаку электрического заряда, торможение в замкнутом электростатическом поле, и накопление электростатического электричества, а затем прошедшие заряженные частицы с определенной скоростью направлять в рекуператоры энергии заряженных частиц, что позволит более надежно защитить КА и получить электроэнергию. Защитными свойствами, как было показано выше, обладает также поверхность рекуператоров энергии. Таким образом происходит отбор кинетической энергии от потоков холодной плазмы путем преобразования ее в электрическую, а также повышение надежности защитной системы.The stopping power (according to Formula 1) of charged particles depends on the charge, speed, mass of heavy particles, as well as on the ionization potential of the material of the protective spheres and the multi-collector electrodes of the energy and density of atomic electron recuperators in the substance. By creating a certain charge on the protective spheres 4 and 5 and the electrostatic field between them, as well as on the protective screen 3 and the electrodes of the recuperator 2, it is possible to separate charged particles by the sign of the electric charge, braking in a closed electrostatic field, and the accumulation of electrostatic electricity, and then passed charged particles with a certain speed to send charged particle energy to the recuperators, which will more reliably protect the spacecraft and receive electricity. As shown above, the surface of energy recuperators also has protective properties. Thus, the kinetic energy is taken from the flows of cold plasma by converting it into electrical energy, as well as increasing the reliability of the protective system.

На фиг. 2 изображена система защиты, в которой вложенные друг в друга, замкнутые, геометрически непрерывные несоприкасающиеся поверхности выполнены многослойными.In FIG. 2 shows a protection system in which enclosed, closed, geometrically continuous non-contacting surfaces are multilayer.

Такое выполнение поверхностей дает возможность создавать биполярные или мультиполярные электростатические защитные поля, а также формировать спектр электростатического потенциала и напряженности электрического поля в зависимости от энергии потоков заряженных частиц холодной плазмы, воздействующих на КА.This embodiment of the surfaces makes it possible to create bipolar or multipolar electrostatic protective fields, as well as to form a spectrum of the electrostatic potential and electric field strength depending on the energy of the flows of charged particles of cold plasma acting on the spacecraft.

В систему защиты (фиг. 2) рабочего пространства 1 КА, ограниченного его многослойным корпусом, входят: две несоприкасающиеся замкнутые поверхности 4 и 5, выполненные многослойными, состоящими из токопроводящих слоев 7 и слоев изоляторов 6; система рекуператоров 2 энергии заряженных частиц в виде сферы, каждый отдельный рекуператор которой имеет сотовую либо прямоугольную форму поверхности; сферический защитный сетчатый экран 3, каждые ячейки 12 которого изолированы друг от друга; заряжающие конденсаторы 8; магнитокумулятивные витковые или баллистические генераторы многоразового действия 9 с удельной мощностью 10¹³-10¹⁴ Вт/м³; емкостные батареи 10; внешний слой 11 замкнутой сферы защитной системы.The protection system (Fig. 2) of the spacecraft working space 1, limited by its multilayer body, includes: two non-contacting closed surfaces 4 and 5, made multilayer, consisting of conductive layers 7 and layers of insulators 6; a system of recuperators 2 of the energy of charged particles in the form of a sphere, each individual recuperator of which has a honeycomb or rectangular surface shape; a spherical protective mesh screen 3, each cell 12 of which is isolated from each other; charging capacitors 8; reusable magnetocumulative coil or ballistic generators 9 with a specific power of 10 ¹³ -10 ¹⁴ W / m ³ ; capacitive batteries 10; the outer layer 11 of the closed sphere of the protective system.

Система зашиты КА (фиг. 2) работает следующим образом. На замкнутые изолированные слои 7 защитных сфер от импульсных генераторов 9 подается высокое напряжение до 1 МэВ. Первоначальной энергией для импульсных генераторов может служить энергия от аккумуляторов на борту КА, а также от рекуператоров 2 энергии заряженных частиц космической радиации, электрически соединенных между собой последовательно для создания высокой разрядной мощности. Так же может использоваться энергия от емкостных батарей 10. При зарядке многослойных замкнутых защитных поверхностей 4 и 5 создаются первоначальные заряды на многослойных конденсаторах, которые позволяют отбирать кинетическую энергию заряженных частиц при их торможении, взаимодействии с поверхностями 4 и 5, при этом заряды могут адсорбироваться и концентрировать электростатическую энергию. Для регулирования напряжения электростатической энергии и распределения потенциала на замкнутых сферах 4 и 5, на определенном уровне производится сброс энергии на емкостные батареи 10, а также аккумуляторы (на фиг. 2 не показаны). Затем накопленная энергия может быть использована для поддержания работы защитной системы и энергетических систем КА.The spacecraft protection system (Fig. 2) works as follows. The closed insulated layers 7 of the protective spheres from the pulse generators 9 are supplied with a high voltage of up to 1 MeV. The initial energy for pulsed generators can be energy from batteries on board the spacecraft, as well as from recuperators 2 of the energy of charged particles of cosmic radiation, electrically connected to each other in series to create high discharge power. The energy from capacitive batteries 10 can also be used. When charging multilayer closed protective surfaces 4 and 5, initial charges are created on multilayer capacitors, which allow the kinetic energy of charged particles to be selected during their braking, interaction with surfaces 4 and 5, while charges can be adsorbed and concentrate electrostatic energy. To regulate the voltage of electrostatic energy and the distribution of potential in closed spheres 4 and 5, at a certain level, energy is released to capacitive batteries 10, as well as batteries (not shown in Fig. 2). Then, the accumulated energy can be used to maintain the work of the defense system and spacecraft energy systems.

Управление работой системы защиты может осуществляться при помощи контроллеров, например, ПЛК-100 или ПЛК-150. Заряженные частицы, попадая в электростатическое поле между поверхностями 4 и 5, тормозятся, взаимодействуют с заряженными поверхностями, на которых рекуперируют свою энергию. Заряженные частицы, со знаком «-» или «+», прошедшие через электростатическое поле, локализованное между поверхностями 4 и 5, проходят через ячейки 12 сетчатого защитного экрана 3, находящегося под соответствующим потенциалом (+) или (-), поступают в полости рекуператоров 2 энергии заряженных частиц, электрически соединенных между собой последовательно. В полостях рекуператоров заряженные частицы взаимодействуют с многоколлекторными электродами, рекомбинируют свой заряд, при этом на электродах суперконденсаторов рекуператоров энергии накапливается электростатическое электричество с напряжением до 5 В. Последовательное соединение рекуператоров энергии позволяет обеспечить высокую емкость и разрядную мощность, используемую для работы системы защиты КА.The protection system can be controlled using controllers, for example, PLC-100 or PLC-150. Charged particles, falling into an electrostatic field between surfaces 4 and 5, are inhibited, interact with charged surfaces, on which their energy is recovered. Charged particles, with a “-” or “+” sign, passed through an electrostatic field localized between surfaces 4 and 5, pass through cells 12 of the mesh protective screen 3, which is under the corresponding potential (+) or (-), enter the cavity of the recuperators 2 energies of charged particles electrically interconnected in series. In the cavities of the recuperators, charged particles interact with multi-collector electrodes, recombine their charge, while electrostatic electricity with a voltage of up to 5 V is accumulated on the electrodes of the supercapacitors of the energy recuperators. Serial connection of the energy recuperators allows for the high capacity and discharge power used to operate the spacecraft protection system.

Внешняя замкнутая сфера 11 системы зашиты может заряжаться отрицательно при помощи пролетного рекуператора энергии заряженных частиц тока на потоке плазмы, показанного на фиг. 3 (см. патент РФ №2597205 Генератор электрического тока на потоке плазмы, Трифанов И.В. и др.; Системы торможения и рекуперации плазменных потоков, Димитров С.К., Обухов В.А. (Ионные инжекторы и плазменные ускорители) под ред. Морозова А.И. и Семашко Н.Н. - М. Энергоиздат, 1989, с. 202). Пролетный рекуператор энергии заряженных частиц 13 состоит из суперконденсатора с аксиально-коническим каналом заряжающего электрода 14, через который пропускают пучок отрицательно заряженных частиц 15, ускоряемый электрическим полем при помощи электродов 16, направляя пучок через заряжающий аксиально-конический электрод 14, который заряжается отрицательно, а второй электрод 17 суперконденсатора, отделенный от заряжающего сепаратором 18, - положительно. В суперконденсаторе может применяться твердый наномодифицированный электролит 19, на основе лития или рубидия, способный работать в пределах до 200°С, поэтому он должен охлаждаться.The outer closed sphere 11 of the protection system can be negatively charged with the help of a span energy recuperator of charged current particles on the plasma stream shown in FIG. 3 (see RF patent No. 2597205 An electric current generator on a plasma stream, IV Trifanov and others; Braking and plasma flow recovery systems, Dimitrov SK, Obukhov VA (Ion injectors and plasma accelerators) under Edited by Morozov A.I. and Semashko N.N. - M. Energoizdat, 1989, p. 202). The span charged particle energy recuperator 13 consists of a supercapacitor with an axially-conical channel of the charging electrode 14, through which a beam of negatively charged particles 15 is passed, accelerated by the electric field using electrodes 16, directing the beam through the charging axial-conical electrode 14, which is negatively charged, and the second electrode 17 of the supercapacitor, separated from the charging separator 18, is positive. A solid nanomodified electrolyte 19, based on lithium or rubidium, capable of operating up to 200 ° C, can be used in the supercapacitor, so it must be cooled.

Суперконденсаторы пролетных рекуператоров могут электрически последовательно соединяться в блоки для повышения энергетической мощности. Пролетные рекуператоры могут создавать множество потоков нескомпенсированных зарядов заряженных частиц. При прохождении через аксиально-конический канал поток отрицательно заряженных частиц теряет часть своей кинетической энергии за счет преобразования ее в потенциальную, заряжая суперконденсатор электростатической энергией. Нескомпенсированный поток отрицательно заряженных частиц 20 ускоряется электростатическим ускорителем 21 и регулируется при помощи управляющего электрода 22, а затем направляется на внешнюю замкнутую сферу 11 системы защиты. Накопление электростатического заряда на внешней поверхности 11 системы защиты может создать отрицательный потенциал более 1 МэВ, способный отталкивать отрицательно заряженные частицы космической радиации, обладающие большой энергией, и тем самым обеспечивать более надежную защиту КА, а также энергетическую эффективность заявленного способа защиты. При изменении потенциала на противоположный на электродах пролетного рекуператора энергии защитную внешнюю поверхность можно заряжать положительным зарядом при помощи положительно заряженных ионов холодной плазмы.The supercapacitors of the span recuperators can be electrically connected in series to the blocks to increase energy power. Span recuperators can create many flows of uncompensated charges of charged particles. When passing through an axial-conical channel, the flow of negatively charged particles loses part of its kinetic energy by converting it into potential, charging the supercapacitor with electrostatic energy. The uncompensated flow of negatively charged particles 20 is accelerated by an electrostatic accelerator 21 and regulated by a control electrode 22, and then directed to an external closed sphere 11 of the protection system. The accumulation of electrostatic charge on the outer surface 11 of the protection system can create a negative potential of more than 1 MeV, which can repel negatively charged cosmic radiation particles with high energy, and thereby provide more reliable protection of the spacecraft, as well as the energy efficiency of the claimed method of protection. When the potential changes to the opposite one on the electrodes of the in-flight energy recuperator, the protective external surface can be charged with a positive charge using positively charged cold plasma ions.

На фиг. 4 показана система зашиты с дополнительным применением магнитного поля. На фиг. 4 изображены: защищаемое пространство 1 КА; ячеистая поверхность, сформированная рекуператорами энергии 2 заряженных частиц с защитным сетчатым экраном 3; две несоприкасающиеся замкнутые поверхности 4 и 5, между которыми формируют защитное электростатическое поле; поверхности 23 и 24 между которыми локализуют магнитное поле.In FIG. 4 shows a protection system with the additional use of a magnetic field. In FIG. 4 depicts: the protected space of 1 KA; a cellular surface formed by energy recuperators 2 charged particles with a protective mesh screen 3; two non-contacting closed surfaces 4 and 5, between which form a protective electrostatic field; surfaces 23 and 24 between which localize the magnetic field.

Работает система защиты (фиг. 4) следующим образом. Электростатическое поле защищает КА на тех же принципах, что и по схемам, представленным на фиг. 1 и 2.The protection system (Fig. 4) operates as follows. The electrostatic field protects the spacecraft on the same principles as in the schemes shown in FIG. 1 and 2.

Однако, известно, что при создании электростатического поля, его сферические поверхности с противоположным зарядом могут притягиваться. Сила притяжения F может быть оценена по формуле:However, it is known that when creating an electrostatic field, its spherical surfaces with the opposite charge can be attracted. The force of attraction F can be estimated by the formula:

где m₁, m₂ - моменты двух диполей А и В; r - вектор, направленный из точки А в точку В; θ, θ' - углы, образованные с моментами m₁, m₂; ϕ - угол между плоскостями, содержащими m₁, m₂; (см. Электрические диполи и мультиполи / https://info.sernam.ru/book).where m ₁ , m ₂ are the moments of two dipoles A and B; r is a vector directed from point A to point B; θ, θ 'are the angles formed with moments m ₁ , m ₂ ; ϕ is the angle between the planes containing m ₁ , m ₂ ; (see Electrical dipoles and multipoles / https://info.sernam.ru/book).

Магнитное поле способно компенсировать силы электростатического притяжения, т.к. токи в поверхностях 23 и 24 имеют противоположное направление. Магнитные силовые линии замыкаются сами на себя. Для обеспечения сплошной замкнутой защиты от заряженных частиц целесообразна тороидальная форма защитной поверхности, как предложено в прототипе. Заряженные частицы при взаимодействии с силовыми линиями магнитного поля 23 и 24 могут отклоняться от защищаемой поверхности КА и попадать на поверхности защитных сфер 4 и 5, при этом тормозиться, взаимодействовать со сферами 4 и 5 и рекуперировать свою энергию, или перемещаться вдоль силовых линий в направлении полюсов по спиральным траекториям, где могут быть установлены более энергоемкие рекуператоры энергии заряженных частиц и создана более мощная пассивная защита КА. Заряженные частицы, прошедшие через электростатическое поле, проходят через защитный сетчатый экран 3 с изолированными друг от друга ячейками, находящимися под требуемым напряжением (+) и (-), и с определенной скоростью поступают в полости рекуператоров энергии 2, взаимодействуют с их многоколлекторными электродами и рекомбинируют свой заряд с накоплением электростатического электричества и разрядной мощности.The magnetic field is able to compensate for the forces of electrostatic attraction, because currents in surfaces 23 and 24 have the opposite direction. Magnetic lines of force close on themselves. To ensure continuous closed protection against charged particles, a toroidal shape of the protective surface is advisable, as proposed in the prototype. Charged particles interacting with magnetic field lines 23 and 24 can deviate from the surface of the spacecraft to be protected and fall on the surface of the protective spheres 4 and 5, while braking, interacting with spheres 4 and 5 and recover their energy, or move along the field lines in the direction poles along spiral paths, where more energy-consuming charged particle energy recuperators can be installed and a more powerful passive spacecraft protection is created. Charged particles passing through an electrostatic field pass through a protective screen 3 with cells isolated from each other and under the required voltage (+) and (-), and at a certain speed enter the cavity of energy recuperators 2, interact with their multi-collector electrodes and recombine their charge with the accumulation of electrostatic electricity and discharge power.

Технический результат способа заключается в повышении надежности, за счет минимизации воздействия магнитного и электрического полей, а также радиации на КА, и энергетической эффективности работы защитной системы от космической радиации с одновременным получением электроэнергии для электропитания всех систем КА. Электроэнергия может быть получена на основе рекуперации энергии заряженных частиц и использования накопленной электростатической энергии защитных поверхностей путем их зарядки, в том числе заряженными частицами космической плазмы, и разрядки, а также управления процессами при помощи контроллеров.The technical result of the method is to increase reliability by minimizing the effects of magnetic and electric fields, as well as radiation on the spacecraft, and the energy efficiency of the protective system from cosmic radiation with the simultaneous generation of electricity for powering all spacecraft systems. Electricity can be obtained by recovering the energy of charged particles and using the accumulated electrostatic energy of protective surfaces by charging them, including charged particles of space plasma, and discharging, as well as controlling processes using controllers.

Таким образом зашита КА, созданная на основе электростатического поля и совмещенная зашита на основе электростатического и магнитного полей, а также система рекуператоров позволит обеспечить надежность защиты от космической радиации, энергетическую эффективность процессов при существенном ограничении массы КА.Thus, the spacecraft created on the basis of the electrostatic field and combined protection on the basis of the electrostatic and magnetic fields, as well as a system of recuperators, will ensure the reliability of protection against cosmic radiation, the energy efficiency of the processes with a significant limitation of the mass of the spacecraft.

Claims

1. A method of protection against charged particles of cosmic radiation, which consists in creating a protective static electric or magnetic field, localized in the space between two enclosed into each other closed geometrically continuous non-touching surfaces, and the protected space spacecraft (SC) is limited by the inner surface and the outer surface isolates the spacecraft and the protected space from interplanetary plasma, characterized in that they create an additional electrostatic e, allowing electrostatic braking of charged particles passing from space to the protected space, with simultaneous recovery of their energy and neutralization of the electric charge, moreover, an additional electrostatic field is localized between additional geometrically continuous non-contacting surfaces, sequentially placed inside the protected space in the direction of the spacecraft, at the surface closest to the spacecraft is a honeycomb surface, and the second additional surface is a mesh screen, the cells of which are isolated from each other, while all cells of the honeycomb surface are electrically connected, and each of its cells is an energy recuperator, forming a system for recovering the energy of charged particles from electrostatic braking, with each additional continuous non-contacting surface supply an electric potential supporting a rational electrostatic voltage of the protective electrostatic field.

2. The protection method according to p. 1, characterized in that the isolated cells of the mesh screen are supplied with an electric potential of the required size and sign to regulate the energy of charged particles entering the cavity of the recuperators.

3. The protection method according to claim 1, characterized in that a bipolar or multipolar electrostatic field is created on enclosed closed geometrically continuous non-contacting surfaces due to the fact that the surfaces are made in the form of conductive layers isolated between each other and a corresponding electric current is applied to each layer potential.

4. The protection method according to claim 3, characterized in that a spectrum of electric potential and electric field strength is created on the conductive layers insulated between each other by charging and discharging the internal electrically charged layers.

5. The protection method according to claim 3, characterized in that magnetocumulative coil or ballistic reusable current pulse generators are used to charge the internal and external conductive layers with a field strength of up to 1 MeV.

6. The protection method according to claim 3, characterized in that for charging the external conductive layer of a multilayer closed, geometrically continuous surface with a charge concentration and intensity of more than 1 MeV, a span energy recuperator located on the outside of the closed geometrically continuous surface is used, by which the flow is negative or positively charged particles of high energy of the interplanetary space are directed into the axially-conical channel of the charged electrode of the span energy recuperator and in which compression, concentration and recovery of part of the energy take place, after which the particle flow is directed to the outer layer, which prevents the penetration of charged particles of high energy comic rays.

7. The protection method according to claim 1, characterized in that one-stage or two-stage energy recuperators of charged particles with casings made of metal-dielectric heat-resistant material with low magnetic and dielectric constant are used as an energy recuperator, while the recuperators are electrically connected in series with each other to ensure the required capacity, discharge power, voltage and current density, carry out the recovery with simultaneous neutralization of the charge of the charged hour and by producing atoms and gas molecules, as well as with the ability to create an additional protective electrostatic field in them in two mutually perpendicular planes of supercapacitors and minimize the effect of electric and magnetic fields on the spacecraft.

8. The protection method according to claim 1, characterized in that the charge energy of the electrostatic field localized between closed geometrically continuous non-contacting surfaces is used to generate electricity and control the electric field strength, as well as control the energy parameters of protective electrostatic and magnetic fields and power systems of the spacecraft.