Патент на изобретение №2204151

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭКРАНИРОВАНИЯ МАГНИТОМЕТРОВ ОТ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА И ДРУГИХ ОБЪЕКТОВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к магнитометрической технике космических аппаратов (КА) и других объектов и касается устройств для экранирования магнитометров от внутренних магнитных полей объектов, где установлены магнитометры. Устройство содержит: источник внутренних магнитных полей КА, например, три ортогональных друг другу преимущественно сверхпроводящих электромагнита геомагнитного моментного двигателя; два магнитометра, помещенных во внутренние полости двух полусферических сверхпроводящих магнитных экранов (СМЭ) из пленок высокотемпературных сверхпроводящих материалов, нанесенных на алюминиевые подложки, помещенные в полусферические криостаты из немагнитных материалов с каналами охлаждения СМЭ с входным и выходным коллекторами, связанными теплоизолированными трубопроводами с криорефрижераторной установкой. Два полусферических криостата прикреплены крепежными каркасами к противоположным торцам КА вершинами полусфер криостатов, а магнитометры прикреплены к центрам оснований полусфер криостатов. Изобретение позволяет уменьшить отрицательное влияние внутренних источников магнитных полей объектов на точность измерения магнитометром внешних магнитных полей, например геомагнитных полей, путем увеличения величины последних в зоне расположения магнитометров, увеличить экранирующие свойства магнитных экранов путем уменьшения их коэффициентов экранирования до предельно возможной величины, практически равной нулю, и уменьшить системную массу магнитных экранов. 2 з.п.ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к магнитометрической технике космических аппаратов (КА) и других объектов, где установлены магнитометры, и касается устройств для экранирования магнитометров от внутренних полей КА и других объектов, путем установки магнитометров во внутренние полости двух полусферических сверхпроводящих магнитных экранов (СМЭ) из пленок высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП), нанесенных на алюминиевые подложки, помещенные в два полусферических криостата со стенками из немагнитных материалов, например, высокопрочного углепластика, которые прикреплены крепежными каркасами к противоположным торцам КА вершинами полусфер кристаллов (фиг.1 и 2).

Известно устройство для экранирования магнитометров от внутренних магнитных полей КА и других объектов, в котором (см. фиг.3) магнитометр 3 помещен во внутреннюю полость ферромагнитного экрана в виде параллелепипеда или куба /1/.

Недостатки такого устройства: во-первых, вместе с уменьшением внутренних полей КА в зоне расположения магнитометра в обратное коэффициенту экранирования k_Э число l/k_Э раз во столько же раз уменьшаются и измеряемые магнитометрами внешние магнитные поля, например, геомагнитное поле, что весьма сильно увеличивает отрицательное влияние внутренних источников магнитных полей КА и других объектов на точность измерения магнитометрами внешних магнитных полей; во-вторых, ограниченные экранирующие свойства ферромагнитного экрана, у которого коэффициент экранирования k_Э даже теоретически не может быть меньше его предельно возможного значения k_ЭПР510^-5; в-третьих, сравнительно большая масса экрана, тем большая, чем ближе его коэффициент экранирования k_Э приближается к своему предельно возможному значению k_ЭПР.

Известно также устройство для экранирования объектов с экипажем от магнитных полей, как слабых, например, от геомагнитного поля, так и сильных, например от магнитного поля соленоида средств высокоскоростного транспорта с магнитной подвеской, у которого на поверхности подложки магнитного экрана, выполненной из металла, например, алюминия, формируется пленка высокотемпературного сверхпроводящего материала, а на поверхность полученной структуры наносится защитная пленка из алюминия, синтетической смолы, стекла или керамики /2/.

Недостаток такого устройства, примененного для защиты магнитометра от внутренних магнитных полей КА и других объектов, в том, что в замкнутом сверхпроводящем магнитном экране практически равно нулю не только внутреннее магнитное поле КА, но и измеряемое магнитометром внешнее магнитное поле, например, геомагнитное поле, и применение магнитометра лишено смысла.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство для экранирования магнитометров от магнитных полей КА и других объектов, содержащее (см. фиг. 4) источник 1 внутренних полей КА, например, три ортогональных друг другу сверхпроводящих электромагнитов 1.1, 1.2 и 1.3 геомагнитного моментного двигателя, расположенных вокруг шарового маховикового двигателя 2 и охлаждаемых до устойчивого сверхпроводящего состояния криорефрижераторной установкой 6, магнитометр 3, помещенный во внутреннюю полость сферического ферромагнитного экрана 4 из материала с высокой магнитной проницаемостью, который крепится к одному из торцов КА крепежным каркасом 5 /3/.

Недостатки такого базового устройства-прототипа /3/:
во-первых, вместе с уменьшением внутренних полей КА в зоне расположения магнитометра в обратное коэффициенту экранирования k_Э сферического экрана число 1/k_Э раз во столько же раз уменьшаются и измеряемые магнитометром внешние поля, например, геомагнитное поле, что весьма сильно увеличивает отрицательное влияние внутренних источников магнитных полей КА и других объектов на точность измерения магнитометрами внешних магнитных полей;
во-вторых, сравнительно большой коэффициент k_Э экранирования внутренних магнитных полей КА теоретически ограниченный при нулевом внутреннем радиусе r_Э1=0 предельной величиной

где _ЧЭМ = _ЭМ/₀ – максимальная относительная магнитная проницаемость сферического ферромагнитного экрана, например, при выполнении экрана из горячекатаных листов пермаллоя 79 НМ с _ЧЭМ=80000 /3/ k_Э>k_ЭПР=5,62510^-5;
в-третьих, сравнительно большая масса экрана, тем большая, чем ближе коэффициент экранирования k_Э приближается к своему теоретически предельному значению k_ЭПР, например, при k_Э=1,52910^-4 и 7,62410^-5 и среднем радиусе сферического экрана 0,1 м его масса составит 16,21 и 47,55 кг соответственно.

Технический результат или цель изобретения – уменьшение отрицательного влияния внутренних источников магнитных полей КА и других объектов на точность измерения магнитометрами внешних магнитных полей, например, геомагнитного поля путем уменьшения внутренних и увеличения внешних полей в зоне расположения магнитометров, увеличение экранирующих свойств магнитных экранов путем уменьшения их коэффициентов экранирования до предельно возможной величины, практически равной нулю, и уменьшения системной массы магнитных экранов.

1. Технический результат или цель изобретения достигается тем, что в устройстве для экранирования магнитометров от магнитных полей КА и других объектов, содержащем (см. фиг.1 и 2) источник 1 внутренних магнитных полей КА, например, три ортогональных друг другу преимущественно сверхпроводящих электромагнитов 1.1, 1.2 и 1.3, расположенных вокруг шарового маховикового двигателя 2, магнитометр 3, помещенный во внутреннюю полость магнитного экрана 4, который прикреплен к одному из торцов КА крепежным каркасом 5, причем при выполнении электромагнитов 1.1, 1.2 и 1.3 сверхпроводящими они связаны с криорефрижераторной установкой 6 теплоизолированными трубопроводами, магнитный экран выполнен в виде полой полусферы из пленок высокотемпературного сверхпроводящего материала, нанесенных на металлические подложки, например, из алюминия, которые помещены в полусферический криостат 7, выполненный из двух внутренних 7.1 и двух наружных стенок 7.2 из немагнитного материала, например, высокопрочного углепластика, и двух слоев теплоизоляции 7.3 между внутренней и наружной стенками, при этом одна из внутренних стенок на стороне, обращенной к сверхпроводящему магнитному экрану, снабжена охлаждающими каналами 7.4 с входным 7.5 и выходным 7.6 коллекторами, связанными с криорефрижераторной установкой 6 теплоизолираванными трубопроводами, а полусферический криостат 7 прикреплен крепежным каркасом 5 к одному из торцов КА вершиной полусферы криостата.

2. Технический результат или цель изобретения достигается тем, что устройство по п.1 дополнительно снабжено вторым сверхпроводящим магнитным экраном 4′ с криостатом 7′ по п.1 и вторым магнитометром в его внутренней полости, при этом криостат 7′ второго сверхпроводящего магнитного экрана 4′ прикреплен вершиной его полусферы к другому противоположному торцу КА крепежным каркасом 5′, а магнитометры 3 и 3′ прикреплены к центрам оснований криостатов 7 и 7′ первого и второго сверхпроводящих магнитных экранов 4 и 4′.

3. Дополнительный технический результат или цель изобретения – уточнение и определение внешних магнитных полей при углах их направлений по отношению к продольной связанной оси у КА, приближающихся к 90^o и равных 90^o, когда направление и величина внешнего магнитного поля искажается полусферическими сверхпроводящими магнитными экранами, достигается тем, что в устройстве по пп. 1, 2 и 3 при углах направлений внешнего магнитного поля по отношению к продольной связанной оси у КА, приближающихся к 90^o и равных 90^o, внешние магнитные поля, например, геомагнитное поле, рассчитывают бортовым компьютером на основе данных наземных экспериментов и предыдущих показаний магнитометров на орбите КА.

На фиг. 1 представлена конструктивная схема верхнего и нижнего полусферических сверхпроводящих магнитных экранов 4 и 4′ согласно изобретению, размещенных на торцах космического аппарата с геомагнитным моментным двигателем на основе трех ортогональных друг другу сверхпроводящих электромагнитов, а на фиг.2 – центральное сечение одного из полусферических сверхпроводящих магнитных экранов 4′ с криостатом 7, в увеличенном масштабе поясняющее их конструкцию.

Устройство для экранирования магнитометров от магнитных полей КА и других объектов по фиг.1 и 2 содержит: источник 1 внутренних магнитных полей КА, например, три ортогональных друг другу преимущественно сверхпроводящих электромагнитов 1.1, 1.2 и 1.3, расположенных вокруг шарового махового двигателя 2; магнитометры 3 и 3′, помещенные во внутреннюю полость двух полусферических сверхпроводящих магнитных экранов из пленок высокотемпературного сверхпроводящего материала, нанесенных на металлические, преимущественно алюминиевые, подложки, которые помещены в полусферические криостаты 7 и 7′, каждый из которых выполнен из двух внутренних 7.1, двух наружных 7.2 стенок из немагнитного материала, например, высокопрочного углепластика, и двух слоев теплоизоляции 7.3 между внутренней и наружной стенками, при этом одна из внутренних стенок на стороне, обращенной к сверхпроводящему магнитному экрану, снабжена охлаждающими экран каналами 7.4 с входным 7.5 и выходным 7.6 коллекторами, связанными с криорефрижераторной установкой 6 теплоизолированными трубопроводами, полусферические криостаты 7 и 7′ прикреплены крепежными каркасами 5 и 5′ к противоположным торцам КА вершинами полусфер криостатов, а магнитометры 3 и 3′ прикреплены к центру оснований полусфер криостатов.

Работа предлагаемых полусферических сверхпроводящих магнитных экранов
Как показали проведенные исследования, для реального диапазона максимального магнитного момента каждого из сверхпроводящих электромагнитов (СЭМ) 1.1, 1.2 и 1.3 геомагнитного моментного двигателя (ГММД)

где (I)_СМ – максимальные ампервитки СЭМ в диапазоне от 1935 А до 18017 А, а d_СМ – средний диаметр СЭМ в диапазоне от 0,1 до 0,2 м, лежащий в пределах от 15,2 до 566 Ам², который соответствует максимальному стабилизирующему моменту ГММД для среднеорбитальной геомагнитной индукции В_ЗЕР= 3,810^-5 Тл на полярной круговой орбите высотой 400 км М^СР _ГМДМ от 0,001 до 0,0373 Нм, максимальная магнитная индукция всех трех СЭМ на наружной поверхности сверхпроводящего магнитного экрана (СМЭ) В_ОЭМ находится в пределах от 8,56310^-5 до 3,810^-3 Тл при расстоянии по связанной оси у КА от его центра до вершины СМЭ_УОЭ=1,125 м и в пределах от 6,62310^-4 до 0,0271 Тл при у_ОЭ=0,625 м, соответствует мейснеровской фазе намагничивания ВТСП пленок СМЭ при их температуре порядка 75-80 К.

Высокотемпературный сверхпроводник (ВТСП) является неидеальным сверхпроводником II-го рода в шубниковской фазе его намагничивания, но имеет свойства идеального сверхпроводника i-го рода мейснеровской зоны намагничивания.

При попытке магнитного поля КА (СЭМ ГММД) В_ОЭХ проникнуть в высокотемпературный сверхпроводник на его поверхности с лондоновской глубиной проникновения порядка 10^-8-10^-7 м возникают вихревые токи, создающие противоположные и равные В_ОЭ магнитные поля, и уже на глубине от поверхности сверхпроводника порядка 3 магнитное поле КА практически отсутствует. Поэтому, магнитное поле КА во внутренней полости полусферического сверхпроводящего экрана, где размещен магнитометр, отсутствует (В_ОЭ=0), а измеряемое магнитометрами 3 и 3′ внешнее магнитное (геомагнитное поле с индукцией В_З) поле свободно без уменьшения его величины пронизывает магнитометры со стороны основания полусферического СМЭ в диапазоне их угловых направлений от связанной оси у КА в обе стороны -90^o<<+90^o, что уменьшает практически до нуля отрицательное влияние внутренних источников магнитных полей КА и других объектов на точность измерения магнитометрами внешних магнитных полей, например, геомагнитного поля.

Так как при углах направлений внешнего магнитного поля, например, геомагнитного поля, относительно продольной связанной оси у КА, приближающихся к 90^o и равных 90^o, внешнее магнитное поле искажается сверхпроводящими магнитными экранами, то при , приближающихся к 90^o и равных 90^o, внешние магнитные поля предлагается рассчитывать бортовым компьютером на основе данных наземных экспериментов и предыдущих показателей магнитометров на орбите КА.

Для доказательства выполнения поставленного технического результата или цели изобретения были произведены сравнительные расчеты основных характеристик двух одинаковых (верхнего и нижнего) предлагаемых полусферических сверхпроводящих магнитных экранов с учетом вносимой в экраны полной системной массы криорефрижераторной установки 6 для КА без ГММД тремя ортогональными друг другу СЭМ и для КА с таким ГММД и базового сферического ферромагнитного экрана (СФМЭ) – прототипа /3/ при следующих исходных параметрах:
– средний диаметр сверхпроводящих электромагнитов (СЭМ) ГММД d_СМ=0,l; 0,1; 0,1; 0,15; 0,2; 0,2 м одинаков для каждого из трех СЭМ 1.1, 1.2 и 1.3 и соответствует требуемому максимальному стабилизирующему моменту ГММД для среднеорбитальной геомагнитной индукции В_ЗСР=3,810^-5 Тл на круговой полярной орбите высотой 400 км М^СР _ГМДМ=0,001; 0,002; 0,005; 0,01; 0,02; 0,0373 Нм, достаточным не только для разгрузки маховиков маховикового двигателя 2 (М_ГМДМ0,001-0,002 Нм), но и для стабилизации и ориентации КА на равных долях совместно с двигателем-маховиком 2 (М^СР _ГМДМ=0,01-0,0373 Нм).

Потребные для достижения такого стабилизирующего момента максимальные ампервитки и магнитный момент каждого СЭМ (I)см=1935; 3869; 9672; 8598; 9673; 18017 А и М_СМ=15,2; 30,4; 76,0; 152; 304; 566 Ам².

Средний радиус активной части полусферического сверхпроводящего магнитного экрана и базового экрана-прототипа r_Э=r_ЭВ=0,05 и 0,1 м.

Расстояние вершины активной части полусферического СМЭ и нижней вершины базового СФМЭ по продольной связанной оси у КА от центра КА у_ОЭ= 1,125 и 0,625 м.

Активная часть предлагаемого СМЭ 4 или 4′ состоит из двух ВТСП пленок с толщиной каждой 2,5 мкм, нанесенных на две алюминиевые подложки толщиной 0,1 мм каждая и прикрепленных друг к другу ВТСП пленками /5, 6, 2/ (массовая плотность ВТСП пленок _М=6000 кг/м³).

Две наружные стенки криостата каждого СМЭ выполнены из высокопрочного углепластика толщиной 0,75 мм каждая, а две внутренние его стенки – из такого же углепластика с эквивалентной толщиной 0,5 мм каждая. (Массовая плотность углепластика равна 1467 кг/м³).

Два слоя слоистой экрановакуумной теплоизоляции (ТИЗ) криостата с толщиной каждой 0,5 см между наружными и внутренними стенками средней массовой плотностью 120 кг/м³ /7/ и рассчитанным по данным и методике /7/ удельным теплопритоком в кростат через поверхность ТИЗ с учетом краевых эффектов 0,17 Вт/м² при перепаде температур от 300 до 77 К.

Между наружными и внутренними стенками криостата кроме ТИЗ размещены опоры высотой 0,5 см из стопок углепластиковых дисков с толщиной каждого 0,02 мм и рассчитанным по методике и данным /8/ удельным теплопритоком через такие опоры q_ОП=Q_ОПМ/F_ОПМ=1,44410^-5 Вт/Н.

Масса крепежного каркаса предлагаемых полусферических СМЭ 0,06 и 0,24 кг при r_Э=0,05 и 0,10 м, а масса крепежного каркаса базового СФМЭ – 20% от массы СФМЭ.

Базовый сферический ферромагнитный экран выполнен из горячекатаных листов пермаллоя 79НМ толщиной от 3 до 22 мм с максимальной относительной магнитной проницаемостью _ЧЭМ=80000 /4/, а его требуемый коэффициент экранирования k_ЭБ варьируется в пределах 210^-4k_ЭБЭПР=5,62510^-5. Для находящихся в этих пределах двух значений k_ЭБ1,5310^-4 и 7,62410^-5 масса базового СФМЭ без крепежного каркаса m_МФЭб=4,1 и 11,9 кг при r_ЭБ=0,05 м и m_ФМЭб= 16,2 и 47,6 кг при r_ЭБ= 0,1 м, а суммарная масса с крепежным каркасом – m_ФМЭБ 4,86 и 14,28 кг при r_ЭБ=0,05 м и m_ФМЭБ 19,44 и 57,12 кг при r_Эб= 0,1 м.

Для криорефрижераторной установки (КУ), предназначенной только для охлаждения ВТСП обмоток электромагнитов СЭМ 1.1, 1.2 и 1.3, ГММД с указанными выше параметрами получены следующие исходные характеристики:
– требуемая хладопроизводительность КУ ГММД Q_{КУ ГМД}=0,01214; 0,01887; 0,01982; 0,02403; 0,0659; 0,06903 Вт;
– потребляемая КУ ГММД от бортовой СЭС мощность Р_{КУ ГМД}=2,24; 2,34; 2,45; 2,884; 6,92; 7,18 Вт;
– полная системная масса КУ ГММД с учетом вносимых в нее масс бортовой СЭС с удельной массой _CЭC=18 кг/кВт и централизованной системы термостатирования (СТС) КА и удельной массой СТС _CTC=100 кг/кВт сбрасываемой в космос мощности m^C _{КУП ГМД}=2,29; 2,312; 2,34; 2,43; 3,31; 3,362 кг.

С использованием указанных выше параметров получены следующие характеристики предлагаемых полусферических сверхпроводящих магнитных экранов, их криостатов, криорефрижераторной установки и суммарной полной системой массы верхнего и нижнего предлагаемых СМЭ и потребляемой КУ мощности для охлаждения СМЭ до температуры 75-80 К при r_Э=0,05 и 0,1 м.

Масса активной части одного СМЭ m_АЭ=0,009 и 0,036 кг.

Масса одного СМЭ с криосгатом m_СМЭ, _КР=0,0855 и 0,342 кг.

Масса двух СМЭ с криостатами и крепежными каркасами m_CMЭ=0,291 и 1,164 кг.

Требуемая хладопроизводигельность криорефрижераторной установки только для охлаждения двух СМЭ, рассчитанная с учетом десятикратной перегрузки (10_g0=981 м/с²) при выводе КА на орбиту, Q_{КУ СМЭ}=0,01313 и 0,0524 Вт.

Потребляемая КУ СМЭ от бортовой СЭС мощность р_{КУ СМЭ}=1,71 и 3,18 Вт.

Масса собственно КУ СМЭ с крепежными элементами и теплоизолированными трубопроводами m_{КУ СМЭ}=1,95 кг.

Полная системная масса КУ СМЭ с учетом вносимых в нее масс бортовой СЭС для питания электропривода КУ (m_{СЭС КУ}=0,202 и 0,668 кг) и централизованной СТС КА (m_{СТС КУ}=0,17 и 0,561 кг) m^С _{КУП СМЭ}=m_{КУ СМЭ}+m_{СЭС КУ}+m_{СТС КУ}2,322 и 3,179 кг.

Полная системная масса предлагаемых верхнего и нижнего полусферических СМЭ
m_СМЭП = m^C_{КУП СМЭ}+m_СМЭ = 2,613 кг и 4,343 кг,
что в m_ФМЭб/m^С _СМЭП=1,86 и 3,29 раз при r_Э=r_Эб=0,05 м и в 7,44 и 13,2 раз при r_Э=r_Эб=0,1 для k_Эб=1,7310^-4 и 7,62410^-5 соответственно меньше, чем для базового сферического ферромагнитного экрана-прототипа /3/.

Существенно уменьшить полную суммарную системную массу двух предлагаемых полусферических СМЭ можно, если на борту КА уже установлена криорефрижераторная установка для охлаждения трех сверхпроводящих электромагнитов ГММД. Для такого случая получены следующие характеристики:
– суммарная хладопроизводительность общей для ГММД и двух СМЭ криорефрижераторной установки Q_КУО=Q_КУГМД+Q_КУСМЭ=0,02527; 0,032; 0,03295; 0,03716; 0,07903; 0,08216 Вт при r_Э= 0,05 м и Q_КУО=0.06454; 0,07127; 0,07222; 0,07643; 0,1183; 0,1214 Вт при r_Э=0,1 м.

Потребляемая электроприводом КУ мощность от бортовой СЭС Р_КУО=3,007; 3,68; 3,789; 4,199; 8,14; 8,38 Вт при r_Э=0,5 м и Р_КУО=6,777; 7,412; 7,711; 7,872; 11,534; 11,78 Вт при r_Э=0,1 м.

Полная системная масса общей для КА КУ m^С _КУОП=2,633; 2,749; 2,873; 2,862; 3,317; 3,559 кг при r_Э=0,05 м и m^С _КУОП=3,421; 3,559; 3,58; 3,659; 4,454; 4,506 кг при r_Э=0,1 м.

Выносимая в предлагаемые верхний и нижний полусферические СМЭ полная системная масса, общая для ГММД и СМЭ КУ
m^C_КУОПΣ= m^С _КУОП-m^С _{КУОП ГМД}=0,343; 0,409; 0,423; 0,432; 0,407; 0,397 кг при r_Э=0,05 м.

m^C_КУОПΣ=1,131; 1,247; 1,24; 1,229; 1,114; 1,144 кг при r_Э=0,1 м.

Вносимая в предлагаемые верхний и нижний полусферические СМЭ мощность общей для ГММД и СМЭ КУ
Р_{КУО СМЭ}=Р_КУО-Р_{КУ ГММД}=0,767; 1,34; 1,339; 1,315; 1,17; 1,12 Вт при r_Э= 0,05 м.

Р_{КУО СМЭ}= 4,537; 5,072; 5,061; 4,988; 4,614; 4,6 Вт при r_Э=0,1 м.

Полная системная масса предлагаемых верхнего и нижнего полусферических СМЭ с вносимой в них массой общей для ГММД и СМЭ КУ.

m^C_СМЭПΣO = m_СМЭ+m^C_КУОПΣ = 0,634; 0,700; 0,714; 0,714; 0,698; 0,688 кг при r_Э=0,05 м.

и m^C_СМЭПΣO = 2,295; 2,411; 2,404; 2,393; 2,278; 2,308 кг при r_Э=0,1 м, что в m_ФМЭБ/m^C_СМЭПΣ 6,81 и 20 раз при r_Э=r_Эб=0,05 м и в 2,02 и 5,92 раз при r_Э= r_Эб=0,1 м для k_Эб=1,5310^-4 и 7,62410^-5 соответственно меньше, чем для базового сферического ферромагнитного экрана-прототипа /3/.

Таким образом, выполнение в устройстве для экранирования магнитометров от магнитных полей КА и других объектов магнитного экрана в виде полой полусферы из высокотемпературных сверхпроводников с алюминиевыми подложками, помещенной в полусферический криостат из немагнитных материалов, и каналами охлаждения сверхпроводящей полусферы с входным и выходным коллекторами, связанными теплоизолированними трубопроводами с криорефрижераторной установкой, прикрепление криостата к одному из торцов КА вершиной полусферы, снабжение устройства дополнительно вторым полусферическим сверхпроводящим магнитным экраном (СМЭ) с полусферическим криостатом, прикрепленным своей вершиной к противоположному торцу КА, и крепление магнитометров во внутренней полости полусферических СМЭ к центру их оснований, существенно отличая предложенное устройство от базового объекта прототипа /3/, позволяет: во-первых, уменьшить практически до нуля отрицательное влияние внутренних источников помех магнитных полей КА и других объектов на точность измерения магнитометрами внешних магнитных полей, например, геомагнитного поля; во-вторых, увеличить экранирующие свойства магнитных экранов путем уменьшения их коэффициента экранирования до предельно возможной минимальной величины, практически равной нулю; в-третьих, уменьшить почти в два-три раза при r_Э= r_Эб= 0,05 м и в 7-13 раз при r_Э=r_Эб=0,1 м полную системную массу двух полусферичеких СМЭ с криостатами и отдельной для охлаждения СМЭ криорефижераторной установкой (КУ), а при наличии на борту КА общей для СМИ и ГММД со сверхпроводящими электромагнитами (СЭМ) КУ- в 6,8-20 раз при среднем радиусе экранов r_Э= r_Эб=0,05 м и в 2-6 раз при r_Э=r_Эб=0,1 м, по сравнению с базовым объектом-прототипом /3/.

Источники информации
1. Рогинский В. Ю. Экранирование в радиоустройствах. – Л.: “Энергия”, 1969. – 112 с.: Рис. 2.1 на с. 40.

2. Сверхпроводящий магнитный экран. Реф.журнал. 23. Электроника, выпуск 23 Д. Квантовая электроника. Криоэлектроника. Гаглография. – М.: ВИНИТИ, 1994, 11, реферат 11Д 138 П по патенту 5202305 США, МКИ⁵ H 01 L 39/12, опубл. 13.04.93 г.

3. Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники (в трех томах). Изд. 5-е перераб. и доп. – М.: “Высшая школа”, 1967. – 775 с.: с. 661-662 – прототип.

4. Электротехнический справочник В 3 т. T.1. Общие вопросы. Электротехнические материалы / Под ред. профессоров МЭИ В.Г. Герасимова и др. – 2-ое изд. перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат., 1985. -488 с.: Таблица 16.12 на с. 452.

5. Специальные электрические машины. Источники и преобразователи энергии: Учебник для вузов. – в 2-х кн. Кн.2 / А.И. Бертинов, Д.А. Бут, С.Р. Мизюрин и др. Под ред. Б.А. Алиевского. – 2-е изд. перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1993. – 368 с. : Подраздел 9.4. Высокотемпературные сверхпроводящие материалы.

6. Мощные тонкопленочные сверхпроводящие коммутаторы. Реф. журнал Электротехника, выпуск 21И электрические машины и трансформаторы. – М.: ВИНИТИ, 1990, 4, реферат ЧИ271.

7. Справочник по физико-техническим основам криогеники / М.П. Маяков, М. Б. Данилов, А. Г. Зельдович, А.Б. Фрадков. Под ред. М.П. Малкова. 3-е изд. перераб. и доп. – М.: Энергоиздат, 1985. – 432 с.: Таблица 7.9 на с. 252; Таблица 7.8 на с.250; с.249.

8. Сверхпроводящие магнитные системы / Казовский ЕЛ., Карцев В.П., Шахтин В.Н. Под ред. Е.Л. Казовского. – Л.: “Наука”. Ленингр. отд-ние, 1967. – 323с.: с.102-103.

Формула изобретения

1. Устройство для экранирования магнитометров от магнитных полей космического аппарата и других объектов, содержащее источник внутренних магнитных полей космического аппарата, например, три ортогональных друг другу электромагнита геомагнитного двигателя, магнитометр, помещенный во внутреннюю полость магнитного экрана, который прикреплен к одному из торцов космического аппарата крепежным каркасом, причем при выполнении электромагнитов геомагнитного моментного двигателя сверхпроводящими они связаны с криорефрежираторной установкой теплоизолированными трубопроводами, отличающееся тем, что магнитный экран выполнен в виде полой полусферы из пленок высокотемпературного сверхпроводящего материала, нанесенных на металлические подложки, преимущественно алюминиевые, которые помещены в полусферический криостат, выполненный из двух наружных стенок из немагнитного материала, например, высокопрочного углепластика и двух слоев теплоизоляции между внутренней и наружной стенками, при этом одна из внутренних стенок на стороне, обращенной к сверхпроводящему магнитному экрану, снабжена каналами с входным и выходным коллекторами, связанными с криорефрежираторной установкой теплоизолированными трубопроводами, а полусферический криостат прикреплен крепежным каркасом к одному из торцов космического аппарата вершиной полусферы криостата.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено вторым полусферическим сверхпроводящим магнитным экраном с криостатом по п. 1 и вторым магнитометром в его внутренней полости, причем криостат второго дополнительного сверхпроводящего магнитного экрана прикреплен вершиной его полусферы к другому противоположному торцу космического аппарата крепежным каркасом, а магнитометры прикреплены к центрам оснований криостатов сверхпроводящих магнитных экранов.

3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что при направлении внешнего магнитного поля под углом, близким к 90^o и равным 90^o относительно продольной связанной оси космического аппарата, величину и направление внешнего поля определяют расчетным путем, например, на основе данных наземных экспериментов и предыдущих показаний магнитометров.

РИСУНКИ

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 27.06.2003

Извещение опубликовано: 20.02.2005 БИ: 05/2005