способ представления визуальных эффектов на небесной сфере и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ представления визуальных эффектов на небесной сфере, включающий размещение источников отраженного светового потока на космических орбитах путем запуска этих источников отраженного светового потока на траекторию полета вокруг центрального притягивающего тела, перемещение каждого из источников отраженного светового потока на траекторию группового полета, сообщение источникам отраженного светового потока импульсов, соответствующих размещению проекций источников отраженного светового потока на небесной сфере, переведение источников отраженного светового потока в рабочее состояние, отличающийся тем, что источникам отраженного светового потока придают вращение и/или периодическое изменение отражающих характеристик.

2. Устройство для представления визуальных эффектов на небесной сфере, включающее источники отраженного светового потока, размещенные на борту летательного аппарата со средством для сообщения импульсов источникам отраженного светового потока, отличающееся тем, что в качестве источников отраженного светового потока применены плоские отражающие поверхности.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в качестве источников отраженного светового потока использованы пластины с высоким альбедо, расположенные пакетом одна над другой, а средство для сообщения импульсов источникам отраженного светового потока состоит из фиксатора и пружинного толкателя, жестко зафиксированных на каждой пластине, причем каждый пружинный толкатель представляет собой предварительно скрученную и изогнутую ленту из упругого материала.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое в качестве изобретения техническое решение относится к области создания визуальных эффектов на небесной сфере и может быть использовано как в целях рекламы, так и в научно-технических и коммерческих целях при решении задач обнаружения искусственных объектов в космосе.

Известен способ представления световых изображений на небесной сфере - прототип (патент РФ N 2047911 от 09.07.92 г., МКИ6 C 09 F 19/18, опубл. 10.11.95 г. в бюллетене N 31), состоящий в запуске отображающих объектов на траекторию полета в заданную область пространства над заданным пунктом наблюдения на поверхности небесного тела, перемещение их на траектории группового полета и перевод в рабочее состояние, причем в качестве отображающих объектов применены искусственные космозольные образования (например, облака ионов бария, цезия и т.п., поддерживаемые в рабочем состоянии с помощью периодического ввода в пространство новых порций золя), светящиеся под действием светового потока от центрального светила-звезды. Устройство для реализации этого способа содержит летательные аппараты, запускаемые в космическое пространство и содержащие источники светового потока, размещаемые в определенном порядке на космических траекториях.

Признаки, общие с заявляемым техническим решением:

по способу - запуск отображающих объектов с помощью летательных аппаратов, их перемещение на траектории группового полета, а также придание отображающим объектам импульсов скоростей и отклонения координат;

по устройству - наличие летательного аппарата для запуска и перемещения источников светового потока.

Недостатками прототипа являются:

В случае построения матричной структуры на небесной сфере, управление отдельными ее составляющими отображающими объектами, с целью взаимосогласованного их расположения, представляет собой весьма сложную в техническом отношении и дорогостоящую задачу. По существу, для запрограммированного размещения проекций объектов на небесной сфере каждый из этих объектов должен представлять собой автономный космический корабль, имеющий в своем составе множество сложных систем управления, движения, ориентации и других, которые должны активно функционировать в течение заданного периода времени. Экономическая целесообразность воплощения таких дорогостоящих проектов, как в прототипе, вызывает сомнение.

Создание искусственных образований в околоземном космическом пространстве в условиях преднамеренного воздействия на среду чревато пагубным влияниям новых источников искусственных возмущений на ионосферу, верхнюю атмосферу и магнитосферу Земли, поскольку околоземное космическое пространство в целом представляет собой весьма динамичную и нестабильную систему. Сомнения в экологической безопасности подобных прототипу устройств усиливается еще и тем, что характеристики искусственных образований признаются еще недостаточно изученными.

В прототипе не реализовано периодическое изменение характеристик отображающих объектов, например, путем вращения источников светового потока, которое реализовано в предлагаемом техническом решении.

Задачей, стоявшей перед автором, было получение способа и устройства, простых в реализации, изготовлении и эксплуатации, с уменьшенными массогабаритными параметрами и с широким спектром применения, например, при использовании визуальных эффектов для сигнализации и/или передачи информации, а также для облегчения визуального обнаружения различных управляемых космических объектов; под управляемостью понимается возможность приведения всего объекта в целом и/или отдельных его частей в состояние, вызывающее периодические изменения отражательных характеристик, обеспечивающих эффект мерцания. Важной задачей является достижение легкости и компактности, что особенно важно для применения в космической технике.

Технической задачей было расширение возможности использования визуальных эффектов на небесной сфере за счет их большей универсализации и выбор реально выполнимого в современных условиях, простого и относительно дешевого устройства с учетом психологических особенностей восприятия высотных явлений наблюдателями и тенденций вертикального развития зрелищных композиций.

Поставленная задача достигается тем, что на небесной сфере формируют изображения путем размещения источников светового потока на космических орбитах с помощью запуска их на траекторию полета вокруг притягивающего небесного тела, перемещения каждого из источников на траекторию группового полета, переведения источников светового потока в рабочее состояние, причем неоднородно отражающим источникам светового потока придают вращение и/или периодическое изменение отражающих характеристик.

Неоднородность отражающих свойств отображающих объектов обеспечивается различными величинами и/или способами отражения их поверхностей. Под различными способами могут подразумеваться различия в спектрах, коэффициентах отражения, интерференционных и поляризационных явлениях, углах преломления и отражения либо прочих процессах.

Возможно как изменение отображающих характеристик всего отображающего объекта в целом, так и отдельных его частей, в том числе и нескольких одновременно, отражательное излучение которых направлено в разные сектора космического пространства и/или определенные площади небесных тел.

Вращение отображающих объектов может использоваться не только для обеспечения эффекта мерцания, но одновременно и как способ гироскопической стабилизации для сохранения направлений их осей вращения за счет действия закона сохранения момента количества движения.

Предлагаемый способ позволяет формировать на небесной сфере различные, периодически меняющиеся изображения на основе образованной пространственно-разнесенной на орбитах структуры без ее изменения в целом, только за счет изменения отражающих характеристик составляющих ее элементов источников светового потока. Например, за счет изменения спектральных характеристик отдельных источников будет периодически происходить смена цветов изображения, а за счет изменения яркости смена его тональности. За счет снижения яркости отдельных объектов до минимума, то есть до потери их видимости, будет изменяться конфигурация видимого изображения.

В качестве отображающих объектов возможно использование тел внеземного происхождения, в некоторых случаях даже используя естественную неоднородность отражающих характеристик их сторон вследствие направильности их форм и неравномерности окраски.

Устройство для достижения поставленной задачи включает источники светового потока, размещенные в специализированном блоке на борту летательного аппарата, снабженном устройством для сообщения импульсов скоростей и отклонения координат, а также придания вращательного движения, причем в качестве источников светового потока применены плоские отражающие поверхности.

Максимум отраженного света от плоской отражающей поверхности приходится на момент, когда ее плоскость нормальна к падающим на нее лучам. Практически равно нулю количество света, отраженного от плоской отражающей поверхности в моменты, когда ее плоскость параллельна лучам светила. При расположении плоскости отражающей поверхности по лучу зрения наблюдателя она также должна быть практически невидимой.

В конкретном варианте исполнения устройства в качестве источников светового потока используют пластины, в качестве специализированного блока применен пакет пластин с устройствами для сообщения импульсов и отклонения координат на каждой пластине, состоящими из фиксаторов и пружинных толкателей, жестко зафиксированных на пластинах, причем каждый пружинный толкатель представляет собой предварительно скрученную и изогнутую ленту из упругого материала.

Пример реализации способа

В силу того, что повышенная динамичность изображения, возникающая вследствие мерцания его составляющих, дает возможность использования подобных визуальных эффектов и без формирования определенных осмысленных изображений из взаимоскоординированно функционирующих составляющих. В силу ряда психологических причин эти визуальные эффекты мерцания даже с использованием несинхронно функционирующих мерцающих источников света, образующих достаточно произвольную локальную конфигурацию, могут положительно восприниматься наблюдателями, на которых с рекламной или какой-либо другой целю направлено зрелищное воздействие. В этом случае визуальные эффекты наблюдателями будут восприниматься как аналогия широко применяющихся и популярных в течение долгого времени фейерверков. Дополнительный интерес к этим явлениям будет вызываться тем, что зрелище развертывается в космосе.

Реализация последнего может быть гораздо более простой в техническом отношении и более выгодной экономически, если использовать рой вращающихся, неоднородно отображающих объектов без их строгой ориентации и взаимной координации. Создание роя пассивно функционирующих отображающих объектов является относительно простой технической задачей. При этом возможно увеличение суммарной площади поверхности районов наблюдения до максимума путем оптимального задания орбитальных характеристик.

На трассе исходной орбиты специализированного блока пластинам последовательно, в заданный момент времени и в заданных направлениях сообщают с помощью пружинных механизмов одновременно импульсы скоростей и импульсы вращения. После одноимпульсных переходов на сходные трассы полета пластины окажутся разнесенными в пространстве и между их проекциями на небесной сфере будут некоторые угловые расстояния (фиг. 1), меняющиеся во времени и зависящие от места нахождения наблюдателя. Полет пластин по траекториям будет проходить под действием возмущающих моментов и ускорений, обусловленных внешними естественными факторами: неоднородность гравитационного поля, аэродинамическое сопротивление, электромагнитное взаимодействие, световое давление и т. д. Поэтому через некоторое время после начала функционирования пластины будут вращаться беспорядочно, сложным образом взаимодействуя с окружающей средой, совершая незначительные отклонения от плоскостей их первоначальных орбит. В данном случае, в отсутствие необходимости построения на небесной сфере сложного изображения и синхронизации мерцания, это практически не имеет значения и может даже оказаться положительным фактором для улучшения зрелищности созданного визуального эффекта.

Соотношение массы и площади пластин таково, что будет происходить довольно интенсивное их торможение в верхних слоях атмосферы и постепенное снижение с последующим входом и сгоранием в плотных слоях атмосферы. Последнее исключает возможность засорения космического пространства отображающими поверхностями. Кроме того, использование пружинных механизмов в операциях разделения исключает засорение ближнего космоса мелкими фрагментами, как это происходит при использовании систем разделения с применением пиротехнических устройств, имеющих место в многочисленных современных системах.

Заявляемое техническое решение проиллюстрировано чертежами и схемами.

На фиг. 1 изображена схема функционирования устройства для представления визуальных эффектов на небесной сфере, где:

1 - летательный аппарат со специализированным блоком;

2 - отделяемые пластины;

3 - траектории группового полета пластин;

4 - притягивающее небесное тело;

5 - линия терминатора;

6 - направление падения солнечных лучей;

7 - наблюдатель;

8 - специализированный блок;

9 - угловое расстояние между пластинами.

На фиг. 2 изображены фазовые изменения яркости вращающейся плоской отражающей поверхности (пластины, противоположные стороны которой имеют различные характеристики отражения), где:

2 - вращающаяся отделяемая пластина;

10 - траектория движения пластины;

11 - небесная сфера с проекциями пластины на ней.

На фиг. 3 показана пластина 2 с перекрученной на 180 градусов лентой из упругого материала, прикрепленной к пластине 2 противоположными сторонами (на фиг. 3 одна из сторон ленты затемнена), причем представлена схема пластины в свободном состоянии (а) и схема установки пластины в блоке (б), где:

12 - лента из упругого материала;

13 - опорная поверхность;

14 - фиксатор;

15 - места крепления ленты;

16 - направление полета после отделения пластины.

Устройство для представления визуальных эффектов на небесной сфере представляет собой конструкцию, включающую летательный аппарат 1 со специализированным блоком 8, содержащим пластины 2 с высоким альбедо.

В конкретном варианте выполнения устройства специализированный блок 8 с жестко закрепленной на нем опорной поверхностью 13, от которой осуществляется отталкивание, и фиксирующим механизмом (на схеме фиг. 3б не обозначен) с фиксатором 14, пластины 2 с закрепленными на них лентами из упругого материала 12, расположенные в блоке 8 пакетом одна над другой, установленные с предварительным изгибом и закручиванием пружинящих лент из упругого материала 12. Задание определенного крутящего момента и угловой скорости придаваемого вращения осуществляется путем подбора угла закрутки ленты 12 и/или угла наклона опорой поверхности 13, т.е. путем такого подбора взаимного соприкосновения ленты 12 и опорной поверхности 13, при котором обеспечивается создающая крутящий момент неоднородность давления отдельных участков срединной части ленты 12 на огибаемую ей опорную поверхность 13.

Устройство работает следующим образом.

Поступательно-вращательное движение придается пластине 2 после удаления фиксатора 14 за счет одновременного действия изгибно-крутильных сил пружинящей ленты из упругого материла 12, предварительно напряженной при креплении ленты 12, и установке пластины 2 в блок 8. В момент отталкивания на пластину 2, кроме отталкивающего импульса за счет изгиба ленты 12, действует и крутящий момент за счет закрутки этой же ленты, так как противоположные концы ленты 12 прикреплены к поверхности пластины 2 противоположными сторонами. Момент на закрутку пластины дает разница в силах давления участков упругой ленты 12 на опорную поверхность 13 в разных точках их соприкосновения.

В дальнейшем, после одноимпульсных переходов пластин 2 на сходные эллиптические орбиты 3 вокруг притягивающего небесного тела 4 они продолжат вращение по инерции и будут издали видны наблюдателям как рой мерцающих точечных источников света. По мере постепенного торможения и снижения пластин 2 их яркость вследствие уменьшения удаленности от наблюдателей будет увеличиваться.

Параметры первоначальных орбит задаются заранее, исходя из учета факторов среды и необходимого времени существования пластин 2, определяемого исходя из научно-технической и маркетинговой задачи.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, что заявляемое техническое решение является новым, имеет изобретательский уровень и промышленно применимо.