RU2191148C2 - Устройство для выдвижения полезной нагрузки из космического аппарата - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области ракетно-космической техники и предназначено для использования в развертываемых на орбите космических аппаратах (КА), в том числе долговременных. Устройство для выдвижения полезной нагрузки из КА включает в себя несколько закрепленных на КА параллельных направляющих рельсов, один из которых - основной. Рядом с последним расположен привод выдвижения с гибким приводным элементом, протянутым вдоль этого рельса и прикрепленным к корпусу полезной нагрузки. На корпусе полезной нагрузки закреплены в виде поясов каретки с роликами, которые взаимодействуют с направляющими рельсами. На каретках, прилегающих к основному рельсу, установлено не менее трех роликов, которые охватывают этот рельс. Остальные каретки имеют, по крайней мере, по одному ролику, взаимодействующему с соответствующим направляющим рельсом. Изобретение позволяет повысить надежность устройства и снизить его массу. 9 ил.

Description

Изобретение относится к области ракетно-космической техники и предназначено для использования в развертываемых на орбите космических аппаратах (КА), в том числе и долговременных.

Известен раздвижной КА по патенту США 45629790 от 01.07.86 г. Данный КА включает в себя центральный корпусной отсек, выполненный в виде полой вафельной цилиндрической оболочки и одного-двух выдвижных отсеков, телескопически соединенных с центральным отсеком. Каждый из этих отсеков выполнен в виде цилиндрической оболочки, снабженной днищем на свободном конце. Кроме того, вышеупомянутый КА снабжен специальными замковыми устройствами, фиксирующими выдвижные оболочки относительно центрального отсека после их выдвижения.

Данный раздвижной КА, обладая способностью увеличивать свой внутренний объем почти вдвое после его выведения в космическое пространство, имеет одновременно некоторые недостатки:
- выполнение связи центрального отсека и выдвижных оболочек в виде телескопического соединения, что при значительных габаритах КА и необходимости обеспечить герметичность стыковки его оболочек между собой предъявляет высокие требования к качеству и точности изготовления сопрягаемых телескопических поверхностей оболочек и отсека, что удорожает их изготовление;
- необходимость обеспечения достаточно высокой жесткости соединяемых элементов для обеспечения работоспособности телескопического соединения, в связи с чем корпуса оболочек (а особенно корпус центрального отсека) приходится выполнять более жесткими, например вафельными, что приводит к увеличению массы раздвижного КЛ и удорожает его производство.

Наиболее близким но технической сущности к предложенному решению является устройство для выдвижения полезной нагрузки из КА с направляющими рельсами по патенту США 5253827 от 19.10.1993 г., взятое в данном случае за прототип. Это устройство включает в себя некоторое количество параллельных направляющих рельсов, каждый из которых одним своим концом закреплен на специальном основании КА, при этом, по крайней мере, два из этих рельсов снабжены приводными цепями, на каждой из которых установлены фитинги для крепления упомянутой полезной нагрузки. Кроме того, устройство развертывания снабжено приводом, содержащим двигатель с коробкой передач, которая посредством синхронизирующих приводных осей и закрепленных на них звездочек связана с приводными цепями рельсов. Данное устройство за счет синхронизации перемещения установленных на рельсах цепей, инициируемых от единого привода, обеспечивает равномерное, без перекосов, выдвижение полезной нагрузки из КА, однако достигается это чрезмерным, по мнению авторов, усложнением конструкции устройства выдвижения, следствием которого является:
- снижение надежности устройства из-за увеличенного количества элементов привода;
- удорожание изготовления и сборки данного устройства выдвижения, связанное с необходимостью обеспечить работоспособность устройства, состоящего из большого количества элементов, что ужесточает требования к качеству и точности их изготовления;
- увеличение массы данного устройства выдвижения, вызванное наличием большого количества дублирующих элементов.

Все вышеперечисленное можно отнести к существенным недостаткам устройства выдвижения по патенту США 5253827.

Задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков, а именно: повышение надежности устройства выдвижения полезной нагрузки из КА и снижение его массы.

Достигается это тем, что в устройстве для выдвижения полезной нагрузки из космического аппарата, включающем в себя несколько закрепленных на космическом аппарате параллельных направляющих рельсов, один из которых - основной, привод выдвижения, закрепленный рядом с основным рельсом и снабженный гибким приводным элементом, а также узел крепления гибкого приводного элемента к корпусу полезной нагрузки, на котором закреплены, по крайней мере, в виде двух поясов каретки с установленными на них роликами, взаимодействующими с направляющими рельсами, при этом на каждой из кареток, прилегающих к основному рельсу, установлено, по крайней мере, три ролика, охватывающие указанный рельс, а на каждой из кареток, прилегающих к остальным рельсам, установлен, по крайней мере, один ролик, взаимодействующий с соответствующим направляющим рельсом.

Техническим результатом такого конструктивного решения устройства для выдвижения полезной нагрузки из КА является возможность надежного и равномерного (без перекосов) выдвижения полезной нагрузки из КА. Такая возможность обеспечивается за счет соответствующего взаимодействия в каждой из групп основной системы роликов с основным рельсом и одного или более вспомогательных роликов с дополнительным рельсом. При этом одновременно с возможностью производить выдвижение полезной нагрузки из КА посредством привода появляется дополнительная возможность производить это выдвижение без использования привода (например, в случае его отказа), то есть вручную, для чего, отсоединив полезную нагрузку от гибкого приводного элемента, следует прикладывать усилие к полезной нагрузке в зоне расположения основного рельса в направлении ее выдвижения, что для прототипа невозможно. Предлагаемое устройство выдвижения полезной нагрузки позволяет практически полностью исключить перекос ее относительно закрепленных на КА направляющих рельсов при условии нахождения в зацеплении, в том числе на заключительном этапе, с основным рельсом - не менее двух групп, а с направляющими рельсами - не менее чем по одной группе роликов.

Предлагаемая конструкция, по мнению авторов, может быть использована как для варианта КА с выдвигаемой и полностью извлекаемой из КА полезной нагрузкой, так и для варианта КА, из корпуса которого после выведения в открытый космос полезная нагрузка (выдвигаемый отсек) выдвигается с целью увеличения габаритов или полезных внутренних объемов КА.

Изобретение поясняется чертежами, при этом:
- на фиг. 1 представлен общий вид устройства выдвижения с размещенной внутри КА выдвигаемой его частью для варианта с одним направляющим рельсом;
- на фиг.2 изображен вариант взаимного расположения наружной и выдвигаемой частей КА и крепления соответствующих рельсов и роликов в поперечном сечении А-А для исполнения с одним направляющим рельсом и одним роликом, взаимодействующим в каждом поясе с направляющим рельсом;
- на фиг. 3 изображен вариант взаиморасположения наружной и выдвижной частей КА и крепления соответствующих рельсов и роликов в поперечном сечении А-А для исполнения с двумя роликами, расположенными в каждом поясе и взаимодействующими с направляющим рельсом;
- на фиг.4 представлен вариант взаимного расположения наружной и выдвижной частей КА и крепления соответствующих рельсов и роликов в поперечном сечении А-А для исполнения с двумя рельсами, с каждым из которых взаимодействует в каждом поясе по одному ролику;
- на фиг.5 изображен вариант расположения основной системы из трех роликов относительно основного рельса трубчатой формы на выносном элементе В;
- на фиг.6 изображен вариант расположения основной системы из трех роликов относительно основного рельса специальной, например трехлучевой, формы на выносном элементе В;
- на фиг.7 представлен общий вид устройства выдвижения с выдвинутой из неподвижного корпуса КА полезной нагрузкой перед ее окончательным отсоединением от КА для варианта отделяемой полезной нагрузки;
- на фиг.8 представлен общий вид устройства выдвижения с выдвинутой из неподвижного отсека КА и состыкованной с ним полезной нагрузкой в варианте полезной нагрузки, предназначенной для увеличения габаритов КА,
- на фиг.9 представлен вид по стрелке Е на стыковочный шпангоут неподвижного отсека и опорное кольцо полезной нагрузки в состыкованном положении.

Предлагаемое устройство для выдвижения полезной нагрузки из КА включает в себя наружный отсек 1 с опорным 2 и стыковочным 3 шпангоутами. Вдоль наружного отсека 1 по всей его длине и с выступанием за стыковочный шпангоут 3 расположен основной рельс 4, который крепится к отсеку 1 и его торцевым шпангоутам 2 и 3 посредством специальных кронштейнов 5 таким образом, что вдоль основного рельса 4 могут свободно перемещаться системы из трех охватывающих этот рельс роликов 6, каждая из которых посредством кареток 7 закреплена на соответствующей наружной поверхности корпуса полезной нагрузки 8. В поперечном сечении рабочая зона основного рельса 4, с которой взаимодействуют ролики 6, может иметь трубчатую (см. фиг.5) или какую-либо специальную, например трехлучевую, форму (см. фиг.6).

Кроме основного рельса 4 на внутренней поверхности наружного отсека 1, например, напротив него установлен направляющий рельс 9, который может быть выполнен в виде желоба (см. фиг.2), в виде одиночного ребра 10 (см. фиг.3), тогда в первом случае с этим рельсом в каждом поясе взаимодействует один, а во втором - два ролика 6, которые также посредством специальных кареток 11 закреплены на соответствующей наружной поверхности корпуса полезной нагрузки 8.

Кроме того, возможен вариант исполнения (см. фиг.4), когда на внутренней поверхности наружного отсека 1, например на ее боковых сторонах, устанавливают два направляющих рельса 9, у каждого из которых поверхность, обращенная внутрь, выполнена плоской и взаимодействует в каждом поясе с одним роликом 6.

Группы роликов 6, которые посредством кареток 7 и 11 закреплены на корпусе полезной нагрузки 8 и взаимодействуют с основным 4 и направляющими рельсами 9, располагаются на ней поясами таким образом, что каждая из групп роликов 6 размещается в соответствующем ей сечении. Количество групп роликов 6 подбирают исходя из габаритов корпуса полезной нагрузки 8, расположения ее центра масс, а также от того: предполагается ли извлекать полезную нагрузку из КА или она будет служить для увеличения габаритов и объемов этого КА.

Для выдвижения корпуса полезной нагрузки 8 из наружного отсека 1 в предлагаемом устройстве предусмотрен привод 12, который прикреплен к корпусу наружного отсека 1 и включает в себя гибкий приводной элемент 13, выполненный, например, в виде троса, который располагается вдоль основного рельса 4 (как можно ближе к чему) и удерживается в этом положении посредством расположенного на торце наружного отсека 1 блочка 14, при этом гибкий элемент 13 соединен с корпусом полезной нагрузки 8 через узел крепления 15, который установлен на опорном кольце 16 полезной нагрузки 8. Опорное кольцо 16 предназначено для крепления корпуса полезной нагрузки 8 к опорному шпангоуту 2 наружного отсека 1 в исходном (транспортировочном) положении посредством специальных замковых устройств 17.

Кроме того, в варианте КА с полезной нагрузкой 8, предназначенной для увеличения его габаритов, опорное кольцо 16 может служить для присоединения к стыковочному шпангоуту 3 наружного отсека 1, в связи с чем на шпангоуте 3 должны быть предусмотрены специальные стыковочные замки 18.

Выдвижение полезной нагрузки из КА должно осуществляться в невесомости, т.е. после выведения последнего на орбиту, и производиться в нижеприведенной последовательности.

Перед началом выдвижения корпуса полезной нагрузки (выдвигаемого отсека) 8 из КА осуществляется ее отстыковка от опорного шпангоута 2 наружного отсека 1, для чего производят расфиксацию замковых устройств 17. Затем посредством привода 12, который может приводиться в действие как вручную, так и электрическим двигателем 19, и входящего в ею состав гибкого элемента 13, который через узел крепления 15 прикреплен к корпусу полезной нагрузки 8, последняя начинает выдвигаться из наружною отсека 1 КА. При этом установленные на соответствующих каретках 7 и 11 на полезной нагрузке 8 ролики 6, перемещаясь вдоль соответствующих рельсов 4 и 9 наружного отсека, сохраняют неизменным направление перемещения корпуса полезной нагрузки 8 относительно этого отсека. По мере выдвижения полезной нагрузки 8 соответствующие группы роликов 6 последовательно выходят из зацепления с соответствующими рельсами 4 и 9 таким образом, что после вывода полезной нагрузки из внутренней полости наружного отсека (см. фиг.7), в зацеплении с основным рельсом 4 остаются три охватывающих ролика 6 предпоследней основной системы, а с обоими рельсами 4 и 9 - последняя из закрепленных на полезной нагрузке группа роликов 6. В этом положении дальнейшее движение корпуса полезной нагрузки 8 посредством привода приостанавливают, от нес через узел крепления 15 отстыковывают гибкий элемент 13 привода 12. Дальнейшее выведение корпуса полезной нагрузки 8 из зацепления с выступающими частями шпангоутов 2 и 3 наружного отсека 1 и отвод ее от него может осуществляться космонавтами как вручную, так и с помощью специальных устройств (грузовой стрелы, манипулятора).

В случае, когда полезная нагрузка (выдвигаемый отсек) 8 служит для увеличения габаритов КА, заключительные операции по ее выдвижению осуществляются несколько иначе. В этом случае полный вывод полезной нагрузки 8 из внутреннего объема наружного отсека не производится, а к моменту, когда в зацеплении с основным рельсом 4 остаются предпоследняя и последняя группы роликов 6, а с направляющим рельсом 9 - последняя группа (см. фиг.8), опорное кольцо 16 корпуса полезной нагрузки 8, которое в этом случае снабжается дополнительными стыковочными конструктивными элементами, подходит к соответствующим стыковочным замкам 18 стыковочного шпангоута 3 наружного отсека 1. После этого производят взаимное стягивание и стыковку кольца 16 и шпангоута 3 путем срабатывания вышеупомянутых стыковочных замков 18. Отстыковка гибкого элемента 13 от узла крепления 15 его к полезной нагрузке (выдвигаемого отсека) 8 при этом не требуется.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет производить надежное (без перекосов и заклиниваний) выдвижение полезной нагрузки из КА как в случаях ее полного извлечения из КА, так и в случаях, когда полезная нагрузка входит в состав конструкции КА и служит для увеличения его габаритов и внутренних объемов, при этом выполнение этой операции осуществляется со значительно большей степенью надежности. Достигается это за счет сокращения (по сравнению с прототипом) числа достаточно сложных и ответственных синхронизирующих узлов и элементов, а именно: не менее одного основного рельса с приводной цепью, соответствующего количества синхронизирующих осей и монтажных устройств полезной нагрузки и др. Одновременно предлагаемое решение устройства для выдвижения полезной нагрузки позволяет уменьшить его габариты, т. к. исчезает потребность в объемах для размещения вышеупомянутых элементов синхронизации, и тем самым его массу.

Claims (1)

1. Устройство для выдвижения полезной нагрузки из космического аппарата, включающее в себя несколько закрепленных на космическом аппарате параллельных направляющих рельсов, один из которых - основной, привод выдвижения, закрепленный рядом с основным рельсом и снабженный гибким приводным элементом, а также узел крепления гибкого приводного элемента к корпусу полезной нагрузки, отличающееся тем, что корпусе полезной нагрузки закреплены в виде, по крайней мере, двух поясов каретки с установленными на них роликами, взаимодействующими с направляющими рельсами, при этом на каждой из кареток, прилегающих к основному рельсу, установлено, по крайней мере, три ролика, охватывающие указанный рельс, а на каждой из кареток, прилегающих к остальным рельсам, установлено, по крайней мере, один ролик, взаимодействующий с соответствующим направляющим рельсом.

Images