RU2269462C2 - Device for coupling space modules - Google Patents

Device for coupling space modules Download PDF

Info

Publication number
RU2269462C2
RU2269462C2 RU2003129708/11A RU2003129708A RU2269462C2 RU 2269462 C2 RU2269462 C2 RU 2269462C2 RU 2003129708/11 A RU2003129708/11 A RU 2003129708/11A RU 2003129708 A RU2003129708 A RU 2003129708A RU 2269462 C2 RU2269462 C2 RU 2269462C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pin
modules
docking
module
socket
Prior art date
Application number
RU2003129708/11A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2003129708A (en
Inventor
Валерий Николаевич Терешин (RU)
Валерий Николаевич Терешин
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" filed Critical Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева"
Priority to RU2003129708/11A priority Critical patent/RU2269462C2/en
Publication of RU2003129708A publication Critical patent/RU2003129708A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2269462C2 publication Critical patent/RU2269462C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: rocketry and space engineering; deployment of spacecraft in orbits, including those of protracted flight.
SUBSTANCE: proposed device includes preliminary locking unit consisting of pin at one of modules to be coupled, taper seat on other module and members for locking pin in seat. Locking members are made in form of sunken spring-loaded wedge-shaped stops received by slot made in bottom portion of taper seat and respective circular bore on pin, thus ensuring free turn of pin around its longitudinal axis in taper seat. Device is also provided with relative angular orientation of modules being coupled in form of spring-loaded sunken rod on one module and receiving seat on other module. Said rod and seat are mounted at radial shift from preliminary locking unit. Device is also provided with locks of final coupling whose members are located over periphery of device on each module.
EFFECT: ease in operation for cosmonauts.
7 dwg

Description

Изобретение относится к области ракетно-космической техники и предназначено для использования в развертываемых на орбите космических аппаратах (КА), в том числе долговременных.The invention relates to the field of rocket and space technology and is intended for use in spacecraft (SC) deployed in orbit, including long-term ones.

Известны разного рода системы стыковки КА, описанные, например, в патентах США №4500057 от 19.02.85 г. и №4588150 от 13.05.86 г.Various types of spacecraft docking systems are known, as described, for example, in US Pat. Nos. 4,500,057 of 02/19/85 and No. 4,588,150 of May 13, 86.

В состав каждой из таких систем входят узел предварительной фиксации и стягивания, включающий в себя выдвижную шарнирную штангу, размещаемую на одном из стыкуемых объектов, и приемное гнездо конической формы с фиксатором конца штанги, расположенное на другом стыкуемом объекте, а также замки окончательной стыковки объектов, элементы которых располагаются по периферии вышеупомянутых систем стыковки на каждом из КА.Each of these systems includes a preliminary fixation and retraction unit, which includes a retractable articulated rod placed on one of the objects to be joined, and a conical shaped receptacle with a rod end lock located on the other object to be joined, as well as locks for the final connection of objects, whose elements are located on the periphery of the aforementioned docking systems on each of the spacecraft.

Успешное функционирование подобных систем стыковки возможно при условии достаточно точной взаимной ориентации стыкуемых объектов и их сближения до минимально необходимого расстояния, что достигается обычно установкой на КА специальной системы управления. Следствием этого является довольно высокая стоимость подобных систем стыковки, которые по этой причине используются, главным образом, на транспортных и грузовых кораблях, космических станциях и т.п.The successful functioning of such docking systems is possible under the condition of sufficiently accurate mutual orientation of the objects to be joined and their approach to the minimum necessary distance, which is usually achieved by installing a special control system on the spacecraft. The consequence of this is the rather high cost of such docking systems, which for this reason are used mainly in transport and cargo ships, space stations, etc.

С развитием пилотируемой космонавтики в направлении создания долговременных развертываемых орбитальных станций, таких как ″Мир″ и МКС, возникла необходимость в достаточно простых и надежных системах стыковки отдельных приборов и агрегатов, размещаемых на станциях в процессе их развертывания. Для выполнения подобных работ на наружных поверхностях станции предусматриваются специальные стыковочные узлы или монтажные площадки. Подобные работы все чаще ведутся с участием космонавтов - операторов, которые нередко используют при этом разного рода монтажные приспособления такие, как грузовая стрела или манипуляторы.With the development of manned astronautics in the direction of creating long-term deployable orbital stations, such as Mir and the ISS, the need arose for fairly simple and reliable docking systems for individual instruments and assemblies located at the stations during their deployment. To perform such work on the external surfaces of the station, special docking units or mounting sites are provided. Such work is increasingly being carried out with the participation of astronauts - operators who often use various mounting devices such as a cargo boom or manipulators.

Примером подобного устройства может служить система стыковки модулей КА по патенту США №4607815 от 26.08.86 г., взятая за прототип.An example of such a device can serve as a system for docking spacecraft modules according to US patent No. 4607815 from 08/26/86, taken as a prototype.

Эта стыковочная система содержит узел предварительной фиксации стыкуемых объектов, выполненный в виде размещенного на одном из стыкуемых объектов охватываемого элемента - штыря, и, соответственно, охватывающего элемента - конического гнезда на другом стыкуемом объекте; эти элементы удерживают стыкуемые объекты от взаимных поперечных перемещений, позволяя одновременно прокручивать их относительно оси штыря; а также замки окончательной стыковки, расположенные по периферии стыковочной системы, при этом каждый из замков состоит из профилированного гнезда, размещенного на одном из стыкуемых объектов, и стержня с головкой, расширяющейся внутри приемного гнезда, расположенного на другом.This docking system comprises a preliminary fixation unit for mating objects, made in the form of a male element — a pin, placed on one of the mating objects — and, accordingly, a female element — a conical socket on another mating object; these elements hold the joined objects from mutual transverse movements, allowing them to simultaneously scroll around the axis of the pin; as well as locks of the final docking, located on the periphery of the docking system, each lock consisting of a profiled socket located on one of the joined objects, and a rod with a head expanding inside the receiving socket located on the other.

Соединительные элементы обеспечивают взаимную фиксацию стыкуемых объектов за счет введения в приемные гнезда одного аппарата разжимных головок соответствующих стержней другого аппарата. Головки стержней разжимаются в соответствующих гнездах в результате воздействия на них расположенных внутри стержней подвижных в осевом направлении штоков.The connecting elements provide mutual fixation of the mating objects by introducing into the receiving sockets of one apparatus of the expandable heads of the corresponding rods of another apparatus. The heads of the rods are unclenched in the respective sockets as a result of the action of the axially movable rods located inside the rods.

Основными недостатками этой системы стыковки являются:The main disadvantages of this docking system are:

- отсутствие узла, позволяющего однозначно ориентировать стыкуемые объекты по углу с целью обеспечения совпадения осей соответствующих частей замков, необходимого для их нормального срабатывания;- the absence of a node that allows you to uniquely orientate the mating objects along the angle in order to ensure the coincidence of the axes of the corresponding parts of the locks necessary for their normal operation;

- отсутствие в узле предварительной фиксации стопора, обеспечивающего удержание штыря в соответствующем коническом гнезде после их соединения, что приводит к необходимости удерживать стыкуемые объекты на необходимом расстоянии до момента фиксации замков посредством приложения внешнего воздействия в направлении стыковки.- the absence of a stopper in the preliminary fixation unit, which ensures that the pin is held in the corresponding conical socket after their connection, which leads to the need to keep the objects to be joined at the required distance until the locks are fixed by applying an external action in the direction of docking.

Целью настоящего изобретения является повышение удобства работы для космонавтов-операторов в процессе выполнения ими работ по стыковке какого-либо агрегата, например, к орбитальной станции.The aim of the present invention is to improve the convenience for astronauts-operators in the process of performing work on the docking of any unit, for example, to an orbital station.

Данная цель достигается тем, что в состав устройства стыковки космических модулей, которое включает узел предварительной фиксации, состоящий из штыря, расположенного на одном из стыкуемых модулей, соответствующего конического гнезда на другом стыкуемом модуле и элементов фиксации штыря в коническом гнезде, и выполненный с возможностью свободного поворота штыря вокруг своей продольной оси в коническом гнезде, а также замки окончательной стыковки, элементы которых расположены по периферии устройства стыковки соответственно на одном и на другом стыкуемых модулях, введен узел взаимной угловой ориентации стыкуемых модулей в положении, который выполнен в виде подпружиненного, утапливаемого штока, установленного на одном из стыкуемых модулей со смещением в радиальном направлении относительно узла предварительной фиксации, и соответствующего приемного гнезда на другом стыкуемом модуле.This goal is achieved by the fact that the structure of the docking device for space modules, which includes a preliminary fixation unit, consisting of a pin located on one of the mating modules, a corresponding conical socket on the other mating module, and pin fixing elements in the conical socket, and made with the possibility of free the rotation of the pin around its longitudinal axis in the conical socket, as well as the locks of the final docking, the elements of which are located on the periphery of the docking device, respectively, on one and and the other abutting modules introduced mutual angular orientation of the assembly in position abutting modules, which is designed as a spring-loaded, recessed rod mounted on one of the abutting modules offset radially with respect to the provisional fixing assembly and the respective receiving slot in another abutting module.

Техническим результатом такого конструктивного решения устройства стыковки космических модулей является возможность обеспечить совмещение соответствующих элементов замков для их гарантированного срабатывания после предварительного соединения стыкуемых модулей. Это достигается путем простого поворота любого из стыкуемых модулей относительно оси штыря узла предварительной фиксации до совпадения подпружиненного штока узла угловой ориентации, утопленного в ходе предварительного соединения модулей, с соответствующим приемным гнездом этого узла. В результате шток, войдя в соответствующее гнездо, фиксирует стыкуемые модули в необходимом угловом положении.The technical result of such a constructive solution of the device for docking space modules is the ability to ensure the combination of the corresponding elements of the locks for their guaranteed operation after the preliminary connection of the joined modules. This is achieved by simply turning any of the abutting modules relative to the axis of the pin of the preliminary fixing unit until the spring-loaded rod of the angular orientation unit, recessed during the preliminary connection of the modules, coincides with the corresponding receiving socket of this unit. As a result, the rod, having entered the corresponding socket, fixes the mating modules in the required angular position.

Изобретение поясняется чертежами, при этом:The invention is illustrated by drawings, while:

на фиг.1 представлен общий вид заявляемого устройства стыковки в исходном положении (до начала стыковки);figure 1 presents a General view of the inventive device docking in its original position (before docking);

на фиг.2 изображен вид по стрелке А на составные элементы устройства стыковки, расположенные на одном из стыкуемых КА, в исходном положении;figure 2 shows a view along arrow A of the constituent elements of the docking device located on one of the abutting SC, in the initial position;

на фиг.3 изображен вид по стрелке Б на составные элементы устройства стыковки, расположенные на другом из стыкуемых КА, в исходном положении;figure 3 shows a view along arrow B on the constituent elements of the docking device located on another of the abutting SC, in the initial position;

на фиг.4 изображен общий вид заявляемого устройства стыковки в положении предварительной фиксации аппаратов (до совмещения штока узла угловой ориентации с соответствующим гнездом);figure 4 shows a General view of the inventive docking device in the position of the preliminary fixation of the devices (before combining the rod assembly of the angular orientation with the corresponding socket);

на фиг.5 изображен общий вид заявляемого устройства стыковки после совмещения штока узла угловой ориентации с соответствующим гнездом (перед началом фиксации замков);figure 5 shows a General view of the inventive device docking after combining the stem of the node of the angular orientation with the corresponding socket (before locking locks);

на фиг.6 изображен выносной элемент В с представленным на нем узлом фиксации штыря в коническом гнезде после выполнения предварительной фиксации стыкуемых модулей;figure 6 shows the remote element B with presented on it the node fixing the pin in the conical socket after completing the preliminary fixation of the mating modules;

на фиг.7 изображен выносной элемент Г с представленным на нем узлом взаимной угловой ориентации стыкуемых модулей после его срабатывания (совмещения подпружиненного штока с приемным гнездом).in Fig.7 shows the remote element G with the node presented on it of the mutual angular orientation of the abutting modules after its operation (combining a spring-loaded rod with a receiving socket).

Устройство стыковки космических модулей 1 и 2 содержит узел предварительной фиксации 3 (см. фиг.6), включающий в себя заостренный штырь 4, расположенный на стыковочном шпангоуте 5 модуля 1, и соответствующее коническое гнездо 6, размещенное на стыковочном шпангоуте 7 модуля 2. В донной части 8 конического гнезда 6 в специальном пазу 9 (фиг.6) установлен подпружиненный клиновой стопор 10, а на штыре 4 выполнена специальная проточка 11; эти элементы позволяют удерживать штырь 4 в гнезде 6 после осуществления предварительной стыковки модулей 1 и 2 и одновременно дают возможность прокручивать его относительно этого гнезда. По периметру стыковочных шпангоутов 5 и 7 модулей 1 и 2 размещены соответственно активные 12 и пассивные 13 части замков стыковки 14. Кроме того, в состав устройства стыковки входит узел взаимной угловой ориентации 15 модулей 1 и 2. Этот узел включает в себя подпружиненный, утапливаемый шток 16, располагающийся в специальной полости 17, выполненной в шпангоуте 5 модуля 1 с радиальным относительно вышеупомянутого штыря 4 смещением, и соответствующее приемное гнездо 18, расположенное в стыковочном шпангоуте 7 модуля 2. При этом положение узла предварительной фиксации 3 устройства стыковки с положением замков 14 и узла угловой ориентации 15 согласовано таким образом, что попадание подпружиненного штока 16 в соответствующее приемное гнездо 18 при вращении стыкуемых модулей 1 и 2 относительно оси штыря 4 обеспечивает совпадение осей активной 12 и пассивной 13 частей замков 14, что и обеспечивает гарантированную стыковку последних.The device for docking space modules 1 and 2 contains a preliminary fixation unit 3 (see Fig. 6), which includes a pointed pin 4 located on the docking frame 5 of module 1, and the corresponding conical socket 6, located on the docking frame 7 of module 2. B the bottom part 8 of the conical socket 6 in a special groove 9 (Fig. 6) has a spring-loaded wedge stopper 10, and a special groove 11 is made on the pin 4; these elements allow you to hold the pin 4 in the slot 6 after the preliminary docking of the modules 1 and 2 and at the same time make it possible to scroll relative to this slot. Along the perimeter of the connecting frames 5 and 7 of the modules 1 and 2, respectively, the active 12 and passive 13 parts of the locks of the dock 14 are placed. In addition, the docking device includes a mutual angular orientation unit 15 of modules 1 and 2. This assembly includes a spring-loaded, recessed rod 16, located in a special cavity 17 made in the frame 5 of module 1 with a radial offset relative to the aforementioned pin 4, and a corresponding receiving socket 18 located in the docking frame 7 of module 2. In this case, precede the position of the assembly 3, the docking device with the position of the locks 14 and the node of the angular orientation 15 is coordinated in such a way that the spring-loaded rod 16 in the corresponding receiving socket 18 when the modules 1 and 2 are joined relative to the axis of the pin 4 ensures that the axes of the active 12 and passive 13 parts of the locks 14 , which ensures guaranteed docking of the latter.

Работа заявляемого устройства стыковки космических модулей, например, по установке вновь выведенного функционального космического модуля на специальной площадке орбитальной станции, осуществляется в следующей последовательности.The operation of the claimed device for docking space modules, for example, to install a newly launched functional space module on a special site of an orbital station, is carried out in the following sequence.

Стыкуемый модуль 1 с помощью грузовой стрелы или манипулятора извлекается космонавтами-операторами из доставившего его транспортного корабля и переносится к месту установки на поверхности станции. Здесь он подготавливается к стыковке, для чего штырь 4 узла фиксации 3 на модуле 1 ориентируется в направлении приемного гнезда 6 на стыковочной площадке станции (модуле 2). После этого модуль 1 надвигается на площадку до совмещения соответствующих сопрягаемых поверхностей 19 и 20 стыковочных шпангоутов 5 и 7 и попадания подпружиненного клинового стопора 10 в проточку 11 штыря 4. При этом подпружиненный шток 16 узла угловой ориентации 15, уткнувшись в поверхность 20 стыковочного шпангоута 7, утапливается в полости 17. Далее космонавтам-операторам необходимо осуществить разворот модуля 1 относительно оси штыря 4 в ближайшем направлении до попадания подпружиненного штока 16 в соответствующее гнездо 17 узла угловой ориентации. В результате этого оси активной 12 и пассивной 13 частей замков стыковки 14 совмещаются, что обеспечивает их нормальное срабатывание и надежную стыковку модулей.The docking module 1 with the help of a cargo boom or a manipulator is removed by the astronauts-operators from the transport ship that delivered it and transferred to the installation site on the surface of the station. Here it is prepared for docking, for which the pin 4 of the fixing unit 3 on module 1 is oriented in the direction of the receiving socket 6 on the docking station of the station (module 2). After that, the module 1 is pushed onto the platform until the corresponding mating surfaces 19 and 20 of the connecting frames 5 and 7 are combined and the spring-loaded wedge stopper 10 gets into the groove 11 of the pin 4. At the same time, the spring-loaded rod 16 of the angular orientation unit 15, resting on the surface 20 of the connecting frame 7, it is recessed in the cavity 17. Next, the astronauts-operators need to rotate the module 1 relative to the axis of the pin 4 in the nearest direction until the spring-loaded rod 16 enters the corresponding socket 17 of the angular orientation unit nation. As a result of this, the axes of the active 12 and passive 13 parts of the locks of the docking 14 are combined, which ensures their normal operation and reliable docking of the modules.

Таким образом, предлагаемое устройство стыковки позволяет повысить удобство работы космонавтов-операторов в процессе выполнения ими стыковки разного рода агрегатов, например, на поверхности орбитальной станции. Достигается это введением в состав устройства стыковки дополнительного узла угловой ориентации модулей, что сводит достаточно тонкий процесс совмещения осей активной и пассивной частей замков стыковки с целью обеспечения их надежной стыковки к простой операции поворота стыкуемого модуля относительно оси штыря узла предварительной стыковки до совпадения подпружиненного штока с соответствующим гнездом.Thus, the proposed docking device can improve the convenience of astronauts-operators in the process of performing docking of various kinds of units, for example, on the surface of an orbital station. This is achieved by introducing an additional unit of angular orientation of the modules into the docking device, which reduces the rather thin process of combining the axes of the active and passive parts of the docking locks in order to ensure their reliable docking to the simple operation of rotating the docked module relative to the axis of the pin of the pre-docking assembly until the spring-loaded rod matches the corresponding spring nest.

Claims (1)

Устройство стыковки космических модулей, включающее узел предварительной фиксации, состоящий из штыря, расположенного на одном из стыкуемых модулей, соответствующего конического гнезда на другом стыкуемом модуле и элементов фиксации штыря в гнезде, и выполненный с возможностью свободного поворота штыря вокруг свой продольной оси в коническом гнезде, узел взаимной угловой ориентации стыкуемых модулей в виде подпружиненного утапливаемого штока на одном модуле со смещением в радиальном направлении от узла предварительной фиксации и приемного гнезда на другом, а также замки окончательной стыковки, элементы которых расположены по периферии устройства стыковки соответственно на каждом из модулей, отличающееся тем, что элементы фиксации штыря в гнезде выполнены в виде утапливаемого подпружиненного клинового стопора, установленного в пазе, расположенном в донной части конического гнезда, и соответствующей стопору кольцевой проточки на штыре.A device for docking space modules, including a preliminary fixation unit, consisting of a pin located on one of the modules to be mated, a corresponding conical socket on the other mating module and pin fixing elements in the socket, and configured to freely rotate the pin around its longitudinal axis in the conical socket, a node for the mutual angular orientation of the mating modules in the form of a spring-loaded recessed rod on one module with a shift in the radial direction from the preliminary fixation unit, etc. a mute socket on the other, as well as the final docking locks, the elements of which are located on the periphery of the docking device, respectively, on each of the modules, characterized in that the pin fixing elements in the socket are made in the form of a recessed spring-loaded wedge stopper installed in a groove located in the bottom of the conical nests, and the corresponding annular groove stopper on the pin.
RU2003129708/11A 2003-10-06 2003-10-06 Device for coupling space modules RU2269462C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003129708/11A RU2269462C2 (en) 2003-10-06 2003-10-06 Device for coupling space modules

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003129708/11A RU2269462C2 (en) 2003-10-06 2003-10-06 Device for coupling space modules

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2003129708A RU2003129708A (en) 2005-04-10
RU2269462C2 true RU2269462C2 (en) 2006-02-10

Family

ID=35611256

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2003129708/11A RU2269462C2 (en) 2003-10-06 2003-10-06 Device for coupling space modules

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2269462C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2669763C1 (en) * 2017-10-05 2018-10-15 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "РОСКОСМОС" Device for automatic docking of spacecraft during orbital service operations

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2669763C1 (en) * 2017-10-05 2018-10-15 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "РОСКОСМОС" Device for automatic docking of spacecraft during orbital service operations

Also Published As

Publication number Publication date
RU2003129708A (en) 2005-04-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4763459A (en) Collet lock joint for space station truss
US5040748A (en) Payload adapter ring
US7293743B2 (en) Method and associated apparatus for capturing, servicing, and de-orbiting earth satellites using robotics
US5145130A (en) Robot serviced space facility
US7823837B2 (en) Two part spacecraft servicing vehicle system with adaptors, tools, and attachment mechanisms
US20180029727A1 (en) Satellite comprising electrical propulsion means, method for placing such a satellite in a station and method for keeping said satellite in its station
CN102102701A (en) Device for the deployment and pointing of structure elements in a spatial environment
CN104477417A (en) Satellite-to-satellite on-orbit docking and locking device
RU2269462C2 (en) Device for coupling space modules
US20240083602A1 (en) Vehicle capture assemblies and related devices, systems, and methods
US20210362885A1 (en) In-space grasping system and method of operation
US11459133B2 (en) Method of aligning a spacecraft frame
Ueno et al. Autonomous cooperative robots for space structure assembly and maintenance
US4646994A (en) Spacecraft support and separation system
Rudolph LISA pathfinder launch and early operations phase-in-orbit experience
Visentin et al. Robotics for geostationary satellite servicing
Reed et al. Designing spacecraft to enable robotic servicing
RU2222480C2 (en) Device for docking developed modules of spacecraft
RU2779783C2 (en) Rocket and space system for highly detailed remote sounding of the earth in the visible and (or) infrared observation range
RU2209155C1 (en) Method of assembly of nose unit on adapter of launch vehicle (variants) and device for realization of this method
Ward et al. First in-orbit results from the UoSAT-12 minisatellite
RU2798611C1 (en) Orbital space vehicle service through break connectors
US20230257137A1 (en) Satellite boom end effector
Qureshi et al. Cutting the Cost of a Star Shade Occulter Using In-Space Assembly
RU2424164C1 (en) Device of docking to, primarily, spacecraft in orbit

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20091007