RU2364557C1 - Spacecraft and method of conducting researches in ultra-high space vacuum beyond molecular protective screen using spacecraft - Google Patents

Spacecraft and method of conducting researches in ultra-high space vacuum beyond molecular protective screen using spacecraft Download PDF

Info

Publication number
RU2364557C1
RU2364557C1 RU2008107133/11A RU2008107133A RU2364557C1 RU 2364557 C1 RU2364557 C1 RU 2364557C1 RU 2008107133/11 A RU2008107133/11 A RU 2008107133/11A RU 2008107133 A RU2008107133 A RU 2008107133A RU 2364557 C1 RU2364557 C1 RU 2364557C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
mbe
screen
spacecraft
lock chamber
installation
Prior art date
Application number
RU2008107133/11A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валерий Иванович Абрашкин (RU)
Валерий Иванович Абрашкин
Равиль Нургалиевич Ахметов (RU)
Равиль Нургалиевич Ахметов
Константин Сергеевич Елкин (RU)
Константин Сергеевич Елкин
Александр Николаевич Кирилин (RU)
Александр Николаевич Кирилин
Василий Иванович Лукьященко (RU)
Василий Иванович Лукьященко
Валентин Иванович Миронов (RU)
Валентин Иванович Миронов
Валерия Олеговна Прудкогляд (RU)
Валерия Олеговна Прудкогляд
Владислав Викторович Семенченко (RU)
Владислав Викторович Семенченко
Николай Ремирович Стратилатов (RU)
Николай Ремирович Стратилатов
Георгий Романович Успенский (RU)
Георгий Романович Успенский
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт машиностроения" (ФГУП ЦНИИмаш)
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 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт машиностроения" (ФГУП ЦНИИмаш) filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт машиностроения" (ФГУП ЦНИИмаш)
Priority to RU2008107133/11A priority Critical patent/RU2364557C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2364557C1 publication Critical patent/RU2364557C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Manipulator (AREA)

Abstract

FIELD: space-system engineering.
SUBSTANCE: inventions relate to means and methods of conducting predominatly long-term experiments on low-earth orbit in field of materials production under conditions of ultra-high vacuum. Spacecraft (SC) consists of pressurised section and lock chamber with access door and escape door, mechanical arm, molecular beam epitaxy (MBE) set and molecular protective screen. Lock chamber escape door hatch is made detachable, protective screen is firmly fixed to this hatch on its outside and is equipped with attachment point to the mechanical arm end link. MBE set is connected to the mentioned hatch on its inside. SC is equipped with device for attaching escape door hatch to lock chamber. According to the present invention, method also provides for boosting MBE set together with screen out of the lock chamber, detaching them from SC with mechanical arm, orienting screen to position of protecting MBE set from outside atmosphere flow. Hereafter researches in screen wake sphere are conducted and MBE set is brought back to lock chamber. At this stage MBE set and screen are fixed on the mentioned hatch. When bringing back MBE set to lock chamber using mentioned attachment device, angular and linear errors of mechanical arm overlapping escape door hatch and lock chamber axes are corrected. Mentioned hatch is engaged from mechanical arm and is axially moved till it is completely attached to the chamber with all the necessary docking interface sealing forcing provided. Before starting experiments in screen wake, screen can be oriented in a way to secure maximal illumination of MBE set equipment and screen for its degasification.
EFFECT: increasing data rate and quality of conducted MBE researches and reducing expenses on their realisation.
8 cl, 8 dwg

Description

Изобретения относятся к космическим аппаратам (КА), оборудованным для проведения на низкой околоземной орбите экспериментов в области производства материалов в условиях сверхглубокого вакуума, а также к способам проведения данных экспериментов.The invention relates to spacecraft (SC) equipped for conducting experiments in the low Earth orbit in the field of production of materials in ultra-deep vacuum, as well as to methods for conducting these experiments.

В таких условиях на борту КА могут быть получены, в частности, полупроводниковые гетероэпитаксиальные структуры методом молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ). Подобные КА должны периодически обслуживаться с целью ремонта и замены оборудования, пополнения расходных материалов, приема готовой продукции, смены экипажей и т.д. Эти КА могут входить в состав пилотируемой орбитальной станции или быть автономными модулями, обслуживаемыми с борта станции или с Земли.Under such conditions, on board spacecraft, in particular, semiconductor heteroepitaxial structures can be obtained by molecular beam epitaxy (MBE). Such spacecraft should be serviced periodically in order to repair and replace equipment, replenish consumables, receive finished products, change crews, etc. These spacecraft can be part of a manned orbital station or be autonomous modules serviced from the station or from the Earth.

Существующие космические средства позволяют достигать и поддерживать, в течение технологического цикла получения образцов, глубину вакуума на уровне 10-14-10-17 Торр. Такая чистота окружающей среды необходима для выращивания высококачественных монокристаллических тонких пленок и многослойных структур, состоящих из разнообразных химических соединений и твердых растворов, обладающих свойствами металлов, изоляторов или полупроводников.Existing spacecraft can achieve and maintain, during the technological cycle of obtaining samples, a vacuum depth of 10 -14 -10 -17 Torr. Such environmental cleanliness is necessary for growing high-quality single-crystal thin films and multilayer structures consisting of a variety of chemical compounds and solid solutions having the properties of metals, insulators or semiconductors.

К данным средствам относится молекулярный защитный экран (МЗЭ), предложенный в 1976 г. Л.Мелфи, который вместе с соавторами провел теоретический анализ состояния газовой среды вокруг дискообразного экрана, летящего в околоземном пространстве, и сформулировал концепцию орбитальной лаборатории со сверхразреженной средой.These tools include a molecular protective shield (MES), proposed in 1976 by L. Melfi, who together with the authors conducted a theoretical analysis of the state of the gas medium around a disk-shaped screen flying in near-Earth space, and formulated the concept of an orbital laboratory with an ultra-rarefied medium.

Работа, проводившаяся при поддержке НАСА, показала, что если МЗЭ (полированный диск из нержавеющей стали) будет двигаться вокруг Земли на высоте 200-600 км, то в его кильватерной области образуется конусный след, практически лишенный вещества (фиг.1, 2).The work carried out with the support of NASA showed that if the MZE (polished stainless steel disk) will move around the Earth at an altitude of 200-600 km, then in its wake region a conical trace will be formed, practically devoid of substance (Figs. 1, 2).

Из патентных источников известен КА, содержащий грузовой отсек с манипулятором, технологическую и научную аппаратуру для работ в сверхглубоком вакууме, размещенную на МЗЭ и выводимую с помощью манипулятора из отсека в удаленную от КА область пространства, где эта аппаратура помещается в область следа за МЗЭ (патент [1] US 4723734 A (R.J.NAUMANN), 09.02.1988).From patent sources, a spacecraft is known that contains a cargo compartment with a manipulator, technological and scientific equipment for working in ultra-deep vacuum, placed on the MZE and brought out using the manipulator from the compartment to a region of space remote from the KA, where this equipment is placed in the track area behind the MZE (patent [1] US 4,723,734 A (RJNAUMANN), 02/09/1988).

Подобный КА и способ проведения с его помощью исследований по МЛЭ были реализованы в 1994 г. NASA через космический коммерческий центр МЛЭ (проект WSF - Wake Shield Facility). Специализированный модуль WSF был разработан как свободнолетящий аппарат (фиг.2). Обслуживание аппарата и его подготовка к очередному пуску, с помощью МТКК Space Shuttle, проводятся на Земле.A similar spacecraft and the method for conducting MBE research with its help were implemented in 1994 by NASA through the MBE space commercial center (project WSF - Wake Shield Facility). The specialized WSF module was designed as a free-flying vehicle (Fig. 2). Maintenance of the device and its preparation for the next launch, with the help of MTKK Space Shuttle, are carried out on Earth.

Недостатком известного КА [1] и подобных ему является применение МТКК для выведения на орбиту и снятия с орбиты модуля с оборудованием типа WSF, что ограничивает время проведения исследований в сверхглубоком вакууме несколькими сутками и резко увеличивает затраты на эти исследования.A disadvantage of the known spacecraft [1] and the like is the use of MTKK for putting into orbit and removal from orbit of a module with WSF equipment, which limits the time of research in an ultra-deep vacuum to several days and sharply increases the cost of these studies.

Наиболее близким аналогом предлагаемого устройства служит КА, содержащий последовательно расположенные герметичный отсек и шлюзовую камеру, имеющую входной люк для доступа в нее из герметичного отсека и выходной люк для доступа в открытый космос, манипулятор, установленный снаружи КА, установку МЛЭ с технологической и научной аппаратурой, размещенную в транспортном положении в шлюзовой камере, а также МЗЭ (патент [2] RU 2181094 С1 (ЦНИИМАШ), 10.04.2002).The closest analogue of the proposed device is a spacecraft containing a sequentially sealed compartment and a lock chamber having an access hatch for access to it from the airtight compartment and an exit hatch for access to outer space, a manipulator mounted outside the spacecraft, an MBE installation with technological and scientific equipment, placed in the transport position in the lock chamber, as well as the MZE (patent [2] RU 2181094 C1 (TsNIIMASH), 04/10/2002).

Данный КА [2] является многофункциональным обслуживаемым аппаратом, рассчитанным на проведение длительных многоцелевых научно-прикладных исследований в околоземном пространстве (фиг.3).This spacecraft [2] is a multifunctional serviced vehicle, designed for long-term multi-purpose scientific and applied research in near-Earth space (figure 3).

С помощью этого КА реализуется способ проведения исследований в сверхглубоком космическом вакууме за МЗЭ, включающий выведение в открытый космос из шлюзовой камеры установки МЛЭ вместе с МЗЭ, их удаление от КА, ориентацию экрана в положение защиты установки МЛЭ от внешнего потока среды, включение аппаратуры установки МЛЭ для проведения исследований в области следа за экраном и возврат установки МЛЭ в шлюзовую камеру по завершении данных исследований (см. указанный патент [2]).With the help of this spacecraft, a method for conducting research in an ultra-deep space vacuum behind the MZE is implemented, including the removal into open space from the lock chamber of the MBE installation together with the MZE, their removal from the spacecraft, the orientation of the screen in the position to protect the MBE installation from the external flow of the medium, and the equipment of the MBE installation for conducting research in the field of the wake behind the screen and returning the MBE installation to the lock chamber upon completion of the research data (see the indicated patent [2]).

Недостатками известного КА и реализуемого им способа являются сложность обслуживания (в частности, космонавтами) установки МЛЭ, довольно жесткое требование к ориентации КА во время работы установки МЛЭ в области следа за МЗЭ, а также ограниченные возможности перемещения экрана с установкой МЛЭ в зону минимального влияния собственной внешней атмосферы КА.The disadvantages of the known spacecraft and the method it implements are the difficulty in servicing (in particular, astronauts) the MBE installation, the rather strict requirement for the orientation of the spacecraft during the operation of the MBE in the area of the trace of the MBE, as well as the limited ability to move the screen with the MBE installation in the zone of minimal influence of its own the outer atmosphere of the spacecraft.

Отмеченные недостатки обусловлены, главным образом, конструктивным исполнением системы выдвижения установки МЛЭ и МЗЭ из шлюзовой камеры в космос. Это выдвижение система производит по продольной оси КА, которая при вакуумных исследованиях должна совпадать с вектором скорости КА. При этом плоскость МЗЭ может быть установлена только перпендикулярно этой оси КА. Данная система также занимает много места внутри шлюзовой камеры, затрудняя необходимые работы с различным оборудованием, в т.ч. с самой установкой МЛЭ.The noted drawbacks are mainly due to the design of the system for extending the MBE and MZE installation from the lock chamber into space. The system produces this extension along the longitudinal axis of the spacecraft, which in vacuum studies must coincide with the velocity vector of the spacecraft. In this case, the MES plane can be installed only perpendicular to this axis of the spacecraft. This system also takes up a lot of space inside the lock chamber, making it difficult to work with various equipment, including with the installation of MBE.

Задачей предлагаемых изобретений является преодоление указанных выше недостатков путем разработки нового конструктивного решения КА и способа проведения с его помощью исследований по МЛЭ в следе за МЗЭ.The objective of the proposed invention is to overcome the above disadvantages by developing a new constructive solution of the spacecraft and the method of conducting research on MBE using it in the wake of the MZE.

Техническим результатом изобретений служит повышение информативности и качества проводимых исследований по МЛЭ, а также уменьшение затрат на их проведение.The technical result of the invention is to increase the information content and quality of ongoing research on MBE, as well as reducing the cost of their implementation.

Указанная задача решается, а технический результат достигается тем, что в предлагаемом КА, в отличие от известного [2], крышка выходного люка шлюзовой камеры выполнена отделяемой, МЗЭ жестко прикреплен к указанной крышке с внешней ее стороны и снабжен узлом крепления к концевому звену руки манипулятора, установка МЛЭ соединена с указанной крышкой с внутренней ее стороны, при этом КА снабжен устройством стыковки крышки выходного люка со шлюзовой камерой, включающим в себя установленные на корпусе камеры захваты, направляющие, стяжки и толкатели, а также установленные на отделяемой крышке ответные части направляющих.This problem is solved, and the technical result is achieved by the fact that in the proposed spacecraft, in contrast to the known [2], the cover of the exit hatch of the airlock is detachable, the MCE is rigidly attached to the specified cover from its outer side and is equipped with an attachment point to the end link of the manipulator’s hand , the MBE installation is connected to the specified cover on its inner side, while the spacecraft is equipped with a device for docking the exit hatch cover with a lock chamber, including grips, guides, ties and sense installed on the camera body Teli, as well as mounted on the detachable lid mates guides.

Установка МЛЭ может быть соединена с крышкой выходного люка шлюзовой камеры посредством адаптера, связанного разъемным соединением с данной крышкой.The MBE installation can be connected to the cover of the exit hatch of the lock chamber by means of an adapter connected by a detachable connection to this cover.

На поверхности МЗЭ могут быть закреплены тепловые трубы и панели системы терморегулирования, обеспечивающие отвод тепла от установки МЛЭ.Heat pipes and panels of the temperature control system can be fixed on the surface of the MZE, providing heat removal from the MBE installation.

На этой же поверхности со стороны установки МЛЭ могут быть установлены датчики параметров атмосферы за экраном.At the same surface from the side of the MBE installation, sensors of atmospheric parameters behind the screen can be installed.

МЗЭ может быть выполнен в форме диска, к которому по периферии прикреплена тонкая кольцевая оболочка, снабженная управляемым устройством для ее раскрытия и складывания.The MZE can be made in the form of a disk, to which a thin annular shell is attached at the periphery, equipped with a controlled device for its opening and folding.

Решение указанной задачи и достижение указанного технического результата обеспечиваются также тем, что в предлагаемом способе, в отличие от известного [2], крышку выходного люка шлюзовой камеры отделяют посредством указанных толкателей и при помощи указанного манипулятора выводят из камеры скрепленные с этой крышкой МЗЭ и установку МЛЭ, удаляя их в полусферическое пространство хвостовой части КА, а при возврате установки МЛЭ в шлюзовую камеру с помощью указанного устройства стыковки корректируют угловые и линейные погрешности совмещения манипулятором осей крышки выходного люка и шлюзовой камеры, осуществляют перехват указанной крышки у манипулятора и ее осевое перемещение до завершения стыковки с камерой при обеспечении необходимых усилий герметизации стыка.The solution of this problem and the achievement of the specified technical result are also ensured by the fact that in the proposed method, in contrast to the known [2], the cover of the exit hatch of the lock chamber is separated by means of the said pushers and, using the specified manipulator, the MZE and the MBE unit attached to this cover are removed from the camera removing them into the hemispherical space of the spacecraft tail, and when the MBE installation is returned to the lock chamber using the indicated docking device, the angular and linear errors are corrected together Ia manipulator axes exit hatch cover and the sluice chamber to intercept said lid arm and in its axial movement until the completion of docking with a camera while ensuring the necessary efforts joint sealing.

В предпочтительном варианте перед включением аппаратуры установки МЛЭ ориентируют экран в положение, обеспечивающее максимальную освещенность аппаратуры установки МЛЭ и экрана для их дегазации. Предпочтительно также, чтобы перед включением аппаратуры установки МЛЭ при помощи манипулятора осуществлялось перемещение экрана в заданные точки космического пространства, в которых проводились бы измерения параметров атмосферы за экраном, а затем расчетным путем определялась оптимальная точка для проведения исследований в области следа за экраном и манипулятор перемещал экран в эту точку.In a preferred embodiment, before turning on the equipment of the MBE installation, the screen is oriented to a position that provides maximum illumination of the equipment of the MBE installation and the screen for their degassing. It is also preferable that before switching on the equipment of the MBE installation using the manipulator, the screen was moved to predetermined points in outer space, in which atmospheric parameters were measured behind the screen, and then the optimal point for conducting research in the area of the wake behind the screen was determined and the manipulator moved the screen to this point.

Предлагаемый КА в данном примере выполнен в виде обслуживаемого модуля известного многофункционального КА [2] (фиг.3).The proposed spacecraft in this example is made in the form of a serviced module of a known multifunctional spacecraft [2] (figure 3).

Предлагаемый КА (фиг.4) содержит герметичный 1 и негерметичный 2 отсеки для размещения научной и служебной аппаратуры, центральную шлюзовую камеру 3, имеющую входной герметичный люк 4 для доступа в шлюзовую камеру из герметичного отсека и выходной герметичный люк 5 с отделяемой крышкой люка 6 (фиг.5).The proposed spacecraft (Fig. 4) contains a sealed 1 and non-sealed 2 compartments for accommodating scientific and office equipment, a central airlock 3 having an airtight entrance hatch 4 for access to the airlock from an airtight compartment and an airtight exit hatch 5 with a detachable manhole cover 6 ( figure 5).

КА снабжен устройством 7 (фиг.6б) стыковки крышки выходного люка 5 со шлюзовой камерой 3, обеспечивающим отделение крышки и последующее герметичное закрытие выходного люка крышкой.The spacecraft is equipped with a device 7 (Fig.6b) for docking the cover of the exit hatch 5 with the lock chamber 3, which ensures separation of the cover and subsequent hermetic closure of the exit hatch with a cover.

На негерметичном отсеке 2 установлен манипулятор 8 (фиг.4). Внутри шлюзовой камеры размещается (в транспортном положении) установка МЛЭ 9. МЗЭ 10 (фиг.5) прикреплен к крышке 6 выходного люка. На поверхности крышки 6 со стороны шлюзовой камеры имеются приливы для крепления адаптера 11. В крышке 6 имеется герметичный электроразъем 12 для подвода электропитания снаружи модуля.On the leaking compartment 2 mounted manipulator 8 (figure 4). Inside the airlock is located (in the transport position) the installation of the MBE 9. MZE 10 (figure 5) is attached to the cover 6 of the exit hatch. On the surface of the cover 6 from the side of the lock chamber there are tides for mounting the adapter 11. In the cover 6 there is a sealed electrical connector 12 for supplying power to the outside of the module.

Для перемещения сборки «установка МЛЭ 9 - крышка 6 - МЗЭ 10» на экране имеется кронштейн 14, к которому крепится конечное звено 15 манипулятора 8.To move the assembly "installation of MBE 9 - cover 6 - MZE 10" on the screen there is a bracket 14, which is attached to the final link 15 of the manipulator 8.

Особенностью предлагаемой конструкции является полное отсоединение крышки 6 от выходного люка 5 шлюзовой камеры 3 и герметизация шлюзовой камеры этой крышкой снаружи. При этом давление атмосферы в шлюзовой камере отжимает крышку 6 после ее крепления от шпангоута 16 люка 5. Поэтому для обеспечения необходимых усилий по герметизации стыка в составе устройства 7 стыковки предусмотрены захваты 17 (фиг.6б), притягивающие шпангоут крышки 18 к шпангоуту 16, имеющего герметизирующий элемент.A feature of the proposed design is the complete detachment of the cover 6 from the exit hatch 5 of the lock chamber 3 and the sealing of the lock chamber by this cover from the outside. At the same time, the atmospheric pressure in the airlock presses the cover 6 after it is secured from the frame 16 of the hatch 5. Therefore, to ensure the necessary efforts to seal the joint, the docking device 7 includes grips 17 (Fig. 6b) that attract the cover of the cover 18 to the frame 16 having sealing element.

Звенья манипулятора имеют технологические зазоры в местах их соединения, поэтому перемещаемая манипулятором полезная нагрузка имеет свободный ход линейного и углового положения. Это определяет дополнительные сложности при помещении технологической установки в шлюзовую камеру после завершения экспериментов, стыковки и герметизации крышки и шлюзовой камеры. Для преодоления этих сложностей устройство стыковки 7 имеет направляющие 19 типа «конус-цилиндр», датчики контакта 20 и стягивающее устройство 21. На шпангоуте крышки 6 имеются ответные части 22 типа «конус-цилиндр», обеспечивающие начальный контакт с направляющими 19 и центрирование сборки до касания элементами 22 трех датчиков контакта 20 стыковочного устройства 7 (фиг.6а, 6б).The links of the manipulator have technological gaps in the places of their connection, therefore the payload moved by the manipulator has a free play of linear and angular position. This determines additional difficulties when placing the technological installation in the lock chamber after completing the experiments, docking and sealing the lid and lock chamber. To overcome these difficulties, the docking device 7 has guides of the “cone-cylinder” type 19, contact sensors 20 and a tightening device 21. On the frame of the cover 6 there are counterparts of the “cone-cylinder” type 22, providing initial contact with the guides 19 and centering the assembly to touch elements 22 of three sensors of the contact 20 of the docking device 7 (figa, 6b).

После поджатия пружин датчиков контакта манипулятором и фиксации касания тремя датчиками производится захват шпангоута крышки люка захватами 17, перевод работы манипулятора в режим свободного перемещения его звеньев, стягивание стыка со шлюзовой камерой стягивающим устройством 21 (фиг.6б).After preloading the springs of the contact sensors by the manipulator and fixing the touch with three sensors, the frame of the manhole cover is gripped by the grippers 17, the manipulator is put into operation in the mode of free movement of its links, the joint is pulled together by the tightening device 21 (Fig.6b).

Для начального отжатия крышки 6 при расстыковке вышеуказанной сборки и шлюзовой камеры 3 устройство стыковки 7 снабжено толкателями 23, создающими усилие при отстыковке крышки люка и перемещающимися свободно при операциях по стыковке сборки со шлюзовой камерой.For the initial squeezing of the cover 6 when undocking the above assembly and the lock chamber 3, the docking device 7 is equipped with pushers 23, which create a force when undocking the manhole cover and move freely during operations to dock the assembly with the lock chamber.

МЗЭ 10 может выполняться в вариантах жесткого диска, например полированного стального диска (фиг.5, 6), и жесткого диска с закрепленной по краю диска складывающейся оболочкой, например стальной фольгой, в форме кругового кольца.MZE 10 can be performed in the variants of a hard disk, for example, a polished steel disk (Figs. 5, 6), and a hard disk with a folding shell fixed to the edge of the disk, for example, steel foil, in the form of a circular ring.

Второй вариант МЗЭ в транспортном и рабочем положениях показан на фиг.4, 7а, 7б. МЗЭ состоит из жесткого диска 24, на котором по торцу закреплена складывающаяся оболочка 25 (фиг.7а, 7б). К оболочке прикреплены ребра жесткости 27, например металлические упругие спицы, которые могут вращаться и устанавливаться в рабочем положении по радиусу диска. При этом обеспечивается натяжение складывающейся оболочки по форме кругового кольца. Для вращения ребер жесткости к диску крепится электромеханический привод 26, который обеспечивает многократное раскладывание и складывание оболочки.The second version of the MZE in the transport and operating positions is shown in FIGS. 4, 7a, 7b. MZE consists of a hard disk 24, on which a folding shell 25 is fixed at the end (Fig. 7a, 7b). Stiffening ribs 27 are attached to the shell, for example, metal elastic spokes that can rotate and be mounted in working position along the radius of the disk. This ensures the folding of the shell in the shape of a circular ring. To rotate the stiffeners, an electromechanical drive 26 is attached to the disk, which provides multiple folding and folding of the shell.

Работа предлагаемого КА при осуществлении им предлагаемого способа происходит следующим образом.The work of the proposed spacecraft in the implementation of the proposed method is as follows.

КА собирается и оснащается научной и технологической аппаратурой в наземных условиях и выводится в составе космического комплекса (многофункционального КА, фиг.3) на рабочую орбиту. Манипулятор может монтироваться на Земле и выводиться вместе с КА, либо доставляться на пилотируемую станцию, с которой обслуживается КА, и монтироваться космонавтами при нахождении модуля в составе станции.The spacecraft is assembled and equipped with scientific and technological equipment in ground conditions and is displayed as part of the space complex (multifunctional spacecraft, Fig. 3) in a working orbit. The manipulator can be mounted on the Earth and displayed together with the spacecraft, or delivered to the manned station from which the spacecraft is serviced, and mounted by astronauts when the module is in the station.

Приведение установки МЛЭ в рабочее состояние осуществляется в следующей последовательности (фиг.8).Bringing the installation of MBE in working condition is carried out in the following sequence (Fig.8).

Этап 1. Производятся подготовительные операции для выдвижения установки МЛЭ из шлюзовой камеры 3. Закрывается входной люк 4. Осуществляется сброс давления из шлюзовой камеры. Подается команда на раскрытие захватов 17.Stage 1. Preparatory operations are being carried out to extend the MBE installation from the lock chamber 3. The access hatch is closed 4. Pressure is released from the lock chamber. A command is given to open the captures 17.

Этап 2. Толкателями 23 осуществляется отделение вышеуказанной сборки (установки, экрана и крышки) от шлюзовой камеры. Величина зазора между шпангоутами шлюзовой камеры и крышки выходного люка (рабочий ход толкателей) определяется силовыми возможностями манипулятора по дальнейшему перемещению сборки.Stage 2. Pushers 23 are the separation of the above assembly (installation, screen and cover) from the lock chamber. The gap between the frames of the lock chamber and the exit hatch cover (working stroke of the pushers) is determined by the power capabilities of the manipulator to further move the assembly.

Этап 3. Далее манипулятором 8 осуществляется осевое выдвижение сборки до полного выхода установки МЛЭ 9 из шлюзовой камеры на расстояние, при котором возможно осуществление безударного вращения сборки и раскрытия складывающейся части защитного экрана.Stage 3. Next, the manipulator 8 axially extends the assembly until the MBE 9 installation completely exits the lock chamber to a distance at which it is possible to perform shockless rotation of the assembly and reveal the folding part of the protective shield.

Этап 4. Сборка разворачивается манипулятором в положение, при котором установка 9 защищается от набегающего атмосферного потока экраном 10 с реализацией возможности ее размещения в зоне сверхвысокого вакуума (фиг.1, 2).Stage 4. The assembly is deployed by the manipulator in a position in which the installation 9 is protected from the incident atmospheric flow by the screen 10 with the implementation of the possibility of its placement in the zone of ultra-high vacuum (Fig.1, 2).

Этап 5. Включается электромеханический привод 26 и развертывает оболочку 25 экрана. Перед включением аппаратуры установки МЛЭ экран 10 может быть ориентирован в положение, обеспечивающее максимальную освещенность аппаратуры установки 9 и экрана 10 Солнцем и/или Землей для их дегазации.Step 5. The electromechanical actuator 26 is turned on and expands the sheath 25 of the screen. Before turning on the equipment of the MBE installation, the screen 10 can be oriented to a position that provides maximum illumination of the installation equipment 9 and the screen 10 with the Sun and / or Earth for their degassing.

Этапы 6-9. Манипулятор 8 раскладывается на рабочую длину и осуществляет по заложенной программе последовательное перемещение сборки в хвостовой полусфере КА с поиском положения, в котором за экраном 10 в технологической зоне МЛЭ создается минимальное давление (наиболее высокий вакуум).Steps 6-9. The manipulator 8 is expanded to its working length and, according to the laid-out program, performs sequential movement of the assembly in the spacecraft tail hemisphere with a search for the position in which minimum pressure is created behind screen 10 in the MBE technological zone (the highest vacuum).

В данном положении включается аппаратура установки МЛЭ и проводится заданная программа экспериментов в среде сверхвысокого космического вакуума.In this position, the MBE installation equipment is turned on and a predetermined program of experiments in an ultrahigh space vacuum medium is carried out.

После завершения программы работ на установке МЛЭ и остывания установки до допустимой температуры осуществляется перенос установки в шлюзовую камеру в обратном порядке и заполнение шлюзовой камеры атмосферой КА. На конечном участке стягивания шпангоутов крышки люка и шлюзовой камеры стягивающим устройством 21 толкатели 23 перемещаются без усилий.After completion of the work program at the MBE installation and cooling of the installation to an acceptable temperature, the installation is transferred to the lock chamber in the reverse order and the lock chamber is filled with the spacecraft atmosphere. In the final section of the pulling together of the frames of the manhole cover and the airlock with the tightening device 21, the pushers 23 move without effort.

Для осуществления предлагаемых изобретений имеются все необходимые средства, апробированные в ходе уже проведенных космических полетов.For the implementation of the proposed inventions there are all the necessary tools tested in the course of the already conducted space flights.

Перечень фигурList of figures

Существо предлагаемого изобретения поясняется нижеследующим детальным описанием примера его выполнения с прилагаемыми чертежами.The essence of the invention is illustrated by the following detailed description of an example of its implementation with the accompanying drawings.

Фиг.1. Схема конусного следа за молекулярным экраном.Figure 1. Scheme of the conical track behind the molecular screen.

Фиг.2. Компоновочная схема модуля WSF (слева) и идеализированная схема формирования зоны сверхвысокого вакуума за экраном.Figure 2. Layout diagram of the WSF module (left) and an idealized diagram of the formation of an ultrahigh vacuum zone behind the screen.

Фиг.3. Общий вид многофункционального обслуживаемого КА (прототипа).Figure 3. General view of the multifunctional serviced spacecraft (prototype).

Фиг.4. КА согласно изобретению, выполненный в виде обслуживаемого модуля орбитального аппарата.Figure 4. The spacecraft according to the invention, made in the form of a serviced module of an orbital vehicle.

Фиг.5. Компоновка основных элементов оборудования для МЛЭ на крышке выходного люка шлюзовой камеры.Figure 5. The layout of the basic elements of equipment for MBE on the cover of the exit hatch of the lock chamber.

Фиг.6. Заключительные операции по перемещению установки МЛЭ внутрь шлюзовой камеры и стыковки крышки выходного люка.6. Final operations for moving the MBE installation inside the lock chamber and docking the exit hatch cover.

Фиг.6а. Перемещение сборки манипулятором в шлюзовую камеру.Figa. The manipulator moves the assembly into the lock chamber.

Фиг.6б. Стягивание стыка «крышка-шпангоут люка шлюзовой камеры»Fig.6b. The contraction of the joint “cover-frame of the airlock hatch”

Фиг.7. Вариант молекулярного защитного экрана с жестким металлическим центральным диском и складывающейся оболочкой.7. Variant of a molecular protective shield with a hard metal central disk and folding shell.

Фиг.7а. Экран в транспортном положении.Figa. The screen is in transport position.

Фиг.7б. Экран с развернутой оболочкой при проведении экспериментов.Figb. The screen with the expanded shell during the experiments.

Фиг.8. Последовательность операций при подготовке оборудования МЛЭ на КА согласно изобретению.Fig. 8. The sequence of operations in the preparation of equipment MBE on the spacecraft according to the invention.

Claims (8)

1. Космический аппарат, содержащий последовательно расположенные герметичный отсек и шлюзовую камеру, имеющую входной люк для доступа в нее из герметичного отсека и выходной люк для доступа в открытый космос, манипулятор, установленный снаружи космического аппарата, установку молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) с технологической и научной аппаратурой, размещенную в транспортном положении в шлюзовой камере, и молекулярный защитный экран, отличающийся тем, что крышка выходного люка шлюзовой камеры выполнена отделяемой, молекулярный защитный экран жестко прикреплен к указанной крышке с внешней ее стороны и снабжен узлом крепления к концевому звену руки манипулятора, установка МЛЭ соединена с указанной крышкой с внутренней ее стороны, при этом космический аппарат снабжен устройством стыковки крышки выходного люка со шлюзовой камерой, включающим в себя установленные на корпусе камеры захваты, направляющие, стяжки и толкатели, а также установленные на отделяемой крышке ответные части направляющих.1. A spacecraft containing a sequentially sealed compartment and airlock, having an access hatch for access to it from the pressurized compartment and an exit hatch for access to outer space, a manipulator mounted outside the spacecraft, a molecular beam epitaxy (MBE) unit with a technological and scientific equipment, placed in a transport position in the lock chamber, and a molecular protective shield, characterized in that the cover of the exit hatch of the lock chamber is made detachable, molecular protection This screen is rigidly attached to the specified cover from its outer side and is equipped with a mounting unit for the end link of the manipulator’s hand, the MBE unit is connected to the specified cover from its internal side, and the spacecraft is equipped with a device for docking the exit hatch cover with the lock chamber, including on the camera body, grips, guides, couplers and pushers, as well as mating guides mounted on a detachable lid. 2. Космический аппарат по п.1, отличающийся тем, что установка МЛЭ соединена с крышкой выходного люка шлюзовой камеры посредством адаптера, связанного разъемным соединением с данной крышкой.2. The spacecraft according to claim 1, characterized in that the MBE installation is connected to the cover of the exit hatch of the lock chamber via an adapter connected by a detachable connection to this cover. 3. Космический аппарат по п.1 или 2, отличающийся тем, что на поверхности молекулярного защитного экрана закреплены тепловые трубы и панели системы терморегулирования, обеспечивающие отвод тепла от установки МЛЭ.3. The spacecraft according to claim 1 or 2, characterized in that heat pipes and panels of the temperature control system are fixed to the surface of the molecular protective shield, providing heat removal from the MBE installation. 4. Космический аппарат по п.1 или 2, отличающийся тем, что на поверхности молекулярного защитного экрана со стороны установки МЛЭ установлены датчики параметров атмосферы за экраном.4. The spacecraft according to claim 1 or 2, characterized in that on the surface of the molecular protective shield from the side of the MBE installation, atmospheric parameters sensors are installed behind the screen. 5. Космический аппарат по п.1 или 2, отличающийся тем, что молекулярный защитный экран выполнен в форме диска, к которому по периферии прикреплена тонкая кольцевая оболочка, снабженная управляемым устройством для ее раскрытия и складывания.5. The spacecraft according to claim 1 or 2, characterized in that the molecular protective shield is made in the form of a disk to which a thin annular shell is attached at the periphery, equipped with a controlled device for its opening and folding. 6. Способ проведения исследований в сверхглубоком космическом вакууме за молекулярным защитным экраном с помощью космического аппарата по любому из пп.1-5, включающий выведение в открытый космос из шлюзовой камеры указанной установки МЛЭ вместе с молекулярным защитным экраном, их удаление от космического аппарата, ориентацию экрана в положение защиты установки МЛЭ от внешнего потока среды, включение аппаратуры установки МЛЭ для проведения исследований в области следа за экраном и возврат установки МЛЭ в шлюзовую камеру по завершении данных исследований, отличающийся тем, что посредством указанных толкателей отделяют крышку выходного люка шлюзовой камеры и при помощи указанного манипулятора выводят из камеры скрепленные с этой крышкой молекулярный защитный экран и установку МЛЭ, удаляя их в полусферическое пространство хвостовой части космического аппарата, а при возврате установки МЛЭ в шлюзовую камеру с помощью указанного устройства стыковки корректируют угловые и линейные погрешности совмещения манипулятором осей крышки выходного люка и шлюзовой камеры, осуществляют перехват указанной крышки у манипулятора и ее осевое перемещение до завершения стыковки с камерой при обеспечении необходимых усилий герметизации стыка.6. A method for conducting research in an ultra-deep space vacuum behind a molecular protective shield using a spacecraft according to any one of claims 1-5, including the removal of the indicated MBE together with the molecular protective shield into outer space from the lock chamber, their removal from the spacecraft, orientation the screen to the protection position of the MBE installation from the external flow of the medium, turning on the equipment of the MBE installation for conducting research in the field of the wake behind the screen and returning the MBE installation to the lock chamber upon completion yes research, characterized in that by means of these pushers, the cover of the exit hatch of the airlock chamber is separated and, using the indicated manipulator, the molecular protective shield and the MBE unit attached to the cover are removed from the chamber, removing them into the hemispherical space of the rear part of the spacecraft, and when the MBE unit is returned the angular and linear errors in the combination of the axis of the exit hatch cover and the airlock chamber by the manipulator are corrected to the lock chamber using the specified docking device, They intercept the specified cover at the manipulator and move it axially until the docking with the camera is completed, while ensuring the necessary efforts to seal the joint. 7. Способ по п.6, отличающийся тем, что перед включением аппаратуры установки МЛЭ ориентируют экран в положение, обеспечивающее максимальную освещенность аппаратуры установки МЛЭ и экрана для их дегазации.7. The method according to claim 6, characterized in that before turning on the equipment of the MBE installation, the screen is oriented to a position that ensures maximum illumination of the equipment of the MBE installation and the screen for their degassing. 8. Способ по п.6, отличающийся тем, что перед включением аппаратуры установки МЛЭ при помощи манипулятора перемещают экран в заданные точки космического пространства, в которых проводят измерения параметров атмосферы за экраном, а затем определяют расчетным путем оптимальную точку для проведения исследований в области следа за экраном и перемещают экран в эту точку. 8. The method according to claim 6, characterized in that before turning on the equipment of the MBE installation using the manipulator, the screen is moved to predetermined points in outer space, in which atmospheric parameters are measured behind the screen, and then the optimal point for conducting research in the wake area is determined by calculation behind the screen and move the screen to this point.
RU2008107133/11A 2008-02-28 2008-02-28 Spacecraft and method of conducting researches in ultra-high space vacuum beyond molecular protective screen using spacecraft RU2364557C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008107133/11A RU2364557C1 (en) 2008-02-28 2008-02-28 Spacecraft and method of conducting researches in ultra-high space vacuum beyond molecular protective screen using spacecraft

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008107133/11A RU2364557C1 (en) 2008-02-28 2008-02-28 Spacecraft and method of conducting researches in ultra-high space vacuum beyond molecular protective screen using spacecraft

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2364557C1 true RU2364557C1 (en) 2009-08-20

Family

ID=41151177

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008107133/11A RU2364557C1 (en) 2008-02-28 2008-02-28 Spacecraft and method of conducting researches in ultra-high space vacuum beyond molecular protective screen using spacecraft

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2364557C1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Russian Space Bull, 1996, v.3, №4, p.13-15. Итоги науки и техники. Ракетостроение и космическая техника, т.10. - M., 1989, с.76-78. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3655330B1 (en) Spacecraft servicing devices and related assemblies, systems, and methods
US8967548B2 (en) Direct to facility capture and release
US7293743B2 (en) Method and associated apparatus for capturing, servicing, and de-orbiting earth satellites using robotics
Jaekel et al. Design and operational elements of the robotic subsystem for the e. deorbit debris removal mission
RU2691686C1 (en) Method for sampling and delivery to earth of space dust samples from vicinity of librations points of earth-to-moon system and complex of its implementation means
US9914550B1 (en) Reusable resupply systems and methods
EP1679259B1 (en) Method of injecting plurality of spacecrafts into different orbits individually
US11702230B2 (en) Non-sealing berthing system for spacecraft
Kubota et al. Intelligent rover with hopping mechanism for asteroid exploration
Ticker et al. NASA’s in-space robotic servicing
Visentin et al. Robotics for geostationary satellite servicing
RU2364557C1 (en) Spacecraft and method of conducting researches in ultra-high space vacuum beyond molecular protective screen using spacecraft
WO2022153619A1 (en) Method and system for multi-object space debris removal
US8616496B2 (en) Systems and methods for a self-deploying vehicle drag device
Baglioni et al. The Mars exploration plans of ESA
US6776375B1 (en) Payload deployment system with an internal cargo unit
Scoville et al. Extravehicular activity asteroid exploration and sample collection capability
RU2181094C1 (en) Multi-functional attended spacecraft and method of conducting multi-purpose scientific applied researches by means of this spacecraft
Liu et al. Behaviour based visual servo controller for satellite capture
Akin et al. Economies of (Small) Scale: Exploring the Potential for Smallsat-Based Dexterous Robotics
Bernardini et al. Space START: the TAS concept for in orbit servicing
Akin Innovative robotic systems for in-space operations
Arnold et al. 211 NRL’s Forward Technology Solar Cell Experiment Flies as Part of MISSE-5 Aboard Space Shuttle Discovery Mission RJ Walters and JC Garner 213 Laboratory Demonstration of a Prototype Geosynchronous Servicing Spacecraft NG Creamer
Cohen et al. Development of an interchangeable end effector mechanism for the Ranger telerobotic vehicle
McDonald Mir mission chronicle

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner