RU2601522C1 - Космический аппарат обслуживания на орбите автоматического космического аппарата и способ стыковки космического аппарата обслуживания с неисправным вращающимся космическим аппаратом - Google Patents
Космический аппарат обслуживания на орбите автоматического космического аппарата и способ стыковки космического аппарата обслуживания с неисправным вращающимся космическим аппаратом Download PDFInfo
- Publication number
- RU2601522C1 RU2601522C1 RU2015131971/11A RU2015131971A RU2601522C1 RU 2601522 C1 RU2601522 C1 RU 2601522C1 RU 2015131971/11 A RU2015131971/11 A RU 2015131971/11A RU 2015131971 A RU2015131971 A RU 2015131971A RU 2601522 C1 RU2601522 C1 RU 2601522C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- spacecraft
- kao
- manipulator
- docking
- capturing
- Prior art date
Links
- 238000003032 molecular docking Methods 0.000 title claims description 37
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 9
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 9
- 238000013459 approach Methods 0.000 claims description 4
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 abstract description 6
- 238000012546 transfer Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 239000002828 fuel tank Substances 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 210000000352 storage cell Anatomy 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
- B64G1/00—Cosmonautic vehicles
- B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
- B64G1/64—Systems for coupling or separating cosmonautic vehicles or parts thereof, e.g. docking arrangements
- B64G1/646—Docking or rendezvous systems
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Manipulator (AREA)
Abstract
Группа изобретений относится к обслуживанию (в т.ч. дозаправке) автоматических космических аппаратов (КА) на орбите. КА обслуживания (КАО) содержит узел стыковки с КА, двигательную установку, манипулятор для захвата КА, манипулятор захвата, перемещения и замены (МПЗ) блоков аппаратуры КА и КАО, средства дозаправки КА, запасные блоки аппаратуры для ремонта КА. МПЗ выполнен перемещаемым по корпусу КАО, а его оконечность оснащена устройством диагностики блоков аппаратуры КА. Манипулятор захвата КА выполнен на поворотной платформе. На корпусе КАО может быть. размещена аппаратура диагностики параметров закрутки неисправного КА. При стыковке КАО с вращающимся обслуживаемым КА совмещают их продольные оси. Закручивают поворотную платформу с манипулятором захвата КА до угловой скорости вращения КА, производят захват КА, тормозят относительное вращение КА и КАО средствами платформы и двигательной установки КАО. Прекращают захват КА и перемещают КАО до сближения и стыковки с использованием штатного узла стыковки. Технический результат группы изобретений состоит в расширении возможностей по обслуживанию КА с разными видами отказов и повышении эффективности группировки КА на орбите. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил.
Description
Изобретение относится к космической технике и может найти применение для технического обслуживания (дозаправки, ремонта, модернизации, подготовки к сведению с орбиты) автоматических космических аппаратов с использованием автоматического космического аппарата обслуживания (КАО).
Известны способ и устройство стыковки двух космических кораблей типа «Союз» или «Салют», оснащенных однотипными системами стыковки. Недостатком способа и устройства является невозможность стыковки указанных космических аппаратов в случае потери работоспособности одного из них.
Известны способ и устройство по обеспечению технического обслуживания орбитальной пилотируемой станции (ОПС) «Алмаз» после стыковки с тяжелым транспортным кораблем снабжения (ТКС) комплекса «Алмаз», снабженным запасами топлива и резервными комплектами исправных приборов станции («История развития отечественной пилотируемой космонавтики», том 3 под редакцией И.В. Бармина. Москва, 2015. Издательский дом «Столичная энциклопедия», стр. 284). Недостатком данного технического решения является невозможность проведения восстановительных работ в автоматическом режиме.
Ближайшим аналогом является автоматический космический аппарат ASTRO, предназначенный для автоматической стыковки, перекачки топлива в обоих направлениях, ремонта (в части замены блока аккумуляторных батарей) одиночного космического аппарата NextSat (www.membrana.ru/particle/11455.html, доступно на 25.06.2015 года). Недостатком данного технического решения является невозможность для КАО обслуживания двух и более КА группировки с несколькими видами отказов, в том числе потерявших способность к управлению и заданную ориентацию.
Целью предлагаемого изобретения является создание конструктивного облика КАО, специализированного для стыковки, технического обслуживания, дозаправки и сведения с орбиты нескольких унифицированных по конструкции космических аппаратов с различными видами отказов, вплоть до выхода из строя системы управления, а также способа стыковки с неориентированным (вращающимся) КА.
Указанная цель достигается тем, что в космическом аппарате обслуживания на орбите автоматического космического аппарата, содержащем корпус, двигательную установку (ДУ) с запасом топлива для проведения операций стыковки с КА и маневрирования, в том числе в связке с КА, манипулятор захвата КА, узел стыковки с КА, манипулятор для захвата, перемещения и замены блоков аппаратуры КА и КАО, запас топлива и оборудование для дозаправки КА, запасные блоки аппаратуры для ремонта КА, манипулятор для захвата, перемещения и замены блоков аппаратуры КА и КАО выполнен с возможностью перемещения по корпусу КАО, оконечное устройство манипулятора оснащено устройством диагностики блоков аппаратуры КА, манипулятор захвата КА выполнен на поворотной платформе с возможностью ее вращения с переменной скоростью относительно продольной оси КАО, на корпусе КАО выполнены ложементы для установки блоков аппаратуры КА, предполагаемых к замене.
Дополнительно может быть введено следующее. Оконечное устройство манипулятора для захвата, перемещения и замены блоков аппаратуры КА и КАО выполнено в виде каретки, перемещающейся по направляющей штанге манипулятора и вращающейся относительно продольной оси штанги.
На корпусе КАО установлена аппаратура диагностики параметров закрутки неисправного КА в виде бесконтактного оптико-электронного устройства.
В способе стыковки космического аппарата обслуживания с неисправным вращающимся космическим аппаратом, включающем их сближение, совмещение продольных осей, стыковку с использованием штатных узлов стыковки КА и КАО и двигательной установки КАО, после сближения и совмещения продольной оси КАО с осью вращения КА закручивают поворотную платформу с манипулятором захвата КА до угловой скорости, по величине и направлению совпадающей со скоростью вращения КА, производят захват КА манипулятором для захвата КА, прекращают относительное вращение КА и КАО с помощью тормозного устройства поворотной платформы и двигательной установки КАО, прекращают захват КА, перемещают КАО до сближения и стыковки с использованием штатного узла стыковки.
Вариант конструктивно-компоновочной схемы КАО по предлагаемому техническому решению представлен на фиг. 1, схема реализации способа представлена на фиг. 2, 3, 4.
Приняты обозначения:
1 - корпус КАО;
2 - двигательная установка (ДУ);
3 - топливные баки двигательной установки;
4 - штатный узел стыковки;
5 - поворотная платформа;
6 - манипулятор захвата КА в сложенном виде;
7 - манипулятор захвата КА в раскрытом виде;
8 - основание манипулятора для захвата, перемещения и замены блоков аппаратуры КА и КАО;
9 - штанга манипулятора для захвата, перемещения и замены блоков аппаратуры КА;
10 - оконечное устройство манипулятора для захвата, перемещения и замены блоков аппаратуры КА;
11 - захват (часть оконечного устройства);
12 - устройство диагностики блоков аппаратуры КА (часть оконечного устройства);
13 - баки для закачиваемого в КА топлива;
14 - диагностический разъем штатного узла стыковки КАО;
15 - ложементы для установки блоков аппаратуры КА;
16 - оптико-электронное устройство аппаратуры диагностики параметров закрутки КА;
17 - дополнительный узел стыковки;
18 - КА.
Функционирование КАО по предлагаемому техническому решению осуществляется следующим образом.
КАО (поз. 1, фиг. 1) выводят на орбиту, компланарную с орбитой КА (поз. 18, фиг. 1), требующего технического обслуживания или сведения с орбиты, производят предварительное сближение стыкующихся объектов на безопасное для маневров расстояние.
При стыковке с работоспособным КА, с заранее определенной программой технического обслуживания (техническое обслуживание может быть обусловлено недостатком топлива в бортовых баках КА, отказом в блоках базового комплекта бортового оборудования и переходом на резервный комплект), стыковку с использованием узла стыковки (поз. 4, фиг. 1) проводят по расчетной схеме, манипулятор захвата КА не задействован и находится в сложенном виде (поз. 6, фиг. 1).
После стыковки создается единая система координат КА и КАО (единое координационное пространство), что обеспечивает работу манипулятора (поз. 9, фиг. 1) для захвата, перемещения и замены блоков аппаратуры КА.
Оконечное устройство такого манипулятора может быть выполнено в виде каретки (поз. 10, фиг. 1), перемещающейся по штанге манипулятора и вращающейся относительно продольной оси штанги. В этом случае на ней могут быть установлены два захвата, расположенные симметрично относительно продольной оси штанги (поз. 11, фиг. 1). С помощью первого захвата манипулятор извлекает из ячейки-ложемента (поз. 15, фиг. 1) КАО резервный блок аппаратуры КА, поворотом штанги перемещает его к месторасположению аналогичного заменяемого на КА блока. При приближении к заменяемому блоку, с помощью устройства диагностики (выполненному, например, в виде контактного разъема или щупа) производит его контрольную диагностику, далее - извлечение с помощью второго захвата. Далее следует поворот каретки на штанге на 180°, установка на КА резервного блока первым захватом. Затем проводится контрольная диагностика установленного блока и перемещение дефектного блока в ячейку хранения на КАО. При необходимости, операции по замене блоков повторяются.
С учетом возможности расположения подлежащих замене блоков аппаратуры по всей поверхности корпуса КА манипулятор выполнен с подвижным основанием, позволяющим ему перемещаться по корпусу КАО (например, на фиг. 1 манипулятор выполнен с возможностью перемещения - вращения относительно продольной оси КАО).
При стыковке с неработоспособным, потерявшим ориентацию и вращающимся КА операции стыковки осуществляет КАО. Известно, что неуправляемая закрутка со временем приводит к вращению КА относительно оси с минимальным или максимальным моментом инерции.
После предварительного сближения с помощью ДУ КАО и определения (с использованием оптико-электронного устройства КАО, поз. 16, фиг. 1, фиг. 2) направления и величины закрутки КА проводят совмещение продольной оси КАО с осью вращения КА. Далее раскрывают манипулятор захвата КА (поз. 7, фиг. 1, фиг. 2), закручивают поворотную платформу (поз. 5, фиг. 1, фиг. 2) с манипулятором захвата КА до угловой скорости, по величине и направлению совпадающей со скоростью вращения КА, производят захват КА манипулятором для захвата КА (на фиг. 2 манипулятор состоит из трех штанг, развернутых на 60°), прекращают относительное вращение КА и КАО с помощью тормозного устройства (на фиг. не показано) поворотной платформы и двигательной установки КАО. Далее, прекращают захват КА, складывают манипулятор захвата КА (поз. 6, фиг. 1; фиг. 3), перемещают КАО до сближения и стыковки с использованием штатного узла стыковки (поз. 4, фиг. 1; фиг. 3). С помощью диагностического разъема (поз. 15, фиг. 1) штатного узла стыковки определяют состояние КА.
После стыковки вышеуказанным способом вновь создается единое координационное пространство, что обеспечивает, при необходимости, применение манипулятора для замены блоков бортового оборудования, выполнение работ по дозаправке КА по вышеописанной для подлежащего восстановлению КА схеме.
При невозможности восстановления работоспособности КА, после остановки его вращения, диагностики и извлечения работоспособных блоков оборудования и запасов топлива КАО может совершить маневры разворота и размещения КА (фиг. 4) на дополнительном узле стыковки (поз 17, фиг. 1) с последующим использованием штатного узла (поз. 4, фиг. 1) для стыковки и ремонта других КА группировки.
Предлагаемое техническое решение позволяет выполнить расширенную номенклатуру работ по обслуживанию КА с разными видами отказов на орбите и повысить эффективность использования космических аппаратов на орбите.
Claims (4)
1. Космический аппарат обслуживания (КАО) на орбите автоматического космического аппарата (КА), содержащий корпус, двигательную установку с запасом топлива для проведения операций стыковки с КА и маневрирования, в том числе в связке с КА, манипулятор захвата КА, узел стыковки с КА, манипулятор для захвата, перемещения и замены блоков аппаратуры КА и КАО, запас топлива и оборудование для дозаправки КА, запасные блоки аппаратуры для ремонта КА, отличающийся тем, что манипулятор для захвата, перемещения и замены блоков аппаратуры КА и КАО выполнен с возможностью перемещения по корпусу КАО, оконечное устройство манипулятора оснащено устройством диагностики блоков аппаратуры КА, манипулятор захвата КА выполнен на поворотной платформе с возможностью ее вращения с переменной скоростью относительно продольной оси КАО, на корпусе КАО выполнены ложементы для установки блоков аппаратуры КА.
2. Космический аппарат обслуживания по п.1, отличающийся тем, что оконечное устройство манипулятора для захвата, перемещения и замены блоков аппаратуры КА и КАО выполнено в виде каретки, перемещающейся по штанге манипулятора и вращающейся относительно продольной оси штанги.
3. Космический аппарат обслуживания по п.1, отличающийся тем, что на корпусе КАО установлена аппаратура диагностики параметров закрутки неисправного КА в виде бесконтактного оптико-электронного устройства.
4. Способ стыковки космического аппарата обслуживания (КАО) с неисправным вращающимся космическим аппаратом (КА), включающий их сближение, совмещение продольных осей, стыковку с использованием штатных узлов стыковки КА и КАО и двигательной установки КАО, отличающийся тем, что после сближения и совмещения продольной оси КАО с осью вращения КА закручивают поворотную платформу с манипулятором захвата КА до угловой скорости, по величине и направлению совпадающей со скоростью вращения КА, производят захват КА манипулятором для захвата КА, прекращают относительное вращение КА и КАО с помощью тормозного устройства поворотной платформы и двигательной установки КАО, прекращают захват КА, перемещают КАО до сближения и стыковки с использованием штатного узла стыковки.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015131971/11A RU2601522C1 (ru) | 2015-07-31 | 2015-07-31 | Космический аппарат обслуживания на орбите автоматического космического аппарата и способ стыковки космического аппарата обслуживания с неисправным вращающимся космическим аппаратом |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015131971/11A RU2601522C1 (ru) | 2015-07-31 | 2015-07-31 | Космический аппарат обслуживания на орбите автоматического космического аппарата и способ стыковки космического аппарата обслуживания с неисправным вращающимся космическим аппаратом |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2601522C1 true RU2601522C1 (ru) | 2016-11-10 |
Family
ID=57278155
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015131971/11A RU2601522C1 (ru) | 2015-07-31 | 2015-07-31 | Космический аппарат обслуживания на орбите автоматического космического аппарата и способ стыковки космического аппарата обслуживания с неисправным вращающимся космическим аппаратом |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2601522C1 (ru) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108161940A (zh) * | 2018-02-26 | 2018-06-15 | 哈尔滨工业大学 | 利用空间机械手操作系统实现人机协同拧松螺钉操作方法 |
| RU2686563C1 (ru) * | 2018-02-13 | 2019-04-29 | Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" | Космический аппарат-эвакуатор |
| CN112241177A (zh) * | 2020-11-06 | 2021-01-19 | 北京理工大学 | 基于时间线状态路标的启发式航天器任务规划方法 |
| RU2765021C2 (ru) * | 2017-07-21 | 2022-01-24 | Нортроп Грамман Системз Корпорейшн | Обслуживающие устройства космического аппарата и соответствующие узлы, системы и способы |
| RU2798611C1 (ru) * | 2019-09-24 | 2023-06-23 | Астроскейл Израэл Лтд. | Обслуживание орбитального космического аппарата через разрывные соединители |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4395006A (en) * | 1974-02-21 | 1983-07-26 | Taylor Henry J | Mechanism for capturing and releasing a spinning object |
| US4664344A (en) * | 1985-11-07 | 1987-05-12 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Apparatus and method of capturing an orbiting spacecraft |
| RU2072951C1 (ru) * | 1992-12-03 | 1997-02-10 | Институт электросварки им.Е.О.Патона АН УССР | Космический аппарат |
| RU2116942C1 (ru) * | 1995-12-19 | 1998-08-10 | Аполлон Анатольевич Ломанов | Космическая станция |
| RU2181094C1 (ru) * | 2000-08-29 | 2002-04-10 | Центральный научно-исследовательский институт машиностроения | Многофункциональный обслуживаемый космический аппарат и способ проведения многоцелевых научно-прикладных исследований с помощью этого космического аппарата |
| US7823837B2 (en) * | 2006-03-31 | 2010-11-02 | The Boeing Company | Two part spacecraft servicing vehicle system with adaptors, tools, and attachment mechanisms |
-
2015
- 2015-07-31 RU RU2015131971/11A patent/RU2601522C1/ru active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4395006A (en) * | 1974-02-21 | 1983-07-26 | Taylor Henry J | Mechanism for capturing and releasing a spinning object |
| US4664344A (en) * | 1985-11-07 | 1987-05-12 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Apparatus and method of capturing an orbiting spacecraft |
| RU2072951C1 (ru) * | 1992-12-03 | 1997-02-10 | Институт электросварки им.Е.О.Патона АН УССР | Космический аппарат |
| RU2116942C1 (ru) * | 1995-12-19 | 1998-08-10 | Аполлон Анатольевич Ломанов | Космическая станция |
| RU2181094C1 (ru) * | 2000-08-29 | 2002-04-10 | Центральный научно-исследовательский институт машиностроения | Многофункциональный обслуживаемый космический аппарат и способ проведения многоцелевых научно-прикладных исследований с помощью этого космического аппарата |
| US7823837B2 (en) * | 2006-03-31 | 2010-11-02 | The Boeing Company | Two part spacecraft servicing vehicle system with adaptors, tools, and attachment mechanisms |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2765021C2 (ru) * | 2017-07-21 | 2022-01-24 | Нортроп Грамман Системз Корпорейшн | Обслуживающие устройства космического аппарата и соответствующие узлы, системы и способы |
| RU2765040C2 (ru) * | 2017-07-21 | 2022-01-24 | Нортроп Грамман Системз Корпорейшн | Обслуживающие устройства космического аппарата и соответствующие узлы, системы и способы |
| RU2765065C2 (ru) * | 2017-07-21 | 2022-01-25 | Нортроп Грамман Системз Корпорейшн | Обслуживающие устройства космического аппарата и соответствующие узлы, системы и способы |
| US11685554B2 (en) | 2017-07-21 | 2023-06-27 | Northrop Grumman Systems Corporation | Spacecraft servicing devices and related assemblies, systems, and methods |
| US11718420B2 (en) | 2017-07-21 | 2023-08-08 | Northrop Grumman Systems Corporation | Spacecraft servicing devices and related assemblies, systems, and methods |
| US11724826B2 (en) | 2017-07-21 | 2023-08-15 | Northrop Grumman Systems Corporation | Spacecraft servicing devices and related assemblies, systems, and methods |
| RU2686563C1 (ru) * | 2018-02-13 | 2019-04-29 | Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" | Космический аппарат-эвакуатор |
| CN108161940A (zh) * | 2018-02-26 | 2018-06-15 | 哈尔滨工业大学 | 利用空间机械手操作系统实现人机协同拧松螺钉操作方法 |
| CN108161940B (zh) * | 2018-02-26 | 2020-11-03 | 哈尔滨工业大学 | 利用空间机械手操作系统实现人机协同拧松螺钉操作方法 |
| RU2798611C1 (ru) * | 2019-09-24 | 2023-06-23 | Астроскейл Израэл Лтд. | Обслуживание орбитального космического аппарата через разрывные соединители |
| CN112241177A (zh) * | 2020-11-06 | 2021-01-19 | 北京理工大学 | 基于时间线状态路标的启发式航天器任务规划方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2601522C1 (ru) | Космический аппарат обслуживания на орбите автоматического космического аппарата и способ стыковки космического аппарата обслуживания с неисправным вращающимся космическим аппаратом | |
| CN108908291B (zh) | 一种在轨维修的多臂空间机器人 | |
| CN109250156B (zh) | 一种空间非合作目标电磁涡流消旋抓捕装置及方法 | |
| Reed et al. | The restore-L servicing mission | |
| Kasai et al. | Results of the ETS-7 Mission-Rendezvous docking and space robotics experiments | |
| Ogilvie et al. | Autonomous satellite servicing using the orbital express demonstration manipulator system | |
| CN110450990B (zh) | 基于微纳卫星集群的空间非合作目标捕获系统及捕获方法 | |
| JP2020527504A5 (ru) | ||
| Henshaw | The darpa phoenix spacecraft servicing program: Overview and plans for risk reduction | |
| CN106864776B (zh) | 一种基于对接环的捕获目标卫星的方法与系统 | |
| CN104590585A (zh) | 基于一站两器的空间飞行器在轨服务与维护系统及方法 | |
| CN110450989B (zh) | 微纳卫星集群捕获空间非合作目标的贴附消旋与轨控方法 | |
| Jaekel et al. | Design and operational elements of the robotic subsystem for the e. deorbit debris removal mission | |
| CN110658837B (zh) | 一种控制力矩陀螺故障情况下的平稳重构方法 | |
| CN106882401A (zh) | 多功能服务转移飞行器装置 | |
| CN110329544A (zh) | 一种用于自主快速交会对接的单脉冲制导方法、可读介质 | |
| CN105966644A (zh) | 用于在轨服务技术验证的模拟服务星 | |
| Xu et al. | A space robotic system used for on-orbit servicing in the geostationary orbit | |
| CN105955285A (zh) | 用于在轨服务技术验证的模拟目标星 | |
| Kelm et al. | FREND: pushing the envelope of space robotics | |
| JODOI et al. | A 100-meter-class plate space structure construction method using a deployable truss | |
| Hollander | Autonomous space robotics-Enabling technologies for advanced space platforms | |
| Peng et al. | Dynamic analysis of the compounded system formed by dual-arm space robot and the captured target | |
| Zhuang et al. | Design and Analysis for a Novel Docking Mechanism with T-type Locking Structure in Space | |
| Wang et al. | Modeling and simulation of robotic system for servicing Hubble space telescope |