RU2634608C2 - Scientific research space apparatus returned from earth orbit - Google Patents

Scientific research space apparatus returned from earth orbit Download PDF

Info

Publication number
RU2634608C2
RU2634608C2 RU2015155350A RU2015155350A RU2634608C2 RU 2634608 C2 RU2634608 C2 RU 2634608C2 RU 2015155350 A RU2015155350 A RU 2015155350A RU 2015155350 A RU2015155350 A RU 2015155350A RU 2634608 C2 RU2634608 C2 RU 2634608C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
orbit
spacecraft
compartment
brake device
screen
Prior art date
Application number
RU2015155350A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2015155350A (en
Inventor
Валерий Семенович Финченко
Владимир Михайлович Кульков
Сергей Олегович Фирсюк
Вадим Васильевич Терентьев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) (МАИ)
Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение им. С.А. Лавочкина"
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 бюджетное образовательное учреждение высшего образования Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) (МАИ), Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение им. С.А. Лавочкина" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) (МАИ)
Priority to RU2015155350A priority Critical patent/RU2634608C2/en
Publication of RU2015155350A publication Critical patent/RU2015155350A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2634608C2 publication Critical patent/RU2634608C2/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64GCOSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00Cosmonautic vehicles
    • B64G1/10Artificial satellites; Systems of such satellites; Interplanetary vehicles
    • B64G1/105Space science

Landscapes

  • Aerodynamic Tests, Hydrodynamic Tests, Wind Tunnels, And Water Tanks (AREA)

Abstract

FIELD: aviation.
SUBSTANCE: invention relates to spacecrafts (SC) for scientific research of physical phenomena and development of various systems and elements of a spacecraft in the satellite orbit and during descent in the atmosphere. The returned spacecraft contains a laboratory compartment (1) connected to the instrument compartment body (2), a frontal aerodynamic screen (3) of a segmentally conical shape and a braking motor installation (4). The screen (3) consists of a rigid central part (5) and a peripheral part in the form of a main inflatable braking device (6), covered externally by a flexible thermal protection. Test objects, for example heat protection samples can be asrranged on the rigid part (5). To reduce the landing speed, the RSC is equipped with an additional inflatable braking device (7) of toroidal form. The device (7) is connected to the compartment body (1) by a power conical shell of a fabric material with low gas permeability. It opens at subsonic flight speeds. In the transport position, the RSC has small dimensions due to the tight packing of the sealed shells of the braking devices.
EFFECT: expansion of the complex of scientific and technological problems solved by the returning research space apparatus both in orbit and during descent in the atmosphere.
3 cl, 3 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области космической техники и касается устройства космического аппарата для проведения научных исследований различных физических явлений и экспериментальной отработки на орбите искусственного спутника Земли (ИСЗ) и при спуске в атмосфере различных систем и элементов проектируемых космических аппаратов.The present invention relates to the field of space technology and relates to the device of a spacecraft for conducting scientific research of various physical phenomena and experimental testing in orbit of an artificial Earth satellite (AES) and during the descent in the atmosphere of various systems and elements of the designed spacecraft.

Изобретение предназначено для внедрения в практику проектирования космических аппаратов как инструмента для экспериментальной отработки различных систем и элементов в реальных условиях функционирования этих систем и элементов.The invention is intended for implementation in the practice of designing spacecraft as a tool for the experimental development of various systems and elements in the real conditions of functioning of these systems and elements.

Создание надежной космической техники требует тщательной отработки всех ее систем, функционирующих в условиях космоса и высокоскоростного движения в атмосфере. Ряд условий, таких как невесомость, вакуум, атомарный кислород, вакуумный ультрафиолет, космические излучения, физико-химические процессы в газах, сопровождающие спуск аппарата в атмосфере, и др., не могут быть воспроизведены или смоделированы в наземных экспериментальных установках во всей совокупности.The creation of reliable space technology requires careful testing of all of its systems operating in space and high-speed motion in the atmosphere. A number of conditions, such as weightlessness, vacuum, atomic oxygen, vacuum ultraviolet, cosmic radiation, physicochemical processes in gases, accompanying the descent of the apparatus in the atmosphere, etc., cannot be reproduced or simulated in ground-based experimental installations as a whole.

В связи с этим, понятным является стремление разработчиков космической техники выносить часть исследовательских работ в естественные условия - в космос и в плотные слои атмосферы Земли.In this regard, it is understandable the desire of space technology developers to carry out part of research work in natural conditions - in space and in the dense layers of the Earth's atmosphere.

Примером летающей лаборатории, проводящей исследования в космосе, может служить пилотируемая международная космическая станция (МКС), содержащая герметичный отсек для размещения лабораторного оборудования и объектов исследования, соединенный с отсеком и расположенными в нем системами, обеспечивающими функционирование МКС на орбите, а научные исследования проводятся только в космосе при движении МКС по орбите. При этом результаты исследований с МКС на Землю доставляются с помощью посадочных аппаратов «Союз» или транспортных грузовых кораблей серии «Прогресс» [1, www.mcc.rsa.ru/mks.htm].An example of a flying laboratory conducting research in space is the manned international space station (ISS), which contains a sealed compartment for placing laboratory equipment and research objects, connected to the compartment and the systems located inside it, which ensure the functioning of the ISS in orbit, and scientific research is carried out only in space when the ISS moves in orbit. At the same time, the research results from the ISS to the Earth are delivered using the Soyuz landing vehicles or the Progress transport cargo ships [1, www.mcc.rsa.ru/mks.htm].

Описанная лаборатория представляет собой сложнейший комплекс с ограниченными возможностями и дорогостоящей доставкой результатов исследований на земную поверхность.The described laboratory is a complex complex with limited capabilities and costly delivery of research results to the earth's surface.

Другим видом летной и возвращаемой с орбиты ИСЗ лаборатории можно считать транспортные космические корабли «Спейс-Шаттл», содержащие лабораторные отсеки с размещаемыми в них исследуемыми объектами и соответствующим исследовательским оборудованием [2, www.nasa.gov/mission_pages/shuttle/main/index.html].Another type of laboratory flying and being returned from the satellite’s satellite’s orbit is Space Shuttle, which contains laboratory compartments with research objects and appropriate research equipment [2, www.nasa.gov/mission_pages/shuttle/main/index. html].

Однако функциональные возможности указанных систем ограничиваются только исследованиями, проводимыми в условиях космоса. К тому же - это очень дорогостоящая техника.However, the functionality of these systems is limited only by research conducted in space. In addition, it is a very expensive equipment.

Для исследования физических явлений, происходящих на фазе полета в атмосфере, аппарат должен иметь возможность функционировать на атмосферном участке полета в условиях аэродинамических нагрузок и теплового воздействия на конструкцию и оборудование космического аппарата.To study the physical phenomena occurring during the flight phase in the atmosphere, the device must be able to function in the atmospheric portion of the flight under aerodynamic loads and thermal effects on the structure and equipment of the spacecraft.

Известен проект спускаемого аппарата с надувными тормозными устройствами [3, Алексашкин С.Н., Пичхадзе К.М., Финченко B.C. Принципы проектирования спускаемых в атмосферах планет аппаратов с надувными тормозными устройствами. Вестник ФГУП "НПО им. С.А. Лавочкина", том 2 (13), 2012, с. 4-11]. Спускаемый аппарат имеет лобовой аэродинамический экран надувной конструкции, содержащий замкнутую герметичную оболочку или ряд оболочек, образующих заданную форму при заполнении их газом. Эта оболочка состыковывается с предназначенным для спуска в атмосфере объектом (полезным грузом).A known project of a descent vehicle with inflatable brake devices [3, Aleksashkin S.N., Pichkhadze K.M., Finchenko B.C. Principles of designing vehicles descent in atmospheres of planets with inflatable brake devices. Bulletin of the Federal State Unitary Enterprise "NPO named after SA Lavochkin", Volume 2 (13), 2012, p. 4-11]. The lander has a frontal aerodynamic screen of an inflatable structure containing a closed airtight shell or a series of shells forming a given shape when filling them with gas. This shell is docked with the object intended for descent in the atmosphere (payload).

Этот спускаемый аппарат имеет ограниченные возможности, поскольку исследует физические явления, происходящие только на фазе полета спускаемого аппарата в атмосфере.This lander has limited capabilities because it explores physical phenomena that occur only during the flight phase of the lander in the atmosphere.

Известно развертываемое тормозное устройство [4, патент РФ №2528506, Алифанов О.М., Будник С.А., Нетелев А.В. "Развертываемое тормозное устройство для спуска в атмосфере планет"]. Развертываемое тормозное устройств состоит из жесткого лобового экрана, к которому крепится гибкая оболочка, покрытая с внешней стороны гибким теплозащитным чехлом. Внутри гибкой оболочки размещены герметичные эластичные торовые оболочки.Known deployable brake device [4, RF patent No. 2528506, Alifanov OM, Budnik S.A., Netelev A.V. "Deployable braking device for descent into the atmosphere of planets"]. The deployable braking device consists of a hard frontal screen to which a flexible shell is attached, covered on the outside with a flexible heat-protective cover. Inside the flexible shell are sealed elastic torus shells.

Недостатком этого тормозного устройства является большая относительная масса однокаскадной системы аэродинамического торможения.The disadvantage of this brake device is the large relative mass of a single-stage aerodynamic braking system.

Известен также проект Европейского космического агентства по разработке суборбитальной капсулы EXPERT, наиболее близкой к предлагаемому изобретению, содержащей отсек с лабораторным оборудованием и исследуемыми объектами, размещаемыми внутри и вне этого отсека, для проведения исследований во время движения в атмосфере Земли аэротермодинамических явлений и процессов, сопровождающих высокоскоростное движение аппаратов в атмосфере, приборный отсек с системами, обеспечивающими контролируемый спуск капсулы в атмосфере, и тормозную двигательную установку [5, http://www.esa.int/SPECIALS/EXPERT/SEMYRKQORVF0.html].Also known is the project of the European Space Agency for the development of the EXPERT suborbital capsule, which is closest to the invention, containing a compartment with laboratory equipment and test objects located inside and outside this compartment, to conduct aerothermodynamic phenomena and processes accompanying high-speed movements in the Earth’s atmosphere the movement of devices in the atmosphere, the instrument compartment with systems that provide controlled descent of the capsule in the atmosphere, and the brake engine battening to [5, http://www.esa.int/SPECIALS/EXPERT/SEMYRKQORVF0.html].

Этот исследовательский аппарат имеет также ограниченные возможности, поскольку исследует физические явления, происходящие на фазе полета в атмосфере капсулы только с определенными аэробаллистическими характеристиками.This research apparatus also has limited capabilities, since it studies the physical phenomena occurring during the flight phase in the capsule atmosphere with only certain aeroballistic characteristics.

Расширить диапазон режимов полета возможно при использовании развертываемых аэродинамических поверхностей. Для возврата с орбиты спутников с исследовательскими лабораториями они оснащаются лобовыми аэродинамическими экранами, обеспечивающими аэродинамическое торможение и защиту полезного груза от динамических и тепловых нагрузок. Очевидно, что лобовые экраны со значительной аэродинамической поверхностью не могут быть размещены в развернутом виде под головным обтекателем ракет-носителей, поэтому они должны выполняться укладываемыми в компактный объем при транспортировке и развертываемыми в рабочее положение при движении в космическом пространстве или атмосфере.To expand the range of flight modes is possible when using deployable aerodynamic surfaces. To return satellites with research laboratories from orbit, they are equipped with frontal aerodynamic screens that provide aerodynamic braking and protect the payload from dynamic and thermal loads. Obviously, frontal screens with a significant aerodynamic surface cannot be deployed deployed under the head fairing of launch vehicles, so they must be stacked in a compact volume during transportation and deployed to a working position when moving in outer space or atmosphere.

Предлагаемое изобретение представляет собой недорогой, тиражируемый научно-исследовательский космический аппарат (НИКА), выполняющий функцию орбитальной экспериментальной базы для исследования проблем проектирования и отработки космической техники, ее систем и элементов, не поддающихся проверке в условиях наземной экспериментальной базы, а также для проведения научных исследований различных физических явлений и экспериментальной отработки различных систем и элементов проектируемых космических аппаратов при спуске в атмосфере.The present invention is an inexpensive, replicable scientific research spacecraft (NIKA), which performs the function of an orbital experimental base for studying the problems of designing and developing space technology, its systems and elements that cannot be verified in a ground-based experimental base, as well as for conducting scientific research various physical phenomena and experimental testing of various systems and elements of the designed spacecraft during descent in the atmosphere.

Техническим результатом изобретения является повышение функциональных возможностей космических исследовательских аппаратов за счет расширения комплекса решаемых научно-исследовательских задач, как на орбите, так и при спуске в атмосфере, при одновременном снижении стоимости исследований, проводимых при экспериментальной отработке элементов космических летательных аппаратов.The technical result of the invention is to increase the functionality of space research vehicles by expanding the range of scientific research tasks, both in orbit and during descent in the atmosphere, while reducing the cost of research conducted during the experimental development of elements of spacecraft.

Заявленный технический результат достигается тем, что возвращаемый с орбиты искусственного спутника Земли научно-исследовательский космический аппарат содержит лабораторный отсек с размещаемыми внутри него и на его наружной поверхности лабораторным оборудованием и испытуемыми объектами, соединенный с корпусом приборного отсека, несущего все системы, обеспечивающие функционирование аппарата на орбите ИСЗ и при спуске в атмосфере, и тормозную двигательную установку, причем согласно изобретению в носовой части космического аппарата установлен лобовой аэродинамический экран, состоящий из жесткой центральной части и периферийной части, выполненной в виде основного надувного тормозного устройства, содержащего герметичную термостойкую оболочку, закрепленную по окружной кромке жесткой центральной части и являющуюся продолжением конической поверхности экрана, при этом аппарат снабжен дополнительным надувным тормозным устройством, установленным в кормовой части космического аппарата, выполненным в виде конической оболочки, являющейся продолжением конической поверхности лобового экрана с соединением по окружной кромке основного надувного тормозного устройства.The claimed technical result is achieved by the fact that the research spacecraft returned from the orbit of an artificial Earth satellite contains a laboratory compartment with laboratory equipment and test objects placed inside it and on its outer surface, connected to the body of the instrument compartment that carries all the systems that ensure the functioning of the device on the satellite orbit during descent in the atmosphere, and the braking propulsion system, and according to the invention in the bow of the spacecraft a frontal aerodynamic screen is installed, consisting of a rigid central part and a peripheral part made in the form of a main inflatable brake device containing a sealed heat-resistant shell fixed along the circumferential edge of the rigid central part and which is a continuation of the conical surface of the screen, while the apparatus is equipped with an additional inflatable brake device, installed in the stern of the spacecraft, made in the form of a conical shell, which is a continuation of the conical surface of the frontal screen with a connection along the peripheral edge of the main inflatable brake device.

Заявленный технический результат достигается также тем, что основное надувное тормозного устройство выполнено в виде набора из герметичных торовых оболочек, охватываемого силовой оболочкой, выполненной в виде чехла, края которого закрепляются по окружной кромке жесткой части лобового аэродинамического экрана и по окружности цилиндрической части корпуса лабораторного отсека, на наружной поверхности лобового аэродинамического экрана уложена система гибкой теплозащиты, выполненной в виде чехла, охватывающего герметичные торовые оболочки и силовую оболочку, и закрепленного по окружности цилиндрической части корпуса лабораторного отсека.The claimed technical result is also achieved by the fact that the main inflatable brake device is made in the form of a set of sealed torus shells covered by a power shell made in the form of a cover, the edges of which are fixed along the circumferential edge of the hard part of the frontal aerodynamic screen and around the cylindrical part of the laboratory compartment housing, On the outer surface of the frontal aerodynamic screen, a flexible thermal protection system is made, made in the form of a cover covering sealed torus shells glasses and structural envelope, and a cylindrical portion laboratory compartment housing fixed circumferentially.

Заявленный технический результат достигается также тем, что дополнительное надувное тормозное устройство выполнено в виде герметичной торовой оболочки, соединенной с приборным контейнером посредством силовой оболочки конической формы, выполняемой из тканевого материала со слабо газопроницаемой поверхностью.The claimed technical result is also achieved by the fact that the additional inflatable brake device is made in the form of a sealed torus shell connected to the instrument container by means of a conical shaped shell made of fabric material with a slightly gas permeable surface.

Перечисленная совокупность признаков обеспечивает превращение формы орбитального КА в форму спускаемого аппарата путем включения в состав НИКА разворачивающегося в космосе лобового аэродинамического экрана с надувным тормозным устройством (НТУ). В транспортном положении предлагаемый СА с НТУ занимает в приданом для его размещении объеме достаточно мало места благодаря плотной укладке герметичных оболочек НТУ в компактный объем.The listed set of features ensures the transformation of the shape of the orbital spacecraft into the shape of a descent vehicle by including in the NIKA a frontal aerodynamic screen with an inflatable braking device (NTU) that unfolds in space. In the transport position, the proposed SA with NTU takes up quite a bit of space in the dowry for its placement due to the tight packing of the hermetic NTU shells in a compact volume.

Использование НИКА как орбитальной экспериментальной базы позволит решить широкий круг исследовательских задач:Using NIKA as an orbital experimental base will solve a wide range of research problems:

- медико-биологические исследования на живых организмах;- biomedical research on living organisms;

- исследование процессов по выращиванию порошков и кристаллов различных минералов;- study of processes for growing powders and crystals of various minerals;

- исследование стойкости элементов электроники к поглощенным дозам ионизирующего излучения;- study of the resistance of electronics to absorbed doses of ionizing radiation;

- экспериментальное определение степени деградации фотоэлементов солнечных батарей;- experimental determination of the degree of degradation of solar cells;

- исследование динамики и отработка раскрывающихся систем проектируемых КА (штанг, манипуляторов, надувных каркасов антенн, солнечных батарей и парусов, НТУ спускаемых аппаратов и др.);- study of the dynamics and development of the disclosed systems of the designed spacecraft (rods, manipulators, inflatable frames of antennas, solar panels and sails, NTU descent vehicles, etc.);

- радиационный мониторинг околоземного космического пространства;- radiation monitoring of near-Earth outer space;

- дистанционное зондирование интересуемых участков Земли;- remote sensing of interested areas of the Earth;

- прицеливание и сброс на территорию заданного полигона экспериментально отрабатываемых СА различной формы и систем обеспечения их мягкой посадки (альтернатива проведению ракетных испытаний).- aiming and dumping on the territory of a given range of experimentally practiced SA of various shapes and systems for ensuring their soft landing (alternative to missile testing).

Возвращаемый с околоземной орбиты научно-исследовательский космический аппарат содержит лабораторный отсек (1), соединенный с корпусом приборного отсека (2), лобовой аэродинамический экран (ЛАЭ) (3) и тормозную двигательную установку (ТДУ) (4). Отсек (1) предназначен для размещения лабораторного оборудования и испытуемых объектов как внутри отсека, так и на его внешней поверхности. В приборном отсеке (2) размещаются все системы, обеспечивающие функционирование НИКА на орбите ИСЗ: навигационные, электропитания, обеспечения теплового режима, сбора и передачи телеметрической информации (ТМИ), управления, коррекции и стабилизации положения аппарата на орбите и в пространстве. Аэродинамический экран (3) сегментально-конической формы присоединен к свободной торцевой части отсека (1) и состоит из жесткой центральной части (5) и периферийной части в виде надувного тормозного устройства (6), являющегося продолжением конической поверхности ЛАЭ. Жесткая часть (5) ЛАЭ служит как для присоединения к ней НТУ (6), так и для размещения на ней испытуемых объектов, например образцов тепловой защиты. В кормовой части НИКА на отсеке (2) закреплена ТДУ (4). Для обеспечения заданной скорости посадки научно-исследовательский космический аппарат снабжен также дополнительным тормозным устройством (ДНТУ) (7).The research spacecraft returned from near-Earth orbit contains a laboratory compartment (1) connected to the instrument compartment housing (2), a frontal aerodynamic shield (LAE) (3), and a braking propulsion system (TDU) (4). The compartment (1) is designed to accommodate laboratory equipment and test objects both inside the compartment and on its outer surface. In the instrument compartment (2), all systems are located that ensure the functioning of the NIKA in the satellite’s orbit: navigation, power, thermal management, collection and transmission of telemetric information (TMI), control, correction and stabilization of the position of the device in orbit and in space. A segmented-conical aerodynamic screen (3) is attached to the free end part of the compartment (1) and consists of a rigid central part (5) and a peripheral part in the form of an inflatable brake device (6), which is a continuation of the conical surface of the LAE. The rigid part (5) of the LAE serves both for attaching NTU (6) to it, and for placing test objects on it, for example, thermal protection samples. In the aft part of NIKA on the compartment (2) is fixed TDU (4). To ensure a given landing speed, the research spacecraft is also equipped with an additional braking device (DNTU) (7).

НТУ может быть составлено из рядов герметичных торовых элементов (8), размещенных внутри чехла гибкой силовой оболочки (9), усилено набором лент и в центральной части соединено с жесткой частью лобового аэродинамического экрана. Силовая оболочка покрыта с наружной стороны гибким теплозащитным чехлом (10). Закрепление силовой оболочки к корпусу в донной части СА на лабораторном отсеке осуществляется путем непосредственного крепления к шпангоуту (11), а чехла системы гибкой теплозащиты - с использованием силовых лент (12), фиксируемых с помощью кольца (13).NTU can be composed of rows of sealed torus elements (8) located inside the cover of a flexible power shell (9), reinforced with a set of tapes and in the central part connected to the rigid part of the windshield. The power shell is externally coated with a flexible heat-shielding cover (10). The power sheath is secured to the body in the bottom of the SA on the laboratory compartment by directly attaching it to the frame (11), and the flexible thermal protection system cover using power strips (12), fixed with a ring (13).

Изобретение иллюстрируется чертежами:The invention is illustrated by drawings:

на фиг. 1 показана принципиальная схема НИКА с надувным тормозным устройством в сложенном в компактный объем положении, когда аппарат находится под головным обтекателем ракеты-носителя при запуске и при орбитальном полете перед входом в атмосферу;in FIG. 1 shows a schematic diagram of a NIKA with an inflatable brake device in a folded position in a compact volume when the device is under the head fairing of the launch vehicle at launch and during orbital flight before entering the atmosphere;

на фиг. 2 показана принципиальная схема НИКА с надувным тормозным устройством в развернутом (рабочем) виде при аэродинамическом торможении в атмосфере;in FIG. 2 shows a schematic diagram of a NIKA with an inflatable brake device in an unfolded (working) form during aerodynamic braking in the atmosphere;

на фиг. 3 показан вид НИКА на предпосадочном участке полета, когда для дополнительного торможения введено дополнительное надувное тормозное устройство в развернутом (рабочем) положении.in FIG. Figure 3 shows a view of NIKA on the pre-landing flight section when an additional inflatable brake device is introduced in the deployed (working) position for additional braking.

Эксплуатируется научно-исследовательский космический аппарат следующим образом.The research spacecraft is operated as follows.

Перед запуском НИКА в его лабораторном отсеке (1) и/или на его внешней поверхности с помощью различного рода крепежа устанавливаются лабораторное оборудование и испытуемые объекты. При малых габаритах (диаметр при уложенном НТУ (6) в компактный объем около 2 м, длина до 2,5 м) запуск НИКА на орбиту ИСЗ предполагается осуществлять в качестве попутного груза при запусках КА ракетами среднего класса. Для размещения под головным обтекателем НИКА используется соответствующий адаптер, а НТУ (6) ЛАЭ находится в уложенном положении.Before starting NIKA, laboratory equipment and test objects are installed in its laboratory compartment (1) and / or on its external surface using various kinds of fasteners. With small dimensions (the diameter when the NTU (6) is laid in a compact volume of about 2 m, length up to 2.5 m), it is supposed to launch NIKA into the satellite’s orbit as a passing load when the spacecraft launches medium-range missiles. For placement under the NIKA head fairing, an appropriate adapter is used, and NTU (6) of the LAE is in the stowed position.

После вывода НИКА на заданную орбиту ИСЗ активизируется работа всех систем приборного отсека (2), обеспечивающих функционирование НИКА на орбите ИСЗ. Далее в соответствии с программой экспериментов осуществляются соответствующие опыты и исследования.After the NIKA is put into a given satellite orbit, the work of all systems of the instrument compartment (2), which ensure the functioning of the NIKA in the satellite’s orbit, is activated. Further, in accordance with the program of experiments, the corresponding experiments and studies are carried out.

После выполнения исследований на орбите происходит подготовка НИКА для схода с орбиты, входа в атмосферу и спуска в атмосфере. Сход с орбиты обеспечивается выдачей ТДУ (4) тормозного импульса в направлении, противоположном движению аппарата. Затем КА с помощью ТДУ разворачивается в положение вперед отсеком (1). Одновременно с этим (или с некоторой задержкой для достижения указанной ориентации НИКА) с помощью подачи газа в полости НТУ (6) происходит развертывание лобового аэродинамического экрана (3) в рабочее положение.After performing studies in orbit, NIKA prepares for its descent from orbit, entry into the atmosphere and descent into the atmosphere. The descent from orbit is ensured by the issuance of the TDU (4) of the braking impulse in the direction opposite to the movement of the device. Then the spacecraft with the help of the TDU is deployed to the forward position by the compartment (1). At the same time (or with some delay to achieve the indicated orientation of the NIKA), by applying gas to the NTU cavity (6), the frontal aerodynamic screen (3) is deployed to the working position.

После подачи газа в полость надувного тормозного устройства, его оболочка расправляется и принимает требуемую аэродинамическую форму. В результате образуется достаточно жесткая форма основного надувного тормозного устройства, работающего на участке спуска из космического пространства до входа в атмосферу и движения в ней с гиперзвуковыми и сверхзвуковыми скоростями.After supplying gas to the cavity of the inflatable brake device, its shell is expanded and takes the required aerodynamic shape. As a result, a rather rigid form of the main inflatable brake device is formed, operating on the descent section from outer space to enter the atmosphere and move in it with hypersonic and supersonic speeds.

Затем вводится в действие дополнительное надувное тормозное устройство, раскрываемое при достижении дозвуковой скорости движения перед посадкой, путем подачи газа в его герметичные полости.Then an additional inflatable brake device is deployed, which is opened when the subsonic speed of movement is reached before landing, by supplying gas to its airtight cavities.

Диаметр ЛАЭ (3) выбирается таким, чтобы он обеспечил снижение скорости спуска НИКА до уровня ниже звуковой, когда в действие приводится дополнительное надувное тормозное устройство (7), поперечный размер которого выбирается из соображений обеспечения заданной скорости контакта НИКА с земной поверхностью.The diameter of the LAE (3) is chosen so that it provides a lowering speed of the NIKA descent to a level lower than the sound when an additional inflatable brake device (7) is activated, the transverse size of which is selected to ensure a given speed of NIKA contact with the earth's surface.

При спуске в атмосфере могут быть осуществлены следующие исследовательские задачи:During descent in the atmosphere, the following research tasks can be carried out:

- испытания, калибровка и отработка различных датчиков, размещаемых в лабораторном отсеке НИКА и фиксирующих параметры динамики СА при спусках в атмосфере;- testing, calibration and testing of various sensors placed in the laboratory compartment of NIKA and fixing the parameters of the dynamics of SA during descents in the atmosphere;

- испытания эффективности тепловой защиты различной конструкции, образцы которых могут быть встроены в общую теплозащиту жесткой части ЛАЭ;- testing the effectiveness of thermal protection of various designs, samples of which can be built into the overall thermal protection of the rigid part of the LAE;

- исследование и классификация по видам живых организмов, которые могут быть занесены на поверхность Земли метеоритами и остатками мелких астероидов с вкрапленными в их структуру штаммами этих организмов. Исследования проводятся на образцах каменных пород, насыщенных организмами выбранного вида и встроенных в общую теплозащиту жесткой части ЛАЭ НИКА;- research and classification by types of living organisms that can be brought to the surface of the Earth by meteorites and the remains of small asteroids with strains of these organisms embedded in their structure. Studies are conducted on rock samples saturated with organisms of the selected species and built into the overall thermal protection of the hard part of the LAE NIKA;

- получение информации о прогреве и уносе массы теплозащиты в реальных, не воспроизводимых установками существующей наземной экспериментальной базы, условиях спуска, для верификации теоретических методов расчета, используемых при проектировании теплозащитных систем СА различной формы. Это достигается установкой соответствующих индикаторов температуры в толще штатной теплозащиты ЛАЭ НИКА или испытуемых образцов из других материалов;- Obtaining information about heating and carrying away the mass of thermal protection in real conditions that are not reproducible by the facilities of the existing ground-based experimental base, for descent conditions, to verify the theoretical calculation methods used in the design of thermal protective systems for SAs of various shapes. This is achieved by installing appropriate temperature indicators in the thickness of the standard thermal protection of the LAE NIKA or test samples from other materials;

- приборное исследование процессов физико-химических превращений (диссоциации, ионизации, рекомбинации и т.д.) в сжатом высокотемпературном слое у поверхности ЛАЭ НИКА;- instrumental study of the processes of physicochemical transformations (dissociation, ionization, recombination, etc.) in a compressed high-temperature layer near the surface of the LAE NIKA;

- приборное исследование режимов (турбулентного, ламинарного) течения в пограничном слое на поверхности ЛАЭ НИКА и точки перехода с одного режима на другой.- instrumental study of the modes of (turbulent, laminar) flow in the boundary layer on the surface of the NIKA LAE and the transition point from one regime to another.

Таким образом, предлагаемый НИКА обеспечивает возможность проводить различные научные исследования при орбитальном полете, отработать ряд систем, приборов, элементов и узлов проектируемых КА, верифицировать результаты теоретических расчетов различных параметров воздействия на них факторов космического пространства и потока высокотемпературного газа при аэродинамическом торможении аппарата.Thus, the proposed NIKA provides the opportunity to conduct various scientific research during orbital flight, to develop a number of systems, instruments, elements and components of the designed spacecraft, to verify the results of theoretical calculations of various parameters of the impact of space factors and high-temperature gas flow during aerodynamic braking of the device.

Claims (3)

1. Возвращаемый с орбиты искусственного спутника Земли научно-исследовательский космический аппарат, содержащий лабораторный отсек с размещаемыми внутри него и на его наружной поверхности лабораторным оборудованием и испытуемыми объектами, соединенный с корпусом приборного отсека, несущего все системы, обеспечивающие функционирование аппарата на орбите ИСЗ и при спуске в атмосфере, а также тормозную двигательную установку, отличающийся тем, что в носовой части космического аппарата установлен лобовой аэродинамический экран, состоящий из жесткой центральной части и периферийной части, выполненной в виде основного надувного тормозного устройства, содержащего герметичную термостойкую оболочку, закрепленную по окружной кромке жесткой центральной части и являющуюся продолжением конической поверхности экрана, при этом аппарат снабжен дополнительным надувным тормозным устройством, установленным в кормовой части космического аппарата и выполненным в виде конической оболочки, являющейся продолжением конической поверхности лобового экрана, с соединением по окружной кромке основного надувного тормозного устройства. 1. A scientific research spacecraft returned from the orbit of an artificial Earth satellite, containing a laboratory compartment with laboratory equipment and test objects placed inside it and on its outer surface, connected to the body of the instrument compartment carrying all systems that support the operation of the satellite in orbit and descent in the atmosphere, as well as a braking propulsion system, characterized in that a frontal aerodynamic screen is installed in the nose of the spacecraft, consisting of from the rigid central part and the peripheral part, made in the form of a main inflatable brake device containing a sealed heat-resistant shell, fixed along the circumferential edge of the rigid central part and which is a continuation of the conical surface of the screen, while the apparatus is equipped with an additional inflatable brake device installed in the aft part of the space apparatus and made in the form of a conical shell, which is a continuation of the conical surface of the frontal screen, with a connection along the circumferential the edge of the main inflatable brake device. 2. Возвращаемый с орбиты искусственного спутника Земли научно-исследовательский космический аппарат по п. 1, отличающийся тем, что основное надувное тормозное устройство выполнено в виде набора из герметичных торовых оболочек, охватываемого силовой оболочкой, выполненной в виде чехла, края которого закреплены по окружной кромке жесткой части лобового аэродинамического экрана и по окружности цилиндрической части корпуса лабораторного отсека, а на наружной поверхности лобового аэродинамического экрана уложена система гибкой теплозащиты, выполненной в виде чехла, охватывающего герметичные торовые оболочки и силовую оболочку, и закрепленного по окружности цилиндрической части корпуса лабораторного отсека.2. The scientific research spacecraft returned from the orbit of an artificial Earth satellite according to claim 1, characterized in that the main inflatable brake device is made in the form of a set of sealed torus shells, covered by a power shell made in the form of a cover, the edges of which are fixed along the circumferential edge the rigid part of the frontal aerodynamic screen and the circumference of the cylindrical part of the body of the laboratory compartment, and on the outer surface of the frontal aerodynamic screen a flexible thermal protection system is laid s formed as a cover covering the hermetic shell torus and structural envelope, and a cylindrical portion laboratory compartment housing fixed circumferentially. 3. Возвращаемый с орбиты искусственного спутника Земли научно-исследовательский космический аппарат по п. 1, отличающийся тем, что дополнительное надувное тормозное устройство выполнено в виде герметичной торовой оболочки, соединенной с приборным контейнером посредством силовой оболочки конической формы, выполняемой из тканевого материала со слабо газопроницаемой поверхностью.3. The scientific research spacecraft returned from the orbit of the artificial Earth satellite according to claim 1, characterized in that the additional inflatable brake device is made in the form of a sealed torus shell connected to the instrument container by means of a conical shaped shell made of fabric material with low gas permeability surface.
RU2015155350A 2015-12-23 2015-12-23 Scientific research space apparatus returned from earth orbit RU2634608C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015155350A RU2634608C2 (en) 2015-12-23 2015-12-23 Scientific research space apparatus returned from earth orbit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015155350A RU2634608C2 (en) 2015-12-23 2015-12-23 Scientific research space apparatus returned from earth orbit

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2015155350A RU2015155350A (en) 2017-06-27
RU2634608C2 true RU2634608C2 (en) 2017-11-01

Family

ID=59240406

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015155350A RU2634608C2 (en) 2015-12-23 2015-12-23 Scientific research space apparatus returned from earth orbit

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2634608C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2748483C1 (en) * 2020-07-22 2021-05-26 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" Spacecraft with aerodynamic braking device for removing space objects from orbit into earth's atmosphere and method for controlling its flight

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4504031A (en) * 1979-11-01 1985-03-12 The Boeing Company Aerodynamic braking and recovery method for a space vehicle
US6264144B1 (en) * 1999-08-03 2001-07-24 Lockheed Martin Corporation Material assembly for an inflatable aerodynamic braking device for spacecraft deceleration and the like
US6607166B1 (en) * 2002-08-06 2003-08-19 Astrium Gmbh Inflatable flying body for the rescue descent of a person
RU2475284C2 (en) * 2011-02-15 2013-02-20 Общество С Ограниченной Ответственностью "Космические Системы Спасения" Device and method of saving from high-altitude building
RU2528506C1 (en) * 2013-03-29 2014-09-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" (МАИ) Deployable decelerator for descent in atmosphere of planets

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4504031A (en) * 1979-11-01 1985-03-12 The Boeing Company Aerodynamic braking and recovery method for a space vehicle
US6264144B1 (en) * 1999-08-03 2001-07-24 Lockheed Martin Corporation Material assembly for an inflatable aerodynamic braking device for spacecraft deceleration and the like
US6607166B1 (en) * 2002-08-06 2003-08-19 Astrium Gmbh Inflatable flying body for the rescue descent of a person
RU2475284C2 (en) * 2011-02-15 2013-02-20 Общество С Ограниченной Ответственностью "Космические Системы Спасения" Device and method of saving from high-altitude building
RU2528506C1 (en) * 2013-03-29 2014-09-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" (МАИ) Deployable decelerator for descent in atmosphere of planets

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
on STATION, N17, august 2004, p.16-17: Expert Return. The Expert Reentry Tested. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2748483C1 (en) * 2020-07-22 2021-05-26 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" Spacecraft with aerodynamic braking device for removing space objects from orbit into earth's atmosphere and method for controlling its flight

Also Published As

Publication number Publication date
RU2015155350A (en) 2017-06-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Spencer et al. Solar sailing technology challenges
Andrews et al. Nanosat deorbit and recovery system to enable new missions
Smith et al. Venus In Situ Explorer Mission design using a mechanically deployed aerodynamic decelerator
Harri et al. The MetNet vehicle: a lander to deploy environmental stations for local and global investigations of Mars
Chandra et al. De-orbiting Small Satellites Using Inflatables
Fedele et al. Aerodynamics and flight mechanics activities for a suborbital flight test of a deployable heat shield capsule
Wright et al. HEART flight test overview
Savino et al. Aerothermodynamic and feasibility study of a deployable aerobraking re-entry capsule
RU2634608C2 (en) Scientific research space apparatus returned from earth orbit
Tincher et al. Hypersonic waverider test vehicle-a logical next step
Wilde et al. Flight test and ISS application of the Inflatable Reentry and Descent Technology (IRDT)
Carandente et al. A study on Earth re-entry capsules with deployable aerobrakes for recoverable microgravity experiments
Cobb et al. Design and flight qualification of the rigidizable inflatable get-away-special experiment
Savino et al. European sounding rocket experiment on hypersonic deployable re-entry demonstrator
Lucking et al. A passive high altitude deorbiting strategy
Asundi et al. Genesis of a multi-function drag measurement system to facilitate atmosphere modeling and space debris mitigation
Karlgaard et al. Reconstruction of the Advanced Supersonic Parachute Inflation Research Experiment Sounding Rocket Flight Test
Gilbert et al. New space application opportunities based on the inflatable reentry & descent technology IRDT
EP0381869B1 (en) Method for launching a secondary payload
Marraffa et al. IRDT-Inflatable Re-entry and Descent Technology
Pichkhadze et al. Transformable descent vehicles
Griebel Reaching High Altitudes on Mars With an Inflatable Hypersonic Drag Balloon
Alexashkin et al. Design principles of descent vehicles with an inflatable braking device
Akin Applications of ultra-low ballistic coefficient entry vehicles to existing and future space missions
Koryanov et al. Study of the possibility of using the mechanics of inflatable braking devices to remove the spacecraft

Legal Events

Date Code Title Description
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20180713