RU2653666C2 - Device for nanosatellite separation with supplied parameters from iss segment - Google Patents

Device for nanosatellite separation with supplied parameters from iss segment Download PDF

Info

Publication number
RU2653666C2
RU2653666C2 RU2016134575A RU2016134575A RU2653666C2 RU 2653666 C2 RU2653666 C2 RU 2653666C2 RU 2016134575 A RU2016134575 A RU 2016134575A RU 2016134575 A RU2016134575 A RU 2016134575A RU 2653666 C2 RU2653666 C2 RU 2653666C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
microprocessor
nanosatellites
solenoid
control module
magneto
Prior art date
Application number
RU2016134575A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2016134575A (en
RU2016134575A3 (en
Inventor
Игорь Витальевич Белоконов
Олег Васильевич Филонин
Зафар Ильясович Гимранов
Original Assignee
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева" filed Critical федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева"
Priority to RU2016134575A priority Critical patent/RU2653666C2/en
Publication of RU2016134575A publication Critical patent/RU2016134575A/en
Publication of RU2016134575A3 publication Critical patent/RU2016134575A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2653666C2 publication Critical patent/RU2653666C2/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64GCOSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/222Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles for deploying structures between a stowed and deployed state

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

FIELD: space technology.
SUBSTANCE: invention relates to space technology and can be used to drive nanosatellites to specified trajectories and at specified speeds from the space station. Device for separating nanosatellites consists of an electromechanical trigger system of a magnetic induction type and an electronic control module. Device contains a high-current solenoid placed in the working gap of a system of permanent neodymium magnets consisting of a set of annular magnets and a coaxially installed neodymium cylindrical magnet enclosed in a casing made of a soft magnetic material. Solenoid is connected via a key device to the coil connected to the microprocessor. Control module plates are located in the vacuumized compartments, which allows long-term service in open space. Device contains an autonomous power supply system, consisting of batteries, solar panels and their charge controller, which is controlled by a microprocessor.
EFFECT: technical result is an increase in the kinetic energy at the start of the detachable apparatus.
3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к космической технике, в частности к системам отделения от космических летательных аппаратов (КЛА), в частности от различных сегментов МКС, и может быть использовано для одновременного отделения как одного, так и группы наноспутников (НС).The invention relates to space technology, in particular to systems for separation from spacecraft (KLA), in particular from various segments of the ISS, and can be used for simultaneous separation of one or a group of nanosatellites (NS).

На сегодняшний день для отделения НС, как правило, используются устройства, работающие на основе пружинного толкателя (патент РФ на изобретение №2254265, МПК В64С 1/00, опубл. 20.06.2004 г.), либо на энергии сжатого газа, либо на основе пирозаряда.Today, for the separation of NS, as a rule, devices operating on the basis of a spring pusher are used (RF patent for the invention No. 22254265, IPC В64С 1/00, publ. June 20, 2004), either on the energy of compressed gas, or on the basis of pyro charge.

Известно также устройство, содержащее адаптируемую к ракете-носителю стойку и идентичные органы стыковки (патент РФ на изобретение №2156212, МПК B64G 1/22, опубл. 20.09.2000 г.). На каждом органе расположена система крепления и отделения наноспутника, а также электроразъемы, которые служат для электрической связи с ракетой-носителем спутников и органов стыковки. Снаружи стойки монтируются идентичные посадочные места. Органы стыковки могут быть установлены на любое число этих мест. Изобретение направлено на достижение унификации средств выведения спутников.A device is also known comprising a rack adaptable to a launch vehicle and identical docking bodies (RF patent for the invention No. 2156212, IPC B64G 1/22, publ. September 20, 2000). Each organ has a mounting system and separation of the nanosatellite, as well as electrical connectors, which are used for electrical communication with a carrier rocket of satellites and docking bodies. Outside the rack, identical seats are mounted. Docking authorities can be installed on any number of these places. The invention is aimed at achieving a unification of satellite launching facilities.

Известен адаптер для группового запуска наноспутников (патент РФ на изобретение №2260551, МПК B64G 1/64, опубл. 20.09.2005, бюл. 26). Для обеспечения жесткости системы крепления и уменьшения массы спутники размещаются по оптимальной схеме на платформе.Known adapter for group launch of nanosatellites (RF patent for the invention No. 2260551, IPC B64G 1/64, publ. 09/20/2005, bull. 26). To ensure the rigidity of the fastening system and to reduce the mass, the satellites are placed according to the optimal scheme on the platform.

В перечисленных патентах наноспутники отделяются от средства выведения с помощью индивидуальных автономных устройств, которые размещаются на местах установки при проведении наземных сборочно-монтажных работ. Повторное использование их не предусмотрено.In the above patents, the nanosatellites are separated from the withdrawal means using individual autonomous devices that are located at the installation site during ground-based assembly and installation works. Their reuse is not provided.

Известен также способ отделения НС от средства доставки с помощью магнитоиндукционной системы, содержащей индуктор, через соленоидальную катушку которого разряжается конденсатор (патент РФ на изобретение №2472679, МПК B64G 1/22, опубл. 20.01.2013). В данном способе индуктор и конденсаторы жестко закреплены на платформе средства доставки, запускаемый аппарат, основание которого должно быть выполнено из ферромагнитного материала, устанавливается на индуктор. Запуск производится следующим образом: конденсатор с помощью тиристорного ключа разряжается через индуктор, в материале-основании запускаемого аппарата наводятся токи Фуко, таким образом, за счет взаимодействия магнитных полей индуктора и индуцированных полей в зоне основания наноспутника происходит отделение аппарата от средства доставки.There is also a method of separating NS from a delivery vehicle using a magneto-induction system containing an inductor through which a capacitor is discharged through a solenoidal coil (RF patent for the invention No. 2472679, IPC B64G 1/22, publ. 01.20.2013). In this method, the inductor and capacitors are rigidly fixed to the platform of the delivery vehicle, the starting apparatus, the base of which must be made of ferromagnetic material, is mounted on the inductor. The start-up is carried out as follows: the capacitor is discharged through the inductor using the thyristor key, Foucault currents are induced in the base material of the apparatus being launched, thus, due to the interaction of the magnetic fields of the inductor and the induced fields in the base zone of the nanosatellite, the apparatus is separated from the delivery vehicle.

Недостатками данного способа являются крайне малый коэффициент полезного действия, деформация или разрушение основания наноспутника, отсутствие возможности произвести запуск в заданном направлении, произвольное (хаотичное) движение наноспутника, относительно его центра масс, после отделенияThe disadvantages of this method are the extremely small efficiency, deformation or destruction of the base of the nanosatellite, the inability to launch in a given direction, arbitrary (chaotic) movement of the nanosatellite, relative to its center of mass, after separation

Наиболее близким к заявляемому устройству является устройство запуска с помощью магнитоиндукционного эжектора (патент РФ на изобретение №2551408 RU, МПК B64G 1/64, опубл. 20.05.2015). В этом устройстве расположена система крепления и отделения наноспутника, а также электроразъемы, которые служат для электрической связи с ракетой-носителем спутников и органов стыковки. После определения направления ориентации средства доставки КЛА относительно данной планеты производится расчет параметров запуска группировки микроспутников. Эта процедура выполняется бортовым вычислительным комплексом средства доставки КЛА. Рассчитанные исходные данные передаются на микропроцессорную систему управления запуском, осуществляемую с помощью магнитоиндукционного эжектора (МИЭ). Микроспутник роботом-манипулятором устанавливается на платформу запуска МИЭ. После установки и фиксации НС на планшайбе МИЭ, с помощью электромеханических систем поворота задаются азимутальный и зенитный углы, относительно ориентации средства доставки или относительно системы координат, связанной с планетой. Для создания импульса электромагнитного поля в индукторах служат конденсаторы С1, С2, которые предварительно заряжаются от бортовой сети КЛА, а именно системы аккумулятор - солнечные панели. В исходный момент времени индукторы плотно прижаты друг к другу. В этот момент тиристоры Vs1, Vs2 открываются импульсами, сформированными микропроцессором, и через полевые транзисторы Т1, Т2 начинается разряд конденсаторов, через индуктивности L1, L2, помещенные в броневые сердечники из ферромагнитного материала. Так как в исходный момент времени индукторы плотно прижаты друг к другу, а ток разряда достигает нескольких сотен ампер, то в замкнутом объеме индукторов можно запасти энергию в несколько Джоулей, что обеспечивает коэффициент полезного действия в несколько десятков процентов.Closest to the claimed device is a launch device using a magnetic induction ejector (RF patent for the invention No. 2551408 RU, IPC B64G 1/64, publ. 05.20.2015). This device has a mounting system and separation of the nanosatellite, as well as electrical connectors, which are used for electrical communication with a carrier rocket of satellites and docking bodies. After determining the direction of orientation of the spacecraft delivery vehicle relative to this planet, the parameters of the launch of the microsatellite group are calculated. This procedure is performed by the onboard computer system of the KL delivery vehicle. The calculated initial data are transmitted to the microprocessor-based launch control system, carried out using a magnetic induction ejector (MIE). The microsatellite is installed by the robot manipulator on the MIE launch platform. After installing and fixing the NS on the MIE faceplate, the azimuthal and zenith angles are set using electromechanical rotation systems relative to the orientation of the delivery vehicle or relative to the coordinate system associated with the planet. To create an electromagnetic field pulse in the inductors, capacitors C 1 , C 2 are used , which are pre-charged from the onboard network of the spacecraft, namely the battery system - solar panels. At the initial time, the inductors are tightly pressed against each other. At this moment, the thyristors Vs 1 , Vs 2 are opened by pulses generated by the microprocessor, and capacitors discharge through the field transistors T 1 , T 2 , through inductors L 1 , L 2 placed in armored cores of ferromagnetic material. Since at the initial moment of time the inductors are densely pressed against each other, and the discharge current reaches several hundred amperes, in a closed volume of inductors it is possible to store energy of several Joules, which ensures a efficiency of several tens of percent.

К недостаткам этого магнитоиндукционного эжектора можно отнести:The disadvantages of this magneto-induction ejector include:

- после отделения наноспутник может занимать произвольное положение в пространстве - вращательное, колебательное движение по траектории;- after separation, the nanosatellite can occupy an arbitrary position in space - rotational, oscillatory motion along the trajectory;

- относительно невысокую энергоемкость системы, позволяющую запускать наноспутники с небольшими начальными скоростями, несмотря на высокий коэффициент полезного действия.- a relatively low energy intensity of the system, which allows launching nanosatellites with small initial speeds, despite the high efficiency.

Задачей предлагаемого изобретения является:The objective of the invention is:

- улучшение энергомассовых характеристик,- improvement of energy-mass characteristics,

- значительное увеличение коэффициента полезного действия,- a significant increase in efficiency,

- долговременная работа в открытом космосе,- long-term work in outer space,

- повышение кинетической энергии запуска,- increase the kinetic energy of the launch,

- расширение функциональных возможностей устройства для запуска наноспутников (в том числе и группы НС) с заданной скоростью и в заданном направлении в соответствии с выбранными зенитным и азимутальным углами, исключающее хаотичное движение по траектории.- expanding the functionality of the device for launching nanosatellites (including the NS group) with a given speed and in a given direction in accordance with the selected zenith and azimuthal angles, eliminating chaotic motion along the trajectory.

Поставленная задача решается благодаря тому, что устройство, состоящее из электромеханической магнитоиндукционной системы отделения наноспутников с заданными параметрами и микропроцессорного модуля управления магнитоиндукционной системы отделения наноспутников, содержащего магнитоиндукционный эжектор, дополнительно содержит сильноточный соленоид, помещенный в рабочий зазор системы постоянных неодимовых магнитов, состоящей из набора кольцевых магнитов и соосно установленного неодимового цилиндрического магнита, заключенных в корпус, выполненный из магнитомягкого материала для экранирования электромагнитных помех, при этом соленоид подключен через ключевое устройство к обмотке, соединенной с микропроцессором, установленным на устройстве отделения, который также соединен с формирователем разрядного импульса, электронным ключом, состоящим из нескольких мощных полевых транзисторов и включенных параллельно друг другу.The problem is solved due to the fact that the device, consisting of an electromechanical magneto-induction system for separating nanosatellites with specified parameters and a microprocessor control module for a magneto-induction system for separating nanosatellites, containing a magneto-induction ejector, additionally contains a high-current solenoid placed in the working gap of a system of permanent neodymium magnets, consisting of a set of ring magnets and a coaxially mounted neodymium cylindrical magnet enclosed in a casing made of soft magnetic material for shielding electromagnetic interference, while the solenoid is connected through a key device to a winding connected to a microprocessor installed on the separation device, which is also connected to a discharge pulse shaper, an electronic key consisting of several powerful field-effect transistors and connected in parallel each other.

Кроме того, на отделяемом аппарате установлены два малогабаритных одноосных гироскопа, закрепленных на противоположных гранях наноспутника с возможностью их раскручивания до заданного момента импульса после ориентирования наноспутника в необходимых азимутальном и зенитном направлениях.In addition, two small-sized uniaxial gyroscopes are mounted on the detachable apparatus, mounted on opposite faces of the nanosatellite with the possibility of their unwinding to a given moment of impulse after orienting the nanosatellite in the necessary azimuthal and zenith directions.

Кроме того, в устройстве установлена автономная система энергопитания, состоящая из солнечных панелей, контроллера солнечных панелей с микропроцессором, электронных плат модуля управления и конденсаторов, которые размещены в вакуумированных отсеках полусферической и параллелепипедной формы.In addition, the device has an autonomous power supply system consisting of solar panels, a solar panel controller with a microprocessor, electronic control module boards and capacitors, which are placed in evacuated compartments of a hemispherical and parallelepiped shape.

Кроме того, оно содержит электронный блок управления, микропроцессор которого соединен через интерфейс с компьютером средства доставки и содержит свое постоянное запоминающее устройство, установленное с возможностью хранения программного обеспечения процедур запуска, при этом микропроцессор также соединен с преобразователем напряжения, который установлен с возможностью формирования напряжения для зарядки конденсатора и напряжения для питания сильноточных обмоток малогабаритных одноосных гироскопов, с формирователем разрядного импульса, с формирователями управляющих сигналов для шаговых двигателей ориентации и с контроллером солнечных панелей.In addition, it contains an electronic control unit, the microprocessor of which is connected via an interface to the computer of the delivery vehicle and contains its read-only memory installed with the possibility of storing the software for startup procedures, while the microprocessor is also connected to a voltage converter, which is installed with the possibility of generating voltage for capacitor charging and voltage for powering high-current windings of small-sized uniaxial gyroscopes, with a discharge shaper mpulsa, formers with control signals for the stepper motors and the controller orientation of solar panels.

Изобретение позволяет по сравнению с выбранным прототипом в несколько (десятков) раз увеличить кинетическую энергию отделяемого аппарата, позволяет длительное время автономно работать в открытом космосе, при установке, например, в зоне агрегатного отсека транспортного корабля «Прогресс-М», наличие двух одноосных гироскопов, которые раскручиваются до заданного значения момента инерции на старте, после выбора зенитного и азимутального углов, а после старта становятся неотъемлемой частью НС, полностью исключает хаотическое движение НС по траектории.The invention allows, in comparison with the selected prototype, to increase (several tens) times the kinetic energy of the separated apparatus, allows autonomous work in outer space for a long time, when installed, for example, in the area of the aggregate compartment of the Progress-M transport vehicle, the presence of two uniaxial gyroscopes, which untwist to a predetermined value of the moment of inertia at the start, after choosing the zenith and azimuthal angles, and after the start, become an integral part of the NS, completely eliminates the chaotic movement of the NS trajectory.

Техническая сущность и принцип действия заявляемого способа запуска микро- и наноспутников и устройства на основе микропроцессорной магнитоиндукционной системы для осуществления запуска поясняется следующими чертежами:The technical essence and principle of operation of the proposed method for launching micro- and nanosatellites and a device based on a microprocessor magneto-induction system for launching is illustrated by the following drawings:

на фиг. 1 изображена схема электромеханической магнитоиндукционной системы отделения наноспутников с заданными параметрами от сегмента МКС;in FIG. 1 shows a diagram of an electromechanical magneto-induction system for separating nanosatellites with specified parameters from the ISS segment;

на фиг. 2 показана структурная схема микропроцессорного модуля управления магнитоиндукционной системы отделения наноспутников с заданными параметрами от сегмента МКС.in FIG. 2 shows a block diagram of a microprocessor control module of a magneto-induction system for separating nanosatellites with specified parameters from the ISS segment.

Конструкция данной системы состоит из аккумуляторного блока, механизмов азимутальной и зенитной ориентации, магнитоиндукционного эжектора, платформы запуска, электронного модуля управления. Аккумуляторный блок содержит два гелиевых 12 вольтовых аккумулятора 1, емкостью 7.5 А⋅ч каждый, установленных в корпусе 2 и помещенных в контейнер из теплозащитного материала 3, закрыт крышкой 39. Корпус 2, с помощью фиксирующих замков 4, устанавливается на платформе (корпусе) 5 средства доставки (грузовой корабль, типа «Прогресс-М»). В этом же корпусе размещен механизм азимутальной ориентации и электронные модули микропроцессорной системы управления магнитоиндукционной системы отделения (МИСО). Механизм азимутальной ориентации содержит ведомую шестерню 6, ось вращения которой 7 запрессована во внутренние обоймы сдвоенных подшипников 8, а ее нижний конец запрессован в кронштейн 9, который жестко зафиксирован на крышке аккумуляторного блока. Ведомая шестерня 6 выполнена заодно с корпусом подшипников 10, который напрессован на их внешние кольца. Ведомая шестерня азимутального привода приводится во вращение с помощью малой ведущей шестерни (на фиг. 1 условно не показана), плотно насаженной на вал малогабаритного шагового двигателя 11. Шаговый двигатель механизма азимутальной ориентации с помощью фиксатора 12 закреплен на крышке аккумуляторного блока. Выбор азимутального угла осуществляется путем поворота ведущей шестерни, приводимой во вращение электродвигателем 11, который, в свою очередь, управляется микропроцессором, который находится на одной из плат 32.The design of this system consists of a battery pack, azimuth and zenith orientation mechanisms, a magnetic induction ejector, a launch platform, an electronic control module. The battery pack contains two helium 12 volt batteries 1, each with a capacity of 7.5 Ah, installed in the housing 2 and placed in a container of heat-protective material 3, closed by a lid 39. The housing 2, using the lock locks 4, is installed on the platform (housing) 5 delivery vehicles (cargo ship, type "Progress-M"). The azimuthal orientation mechanism and electronic modules of the microprocessor control system of the magnetic induction separation system (MISO) are located in the same building. The azimuthal orientation mechanism contains a driven gear 6, the axis of rotation of which 7 is pressed into the inner race of the double bearings 8, and its lower end is pressed into the bracket 9, which is rigidly fixed to the battery cover. The driven gear 6 is made integral with the bearing housing 10, which is pressed onto their outer rings. The driven gear of the azimuthal drive is driven by a small driving gear (not shown conventionally in Fig. 1), tightly mounted on the shaft of a small-sized stepper motor 11. The stepping motor of the azimuthal orientation mechanism is secured to the battery cover with a latch 12. The choice of the azimuthal angle is carried out by rotating the pinion gear, driven into rotation by an electric motor 11, which, in turn, is controlled by a microprocessor, which is located on one of the boards 32.

Механизм зенитной ориентации состоит из корпуса - основания 13 (механизма зенитного перемещения (МЗП)), на котором расположены подшипники качения 14, ведущая шестерня привода 15, плотно насаженная на вал малогабаритного шагового двигателя 11. Ведомая шестерня МЗП 16 выполнена в виде полукругового сегмента, жестко связанного с двутавровой направляющей 17. Двутавровая направляющая может перемещаться внутри системы направляющих подшипников 14, при вращении ведомой шестерни МЗП 16, которая, в свою очередь, приводится в движение с помощью ведущей шестерни 15, приводимой во вращение электродвигателем 11. Шаговый электродвигатель 11 закреплен на корпусе-основании 13 МЗП. К двутавровой направляющей жестко прикреплен полусферический корпус 18, который представляет собой вакуумированную полусферическую колбу, служащую для размещения электролитического разрядного конденсатора 19 и электронных блоков управления процессом разряда конденсатора через соленоид 20. Таким образом, выбор зенитного угла производится с помощью электродвигателя 11, по командам микропроцессора, и приводящего в движение механизм зенитной ориентации. Корпус 18 закрыт крышкой 21, на которой закреплен корпус магнитоиндукционного эжектора 22, выполненный, как было отмечено выше, из магнитомягкого материала. Фиксаторы 12 обеспечивают необходимую жесткость крепления магнитоиндукционного эжектора к механизму зенитной ориентации. Конструктивно магнитоиндукционный эжектор состоит из кольцевого магнита 23, вдоль оси которого установлен цилиндрический магнит 24, служащий для выравнивания магнитного поля в радиальном направлении. В рабочем зазоре магнитной системы расположен многослойный соленоид 20, закрепленный на направляющей втулке 25, которая может свободно скользить по боковой поверхности цилиндрического магнита 24. К верхнему торцу направляющей втулки жестко прикреплена платформа запуска 26, в которой запрессована обмотка электромагнита 27, служащая для фиксации НС. В исходном состоянии соленоид находится в положении, указанном на фиг. 1, которое он занимает под действием демпферной пружины - 28. На платформе запуска, на ее периферии, с внешней и внутренней стороны, установлены демпфирующие прокладки - 29, служащие для гашения импульса «посадки» наноспутника 33 на платформу запуска 26, осуществляемую с помощью робота-манипулятора. Для центровки НС относительно платформы запуска служит конусная направляющая 30 и направляющая 38. В механизм ориентации также входят одноосный гироскоп 31, направляющий подшипник 34, маховик 35, система магнитов 36 и обмотка 37.The anti-aircraft orientation mechanism consists of a housing - base 13 (anti-aircraft movement mechanism (MZP)), on which rolling bearings 14 are located, a drive gear 15 tightly mounted on the shaft of a small-sized stepper motor 11. The driven gear MZP 16 is made in the form of a semicircular segment, rigidly associated with the I-rail 17. The I-rail can move inside the guide bearing system 14 when the driven gear MZP 16 is rotated, which, in turn, is driven by a leading gear the thorns 15, driven into rotation by the electric motor 11. The stepping electric motor 11 is mounted on the base body 13 of the MPP. A hemispherical body 18 is rigidly attached to the I-rail, which is an evacuated hemispherical flask that serves to accommodate an electrolytic discharge capacitor 19 and electronic control units for the capacitor discharge process through the solenoid 20. Thus, the zenith angle is selected using the electric motor 11, according to the instructions of the microprocessor, and driving the mechanism of anti-aircraft orientation. The casing 18 is closed by a cover 21, on which the casing of the magnetic induction ejector 22 is mounted, made, as noted above, of soft magnetic material. The latches 12 provide the necessary rigidity of the mounting of the magnetic induction ejector to the anti-aircraft orientation mechanism. Structurally, the magnetic induction ejector consists of an annular magnet 23, along the axis of which a cylindrical magnet 24 is installed, which serves to align the magnetic field in the radial direction. In the working gap of the magnetic system there is a multilayer solenoid 20, mounted on a guide sleeve 25, which can freely slide along the lateral surface of the cylindrical magnet 24. A launch platform 26 is rigidly attached to the upper end of the guide sleeve, in which the winding of the electromagnet 27 is pressed in, which serves to fix the HC. In the initial state, the solenoid is in the position indicated in FIG. 1, which it occupies under the action of the damper spring - 28. On the launch platform, on its periphery, on the outside and inside, damping pads - 29 are installed, which serve to dampen the pulse of the "landing" of the nanosatellite 33 on the launch platform 26, carried out using a robot -manipulator. To center the NS relative to the launch platform, there is a cone guide 30 and a guide 38. The orientation mechanism also includes a uniaxial gyroscope 31, a guide bearing 34, a flywheel 35, a magnet system 36 and a winding 37.

На фиг. 2 приведена структурная схема электронной системы управления устройством для отделения наноспутников с заданными параметрами от российского сегмента МКС. Центральным узлом здесь является микропроцессор 40, который управляется пакетами программ, зашитых во внешнее ПЗУ 41. Микропроцессор соединен с формирователем разрядного импульса 42, модулем управления зарядом конденсатора 43, блоком управления преобразователя напряжения 44, с формирователями управляющих сигналов первого и второго шаговых двигателей (ШД) 45, 46, с контроллером 47 солнечных панелей 48 и с модулем связи 49 со средством доставки. Модуль связи 49 подключается к бортовой сети средства доставки через разъем 50. Электронная система управления содержит автономную систему питания, которая состоит из аккумуляторных батарей, заряжаемых с помощью преобразователя напряжения 51, который соединен с контроллером солнечных панелей 47 и с блоком управления преобразователя напряжения 44. Драйверы первого и второго шаговых двигателей 52, 53 механизмов приводов в зенитном и азимутальном направлениях соединены с исполнительными механизмами шаговых двигателей 54, 55. Соленоид 56 соединен с конденсатором 57 через ключевое устройство 58, выполненное из нескольких параллельно включенных полевых транзисторов. Преобразователь напряжения 51 соединен с конденсатором 57 через ключ 59. Автономная система энергопитания содержит солнечные панели 48, которые через контроллер 47 соединены с преобразователем напряжения 51.In FIG. Figure 2 shows a block diagram of an electronic control system for a device for separating nanosatellites with specified parameters from the ISS Russian segment. The central node here is a microprocessor 40, which is controlled by software packages sewn into an external ROM 41. The microprocessor is connected to a discharge pulse shaper 42, a capacitor charge control module 43, a voltage converter control unit 44, and control signal conditioners of the first and second step motors (ШД) 45, 46, with the controller 47 of the solar panels 48 and with the communication module 49 with the delivery vehicle. The communication module 49 is connected to the on-board network of the delivery vehicle through the connector 50. The electronic control system contains an autonomous power supply system, which consists of rechargeable batteries charged by a voltage converter 51, which is connected to the solar panel controller 47 and to the control unit of the voltage converter 44. Drivers the first and second stepper motors 52, 53 of the drive mechanisms in the anti-aircraft and azimuthal directions are connected to the actuators of the stepper motors 54, 55. The solenoid 56 is connected with a capacitor 57 through a key device 58 made of several parallel-connected field effect transistors. The voltage converter 51 is connected to the capacitor 57 through a key 59. The stand-alone power supply system includes solar panels 48, which are connected through a controller 47 to the voltage converter 51.

Устройство для отделения наноспутников с заданными параметрами от сегмента МКС работает следующим образом. Робот-манипулятор устанавливает наноспутник 33 с закрепленными на нем одноосными гироскопами 31 на платформу запуска 26. Микропроцессор 40 включает обмотку соленоида 27, который исполняет роль электромагнита, таким образом, наноспутник оказывается жестко связанным с платформой запуска. После этого с помощью механизмов поворота в азимутальном и зенитном направлениях 6, 14, приводимых в движение шаговыми двигателями 54, 55 по командам микропроцессора 40, через формирователи управляющих сигналов ШД 45, 46 и драйверы 52, 53 устанавливается заданное направление отделения НС. Микропроцессор 40 получает данные об ориентации средства доставки (СД) относительно системы координат, связанной с Землей от бортового компьютера СД через модуль связи 49. После этого производится раскрутка одноосных гироскопов 31 по командам микропроцессора 40 до требуемого значения момента импульса. Далее микропроцессор включает формирователь разрядного импульса 42, который открывает ключевое устройство 58, в результате чего производится разряд конденсатора 57, через соленоид 56. В результате взаимодействия импульсного магнитного поля, возбужденного соленоидом 56 с полем постоянных магнитов 23, 25, соленоид 56 приобретает механический импульс, который передается платформе запуска 26, так как она жестко связана с соленоидом 56. В момент времени, определяемый передним фронтом импульса, создаваемым формирователем разрядного импульса 42, микропроцессор отключает соленоид 27, в результате платформа запуска 26 передает механический импульс отделяемому аппарату. Скорость запуска регулируется длительностью импульса, создаваемого формирователем разрядного импульса 42 по командам микропроцессора 40.A device for separating nanosatellites with specified parameters from the ISS segment works as follows. The robotic arm sets the nanosatellite 33 with uniaxial gyroscopes 31 fixed on it onto the launch platform 26. The microprocessor 40 includes a winding of the solenoid 27, which acts as an electromagnet, so the nanosatellite is rigidly connected to the launch platform. After that, using the rotation mechanisms in the azimuthal and anti-aircraft directions 6, 14, driven by stepper motors 54, 55 according to the instructions of the microprocessor 40, a predetermined direction of separation of the NS is established through the drivers of control signals ШД 45, 46 and drivers 52, 53. The microprocessor 40 receives data on the orientation of the delivery vehicle (SD) relative to the coordinate system associated with the Earth from the on-board computer of the SD through the communication module 49. After this, uniaxial gyroscopes 31 are unwound according to the instructions of the microprocessor 40 to the required value of the angular momentum. Further, the microprocessor includes a discharge pulse former 42, which opens the key device 58, as a result of which the capacitor 57 is discharged through the solenoid 56. As a result of the interaction of the pulsed magnetic field excited by the solenoid 56 with the field of permanent magnets 23, 25, the solenoid 56 acquires a mechanical pulse, which is transmitted to the launch platform 26, since it is rigidly connected to the solenoid 56. At the time determined by the leading edge of the pulse created by the shaper of the pulse pulse 42, the micro the processor turns off the solenoid 27, as a result, the launch platform 26 transmits a mechanical impulse to the detachable apparatus. The start speed is controlled by the duration of the pulse created by the shaper of the pulse pulse 42 by the commands of the microprocessor 40.

В рабочем макете данной системы были использованы электролитические конденсаторы емкостью 0.01 Ф × 100 В, что позволяет запасти 50 Дж энергии, многослойный сильноточный соленоид со следующими характеристиками: число витков (в два провода), число слоев = 6, индуктивность L=251×10-6 Гн, внешний диаметр R2=40 мм, внутренний диаметр R1=11 мм, высота h=16 мм, активное сопротивление R=0.2 Ом, собственная частота ω0=631 Гц, частота ω=490 Гц, коэффициент затухания β=398, критическое сопротивление 0.32 Ом, диаметр провода 1 мм. Устройство для отделения наноспутников с заданными параметрами от российского сегмента МКС позволяет выводить НС имеющих массы (1÷5) кг с борта МКС, например, через шлюзовую камеру грузового корабля типа «Прогресс-М» на заданные орбиты со скоростями (1÷3) м/с, в строго определенных зенитных и азимутальных направлениях.In the working layout of this system, electrolytic capacitors with a capacity of 0.01 Ф × 100 V were used, which makes it possible to store 50 J of energy, a multi-layer high-current solenoid with the following characteristics: number of turns (in two wires), number of layers = 6, inductance L = 251 × 10 - 6 H, outer diameter R 2 = 40 mm, inner diameter R 1 = 11 mm, height h = 16 mm, active resistance R = 0.2 Ohm, natural frequency ω 0 = 631 Hz, frequency ω = 490 Hz, attenuation coefficient β = 398, critical resistance 0.32 Ohm, wire diameter 1 mm. A device for separating nanosatellites with predetermined parameters from the ISS Russian segment allows the withdrawal of NS with masses (1 ÷ 5) kg from the ISS, for example, through the lock chamber of a Progress-M cargo ship to specified orbits with speeds (1 ÷ 3) m / s, in strictly defined anti-aircraft and azimuthal directions.

Claims (3)

1. Устройство для отделения наноспутников с заданными параметрами от сегмента МКС, состоящее из электромеханической магнитоиндукционной системы отделения наноспутников с заданными параметрами и микропроцессорного модуля управления магнитоиндукционной системы отделения наноспутников, содержащего магнитоиндукционный эжектор, отличающееся тем, что содержит сильноточный соленоид помещенный в рабочий зазор системы постоянных неодимовых магнитов, состоящей из набора кольцевых магнитов и соосно установленного неодимового цилиндрического магнита, заключенных в корпус, выполненный из магнитомягкого материала для экранирования электромагнитных помех, при этом соленоид подключен через ключевое устройство к обмотке, соединенной с микропроцессором, установленным на устройстве отделения, который также соединен с формирователем разрядного импульса, электронным ключом, состоящим из нескольких мощных полевых транзисторов и включенных параллельно друг другу.1. Device for separating nanosatellites with predetermined parameters from the ISS segment, consisting of an electromechanical magneto-induction system for separating nanosatellites with preset parameters and a microprocessor control module for the magneto-induction nanosatellite separation system containing a magneto-induction ejector, characterized in that it contains a high-current solenoid placed in the working gap of the constant neodymium system magnets, consisting of a set of ring magnets and a coaxially mounted neodymium cylindrical a magnet enclosed in a housing made of soft magnetic material for shielding electromagnetic interference, while the solenoid is connected through a key device to a winding connected to a microprocessor installed on the separation device, which is also connected to a discharge pulse shaper, an electronic key consisting of several powerful field effect transistors and connected in parallel to each other. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в нем установлена автономная система энергопитания, состоящая из солнечных панелей, контроллера солнечных панелей с микропроцессором, электронных плат модуля управления и конденсаторов, которые размещены в вакуумированных отсеках полусферической и параллелепипедной формы.2. The device according to p. 1, characterized in that it has an autonomous energy supply system consisting of solar panels, a solar panel controller with a microprocessor, electronic control module boards and capacitors that are located in evacuated compartments of a hemispherical and parallelepiped shape. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно содержит электронный блок управления, микропроцессор которого соединен через интерфейс с компьютером средства доставки и содержит свое постоянное запоминающее устройство, установленное с возможностью хранения программного обеспечения процедур запуска, при этом микропроцессор также соединен с преобразователем напряжения, который установлен с возможностью формирования напряжения для зарядки конденсатора и напряжения для питания сильноточных обмоток малогабаритных одноосных гироскопов, с формирователем разрядного импульса, с формирователями управляющих сигналов для шаговых двигателей ориентации и с контроллером солнечных панелей.3. The device according to claim 1, characterized in that it contains an electronic control unit, the microprocessor of which is connected via an interface to the computer of the delivery vehicle and contains its read-only memory installed with the possibility of storing the software of the startup procedures, while the microprocessor is also connected to the converter voltage, which is installed with the possibility of forming a voltage for charging a capacitor and a voltage for supplying high-current windings of small-sized uniaxial gyroscopes, with a discharge pulse shaper, with control signal shapers for stepper orientation motors and with a solar panel controller.
RU2016134575A 2016-08-23 2016-08-23 Device for nanosatellite separation with supplied parameters from iss segment RU2653666C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016134575A RU2653666C2 (en) 2016-08-23 2016-08-23 Device for nanosatellite separation with supplied parameters from iss segment

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016134575A RU2653666C2 (en) 2016-08-23 2016-08-23 Device for nanosatellite separation with supplied parameters from iss segment

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2016134575A RU2016134575A (en) 2018-03-01
RU2016134575A3 RU2016134575A3 (en) 2018-03-01
RU2653666C2 true RU2653666C2 (en) 2018-05-11

Family

ID=61597019

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016134575A RU2653666C2 (en) 2016-08-23 2016-08-23 Device for nanosatellite separation with supplied parameters from iss segment

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2653666C2 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7178763B2 (en) * 2004-03-24 2007-02-20 Alenia Spazio S.P.A. Passive deployment mechanism for space tethers
RU2472679C1 (en) * 2011-05-05 2013-01-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)" (СГАУ) Method of launching nanosatellites payload coproduct and device to this end
RU140953U1 (en) * 2013-11-28 2014-05-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)" (СГАУ) NANO-SATELLITE SEPARATION DEVICE AS A POSITIVE LOAD
RU2551408C1 (en) * 2014-06-24 2015-05-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева" (национальный исследовательский университет)" (СГАУ) Device for controlled lunching of nano- and microsatellites

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7178763B2 (en) * 2004-03-24 2007-02-20 Alenia Spazio S.P.A. Passive deployment mechanism for space tethers
RU2472679C1 (en) * 2011-05-05 2013-01-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)" (СГАУ) Method of launching nanosatellites payload coproduct and device to this end
RU140953U1 (en) * 2013-11-28 2014-05-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)" (СГАУ) NANO-SATELLITE SEPARATION DEVICE AS A POSITIVE LOAD
RU2551408C1 (en) * 2014-06-24 2015-05-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева" (национальный исследовательский университет)" (СГАУ) Device for controlled lunching of nano- and microsatellites

Also Published As

Publication number Publication date
RU2016134575A (en) 2018-03-01
RU2016134575A3 (en) 2018-03-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11073357B2 (en) Electromagnetic launcher with spiral guideway
JP6473960B2 (en) Space debris orbital descent method, orbital descent system, and satellite orbit conversion method, orbit conversion system
US10218251B2 (en) Electromagnetic launcher with circular guideway
Hurley et al. Thruster subsystem for the United States Naval Academy's (USNA) ballistically reinforced communication satellite (BRICSat-P)
RU2551408C1 (en) Device for controlled lunching of nano- and microsatellites
US2973162A (en) Attitude control system for space vehicles
US8294287B2 (en) Electrical power generator
RU2653666C2 (en) Device for nanosatellite separation with supplied parameters from iss segment
RU2603441C1 (en) Method to launch micro-and nano-satellites and device based on microprocessor inductive system for launching
US10926893B2 (en) Space based magnetic vortex accelerator and methods of use thereof
RU2472679C1 (en) Method of launching nanosatellites payload coproduct and device to this end
US6994296B2 (en) Apparatus and method for maneuvering objects in low/zero gravity environments
CN208393633U (en) Unmanned plane
Phylonin et al. Small-size micro processing system for nanosatellite separation
RU140953U1 (en) NANO-SATELLITE SEPARATION DEVICE AS A POSITIVE LOAD
Filonin et al. Small-Size Automatic System for the Controllable Launch of Nanosatellites on a Desired Trajectory
US20090127383A1 (en) Tubular shaped interstellar space craft
JP7130226B2 (en) Lunar base supply method and landing aid
JP5537665B2 (en) Multiphase material generator vehicle
CN108860661A (en) driving mechanism
RU2535822C2 (en) Vehicle flywheel accumulator and control over rpm of its electrical machines
Prashanth et al. Electrodynamic Tethering: An Energy Source for Satellite
WO2024121600A1 (en) Electric propulsion engine by electromagnetic waves
WO2002020985A2 (en) Propulsion systems
EP3540899A1 (en) Devices and methods for emergency charging in vehicles

Legal Events

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

Effective date: 20190824

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20210713