RU2654782C1 - Reversible matrix missile engine system with individual digital control of the thrust magnitude of each reverse engine cell for small spacecraft - Google Patents

Reversible matrix missile engine system with individual digital control of the thrust magnitude of each reverse engine cell for small spacecraft Download PDF

Info

Publication number
RU2654782C1
RU2654782C1 RU2017123451A RU2017123451A RU2654782C1 RU 2654782 C1 RU2654782 C1 RU 2654782C1 RU 2017123451 A RU2017123451 A RU 2017123451A RU 2017123451 A RU2017123451 A RU 2017123451A RU 2654782 C1 RU2654782 C1 RU 2654782C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
micropores
heat
resistant dielectric
cone
reversible
Prior art date
Application number
RU2017123451A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Анатольевич Линьков
Юрий Владимирович Линьков
Павел Владимирович Линьков
Александр Иванович Таганов
Сергей Игоревич Гусев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет"
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 "Рязанский государственный радиотехнический университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет"
Priority to RU2017123451A priority Critical patent/RU2654782C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2654782C1 publication Critical patent/RU2654782C1/en

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02K—JET-PROPULSION PLANTS
    • F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
    • F02K9/94—Re-ignitable or restartable rocket- engine plants; Intermittently operated rocket-engine plants
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/40—Arrangements or adaptations of propulsion systems
    • B64G1/403—Solid propellant rocket engines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
    • B81B7/04—Networks or arrays of similar microstructural devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02K—JET-PROPULSION PLANTS
    • F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
    • F02K9/95—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof characterised by starting or ignition means or arrangements

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Abstract

FIELD: engines and pumps.
SUBSTANCE: invention relates to motor missile systems for small space vehicles and is intended for use as a shunting engine in the performance of linear and angular displacements. According to the invention, the planar monolithic heat-resistant dielectric substrate comprises conically shaped micropores arranged on the surface from opposite sides, ranked by volume in proportions of successive degrees of number two (1-2-4-8-16) and filled with solid fuel. On the centers of the bases of conical micropores, spherical ignitors are placed fixed in through cylindrical micropores and clamped by center holes of bus bars of rows and columns of first and third heat-resistant dielectric membranes, on which the second and fourth heat-resistant dielectric membranes with through cone-shaped micropores are superposed, forming nozzles over cone-shaped micropores filled with solid fuel. Address bus bars of rows and columns are connected respectively to the first and second row decoders and, through the address switch of the reversing engine cells, with the column decoder and the data decoder, which control the coordinates, magnitudes and direction of thrust vectors of reversible engine cells. Inputs of the decoders are connected to the outputs of the alternative code combinations memory unit whose inputs are connected to the outputs of the spent code combinations memory unit and information outputs of the controller.
EFFECT: invention makes it possible to provide the possibility of individual digital control of the thrust magnitude of each reversible engine cell of the reversible matrix motor system of a small spacecraft.
1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к двигательным ракетным системам для малоразмерных космических аппаратов (МКА) и предназначено для использования в качестве реверсивного маневрового двигателя при выполнении операций ориентации, стыковки, причаливания, самосборки и трансформации конструкций создаваемых из МКА, классифицируемых как пикоспутники (университетские спутники) - весом менее 1000 грамм, фемтоспутники - весом менее 100 грамм и аттоспутники - весом менее 10 грамм.The invention relates to propulsion rocket systems for small spacecraft (MCA) and is intended to be used as a reversible shunting engine when performing operations of orientation, docking, mooring, self-assembly and transformation of structures created from MCA, classified as picosatellites (university satellites) - weighing less than 1000 grams, femtosatellites - weighing less than 100 grams and attosatellites - weighing less than 10 grams.

Известен управляемый цифровой кластер твердотопливных двигателей для ракет и генерации газов, используемый в качестве подруливающего устройства МКА, состоящий из множества базовых твердотопливных элементов в виде цилиндров, каждый из которых имеет электроды для избирательного воспламенения твердого топлива. Изготовление матрицы, в которую вкладываются элементы из твердого топлива или твердого раствора ракетных топлив, базируется на методах, используемых при изготовлении полупроводниковых микрочипов [1].Known controlled digital cluster of solid propellant engines for rockets and gas generation, used as a thruster MKA, consisting of many basic solid fuel elements in the form of cylinders, each of which has electrodes for the selective ignition of solid fuel. The fabrication of a matrix in which elements from solid fuel or solid rocket fuel are embedded is based on the methods used in the manufacture of semiconductor microchips [1].

Недостатком известного технического решения является отсутствие возможности индивидуального цифрового управления величиной тяги каждой реверсивной двигательной ячейки реверсивной матричной двигательной системы МКА.A disadvantage of the known technical solution is the lack of individual digital control of the magnitude of the thrust of each reversible motor cell of the reversible matrix motor system of the ICA.

Наиболее близким по технической сущности является двигательная система для малоразмерного спутника (МКА) стандарта CubeSat, содержащая подложку, сетевые каналы связи, кластер индивидуально выбираемых твердотопливных одинаковых двигательных элементов, размещенных на подложке и организованных в виде прямоугольной матрицы. Каждый двигательный элемент состоит из трубчатого корпуса, заполненного твердым топливом с воспламенителем, соединенным с сетевым каналом управления. Кластер может составлять от 10 до 1000 двигательных элементов, каждый из которых имеет микросхему с уникальным идентификатором и через сетевые каналы связи подключен к контролеру [2].The closest in technical essence is the propulsion system for a small satellite (MCA) of the CubeSat standard, containing a substrate, network communication channels, a cluster of individually selected solid propellant identical engine elements placed on a substrate and organized in the form of a rectangular matrix. Each motor element consists of a tubular body filled with solid fuel with an igniter connected to a network control channel. The cluster can comprise from 10 to 1000 motor elements, each of which has a chip with a unique identifier and is connected to the controller through network communication channels [2].

Недостатком известного технического решения является отсутствие возможности индивидуального цифрового управления величиной тяги каждой реверсивной двигательной ячейки реверсивной матричной двигательной системы МКА.A disadvantage of the known technical solution is the lack of individual digital control of the magnitude of the thrust of each reversible motor cell of the reversible matrix motor system of the ICA.

Отличие предлагаемого технического решения от вышеизложенных заключается в использовании реверсивных двигательных ячеек, состоящих из групп элементов в форме конусообразных микропор с распределением величин объемов в виде последовательных степеней числа два и заполненных твердым топливом в соответствующих пропорциях (1-2-4-8-16), что позволило ранжировать по весовым коэффициентам величины тяги реверсивной двигательной ячейки. Это также позволило увеличивать точность маневрирования МКА, в зависимости от увеличения количества двоичных разрядов, и осуществить многократное использование остатков твердого топлива реверсивных двигательных ячеек, компонуя из них новые реверсивные двигательные ячейки. Кроме того, позволило осуществить прямое преобразование управляющего двоичного кода в величину тяги реверсивной двигательной ячейки с использованием твердого топлива.The difference between the proposed technical solution and the foregoing consists in the use of reversible motor cells, consisting of groups of elements in the form of cone-shaped micropores with a distribution of volume values in the form of successive degrees of two and filled with solid fuel in appropriate proportions (1-2-4-8-16), which made it possible to rank the thrust of the reversible motor cell by weight coefficients. This also made it possible to increase the accuracy of maneuvering the MCA, depending on the increase in the number of binary bits, and to reuse the residual solid fuel of reversible motor cells, composing new reversible motor cells from them. In addition, it allowed the direct conversion of the control binary code to the thrust value of a reversible motor cell using solid fuel.

Введение монолитной термостойкой диэлектрической подложки с упорядоченно параллельно расположенными относительно осевых линий конусообразными микропорами с двухсторонней, встречно направленной ориентацией вершин конусообразных микропор, отделенных друг от друга по коническим (боковым) поверхностям расстоянием, обеспечивающим термопрочностную защиту, позволило осуществить одновременное реверсирование тяги в двух противоположных направлениях в нескольких точках двигательной матрицы при оптимальных весогабаритных показателях конструкции.The introduction of a monolithic heat-resistant dielectric substrate with cone-shaped micropores arranged in an orderly parallel manner relative to the axial lines with two-sided, oppositely directed cones-shaped micropore vertices separated from each other by conical (side) surfaces by a distance providing thermal strength protection made it possible to simultaneously reverse the thrust in two opposite directions in several points of the motor matrix with optimal weight and dimensions to Instructions.

Введение блока памяти отработанных кодовых комбинаций позволило исключить повторное включение отработанных зарядов твердого топлива и осуществить взамен их выдачу команд на поиск альтернативных кодовых комбинаций для включения зарядов с равноценными величинами тягами.The introduction of a memory block of spent code combinations made it possible to exclude the re-inclusion of spent solid fuel charges and, in exchange, issue commands to search for alternative code combinations to turn on charges with equivalent thrusts.

Введение блока памяти альтернативных кодовых комбинаций позволило целенаправленно задействовать все неиспользуемые ранее комбинации сочетаний зарядов с разными весовыми коэффициентами величин тяги, различными координатами их расположения на поверхности монолитной термостойкой диэлектрической подложки, организовывать программным путем новые макро ячейки заданной геометрической формы, состоящие из нескольких базовых реверсивных двигательных ячеек, что позволило оптимизировать расход твердого топлива и увеличить живучесть двигательной системы при аварийных ситуациях.The introduction of a memory block of alternative code combinations made it possible to purposefully use all previously unused combinations of charge combinations with different weight coefficients of traction, different coordinates of their location on the surface of a monolithic heat-resistant dielectric substrate, to programmatically organize new macro cells of a given geometric shape, consisting of several basic reversible motor cells , which allowed to optimize solid fuel consumption and increase engine survivability emergency system.

Введение первого и второго дешифраторов строк, дешифратора столбцов, дешифратора данных, коммутатора адресов реверсивных двигательных ячеек позволило осуществить выбор любого сочетания включения нескольких сферических воспламенителей, детонирующих различные объемы зарядов твердого топлива с различными величинами тяги, расположенных на противоположных поверхностях монолитной термостойкой диэлектрической подложке в точках с различными координатами X,Y и с различными интервалами времени реверсирования тяги двигательной системы.The introduction of the first and second row decoders, a column decoder, a data decoder, and a reversing motor cell address switcher made it possible to choose any combination of the inclusion of several spherical igniters detonating different volumes of solid fuel charges with different thrust values located on opposite surfaces of a monolithic heat-resistant dielectric substrate at points with different X, Y coordinates and at different intervals of the thrust reversal time of the propulsion system.

Техническим результатом является возможность индивидуального цифрового управления величиной тяги каждой реверсивной двигательной ячейки реверсивной матричной двигательной системы МКА.The technical result is the possibility of individual digital control of the magnitude of the thrust of each reversible motor cell of the reversible matrix motor system of the ICA.

Технический результат предложенного изобретения достигается совокупностью существенных признаков, а именно: реверсивная матричная ракетная двигательная система с индивидуальным цифровым управлением величиной тяги каждой реверсивной двигательной ячейки для малоразмерных космических аппаратов, содержащая плоскую прямоугольную подложку с размещенным на ней массивом двигательных элементов твердого топлива, соединенных через коммуникационную сеть с контроллером, содержит коммутатор адресов реверсивных двигательных ячеек, первый и второй дешифраторы строк, дешифратор столбцов, дешифратор данных, блок памяти отработанных кодовых комбинаций, блок памяти альтернативных кодовых комбинаций, сферические воспламенители, первую и третью термостойкие диэлектрические мембраны с упорядоченно расположенными сквозными цилиндрическими микропорами, количество которых равно количеству сферических воспламенителей, вторую и четвертую термостойкие диэлектрические мембраны с упорядоченно расположенными конусообразными сквозными микропорами, монолитную термостойкую диэлектрическую подложку с упорядоченной структурой параллельно расположенных относительно осей конусообразных микропор, перпендикулярных аверсу, с двухсторонней встречно направленной ориентацией вершин конусообразных микропор, размещенных друг от друга по коническим поверхностям на расстоянии, обеспечивающем термопрочностную защиту конусообразных микропор, ранжированных по объему в пропорциях последовательных степеней числа два, геометрически сгруппированных и упорядоченно расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга, образуя реверсивные двигательные ячейки в виде упорядоченных групп конусообразных микропор, количество которых в каждой реверсивной двигательной ячейке равно удвоенному числу разрядов используемого двоичного кода для управления величиной тяги в зависимости от требуемой точности, конусообразные микропоры заполнены твердым топливом до основания конусообразных микропор, над центрами которых расположены сквозные цилиндрические микропоры первой и третьей термостойких диэлектрических мембран со сквозными микропорами, заполненными сферическими воспламенителями, соединенными с противоположных сторон над их центрами с шинами строк и столбцов, расположенных с наружных сторон первой и третьей термостойких диэлектрических мембран и имеющих на местах пересечений шин над центрами сферических воспламенителей контактные отверстия с диаметрами, равными диаметрам оснований шаровых поясов сферических воспламенителей, высота между основаниями шаровых поясов которых равна толщине первой или третьей термостойкой диэлектрической мембраны, сферические воспламенители, вложенные в сквозные цилиндрические микропоры, электрически соединены по периметрам линий шаровых поясов сферических воспламенителей с шинами строк и столбцов, которые соответственно подключены с аверса монолитной термостойкой диэлектрической подложки на выходы первого дешифратора строк, а с реверса - на выходы второго дешифратора строк, и выходы коммутатора адресов реверсивных двигательных ячеек, входы которого соединены с выходами дешифратора столбцов и выходами дешифратора данных, входы которого соединены с выходами шины данных блока памяти альтернативных кодовых комбинаций, строчные аверсные адресные шины которого соединены с входами первого дешифратора строк, а строчные реверсные адресные шины соединены с входами второго дешифратора строк, столбцовые адресные шины соединены с входами дешифратора столбцов, а первый информационный вход блока памяти альтернативных кодовых комбинаций соединен с информационным выходом контролера и информационным входом блока памяти отработанных кодовых комбинаций, информационный выход которого соединен со вторым информационным входом блока памяти альтернативных кодовых комбинаций, причем на первой и третьей термостойкой диэлектрической мембране с цилиндрическими сквозными микропорами с противоположной стороны от соединения с монолитной термостойкой диэлектрической подложкой закреплены соответственно вторая и четвертая термостойкая диэлектрическая мембрана со сквозными конусообразными микропорами, ориентируемыми большими диаметрами оснований наружу, центры оснований которых расположены над центрами оснований конусообразных микропор.The technical result of the proposed invention is achieved by a combination of essential features, namely: a reversible matrix rocket propulsion system with individual digital control of the thrust of each reversible propulsion cell for small spacecraft, containing a flat rectangular substrate with an array of solid propellant propulsion elements placed on it, connected through a communication network with a controller, contains a switch of addresses of reversible motor cells, the first and second row decoders, column decoder, data decoder, spent code combination memory block, alternative code combination memory block, spherical igniters, first and third heat-resistant dielectric membranes with orderly arranged through cylindrical micropores, the number of which is equal to the number of spherical ignitors, second and fourth heat-resistant dielectric membranes with orderly arranged conical through micropores, monolithic heat-resistant dielectric a ternary substrate with an ordered structure of cone-shaped micropores parallel to the axes, perpendicular to the obverse, with two-sided directionally oriented vertices of the cone-shaped micropores, spaced apart from each other by conical surfaces, providing thermal strength protection of cone-shaped micropores, ranked in volume in the proportions of consecutive degrees of two, geometrically grouped and orderly located at the same distance from each other, image By learning reversible motor cells in the form of ordered groups of cone-shaped micropores, the number of which in each reversible motor cell is equal to twice the number of bits of the binary code used to control the thrust depending on the required accuracy, the cone-shaped micropores are filled with solid fuel to the base of the cone-shaped micropores, over which centers there are through cylindrical micropores of the first and third heat-resistant dielectric membranes with through micropores filled with spheres igniters connected on opposite sides above their centers with row and column tires located on the outside of the first and third heat-resistant dielectric membranes and having contact openings with diameters equal to the diameters of the bases of the ball belts of spherical igniters at the intersections of the buses above the centers of the spherical igniters, height between the bases of ball zones of which is equal to the thickness of the first or third heat-resistant dielectric membrane, spherical ignitors embedded into the through cylindrical micropores, electrically connected along the perimeters of the lines of the spherical igniter ball belts with row and column buses, which are respectively connected from the obverse of the monolithic heat-resistant dielectric substrate to the outputs of the first line decoder, and from the reverse to the outputs of the second line decoder, and the outputs of the reversing address switch motor cells, the inputs of which are connected to the outputs of the column decoder and the outputs of the data decoder, the inputs of which are connected to the outputs of the data bus of the memory unit these are alternative code combinations, the lower case address lines of which are connected to the inputs of the first line decoder, and the lower case reverse address lines are connected to the inputs of the second line decoder, the column address lines are connected to the inputs of the column decoder, and the first information input of the alternative code combination memory unit is connected to the information the output of the controller and the information input of the memory block spent code combinations, the information output of which is connected to the second information input ohms of the memory block of alternative code combinations, moreover, on the first and third heat-resistant dielectric membrane with cylindrical through micropores on the opposite side from the connection with a monolithic heat-resistant dielectric substrate, the second and fourth heat-resistant dielectric membrane with through conical micropores oriented outward by large diameters of the bases are fixed, respectively which are located above the centers of the bases of the cone-shaped micropores.

Сущность изобретения поясняется на фиг. 1, где представлена реверсивная матричная ракетная двигательная система с индивидуальным цифровым управлением величиной тяги каждой реверсивной двигательной ячейки для малоразмерных космических аппаратов. На фиг. 2 представлен выносной элемент А (10:1) в увеличенном масштабе и разрезе, поясняющий конструкцию реверсивной матричной ракетной двигательной системы с индивидуальным цифровым управлением величиной тяги каждой реверсивной двигательной ячейки для малоразмерных космических аппаратов. На фиг. 3 приведен примерный трехмерный график распределения величин векторов тяги W по координате Z и координатам X,Y при выполнении маневра малоразмерным космическим аппаратом.The invention is illustrated in FIG. 1, which presents a reversible matrix rocket propulsion system with individual digital control of the magnitude of the thrust of each reversible propulsion cell for small spacecraft. In FIG. Figure 2 shows an extension element A (10: 1) in an enlarged scale and section, illustrating the design of a reversible matrix rocket propulsion system with individual digital control of the magnitude of the thrust of each reversible propulsion cell for small spacecraft. In FIG. Figure 3 shows an exemplary three-dimensional graph of the distribution of thrust vector values W along the Z coordinate and X, Y coordinates when performing a maneuver by a small-sized spacecraft.

Под используемыми в тексте словами «аверс» и «реверс» понимается следующее: аверс - лицевая сторона монолитной термостойкой диэлектрической подложки, противоположная стороне реверс. Реверс - оборотная сторона монолитной термостойкой диэлектрической подложки противоположная стороне аверс. Элементы аверсной стороны генерируют энергию с прямым направлением векторов тяги, а элементы реверсной стороны генерируют энергию с обратным (противоположным) направлением векторов тяги. Под словосочетанием «реверсивная двигательная система» или «реверсивная двигательная ячейка» - понимается наличие возможности у двигателя генерирования векторов тяги одновременно или поочередно в двух противоположных направлениях.The words “obverse” and “reverse” used in the text mean the following: obverse is the front side of a monolithic heat-resistant dielectric substrate, opposite to the reverse side. Reverse - the reverse side of a monolithic heat-resistant dielectric substrate opposite to the obverse side. The elements of the obverse side generate energy with the direct direction of the thrust vectors, and the elements of the reverse side generate energy with the reverse (opposite) direction of the thrust vectors. By the phrase “reverse engine system” or “reverse engine cell” - we mean the presence of the possibility of the engine generating thrust vectors simultaneously or alternately in two opposite directions.

Под используемым в тексте словосочетанием «реверсивная двигательная ячейка» понимается следующее: реверсивная двигательная ячейка - это группа F элементов ar(i, j) двух двигательных матриц m×n с противоположно направленными векторами тяги, элементы которых находятся на пересечении строки mi с группой столбцов nj (количество которых равно количеству разрядов управляющего двоичного кода) и состоят из набора коммутируемых разнокалиберных зарядов (элементов) F={a1w1(i, j+1), a2w2(i, j+2), a3w4(i, j+3), a4w8(i, j+4), a5w16(i, j+5)} твердого топлива в пропорциях 1-2-4-8-16, где аr - элемент реверсивной двигательной ячейки, r - номер ячейки (r=1, 2, …, N); wk - весовой коэффициент величины тяги элемента реверсивной двигательной ячейки с распределением величин в виде последовательных степеней числа два (k=1, 2, 4, 8, 16, …, (1⋅2h)), (h - максимальное количество разрядов управляющего двоичного кода). Каждому элементу реверсивной двигательной ячейки в зависимости от объема (массы) размещенного твердого топлива (после его воспламенения) соответствует определенный весовой коэффициент wk величины тяги. В зависимости от управляющего кода, соответствующего определенному двоичному числу, происходит изменение величины тяги реверсивной двигательной ячейки в интервале от 0 до 100% за счет суммирования выбранных двоичным кодом сочетаний дискретных величин тяг двигательных элементов, образующих реверсивную двигательную ячейку. Шаг дискретизации (шаг квантования) изменения величины тяги и, соответственно, точность перемещения определяется количеством разрядов реверсивной двигательной ячейки, например, при пятиразрядной организации он составляет ~ 3.2% (100%/31), а для семиразрядной организации реверсивной двигательной ячейки шаг составляет ~ 0.78% (100%/127). Количество ранжированных зарядов твердого топлива (элементов) в каждой реверсивной двигательной ячейке должно быть больше двух и равно максимальной величине двоичного разряда (пять разрядов для данного примера) требуемой точности перемещения.The phrase “reversible motion cell” used in the text means the following: a reverse motion cell is a group F of elements a r (i, j) of two m × n motor matrices with oppositely directed traction vectors whose elements are at the intersection of row mi with a group of columns nj (the number of which is equal to the number of bits of the control binary code) and consist of a set of switched different-sized charges (elements) F = {a 1 w 1 (i, j +1 ), a 2 w 2 (i, j +2 ), a 3 w 4 (i, j +3 ), a 4 w 8 (i, j +4 ), a 5 w 16 (i, j +5 )} solid fuel in proportion x 1-2-4-8-16, where a r is the element of the reversible motor cell, r is the cell number (r = 1, 2, ..., N); w k is the weight coefficient of the traction element of the reversible motor cell with the distribution of values in the form of successive powers of the number two (k = 1, 2, 4, 8, 16, ..., (1⋅2 h )), (h is the maximum number of bits of the control binary code). Each element of the reversible motor cell, depending on the volume (mass) of the placed solid fuel (after ignition), corresponds to a specific weight coefficient w k of thrust. Depending on the control code corresponding to a certain binary number, the thrust value of the reversible motor cell changes in the range from 0 to 100% due to the summation of binary combinations of discrete values of the thrusts of the motor elements forming the reversible motor cell selected by the binary code. The discretization step (quantization step) of the change in the thrust value and, accordingly, the displacement accuracy is determined by the number of discharges of the reversible motor cell, for example, with five-digit organization it is ~ 3.2% (100% / 31), and for the seven-digit organization of the reversible motor cell, the step is ~ 0.78 % (100% / 127). The number of ranked charges of solid fuel (elements) in each reversible motor cell must be more than two and equal to the maximum value of the binary digit (five digits for this example) of the required accuracy of movement.

Реверсивная матричная ракетная двигательная система с индивидуальным цифровым управлением величиной тяги каждой реверсивной двигательной ячейки для малоразмерных космических аппаратов, фиг. 1, содержит монолитную термостойкую диэлектрическую подложку 1 с реверсивными двигательными ячейками (позиции 2-32), элементы которых в увеличенном масштабе приведены на выносном элементе А (10:1), представленном на фиг. 2 (фрагмент вида с боку в разрезе), дешифратор столбцов 33, коммутатор адресов реверсивных двигательных ячеек 34, дешифратор данных 35, первый дешифратор строк 36, второй дешифратор строк 37, блок памяти альтернативных кодовых комбинаций 38, блок памяти отработанных кодовых комбинаций 39, контроллер 40.Reversible matrix rocket propulsion system with individual digital control of the magnitude of the thrust of each reversible propulsion cell for small spacecraft, FIG. 1, contains a monolithic heat-resistant dielectric substrate 1 with reversible motor cells (positions 2-32), the elements of which are shown on an enlarged scale on the remote element A (10: 1), shown in FIG. 2 (sectional side view), column decoder 33, reversing motor cell address switch 34, data decoder 35, first line decoder 36, second line decoder 37, alternative code combination memory unit 38, used code combination memory unit 39, controller 40.

На выносном элементе А (10:1), фиг. 2, представлены элементы (реверсивная двигательная ячейка) в разрезе, где монолитная термостойкая диэлектрическая подложка 1, на лицевой стороне которой размещена первая конусообразная микропора 2, вторая конусообразная микропора 3, третья конусообразная микропора 4, четвертая конусообразная микропора 5, пятая конусообразная микропора 6, заполненные твердым топливом 7 (конусообразные микропоры 2, 3, 4, 5, 6 - калиброваны и ранжированы по объему соответственно в пропорциях 1-2-4-8-16), сферические воспламенители 8, вложенные в сквозные цилиндрические микропоры 9, расположенные на первой термостойкой диэлектрической мембране 10, на поверхности которой, обращенной к монолитной термостойкой диэлектрической подложке 1, нанесена строковая шина 11, на второй термостойкой диэлектрической мембране 12 расположены сквозные конусообразные микропоры 13, и со стороны меньших диаметров оснований конусов нанесены первая столбцовая шина 14, вторая столбцовая шина 15, третья столбцовая шина 16, четвертая столбцовая шина 17, пятая столбцовая шина 18. На обратной стороне монолитной термостойкой диэлектрической подложки 1 размещена шестая конусообразная микропора 19, седьмая конусообразная микропора 20, восьмая конусообразная микропора 21, девятая конусообразная микропора 22, десятая конусообразная микропора 23, заполненные твердым топливом 7 (конусообразные микропоры 19, 20, 21, 22, 23 - калиброваны и ранжированы по объему соответственно в пропорциях 1-2-4-8-16), сферические воспламенители 8, вложенные в сквозные цилиндрические микропоры 9, расположенные на третьей термостойкой диэлектрической мембране 24, на поверхности которой, обращенной к монолитной термостойкой диэлектрической подложке 1, нанесена строковая шина 25, на четвертой термостойкой диэлектрической мембране 26 расположены сквозные конусообразные микропоры 27, и со стороны меньших диаметров оснований конусов нанесены шестая столбцовая шина 28, седьмая столбцовая шина 29, восьмая столбцовая шина 30, девятая столбцовая шина 31, десятая столбцовая шина 32.On the extension element A (10: 1), FIG. 2 shows the elements (reversible motor cell) in the context, where a monolithic heat-resistant dielectric substrate 1, on the front side of which is placed the first conical micropore 2, the second conical micropore 3, the third conical micropore 4, the fourth conical micropore 5, the fifth conical micropore 6, are filled solid fuel 7 (cone-shaped micropores 2, 3, 4, 5, 6 — calibrated and ranked by volume, respectively, in proportions 1-2-4-8-16), spherical igniters 8 embedded in through cylindrical micropores 9 located on the first heat-resistant dielectric membrane 10, on the surface of which, facing the monolithic heat-resistant dielectric substrate 1, a line bus 11 is applied, through the second heat-resistant dielectric membrane 12 there are through cone-shaped micropores 13, and the first columnar is applied on the side of smaller diameters of the bases of the cones bus 14, second column bus 15, third column bus 16, fourth column bus 17, fifth column bus 18. On the reverse side of the monolithic heat-resistant dielectric of the substrate 1, a sixth cone-shaped micropore 19, a seventh cone-shaped micropore 20, an eighth cone-shaped micropore 21, a ninth cone-shaped micropore 22, a tenth cone-shaped micropore 23 filled with solid fuel 7 (cone-shaped micropores 19, 20, 21, 22, 23 are calibrated and ranked according to volume, respectively, in proportions 1-2-4-8-16), spherical igniters 8, embedded in through cylindrical micropores 9, located on the third heat-resistant dielectric membrane 24, on the surface of which facing the monolithic with a dielectric resistant substrate 1, a line bus 25 is deposited, through the cone-shaped micropores 27 are located on the fourth heat-resistant dielectric membrane 26, and the sixth column bus 28, the seventh column bus 29, the eighth column bus 30, the ninth column bus 31 are applied from the smaller diameters of the bases of the cones tenth column bus 32.

В зависимости от класса управляемого МКА устройство может быть реализовано с помощью известных микроструктурных технологий, используемых для изготовления микроэлектромеханических систем (МЭМС) в диапазоне размеров элементов менее 100 микрометров. По этой технологии изготовлены, например, микроэлектромеханический (МЭМС) массив микродвигателей для поддержания расстояния между малыми спутниками [3] или, например, микроэлектромеханический ракетный двигатель [4]. Монолитная термостойкая диэлектрическая подложка может быть изготовлена из кварцевого стекла, керамики, кремния, термостойкого полимерного композита. В зависимости от назначения двигательной системы в качестве твердого топлива может быть использовано однокомпонентное, двухкомпонентное или нанокомпозитное топливо (например, нанотермит) и пиротехнические воспламенители, осуществляющие торцевое воспламенение заряда со стороны сопла, используемые в известных двигательных системах для МКА, построенные по МЭМС технологии. Микропоры различных форм в интервале, близком к наноразмерному уровню, также могут быть получены с помощью ионно-трековых технологий (основанные на получении с помощью ионов узких латентных треков с последующим их травлением).Depending on the class of controlled MCA, the device can be implemented using well-known microstructural technologies used for the manufacture of microelectromechanical systems (MEMS) in the element size range of less than 100 micrometers. According to this technology, for example, a microelectromechanical (MEMS) array of micromotors is made to maintain the distance between small satellites [3] or, for example, a microelectromechanical rocket engine [4]. Monolithic heat-resistant dielectric substrate can be made of quartz glass, ceramics, silicon, heat-resistant polymer composite. Depending on the purpose of the propulsion system, one-component, two-component, or nanocomposite fuels (e.g., nanothermite) and pyrotechnic igniters performing end-ignition of the charge from the nozzle side used in known propulsion systems for MCA constructed by MEMS technology can be used as solid fuel. Micropores of various shapes in the range close to the nanoscale level can also be obtained using ion-track technologies (based on obtaining narrow latent tracks using ions with their subsequent etching).

Сборка предлагаемой конструкции двигательной матрицы при ее изготовлении может осуществляться, например, в следующей последовательности: с аверса на монолитную термостойкую диэлектрическую подложку, с заполненными твердым топливом конусообразными микросферами, накладывается первая термостойкая диэлектрическая мембрана с вложенными сферическими воспламенителями, на нее накладывается вторая термостойкая диэлектрическая мембрана со сквозными конусообразными микропорами. После этого алогичные операции происходят с реверса. На монолитную термостойкую диэлектрическую подложку с заполненными твердым топливом конусообразными микросферами накладывается третья термостойкая диэлектрическая мембрана с вложенными сферическими воспламенителями, на нее накладывается четвертая термостойкая диэлектрическая мембрана со сквозными конусообразными микропорами. Конструкция выполнена таким образом, чтобы при сборке пятислойного пакета обеспечить самоцентровку полюсов сферических воспламенителей в прилегающих к ним контактных отверстиях шин строк и столбцов по линиям шаровых поясов при механическом стягивании или склеивании подложки с мембранами. После сборки проводится тестирование допусковых разбросов сопротивлений сферических воспламенителей, соединенных с шинами столбцов и строк, и последующая разбраковка по окончании температурных вибрационных и ударных испытаний. Дешифраторы строк, столбцов, данных, коммутатор адресов реверсивных двигательных ячеек, блоки памяти могут быть реализованы на радиационно-стойкой (для использования в космосе) программируемой логической интегральной схеме (ПЛИС).The assembly of the proposed design of the motor matrix during its manufacture can be carried out, for example, in the following sequence: from the obverse to the monolithic heat-resistant dielectric substrate, with cone-shaped microspheres filled with solid fuel, a first heat-resistant dielectric membrane with embedded spherical ignitors is applied, a second heat-resistant dielectric membrane with through conical micropores. After this, illogical operations occur with reverse. A third heat-resistant dielectric membrane with embedded spherical igniters is superimposed on a monolithic heat-resistant dielectric substrate with cone-shaped microspheres filled with solid fuel, and a fourth heat-resistant dielectric membrane with through conical micropores is superimposed on it. The design is made in such a way that, when assembling the five-layer package, self-centering of the poles of spherical igniters in the adjacent contact holes of the row and column tires along the lines of the ball belts during mechanical tightening or gluing of the substrate with the membranes is provided. After assembly, tolerance spreads of resistance of spherical igniters connected to column and row tires are tested, and subsequent sorting at the end of temperature vibration and shock tests. Line, column, data decoders, address switch for reversible motor cells, memory blocks can be implemented on a radiation-resistant (for use in space) programmable logic integrated circuit (FPGA).

Устройство работает следующим образом: управляющее кодовое слово с контроллера 40 поступает на информационные входы блока памяти отработанных кодовых комбинаций 39 и блока памяти альтернативных кодовых комбинаций 38. Управляющее кодовое слово состоит: из двух битов определяющих направление векторов тяги (аверс/реверс) и режимы работы (раздельное включение «вперед» или «назад» или одновременное в разных токах координат XY с разной величиной тяги для выполнения сложного скоростного разворота МКА); кода адреса по координатам X и Y, определяющего геометрическое размещение реверсивной двигательной ячейки на поверхности монолитной термостойкой диэлектрической подложки 1; и кода данных, определяющего в двоичном коде величину тяги реверсивной двигательной ячейки. Блок памяти 39 запоминает коды всех отработанных сферических воспламенителей 8 с целью исключения попыток повторного включения отработанных двигательных элементов, и, в случае появления повторной кодовой комбинации, выдает команду на блок памяти альтернативных комбинаций 38 на выборку заранее смоделированных и введенных перед началом работы таблиц принятия оптимальных решений в конкретных ситуациях в виде множества наборов альтернативных целенаправленных кодовых комбинаций. Например, если в реверсивной двигательной ячейке с координатами Xn,Yn уже был использован заряд w4 с тяговым весовым коэффициентом w равным 4, то выбирается в соседней ячейки с адресом Xn+1,Yn заряд с тяговым весовым коэффициентом w равным 4, если же и он также использован, выбирается в двух соседних ячейках с адресами Xn+1,Yn, Xn-1,Yn два заряда w2 и w2 по 2 весовых коэффициента в сумме составляющие 4, если же и они использованы, то выбираются неиспользованные заряды из ближайшего геометрического окружения по координатам Xn,Yn+1, Xn,Yn-1. Также могут быть осуществлены более сложные сочетания комбинаций в разных удаленных друг от друга точках на поверхности монолитной термостойкой диэлектрической подложки 1, одинаково влияющих на величины изменения линейных и угловых перемещений, направленных на оптимизацию расхода топлива и живучесть двигательной системы. С четырех информационных выходов блока памяти альтернативных кодовых комбинаций 38 преобразованные кодовые комбинации через адресные шины строк, столбцов и шину данных одновременно поступают на входы первого дешифратора строк 36, который выбирает по координате Y адресную шину реверсивной двигательной ячейки с лицевой стороны подложки (аверса) или с оборотной стороны (реверса) с помощью второго дешифратора строк 37. С третьего адресного выхода через дешифратор столбцов 33 выбирается адресная шина по координате X реверсивной двигательной ячейки единая для коммутируемых элементов реверсивных двигательных ячеек, расположенных как на лицевой, так и на оборотной стороне монолитной термостойкой диэлектрической подложки 1. Кодовое слово, определяющее адрес реверсивной двигательной ячейки по координате X с дешифратора столбцов 33, поступает на вход коммутатора адресов реверсивных двигательных ячеек 34, на второй вход которого поступает код с выхода дешифратора данных 35, определяющий величину тяги реверсивной двигательной ячейки. Коммутатор адресов реверсивных двигательных ячеек 34 производит соединение группы шин столбцов с группой шин данных каждой реверсивной двигательной ячейки отдельно или нескольких одновременно, задавая кодовой комбинацией определенный весовой коэффициент тяги в двоичном коде, который в данном примере при использовании пятиразрядного двоичного кода может принимать значения от 1 до 31 (количество разрядов определяется требованиями к точности выполнения маневра МКА). В зависимости от управляющего бита (аверс/реверс («0»/«1»)), первый или второй дешифраторы строк 36, 37 производят включение элементов реверсивных двигательных ячеек на лицевой или оборотной стороне монолитной термостойкой диэлектрической подложки 1, осуществляя этим реверсирование тяги. Выполнение реверсирования направлений векторов тяги и управление их величинами поясняется на примере организации работы одной реверсивной двигательной ячейки, представленной на фиг. 2. Первый дешифратор строк 36 производит включение шин строк 11 на лицевой стороне подложке (аверсе) для создания прямого направления векторов тяги, а второй дешифратор строк 37 производит включение шин строк 25 на оборотной стороне монолитной термостойкой диэлектрической подложки 1 (реверсе) для создания векторов тяги с противоположными направлениями. Коммутатор адресов реверсивных двигательных ячеек 34 переключение шин столбцов 14-18 и 28-32 осуществляет одновременно с двух сторон монолитной термостойкой диэлектрической подложки 1. Шины с выходов коммутатора адресов реверсивных двигательных ячеек 34 соединены с шинами столбцов 14-18 и 28-32, а шины с выходов первого и второго дешифраторов строк 36, 37 соединены со строковыми 11 и 25 шинами. Между строковыми шинами 11 и 25 и соответственно между столбцовыми шинами 28-32 и 14-18 для обеспечения устойчивого электрического контакта зажаты сферические воспламенители 8. В зависимости от поступившего управляющего кода каждой логической «1», осуществляется воспламенение соответствующих сферических воспламенителей 8, за счет протекания через них электрического тока, вызывающего их детонацию и воспламенение расположенных под ними зарядов твердого топлива 7, размещенных в разных по объему конусообразных микропорах 2-6 и 19-23. Каждый воспламенитель 8, разрушаясь, воспламеняет только свой заряд твердого топлива 7 с определенным весовым коэффициентом тяги в определенной реверсивной двигательной ячейке. Продукты сгорания твердого топлива 7, вырываясь через сквозные цилиндрические микропоры 9 (свободные от сферических воспламенителей после их распыления при детонации), и затем через конусообразные сквозные микропоры 13 или 27, работающие как сопла, создают реактивную тягу. Величина тяги каждой реверсивной двигательной ячейки может дискретно управляться в зависимости от ее разрядности и может принимать любые дискретные значения в заданном интервале, например, при пятиразрядной организации - 1-31 или при семиразрядной - 1-127. В случае недостатка величины тяги, реверсивные двигательные ячейки могут включаться целиком (в этом случае каждая двигательная ячейка играет роль дополнительного разряда). На фиг. 3 приведен примерный трехмерный график распределения величин векторов тяги W по координате Z и координатам X,Y при выполнении маневра малоразмерным космическим аппаратом, где на координате X - номер адреса столбца (nj) реверсивной двигательной ячейки; на координате Y - номер адреса строки (mi) реверсивной двигательной ячейки; на координате Z -

Figure 00000001
(о.е.) - величина прямого направления вектора тяги, и
Figure 00000002
(о.е.) - величина обратного направления вектора тяги реверсивной двигательной ячейки в относительных единицах (при пятиразрядной организации реверсивных двигательных ячеек,
Figure 00000003
и
Figure 00000004
принимают значения от 1 до 31 с шагом в одну единицу, задаваемые кодом от 00001 до 11111, при коде 00000 - реверсивная двигательная ячейка выключена).The device operates as follows: the control code word from the controller 40 is supplied to the information inputs of the memory block of spent code combinations 39 and the memory block of alternative code combinations 38. The control code word consists of: two bits that determine the direction of the thrust vectors (obverse / reverse) and operating modes ( separate inclusion of "forward" or "back" or simultaneous in different currents of XY coordinates with different magnitude of traction to perform a complex high-speed turn of the MCA); an address code along the X and Y coordinates, which determines the geometric location of the reversible motor cell on the surface of the monolithic heat-resistant dielectric substrate 1; and a data code defining in binary code the magnitude of the thrust of the reversible motor cell. The memory unit 39 stores the codes of all spent spherical igniters 8 in order to prevent attempts to re-enable the spent motor elements, and, in the event of a repeated code combination, issues a command to the alternative combinations memory block 38 to select the optimal decision tables simulated and entered before work in specific situations in the form of many sets of alternative targeted code combinations. For example, if a charge w 4 with a traction weight coefficient w equal to 4 has already been used in a reversible motor cell with coordinates Xn, Yn, then a charge with a traction weight coefficient w equal to 4 is selected in an adjacent cell with address Xn + 1, if it is also used, it is selected in two neighboring cells with addresses Xn + 1, Yn, Xn-1, Yn two charges w 2 and w 2 of 2 weighting factors totaling 4, if they are used, then unused charges are selected from the nearest geometric environment in coordinates Xn, Yn + 1, Xn, Yn-1. More complex combinations of combinations can also be made at different points distant from each other on the surface of a monolithic heat-resistant dielectric substrate 1, equally affecting the magnitude of changes in linear and angular displacements aimed at optimizing fuel consumption and the survivability of the engine system. From the four information outputs of the alternative code combinations memory block 38, the transformed code combinations are simultaneously sent to the inputs of the first row decoder 36 through the address lines, columns, and data buses, which selects the address bus of the reversible motor cell from the front of the substrate (obverse) or the reverse side (reverse) using the second row decoder 37. From the third address output through the column decoder 33 selects the address bus at the X coordinate of the reversible motor cell the same for the switched elements of the reversible motor cells located both on the front and on the reverse side of the monolithic heat-resistant dielectric substrate 1. The code word that determines the address of the reversible motor cell at the X coordinate from the column decoder 33 is fed to the input of the address switch of the reversible motor cells 34 , the second input of which receives the code from the output of the data decoder 35, which determines the magnitude of the thrust of the reversible motor cell. The address switch of the reversible engine cells 34 makes the connection of the column bus group with the data bus group of each reversible engine cell separately or several at the same time, setting the determined weight coefficient of traction in the binary code with a combination of codes, which in this example, when using a five-digit binary code, can take values from 1 to 31 (the number of bits is determined by the requirements for the accuracy of the maneuver of the ICA). Depending on the control bit (obverse / reverse (“0” / “1”)), the first or second decoders of lines 36, 37 turn on the elements of the reversible motor cells on the front or back side of the monolithic heat-resistant dielectric substrate 1, thereby reversing the traction. The execution of the reversal of the directions of the thrust vectors and the control of their values is illustrated by the example of the organization of the operation of one reversible motor cell, shown in FIG. 2. The first line decoder 36 turns on the line buses 11 on the front side of the substrate (obverse) to create a direct direction of the traction vectors, and the second line decoder 37 turns on the line buses 25 on the back side of a monolithic heat-resistant dielectric substrate 1 (reverse) to create traction vectors with opposite directions. The address switch of the reversible motor cells 34 switches the busbars of columns 14-18 and 28-32 simultaneously on both sides of the monolithic heat-resistant dielectric substrate 1. The tires from the outputs of the address switch of the addresses of the reversible motor cells 34 are connected to the column buses 14-18 and 28-32, and the buses from the outputs of the first and second decoders of lines 36, 37 are connected to line 11 and 25 buses. Between the row tires 11 and 25 and, respectively, between the column buses 28-32 and 14-18, spherical igniters 8 are clamped to ensure stable electrical contact. Depending on the control code received, each logical “1” ignites the corresponding spherical igniters 8, due to leakage through them an electric current causing them to detonate and ignite the solid fuel charges 7 located below them, placed in cone-shaped micropores of different sizes 2-6 and 19-23. Each igniter 8, collapsing, ignites only its charge of solid fuel 7 with a specific weight coefficient of traction in a specific reversible motor cell. The combustion products of solid fuel 7, breaking out through the through cylindrical micropores 9 (free from spherical igniters after they are sprayed upon detonation), and then through the cone-shaped through micropores 13 or 27, working as nozzles, create reactive thrust. The magnitude of the thrust of each reversible motor cell can be discretely controlled depending on its capacity and can take any discrete values in a given interval, for example, with five-digit organization - 1-31 or with seven-digit organization - 1-127. In the case of a lack of traction, reversible motor cells can be switched on in their entirety (in this case, each motor cell plays the role of an additional discharge). In FIG. Figure 3 shows an exemplary three-dimensional graph of the distribution of thrust vector values W along the Z coordinate and the X, Y coordinates when performing a maneuver by a small spacecraft, where on the X coordinate is the address number of the column (nj) of the reversible motor cell; on the Y coordinate, the row address number (mi) of the reversible motor cell; on the coordinate Z -
Figure 00000001
(p.u.) is the direct direction of the thrust vector, and
Figure 00000002
(p.u.) - the magnitude of the reverse direction of the thrust vector of the reversible motor cell in relative units (with five-digit organization of the reverse motor cells,
Figure 00000003
and
Figure 00000004
take values from 1 to 31 in increments of one unit, set by the code from 00001 to 11111, with the code 00000 - the reversible motor cell is turned off).

Возможность включения реверсивных двигательных ячеек в разных последовательностях с различными величинами тяги в различных координатных точках двигательной матрицы, развертываемой в виде плоской панели, закрепленной, например, перпендикулярно поверхности МКА, позволяет одной двигательной системой, при оптимальном расходовании твердого топлива, производить реверсивные линейные и угловые прецизионные перемещения МКА с помощью индивидуального цифрового управления величиной тяги каждой реверсивной двигательной ячейки, что ранее невозможно было осуществить известными двигательными системами, работающими на твердом топливе.The ability to turn on reverse engine cells in different sequences with different thrust values at different coordinate points of the engine matrix, deployed in the form of a flat panel, fixed, for example, perpendicular to the surface of the MCA, allows one engine system, with optimal consumption of solid fuel, to produce reversible linear and angular precision moving the MCA using individual digital control of the magnitude of the thrust of each reversible motor cell, which previously It was possible to implement the well-known solid fuel propulsion systems.

Источники информацииInformation sources

1. Patent No.: US 8464640 В2, Date of Patent: Jun. 18, 2013, F02K 9/08, CONTROLLABLE DIGITAL SOLID STATE CLUSTER THRUSTERS FOR ROCKET PROPULSION AND GAS GENERATION.1. Patent No .: US 8464640 B2, Date of Patent: Jun. 18, 2013, F02K 9/08, CONTROLLABLE DIGITAL SOLID STATE CLUSTER THRUSTERS FOR ROCKET PROPULSION AND GAS GENERATION.

2. Patent Application Publication, Pub. No.: US 20160061148 A1, Pub. Date Mar. 3, 2016, F02K 9/95, B64G 1/40, F02K 9/76, F02K 9/10, F02K 9/24, PROPULSION SYSTEM COMPRISING PLURALITY OF INDIVIDUALLY SELECTABLE SOLID FUEL MOTORS.2. Patent Application Publication, Pub. No .: US 20160061148 A1, Pub. Date Mar. 3, 2016, F02K 9/95, B64G 1/40, F02K 9/76, F02K 9/10, F02K 9/24, PROPULSION SYSTEM COMPRISING PLURALITY OF INDIVIDUALLY SELECTABLE SOLID FUEL MOTORS.

3. Patent No.: US 6378292 B1, Date of Patent Apr. 30, 2002, F02K 9/42; F02K 9/44; F02K 9/95; F02K 9/76 MEMS MICROTHRUSTER ARRAY.3. Patent No .: US 6378292 B1, Date of Patent Apr. 30, 2002, F02K 9/42; F02K 9/44; F02K 9/95; F02K 9/76 MEMS MICROTHRUSTER ARRAY.

4. Патент RU 2498103 C1, 10.11.2013, F02K 99/00, B81B 7/04 МИКРОЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ.4. Patent RU 2498103 C1, 11/10/2013, F02K 99/00, B81B 7/04 MICROELECTROMECHANICAL ROCKET ENGINE.

Claims (1)

Реверсивная матричная ракетная двигательная система с индивидуальным цифровым управлением величиной тяги каждой реверсивной двигательной ячейки для малоразмерных космических аппаратов, содержащая плоскую прямоугольную подложку с размещенным на ней массивом двигательных элементов твердого топлива, соединенных через коммуникационную сеть с контроллером, отличающаяся тем, что содержит коммутатор адресов реверсивных двигательных ячеек, первый и второй дешифраторы строк, дешифратор столбцов, дешифратор данных, блок памяти отработанных кодовых комбинаций, блок памяти альтернативных кодовых комбинаций, сферические воспламенители, первую и третью термостойкие диэлектрические мембраны с упорядоченно расположенными сквозными цилиндрическими микропорами, количество которых равно количеству сферических воспламенителей, вторую и четвертую термостойкие диэлектрические мембраны с упорядоченно расположенными конусообразными сквозными микропорами, монолитную термостойкую диэлектрическую подложку с упорядоченной структурой параллельно расположенных относительно осей конусообразных микропор, перпендикулярных аверсу, с двухсторонней встречно направленной ориентацией вершин конусообразных микропор, размещенных друг от друга по коническим поверхностям на расстоянии, обеспечивающем термопрочностную защиту конусообразных микропор, ранжированных по объему в пропорциях последовательных степеней числа два, геометрически сгруппированных и упорядоченно расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга, образуя реверсивные двигательные ячейки в виде упорядоченных групп конусообразных микропор, количество которых в каждой реверсивной двигательной ячейке равно удвоенному числу разрядов используемого двоичного кода для управления величиной тяги в зависимости от требуемой точности, конусообразные микропоры заполнены твердым топливом до основания конусообразных микропор, над центрами которых расположены сквозные цилиндрические микропоры первой и третьей термостойких диэлектрических мембран со сквозными микропорами, заполненными сферическими воспламенителями, соединенными с противоположных сторон над их центрами с шинами строк и столбцов, расположенных с наружных сторон первой и третьей термостойких диэлектрических мембран и имеющих на местах пересечений шин над центрами сферических воспламенителей контактные отверстия с диаметрами, равными диаметрам оснований шаровых поясов сферических воспламенителей, высота между основаниями шаровых поясов которых равна толщине первой или третьей термостойкой диэлектрической мембраны, сферические воспламенители, вложенные в сквозные цилиндрические микропоры, электрически соединены по периметрам линий шаровых поясов сферических воспламенителей с шинами строк и столбцов, которые соответственно подключены с аверса монолитной термостойкой диэлектрической подложки на выходы первого дешифратора строк, а с реверса - на выходы второго дешифратора строк, и выходы коммутатора адресов реверсивных двигательных ячеек, входы которого соединены с выходами дешифратора столбцов и выходами дешифратора данных, входы которого соединены с выходами шины данных блока памяти альтернативных кодовых комбинаций, строчные аверсные адресные шины которого соединены с входами первого дешифратора строк, а строчные реверсные адресные шины соединены с входами второго дешифратора строк, столбцовые адресные шины соединены с входами дешифратора столбцов, а первый информационный вход блока памяти альтернативных кодовых комбинаций соединен с информационным выходом контролера и информационным входом блока памяти отработанных кодовых комбинаций, информационный выход которого соединен со вторым информационным входом блока памяти альтернативных кодовых комбинаций, причем на первой и третьей термостойкой диэлектрической мембране с цилиндрическими сквозными микропорами с противоположной стороны от соединения с монолитной термостойкой диэлектрической подложкой закреплены соответственно вторая и четвертая термостойкая диэлектрическая мембрана со сквозными конусообразными микропорами, ориентируемыми большими диаметрами оснований наружу, центры оснований которых расположены над центрами оснований конусообразных микропор.A reversible matrix rocket propulsion system with individual digital control of the thrust of each reversible propulsion cell for small spacecraft, containing a flat rectangular substrate with an array of solid propellant propulsion elements connected to it via a communication network with a controller, characterized in that it contains a reversing propulsion address switch cells, first and second row decoders, column decoder, data decoder, spent memory block code combinations, alternative code combinations memory block, spherical igniters, first and third heat-resistant dielectric membranes with ordered cylindrical through micropores, the number of which is equal to the number of spherical ignitors, second and fourth heat-resistant dielectric membranes with arranged conical through micropores, monolithic heat-resistant dielectric with an ordered structure parallel to of cone-shaped micropores, perpendicular to the obverse, with two-sided opposite directional orientation of the vertices of the cone-shaped micropores, spaced apart from each other on conical surfaces, providing thermal strength protection of cone-shaped micropores, ranked in volume in the proportions of successive powers of two, geometrically grouped and arranged at the same distance from each other, forming reversible motor cells in the form of ordered groups of cone-shaped micropores, the number of which in each reversible motor cell is equal to twice the number of bits of the binary code used to control the traction depending on the required accuracy, the cone-shaped micropores are filled with solid fuel to the base of the cone-shaped micropores, above the centers of which are through cylindrical micropores of the first and third heat-resistant dielectric membranes with through micropores filled with spherical igniters connected from opposite sides above their centers with tires rows and columns located on the outer sides of the first and third heat-resistant dielectric membranes and having at the intersections of the tires above the centers of the spherical igniters contact holes with diameters equal to the diameters of the bases of the ball belts of spherical igniters, the height between the bases of the ball belts of which is equal to the thickness of the first or third heat-resistant dielectric membranes, spherical igniters embedded in through cylindrical micropores, are electrically connected along the perimeters of the ball lines spherical igniter belts with row and column buses, which are respectively connected from the obverse of the monolithic heat-resistant dielectric substrate to the outputs of the first row decoder, and from the reverse to the outputs of the second row decoder, and the outputs of the address switch of reversible motor cells, the inputs of which are connected to the outputs of the column decoder and the outputs of the data decoder, the inputs of which are connected to the outputs of the data bus of the memory block of alternative code combinations, the lowercase obverse address buses of which are connected s with the inputs of the first row decoder, and the horizontal reverse address buses are connected to the inputs of the second row decoder, the column address buses are connected to the inputs of the column decoder, and the first information input of the alternative code combinations memory block is connected to the information output of the controller and the information input of the memory block of worked out code combinations , the information output of which is connected to the second information input of the memory block of alternative code combinations, moreover, on the first and third thermostat second dielectric membrane with cylindrical through-micropores on the opposite side from the junction with the heat-resistant monolithic dielectric substrate fixed respectively the second and fourth heat-resistant dielectric membrane with through tapered micropores orientable large diameters bases outwardly base centers which are arranged above the centers of the bases tapered micropores.
RU2017123451A 2017-07-03 2017-07-03 Reversible matrix missile engine system with individual digital control of the thrust magnitude of each reverse engine cell for small spacecraft RU2654782C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017123451A RU2654782C1 (en) 2017-07-03 2017-07-03 Reversible matrix missile engine system with individual digital control of the thrust magnitude of each reverse engine cell for small spacecraft

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017123451A RU2654782C1 (en) 2017-07-03 2017-07-03 Reversible matrix missile engine system with individual digital control of the thrust magnitude of each reverse engine cell for small spacecraft

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2654782C1 true RU2654782C1 (en) 2018-05-22

Family

ID=62202516

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017123451A RU2654782C1 (en) 2017-07-03 2017-07-03 Reversible matrix missile engine system with individual digital control of the thrust magnitude of each reverse engine cell for small spacecraft

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2654782C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU189442U1 (en) * 2018-12-11 2019-05-22 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" MULTI-VECTOR MATRIX ROCKET MOTOR SYSTEM WITH DIGITAL CONTROL VALUE AND DIRECTION OF THE DRIVE MOTOR CELL FOR SMALL-DIMENSIONAL SPACE APPARATUS
RU2700299C1 (en) * 2018-07-03 2019-09-16 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" Multivector matrix rocket engine system with digital control of value and direction of thrust of motor cells for small spacecraft
RU2792701C1 (en) * 2022-04-18 2023-03-23 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева" Method for operation of the matrix of solid propellant jet microengines with renewable fuel filling

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3815359A (en) * 1966-02-23 1974-06-11 Thiokol Chemical Corp Ignition system for rockets
US6378292B1 (en) * 2000-11-10 2002-04-30 Honeywell International Inc. MEMS microthruster array
RU2327892C2 (en) * 2005-12-26 2008-06-27 Александр Николаевич Бобров Method of controlling solid-fuel rocket engine thrust and solid-fuel charge
US8464640B2 (en) * 2004-12-17 2013-06-18 Digital Solid State Propulsion Llc Controllable digital solid state cluster thrusters for rocket propulsion and gas generation
RU2498103C1 (en) * 2012-07-10 2013-11-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) Microelectromechanical rocket engine
US20160061148A1 (en) * 2014-09-03 2016-03-03 Pacific Scientific Energetic Materials Company Propulsion system comprising plurality of individually selectable solid fuel motors

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3815359A (en) * 1966-02-23 1974-06-11 Thiokol Chemical Corp Ignition system for rockets
US6378292B1 (en) * 2000-11-10 2002-04-30 Honeywell International Inc. MEMS microthruster array
US8464640B2 (en) * 2004-12-17 2013-06-18 Digital Solid State Propulsion Llc Controllable digital solid state cluster thrusters for rocket propulsion and gas generation
RU2327892C2 (en) * 2005-12-26 2008-06-27 Александр Николаевич Бобров Method of controlling solid-fuel rocket engine thrust and solid-fuel charge
RU2498103C1 (en) * 2012-07-10 2013-11-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) Microelectromechanical rocket engine
US20160061148A1 (en) * 2014-09-03 2016-03-03 Pacific Scientific Energetic Materials Company Propulsion system comprising plurality of individually selectable solid fuel motors

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2700299C1 (en) * 2018-07-03 2019-09-16 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" Multivector matrix rocket engine system with digital control of value and direction of thrust of motor cells for small spacecraft
RU189442U1 (en) * 2018-12-11 2019-05-22 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" MULTI-VECTOR MATRIX ROCKET MOTOR SYSTEM WITH DIGITAL CONTROL VALUE AND DIRECTION OF THE DRIVE MOTOR CELL FOR SMALL-DIMENSIONAL SPACE APPARATUS
RU2792701C1 (en) * 2022-04-18 2023-03-23 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева" Method for operation of the matrix of solid propellant jet microengines with renewable fuel filling
RU2820486C1 (en) * 2023-11-20 2024-06-04 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет имени В.Ф. Уткина" Multi-matrix multi-vector propulsion system for small-size spacecrafts

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU183937U1 (en) MULTI-VECTOR MATRIX ROCKET MOTOR SYSTEM WITH DIGITAL VALUE CONTROL AND MOTOR CELL DRAW DIRECTION FOR SMALL SPACE VEHICLES
RU178748U1 (en) REVERSE MATRIX ROCKET MOTOR SYSTEM WITH INDIVIDUAL DIGITAL CONTROL OF THE MAGNETIC BRAKE OF EACH REVERSE MOTOR CELL FOR SMALL SPACE VEHICLES
RU2654782C1 (en) Reversible matrix missile engine system with individual digital control of the thrust magnitude of each reverse engine cell for small spacecraft
US9790895B2 (en) Propulsion system comprising plurality of individually selectable solid fuel motors
RU2660210C1 (en) Matrix rocket engine system with individual digital management of the thrust value of each motor cell for small spacecraft
Teasdale et al. Microrockets for smart dust
RU178924U1 (en) MATRIX ROCKET MOTOR SYSTEM WITH INDIVIDUAL DIGITAL CONTROL OF THE GREAT DRAW OF EACH ENGINE CELL FOR SMALL SPACE VEHICLES
EP2281114B1 (en) Rocket motor with pellet and bulk solid propellants
Pothamsetti et al. Photovoltaic electrolysis propulsion system for interplanetary CubeSats
WO2017147108A1 (en) Architected materials and structures to control shock output characteristics
Shotwell et al. Drivers, developments and options under consideration for a Mars ascent vehicle
RU2700299C1 (en) Multivector matrix rocket engine system with digital control of value and direction of thrust of motor cells for small spacecraft
US5359935A (en) Detonator device and method for making same
RU2707474C1 (en) Multivector matrix rocket engine system with digital control of value and direction of thrust of motor cells for small space vehicles
Asakawa et al. Laser-ignited micromotor using multiple stacked solid propellant pellets
CN108612599A (en) A kind of liquid-electricity interblock space thruster
RU189442U1 (en) MULTI-VECTOR MATRIX ROCKET MOTOR SYSTEM WITH DIGITAL CONTROL VALUE AND DIRECTION OF THE DRIVE MOTOR CELL FOR SMALL-DIMENSIONAL SPACE APPARATUS
EP1103714A2 (en) Microthruster with spike nozzle
RU223962U1 (en) MULTI-MATRIX MULTI-VECTOR PROPULSION SYSTEM FOR SMALL-SIZED SPACE VARICLES
Sawka et al. Solid State Digital Propulsion “Cluster Thrusters” For Small Satellites, Using High Performance Electrically Controlled Extinguishable Solid Propellants
Markandan et al. Recent developments in ceramic microthrusters and the potential applications with green propellants: a review
Shaikh et al. Design Of Mems Based Microthruster–A Study
Aarseth et al. Global chaoticity in the Pythagorean three-body problem
RU2554685C2 (en) Solid propellant rocket engine
EP2906809B1 (en) Slotted multi-nozzle grid with integrated cooling channels

Legal Events

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

Effective date: 20200704