RU2686563C1 - Spacecraft-evacuator - Google Patents

Spacecraft-evacuator Download PDF

Info

Publication number
RU2686563C1
RU2686563C1 RU2018105203A RU2018105203A RU2686563C1 RU 2686563 C1 RU2686563 C1 RU 2686563C1 RU 2018105203 A RU2018105203 A RU 2018105203A RU 2018105203 A RU2018105203 A RU 2018105203A RU 2686563 C1 RU2686563 C1 RU 2686563C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
spacecraft
cable
drum
rod
orbit
Prior art date
Application number
RU2018105203A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Герберт Александрович Ефремов
Максим Вячеславович Палкин
Антон Сергеевич Свиридов
Павел Владимирович Аверьянов
Илья Александрович Иванов
Максим Игоревич Жарков
Original Assignee
Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения"
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 Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" filed Critical Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения"
Priority to RU2018105203A priority Critical patent/RU2686563C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2686563C1 publication Critical patent/RU2686563C1/en

Links

Images

Classifications

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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Astronomy & Astrophysics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)

Abstract

FIELD: astronautics.SUBSTANCE: invention relates to the space equipment. Spacecraft-evacuator includes housing, control and power supply system devices, propulsion unit, electromechanical system of spacecraft capture in orbit. On the housing there are at least two optical chambers, a range finder, an unfolding bar, a drum with a cable fixed on the drum with possibility of movement along the rod. Free end of the cable is equipped with a detachable device for gripping in orbit of the spacecraft in the form of a latch or manipulator. Drum is made with possibility of reversible rotation, rope is made in the form of a set of power, energy and information cables. Grip device is fixed on the rod by electromechanical lock and made as controlled by cable.EFFECT: creation of spacecraft-evacuation device of spent satellites of simplified design, which enables to carry out operations of capture of large space objects.1 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к космической технике очистки околоземного космического пространства от крупногабаритных объектов, в частности к конструкции космических аппаратов (КА) - эвакуаторов, предназначенных для увода с рабочей орбиты отработавших спутников.The invention relates to space technology cleaning near-Earth space from large objects, in particular to the design of spacecraft (SV) - evacuators designed to remove from the working orbit of spent satellites.

Известно устройство (патент RU 2601522) космического аппарата обслуживания (КАО) на орбите автоматического космического аппарата, предназначенного в том числе и для сведения с орбиты КА, не подлежащего восстановлению. На корпусе КАО размещена поворотная платформа, на которой размещен манипулятор захвата подлежащего восстановлению или уводу автоматического космического аппарата. Захват КА манипулятором осуществляется после совмещения продольных осей КА и КАО, закрутки поворотной платформы КАО (соосной продольной оси КАО) до скорости вращения КА. Недостатком устройства является сложность конструкции системы захвата, обоснованная только наличием дополнительной функции КАО - орбитального ремонта.A device is known (patent RU 2601522) of a spacecraft servicing (CAO) in orbit of an automatic spacecraft, also intended for information from the orbit of a spacecraft that cannot be restored. A rotary platform is placed on the KAO housing, on which is placed the manipulator for capturing the automatic spacecraft to be restored or withdrawn. Capturing the spacecraft with a manipulator is carried out after combining the longitudinal axes of the spacecraft and the CAO, twisting the CAO rotary platform (coaxially with the longitudinal axis of the CAO) to the speed of rotation of the spacecraft. The disadvantage of this device is the complexity of the design of the capture system, justified only by the presence of an additional function of the CAO - orbital repair.

Ближайшим аналогом является устройство КА-эвакуатора (КАЭ) космических объектов, описанное в патенте US 7207525. На корпусе такого КА размещены несколько модулей, соединенных тросами с КА и снабженных собственной двигательной установкой, трехпальцевым захватом на телескопической штанге, камерой и датчиком расстояния. Модули могут отсоединяться от КА-эвакуатора, автономно подлетать к убираемому с орбиты спутнику, захватывать его, притягиваться обратно к КА-эвакуатору. Недостатками ближайшего аналога являются сложность устройства захвата (каждый модуль фактически является отдельным КА), а также невозможность работы конструкции в случае вращения объектов захвата.The closest analogue is the spacecraft evacuator spacecraft (CAE) device described in US 7,207,525. On the body of such a spacecraft there are several modules connected by cables to the spacecraft and equipped with its own propulsion system, three-finger pickup on a telescopic rod, a camera and a distance sensor. The modules can be detached from the evacuator KA, autonomously fly up to the satellite removed from orbit, capture it, and be attracted back to the Evacuator KA. The disadvantages of the closest analogue are the complexity of the capture device (each module is actually a separate spacecraft), as well as the impossibility of the structure to work in the case of rotation of the capture objects.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание относительно простого устройства космического аппарата-эвакуатора отработавших спутников, позволяющего осуществлять операции захвата крупногабаритных космических объектов с учетом их вращения и сведение с рабочей орбиты.The technical result of the present invention is the creation of a relatively simple device of a spacecraft-evacuator of spent satellites, which allows for the capture of large space objects taking into account their rotation and descent from the working orbit.

Технический результат достигается тем, что у космического аппарата-эвакуатора, содержащего корпус, устройства системы управления и электропитания, двигательную установку, электромеханическую систему захвата космического аппарата на орбите, на корпусе расположены не менее двух оптических камер, дальномер, раскрываемая штанга, барабан с тросом, закрепленным на барабане с возможностью перемещения вдоль штанги, при этом свободный конец троса снабжен съемным устройством захвата на орбите космического аппарата в виде защелки или манипулятора, барабан выполнен с возможностью реверсивного вращения, а трос выполнен в виде набора силовых, энергетических и информационных кабелей, устройство захвата закреплено на штанге электромеханическим замком и выполнено управляемым по кабелю.The technical result is achieved by the fact that the spacecraft-tow truck, comprising a housing, control and power supply devices, a propulsion system, an electromechanical system for capturing a spacecraft in orbit, has at least two optical cameras on the body, a range finder, a deployable rod, a drum with a cable, mounted on the drum with the ability to move along the rod, while the free end of the cable is provided with a removable device for capturing the orbit of the spacecraft in the form of a latch or handle ora, the drum is arranged to reverse the rotation, and the cable is configured as a set of power, power and data cables, the capture device is mounted on a rod and an electromechanical lock holds controlled by cable.

Схема устройства КАЭ приведена на фиг. 1, фиг. 2, принцип работы - на фиг. 3. Приняты обозначения:The layout of the KAE device is shown in FIG. 1, fig. 2, the principle of operation is in FIG. 3. Accepted designations:

1 - КА, подлежащий уводу;1 - spacecraft to be removed;

2 - космический аппарат-эвакуатор;2 - towing spacecraft;

3 - двигательная установка;3 - propulsion system;

4 - штанга;4 - bar;

5 - оптическая камера низкого разрешения (обзорная);5 - low-resolution optical camera (overview);

6 - оптическая камера высокого разрешения (детальная);6 - high resolution optical camera (detailed);

7 - дальномер;7 - range finder;

8 - замок;8 - the lock;

9 - трос;9 - cable;

10 - устройство захвата;10 - capture device;

11 - барабан.11 - drum.

Устройство функционирует следующим образом. КА-эвакуатор (фиг. 3а, поз. 2) выводят на орбиту, на которой расположен предназначенный для увода КА (фиг. 3а, поз. 1). С использованием двигательной установки КА-эвакуатора (фиг. 1, поз. 3) по данным обзорной камеры (фиг. 2, поз. 5) осуществляют сближение КАЭ с КА на расстояние до нескольких сот метров. С помощью дальномера (фиг. 2, поз. 7) определяют относительное расстояние между КАЭ и КА, уравнивают их скорости.The device operates as follows. The evacuator KA (Fig. 3a, pos. 2) is put into orbit, on which the spacecraft intended to evacuate is located (Fig. 3a, pos. 1). Using the propulsion system of the spacecraft-tow truck (Fig. 1, pos. 3) according to the survey camera (Fig. 2, pos. 5), the CAE is approached from the spacecraft to a distance of several hundred meters. Using a range finder (Fig. 2, pos. 7) determine the relative distance between the KAE and KA, equalize their speed.

Далее осуществляют наблюдение КА детальной камерой (фиг. 2, поз. 6) для расчета параметров его вращения и нахождения наиболее подходящего места (им может быть каркас солнечной батареи или кронштейн антенны) для захвата устройством захвата КАЭ (фиг. 2, поз. 10). Команды управления могут вырабатываться устройствами бортовой системы управления КАЭ, либо наземными средствами.Next, the observation of the spacecraft by a detailed camera (Fig. 2, pos. 6) is carried out to calculate the parameters of its rotation and to find the most suitable place (it can be the solar cell frame or antenna bracket) for the KAE capture device to pick up (Fig. 2, pos. 10) . The control commands can be generated by the onboard control system of the AEC or by ground-based facilities.

С помощью двигательной установки малой тяги (на фиг. не показана) осуществляют необходимую ориентацию КАЭ относительно КА и закручивают КАЭ до минимизации относительной угловой скорости.Using the propulsion system of small thrust (not shown in Fig.), The necessary CAE orientation relative to the CA is performed and the CAE is twisted until the relative angular velocity is minimized.

Затем осуществляют раскрытие (раскладывание или выдвижение) штанги (фиг. 1, поз. 4). На конце штанги закреплено с помощью электромеханического замка (фиг. 1, поз. 8), например, электромагнитного типа, устройство захвата (фиг. 1, поз. 10), к которому присоединен трос (фиг. 1, поз. 9), разматываемый с барабана (фиг. 1, поз. 11) при раскладывании или выдвижении штанги. При подготовке КАЭ к старту устройство захвата выбирают из набора в зависимости от конструктивных особенностей предназначенного для увода КА, его массы и параметров орбиты. Устройство захвата может быть выполнено в виде защелки или манипулятора, отличающегося бо'льшим количеством степеней свободы.Then carry out the opening (folding or extension) of the rod (Fig. 1, pos. 4). At the end of the rod is fixed using an electromechanical lock (Fig. 1, POS. 8), for example, an electromagnetic type, a gripping device (Fig. 1, POS. 10) to which a cable is attached (Fig. 1, POS. 9), unwind from the drum (Fig. 1, POS. 11) when unfolding or extending the rod. In preparation for the launch of the AEC, the capture device is chosen from a set depending on the design features of the spacecraft intended for removal, its mass and orbital parameters. The gripping device can be made in the form of a latch or a manipulator, which is distinguished by a greater number of degrees of freedom.

После полного раскрытия штанги осуществляют сближение КАЭ с КА, при этом штанга ориентирована по направлению к КА (фиг. 3б). Сближение осуществляют с контролем относительного положения и скорости при помощи детальной камеры (фиг. 2, поз. 6) и дальномера (фиг. 2, поз. 7).After the boom is fully opened, the AECs approach the KA, while the boom is oriented towards the KA (Fig. 3b). The convergence is carried out with the control of the relative position and speed using the detailed camera (Fig. 2, pos. 6) and a rangefinder (Fig. 2, pos. 7).

В расчетный момент времени осуществляют захват КА в определенном месте (фиг. 3в). Далее производят раскрытие замка (фиг. 1, поз. 8), и устройство захвата (фиг. 1, поз. 10) отсоединяют от штанги, освобождая трос (фиг. 1, поз. 9).At the estimated time point, a spacecraft is captured in a certain place (Fig. 3c). Next, the lock is opened (Fig. 1, pos. 8), and the gripping device (Fig. 1, pos. 10) is disconnected from the rod, freeing the cable (Fig. 1, pos. 9).

Выполнение троса с возможностью перемещения, в том числе вращения вдоль штанги обеспечивает защиту КАЭ от динамических ударов и возмущающих моментов со стороны КА после раскрытия замка. Для управления устройством захвата трос выполнен сложным - в составе как силовых кабелей, так энергетических и информационных.The implementation of the cable with the ability to move, including rotation along the rod provides the CAE from dynamic impacts and disturbing moments from the side of the spacecraft after the lock is opened. To control the device to capture the cable is made difficult - in the composition of both power cables, and energy and information.

Далее включают двигатели малой тяги КАЭ для обеспечения натяжения троса, который разматывается с барабана на длину, например, вдвое превышающую длину штанги (фиг. 3г). Устройство реверса барабана предупреждает динамические удары и разрыв троса. После этого включают основную двигательную установку (фиг. 1, поз. 3) и уводят связку КАЭ-КА с рабочей орбиты.Next, include the low thrust engines of the AEC to ensure the tension of the cable, which is unwound from the drum for a length, for example, twice the length of the rod (Fig. 3d). A drum reverse device warns of dynamic shocks and cable breaks. After that, the main propulsion system (Fig. 1, pos. 3) is turned on and the KAE-KA ligament is removed from the working orbit.

С целью унификации и удешевления производства КАЭ основная двигательная установка может быть выполнена в виде набора твердотопливных модулей, количество которых выбирается до запуска КАЭ, при проектировании КАЭ, в зависимости от массы и высоты сводимого с орбиты КА.In order to unify and reduce the cost of production of the KAE, the main propulsion system can be made as a set of solid fuel modules, the number of which is chosen before the KAE launch, when designing the KAE, depending on the mass and height of the KA orbit.

Применение изобретения позволяет упростить конструкцию КАЭ и, как результат, повысить экономическую эффективность работ по очистке околоземного космического пространства от антропогенного мусора.The use of the invention allows to simplify the design of the AEC and, as a result, to improve the economic efficiency of the work on cleaning the near-Earth space from anthropogenic debris.

Claims (1)

Космический аппарат-эвакуатор, содержащий корпус, устройства системы управления и электропитания, двигательную установку, электромеханическую систему захвата космического аппарата на орбите, отличающийся тем, что на корпусе расположены не менее двух оптических камер, дальномер, раскрываемая штанга, барабан с тросом, закрепленным на барабане с возможностью перемещения вдоль штанги, при этом свободный конец троса снабжен съемным устройством захвата на орбите космического аппарата в виде защелки или манипулятора, барабан выполнен с возможностью реверсивного вращения, а трос выполнен в виде набора силовых, энергетических и информационных кабелей, устройство захвата закреплено на штанге электромеханическим замком и выполнено управляемым по кабелю.Evacuator spacecraft, comprising a housing, control and power supply devices, a propulsion system, an electromechanical system for capturing a spacecraft in orbit, characterized in that there are at least two optical cameras on the body, a range finder, a deployable rod, a drum with a cable attached to the drum can be moved along the rod, while the free end of the cable is provided with a removable device for capturing the spacecraft in orbit in the form of a latch or manipulator, the drum is made with the ozhnostyu reverse rotation, and the cable is configured as a set of power, power and data cables, the capture device is mounted on a rod and an electromechanical lock holds controlled by cable.
RU2018105203A 2018-02-13 2018-02-13 Spacecraft-evacuator RU2686563C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018105203A RU2686563C1 (en) 2018-02-13 2018-02-13 Spacecraft-evacuator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018105203A RU2686563C1 (en) 2018-02-13 2018-02-13 Spacecraft-evacuator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2686563C1 true RU2686563C1 (en) 2019-04-29

Family

ID=66430463

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018105203A RU2686563C1 (en) 2018-02-13 2018-02-13 Spacecraft-evacuator

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2686563C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2798611C1 (en) * 2019-09-24 2023-06-23 Астроскейл Израэл Лтд. Orbital space vehicle service through break connectors

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7207525B2 (en) * 2003-09-17 2007-04-24 Eads Space Transportation Gmbh Apparatus for grasping objects in space
RU2510359C1 (en) * 2012-10-24 2014-03-27 Открытое акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" Shuttle tractor for removal of space rubbish
RU2601522C1 (en) * 2015-07-31 2016-11-10 Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" Spacecraft for servicing on-orbit automatic spacecraft and method for docking servicing spacecraft with faulty rotating spacecraft
EP3156335A1 (en) * 2014-06-13 2017-04-19 Japan Aerospace Exploration Agency Method and system for space debris orbit descent, and method and system for changing orbit of artificial satellite

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7207525B2 (en) * 2003-09-17 2007-04-24 Eads Space Transportation Gmbh Apparatus for grasping objects in space
RU2510359C1 (en) * 2012-10-24 2014-03-27 Открытое акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" Shuttle tractor for removal of space rubbish
EP3156335A1 (en) * 2014-06-13 2017-04-19 Japan Aerospace Exploration Agency Method and system for space debris orbit descent, and method and system for changing orbit of artificial satellite
RU2601522C1 (en) * 2015-07-31 2016-11-10 Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" Spacecraft for servicing on-orbit automatic spacecraft and method for docking servicing spacecraft with faulty rotating spacecraft

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2798611C1 (en) * 2019-09-24 2023-06-23 Астроскейл Израэл Лтд. Orbital space vehicle service through break connectors

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2345494T3 (en) APPARATUS FOR A GEOSINCRONO SPACE VEHICLE FOR EXTENSION OF USEFUL LIFE.
US8052092B2 (en) Method and apparatus for satellite orbital change using space debris
Richard et al. Uncooperative rendezvous and docking for MicroSats
RU180696U1 (en) Geological exploration mobile robotic planet rover
Mazanek et al. Asteroid redirect robotic mission: Robotic boulder capture option overview
RU2141436C1 (en) Space vehicle for cleaning space from passive space vehicles and their fragments
JPH11157497A (en) Spacecraft and orbital service system therewith
Johnson et al. Near earth asteroid (NEA) scout
Telaar et al. GNC architecture for the e. Deorbit mission
Kubota et al. Intelligent rover with hopping mechanism for asteroid exploration
RU2686563C1 (en) Spacecraft-evacuator
Kawamoto et al. Strategy for active debris removal using electrodynamic tether
Visentin et al. Robotics for geostationary satellite servicing
Reeves et al. Proximity operations for the robotic boulder capture option for the asteroid redirect mission
Ohkami et al. NASDA's activities in space robotics
Forshaw et al. An in-orbit active debris removal mission-REMOVEDEBRIS: Pre-Launch update
JP2006007879A (en) Method and system for recovery of space drift
Moreland et al. Full-scale dynamic touch-and-go validation of the BiBlade comet surface sample chain
Ze Space debris and present active debris removal techniques
Chesley et al. The ISIS mission concept: an impactor for surface and interior science
Oshinowo et al. On the Application of Robotics to On-Orbit Spacecraft Servicing-The Next Generation Canadarm Project
Vnukov et al. Effectiveness analysis of active space debris removal technologies for the geostationary orbit
King Saving hubble
Stoker et al. Telepresence control of mobile robots-Kilauea Marsokhod experiment
Allouis et al. Planetary Robotic System Design