RU2788620C2 - Method for docking spacecrafts to rotating spaceship and device for its implementation - Google Patents
Method for docking spacecrafts to rotating spaceship and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2788620C2 RU2788620C2 RU2020126560A RU2020126560A RU2788620C2 RU 2788620 C2 RU2788620 C2 RU 2788620C2 RU 2020126560 A RU2020126560 A RU 2020126560A RU 2020126560 A RU2020126560 A RU 2020126560A RU 2788620 C2 RU2788620 C2 RU 2788620C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- docking
- shuttle
- torus
- spacecraft
- str
- Prior art date
Links
- 238000003032 molecular docking Methods 0.000 title claims abstract description 55
- 241000724284 Peanut stunt virus Species 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 210000004271 bone marrow stromal cells Anatomy 0.000 abstract 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 210000004279 Orbit Anatomy 0.000 description 3
- 229920003211 cis-1,4-polyisoprene Polymers 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- WUBBRNOQWQTFEX-UHFFFAOYSA-N 4-Aminosalicylic acid Chemical compound NC1=CC=C(C(O)=O)C(O)=C1 WUBBRNOQWQTFEX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 230000000051 modifying Effects 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral Effects 0.000 description 1
- 229920003258 poly(methylsilmethylene) Polymers 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к космической технике и может быть использовано для стыковки космических аппаратов (КА) с вращающимся космическим кораблем или космической станцией.The invention relates to space technology and can be used for docking spacecraft (SC) with a rotating spacecraft or space station.
Известны и широко отработаны способы стыковки КА на орбите и устройства для их осуществления, например система «Игла», андрогинные системы «Курс», «Курс-ММ». При всех этих способах стыковка осуществляется после совмещения плоскости орбит стыкуемых аппаратов и выравнивания их относительных скоростей. Завершающим этапом является мягкая стыковка, касание, захват с фиксацией узлами стыковки и последующим стягиванием КА. Например, решение, защищенное патентом Российской Федерации «Андрогинный периферийный агрегат стыковки (АПАС) и демпфер амортизационно-приводной системы для него» №2131829, B64G 1/00, 23.02.1998, Сыромятников B.C. Акционерное общество открытого типа Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева.Methods for docking spacecraft in orbit and devices for their implementation are known and widely developed, for example, the Igla system, androgynous systems Kurs, Kurs-MM. With all these methods, docking is carried out after alignment of the plane of the orbits of the docking vehicles and alignment of their relative velocities. The final stage is a soft docking, touch, capture with fixation by the docking nodes and subsequent contraction of the spacecraft. For example, the solution protected by the patent of the Russian Federation “Androgynous peripheral docking unit (APAS) and damper of the shock-absorbing drive system for it” No. 2131829,
Недостатком известного способа являются требования высокой точности выполнения на всех этапах стыковки, т.к. в противном случае есть высокий уровень риска аварийной ситуации.The disadvantage of the known method are the requirements for high accuracy of execution at all stages of docking, tk. otherwise, there is a high level of risk of an emergency.
Известно техническое решение по патенту RU 2601522 C1 B64G 1/64 B25J 1/08 от 10.11.2016 «Космический аппарат обслуживания на орбите автоматического космического аппарата и способ стыковки космического аппарата обслуживания с неисправным вращающимся космическим аппаратом».A technical solution is known according to the patent RU 2601522 C1 B64G 1/64 B25J 1/08 dated 11/10/2016 "Space service vehicle in orbit of an automatic space vehicle and a method for docking a service space vehicle with a faulty rotating space vehicle".
Решение заключается в следующем. Способ стыковки космического аппарата обслуживания (КАО) с неисправным вращающимся космическим аппаратом (КА), включающий их сближение, совмещение продольных осей, стыковку с использованием штатных узлов стыковки КА и КАО и двигательной установки КАО, отличающийся тем, что после сближения и совмещения продольной оси КАО с осью вращения КА закручивают поворотную платформу с манипулятором захвата КА до угловой скорости, по величине и направлению совпадающей со скоростью вращения КА, производят захват КА манипулятором для захвата КА, прекращают относительное вращение КА и КАО с помощью тормозного устройства поворотной платформы и двигательной установки КАО, прекращают захват КА, перемещают КАО до сближения и стыковки с использованием штатного узла стыковки.The solution is as follows. A method for docking a servicing spacecraft (SSC) with a faulty rotating spacecraft (SC), including their rendezvous, alignment of the longitudinal axes, docking using regular SC and SSC docking units and the SSC propulsion system, characterized in that after approaching and aligning the SSC longitudinal axis with the axis of rotation of the spacecraft, the turntable with the spacecraft capture manipulator is rotated to an angular velocity that coincides in magnitude and direction with the speed of rotation of the spacecraft, the spacecraft is captured by the manipulator for capturing the spacecraft, the relative rotation of the spacecraft and the spacecraft is stopped using the braking device of the turntable and the power plant of the spacecraft, stop capturing the spacecraft, move the spacecraft until rendezvous and docking using a standard docking station.
Недостатками данного способа стыковки КАО с вращающимся обслуживаемым КА являются: невозможность стыковки к более крупному вращающемуся КА; необходимость торможения вращающегося КА; активный КА должен быть крупнее и совершать ряд энерго-затратных маневров.The disadvantages of this method of docking SC with a rotating manned spacecraft are: the impossibility of docking to a larger rotating spacecraft; the need to decelerate a rotating spacecraft; an active spacecraft must be larger and perform a number of energy-consuming maneuvers.
Задачей является обеспечение многоразовых стыковок к постоянно вращающемуся крупному КА другими (более мелкими) обслуживающими КА-челноками.The task is to provide multiple dockings to a constantly rotating large spacecraft by other (smaller) serving spacecraft-shuttles.
Целью предлагаемого решения является создание метода многократных стыковок к вращающемуся КА без влияния на его нормальную работу, который остается пассивным при выполнении стыковок.The purpose of the proposed solution is to create a method of multiple dockings to a rotating spacecraft without affecting its normal operation, which remains passive during docking.
Достижение цели при реализации предлагаемого способа обеспечивает стыковка к внешнему контуру КА. Данный метод стыковки разработан для пилотируемого КА (ПКА) в форме тора, непрерывно вращающегося для имитации гравитации.Achieving the goal when implementing the proposed method provides docking to the outer contour of the spacecraft. This docking method was developed for a manned spacecraft (PCA) in the form of a torus, continuously rotating to simulate gravity.
Сущность изобретения заключается в следующем.The essence of the invention is as follows.
Способ стыковки специализированных космических аппаратов -челноков к крупному пилотируемому космическому аппарату (ПКА) в форме тора заключается в том, что челнок во время сближения стабилизируется по скорости и направлению по касательной к внешнему контуру тора в сторону его вращения, вследствие чего у челнока оказываются почти нулевые горизонтальную и вертикальную скорости относительно поверхности тора в точке касания, с челнока выдвигаются стыковочные штанги (СШЧ), оборудованные роликами для захвата поверхностей силовых транспортных рельс (СТР), установленных на поверхности тора, с обеих сторон, затем происходит перестыковка челнока со стыковочных штанг на стыковочные замки, которые жестко фиксируют его положение на торе. Далее, для отстыковки челнока, достаточно просто разомкнуть замки и центробежная сила оттянет челнок от тора.The method of docking specialized spacecraft-shuttles to a large manned spacecraft (PCS) in the shape of a torus is that the shuttle during the rendezvous is stabilized in speed and direction tangentially to the outer contour of the torus in the direction of its rotation, as a result of which the shuttle has almost zero horizontal and vertical speeds relative to the surface of the torus at the point of contact, docking rods (SSHCh) are extended from the shuttle, equipped with rollers to grip the surfaces of power transport rails (STR) installed on the surface of the torus, on both sides, then the shuttle is re-docked from the docking rods to the docking locks that rigidly fix its position on the torus. Further, to undock the shuttle, simply open the locks and the centrifugal force will pull the shuttle away from the torus.
Устройство для реализации способа стыковки КА-челнока к непрерывно вращающемуся ПКА, выполнено таким образом, что ПКА оснащен силовыми транспортными рельсами по всему внешнему контуру тора, интегрированные в силовое внешнее кольцо тора, разнесенными по всей длине СТР посадочными излучателями, по которым ориентируется челнок, оснащенный навигационными датчиками, двигателями коррекции, основной двигательной установкой, стыковочными штангами, оборудованные роликами для захвата поверхностей СТР и перемещению по ним, стыковочными замками, жестко фиксирующие положение челнока на торе.The device for implementing the method of docking the spacecraft-shuttle to a continuously rotating spacecraft is made in such a way that the spacecraft is equipped with power transport rails along the entire outer contour of the torus, integrated into the power outer ring of the torus, spaced along the entire length of the STR with landing emitters, along which the shuttle is oriented, equipped with navigation sensors, correction engines, the main propulsion system, docking rods, equipped with rollers for gripping and moving STR surfaces, docking locks, rigidly fixing the position of the shuttle on the torus.
Сущность способа и устройства для его реализации иллюстрируют схемы:The essence of the method and the device for its implementation are illustrated by the diagrams:
фиг. 1 - схема дальнего сближения челнока с ПКА; фиг. 2 - схема стыковки челнока с ПКА (поперечный вид); фиг. 3 - момент стыковки челнока к ПКА (продольный вид); фиг. 4 - выполнение перемещений грузов между челноком и шлюзовым стыковочным модулем (ШСМ) ПКА.fig. 1 - a diagram of the long-range approach of the shuttle with the PKA; fig. 2 - diagram of the docking of the shuttle with the PKA (transverse view); fig. 3 - moment of docking of the shuttle to the SV (longitudinal view); fig. 4 - carrying out the movement of goods between the shuttle and the airlock docking module (SHSM) PKA.
Приняты обозначения:Designations accepted:
1 - упаковки транспортируемых на челнок грузов;1 - packaging of goods transported to the shuttle;
2 - рамная конструкция грузового отсека челнока;2 - frame structure of the cargo compartment of the shuttle;
3 - стыковочные замки челнока;3 - docking locks of the shuttle;
4 - стыковочные штанги челнока (СШЧ) с управляемым поворотом в двух плоскостях;4 - docking rods of the shuttle (SSHCh) with controlled rotation in two planes;
5 - сервоприводы (на электродвигателях) для поворота - выставки в нужные положения элементов конструкции и вращением роликов СШЧ;5 - servo drives (on electric motors) for turning - exhibitions into the desired positions of structural elements and rotation of the SSHCh rollers;
6 - навигационные датчики челнока;6 - shuttle navigation sensors;
7 - посадочные излучатели СТР ПКА;7 - landing emitters STR PKA;
8 - ролики стыковочного узла;8 - rollers of the docking unit;
9 - рельсы стыковочной системы ПКА;9 - rails of the PKA docking system;
10 - посадочная площадка;10 - landing site;
11 - основа силового контура СТР;11 - the basis of the power circuit STR;
12- корпус модуля ПКА;12- PCA module case;
13 - стыковочно-переходной люк шлюзового стыковочного модуля (ШСМ);13 - docking-passage hatch of the airlock docking module (SHSM);
14 - главная двигательная установка челнока;14 - the main propulsion system of the shuttle;
15 - корректирующая двигательная установка (КДУ);15 - corrective propulsion system (KDU);
16 - шлюзовой стыковочный модуль (ШСМ) ПКА;16 - gateway docking module (SHSM) PKA;
17 - сегментные модули тора ПКА.17 - segment modulators of the PCA torus.
Благодаря равномерному вращению тора каждый участок СТР будет иметь одинаковую и постоянную линейную скорость по касательной к дуге СТР (V1 на фиг. 1).Due to the uniform rotation of the torus, each section of the STR will have the same and constant linear velocity tangentially to the arc of the STR (V 1 in Fig. 1).
Наведение с последующей стабилизацией челнока в исходной т. А осуществляется следующим образом:Guidance with subsequent stabilization of the shuttle in the initial point A is carried out as follows:
а) «дорожка» из светящихся центральных посадочных излучателей [цПИ] (поз. 7, фиг. 2, на оси симметрии тора) принимается центральными навигационными датчиками [цНД] (поз. 6. фиг. 2, на оси симметрии челнока) и должна визироваться как отрезок прямой линии. Это достигается коррекцией положения челнока корректирующей двигательной установкой [КДУ] челнока (поз.15, фиг. 3);a) a "path" of luminous central landing emitters [cPI] (pos. 7, fig. 2, on the axis of symmetry of the torus) is received by central navigation sensors [cND] (pos. 6. fig. 2, on the axis of symmetry of the shuttle) and must be seen as a straight line segment. This is achieved by correcting the position of the shuttle by the corrective propulsion system [KDU] of the shuttle (pos.15, Fig. 3);
б) затем КДУ производится разворот и прицеливание оси челнока на крайнюю «уходящую» точку этого «светящегося прямого отрезка» из цПИ;b) then the KDU is turned and the axis of the shuttle is aimed at the extreme “outgoing” point of this “luminous straight segment” from the CPI;
в) затем включается основной двигатель (поз.14, фиг. 3), придающий челноку скорость V2 (фиг. 1) в сторону крайней точки дорожки цПИ;c) then the main engine (pos.14, Fig. 3) is turned on, giving the shuttle speed V 2 (Fig. 1) towards the extreme point of the CPI track;
г) при этом эта видимая крайняя точка дорожки цПИ будет точкой В (фиг. 1) «касания» линии АВ (траектории подлета челнока к ПКА), и векторы скорости подлета челнока к ПКА (V2=V3) будут равны линейной скорости СТР ПКА V1.d) in this case, this visible extreme point of the CPI track will be point B (Fig. 1) of the “touch” of the line AB (the trajectory of the shuttle approaching the PCA), and the speed vectors of the shuttle approaching the PCA (V 2 =V 3 ) will be equal to the linear velocity STR PKA V 1 .
Этапы стыковки:Docking steps:
1) челнок стабилизируется по координатам, скорости полета и направлению в определенной позиции (т. А фиг. 1) относительно ПКА. Точка А исходной позиции находится в плоскости вращения ПКА, челнок разворачивается и стабилизируется в направлении по касательной к внешнему контуру тора в сторону его вращения;1) the shuttle is stabilized in terms of coordinates, flight speed and direction in a certain position (point A of Fig. 1) relative to the PCA. Point A of the initial position is in the plane of rotation of the RCA, the shuttle turns and stabilizes in the direction tangentially to the outer contour of the torus in the direction of its rotation;
2) затем ДУ челнока (поз. 14) придает ему импульс в установленном направлении со скоростью равной скорости движения внешнего контура ПКА;2) then the remote control of the shuttle (pos. 14) gives it an impulse in the set direction at a speed equal to the speed of the outer contour of the PCA;
3) это позволит подлететь челноку к ПКА так, что на минимальном расстоянии от него корпус челнока будет иметь почти нулевую (как продольную, так и поперечные) скорость относительно находящимися под ним элементами СТР (поз. 10);3) this will allow the shuttle to fly up to the RCA so that, at a minimum distance from it, the shuttle body will have almost zero (both longitudinal and transverse) speed relative to the STR elements located under it (pos. 10);
4) в этот момент с челнока выдвигаются стыковочные штанги (поз. 4), оборудованные роликами (поз. 8) для «приземления» на посадочные поверхности (поз. 10) СТР с обеих сторон;4) at this moment, docking rods (pos. 4), equipped with rollers (pos. 8) for “landing” on the landing surfaces (pos. 10) of the STR on both sides, are extended from the shuttle;
5) сервоприводы, манипулятора (поз. 5) должны достаточно быстро развернуть СШЧ (поз. 4) и ролики (поз. 8) для заезда внутрь СТР, обеспечив одновременно и «прилипание» челнока к СТР ПКА, и возможности перемещаться челноку вдоль этих СТР. Особенность конструкции СТР такова, что они обладают «замковым» эффектом: ролики легко заходят в них и могут катиться внутри рельсов, но выйти не могут;5) servo drives, manipulator (pos. 5) must deploy the SHCh (pos. 4) and rollers (pos. 8) quickly enough to drive inside the STR, simultaneously ensuring the “sticking” of the shuttle to the RCA STR, and the ability to move the shuttle along these STR . The design feature of the STR is such that they have a "castle" effect: the rollers easily enter them and can roll inside the rails, but cannot exit;
6) по СТР пристыкованный челнок докатится до нужного шлюзового стыковочного модуля(ШСМ) (поз.13) ПКА, остановится над ним, подтянется к рельсам и жестко состыкуется стыковочными замками. Далее осуществляется прием-передача грузов между челноком и ШСМ (фиг. 4);6) along the STR, the docked shuttle will roll to the desired airlock docking module (SHSM) (pos.13) of the RCA, stop above it, pull up to the rails and rigidly dock with docking locks. Further, the acceptance and transfer of goods between the shuttle and the SHSM is carried out (Fig. 4);
7) для отстыковки челнока нужно только раздвинуть ролики (поз. 8) из «замковых рельсов» (поз. 9) и разомкнуть стыковочные замки. Далее центробежная сила сама начнет отводить челнок от ПКА.7) to undock the shuttle, it is only necessary to move the rollers (pos. 8) out of the “lock rails” (pos. 9) and open the docking locks. Further, the centrifugal force itself will begin to divert the shuttle from the PCA.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020126560A RU2788620C2 (en) | 2020-08-06 | Method for docking spacecrafts to rotating spaceship and device for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020126560A RU2788620C2 (en) | 2020-08-06 | Method for docking spacecrafts to rotating spaceship and device for its implementation |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2020126560A RU2020126560A (en) | 2022-02-25 |
RU2788620C2 true RU2788620C2 (en) | 2023-01-23 |
Family
ID=
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6206328B1 (en) * | 1998-11-09 | 2001-03-27 | Thomas C. Taylor | Centrifugal gravity habitation torus constructed of salvaged orbital debris |
RU2478534C2 (en) * | 2007-03-09 | 2013-04-10 | Макдоналд Деттуилер энд Ассошиэйтс Инк. | System and method for satellite refueling |
CN110481817A (en) * | 2019-09-04 | 2019-11-22 | 北京微分航宇科技有限公司 | A kind of in-orbit retaining mechanism of repetition |
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6206328B1 (en) * | 1998-11-09 | 2001-03-27 | Thomas C. Taylor | Centrifugal gravity habitation torus constructed of salvaged orbital debris |
RU2478534C2 (en) * | 2007-03-09 | 2013-04-10 | Макдоналд Деттуилер энд Ассошиэйтс Инк. | System and method for satellite refueling |
CN110481817A (en) * | 2019-09-04 | 2019-11-22 | 北京微分航宇科技有限公司 | A kind of in-orbit retaining mechanism of repetition |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3186151B1 (en) | Docking system and method for satellites | |
CN105549606B (en) | For the optimal anticollision mean of access of super close distance of inert satellite | |
US8967548B2 (en) | Direct to facility capture and release | |
Mulder | Orbital express autonomous rendezvous and capture flight operations, Part 2 of 2: AR&C exercise 4, 5, and end-of-life | |
CN109178354A (en) | A kind of non-cooperative Spacecraft butt-joint locking system based on satellite-rocket docking ring | |
Kawamoto et al. | Ground experiment of mechanical impulse method for uncontrollable satellite capturing | |
Zhou et al. | Motion-planning and pose-tracking based rendezvous and docking with a tumbling target | |
CN114089778A (en) | Collision avoidance control strategy for formation flying around double stars | |
Somov et al. | Guidance and precise motion control of free-flying robots and land-survey mini-satellites | |
Dong et al. | A novel stable and safe model predictive control framework for autonomous rendezvous and docking with a tumbling target | |
RU2788620C2 (en) | Method for docking spacecrafts to rotating spaceship and device for its implementation | |
Nandagopal et al. | Optimal control of Spacecraft Docking System using integral LOR controller | |
CN109305394B (en) | Spacecraft close-range rendezvous test simplification method | |
US11801947B2 (en) | Methods and system for horizontal launch of aerospace vehicle | |
Martin et al. | The TECSAS mission from a Canadian perspective | |
Sato et al. | High-speed flyby observation of small asteroid by destiny+ | |
Cai et al. | Mission planning of safe approach and emergency evacuation to large slow-rotating space debris | |
Murtazin | Profiles of quick access to the orbital station for modern spacecraft | |
Colmenarejo et al. | GNC aspects for active debris removal | |
Innocenti et al. | Failure mitigation during rendezvous in cislunar orbit | |
Ruth et al. | Video-guidance design for the DART rendezvous mission | |
RU2205139C2 (en) | Method of control of manned spacecraft uncoupled from non-oriented space object flying in near-round orbit | |
Udwadia et al. | New solutions to the exact formation-keeping control of satellites with attitude constraints | |
Peters et al. | Simulation environment for the rendezvous path and abort trajectory of ADReS-A | |
Somov et al. | Guidance and digital attitude control of mini-satellites and space robots |