ГОЛОВНОЙ БЛОК РАКЕТЫ И СПОСОБ ЕГО СБОРКИ Российский патент 1997 года по МПК B64G1/22 F42B15/00 

Изобретение относится к ракетно-космической технике и может быть использовано при проектировании космических ракет-носителей (РН), а именно при проектировании головных блоков ракет, используемых для вывода на околоземную орбиту орбитальных космических аппаратов (ОКА).

Среди существующих ОКА можно выделить семейство ОКА, предназначенных для ведения геологической разведки с орбиты с использованием высокочувствительных оптических телескопов. К этому семейству, например, относится ОКА GS01 разработки ЮАР. Одним из эксплуатационных требований, предъявляемых к ОКА, снабженному высокочувствительной оптической аппаратурой, является содержание его в высокочистой газовой среде, например в среде азота, как при наземной эксплуатации, так и после пристыковки ОКА к ракете-носителю и в течение всего атмосферного участка активного участка траектории (АУТ). Поэтому актуальной является задача разработки головного блока для космической ракеты-носителя, позволяющего обеспечить автономную наземную эксплуатацию ОКА в среде высокочистого газа, позволяющего пристыковать к ракете-носителю ОКА при одновременном обеспечении нахождения его в среде высокочистого газа, позволяющего защитить ОКА от воздействия атмосферы на АУТе, и актуальной является задача разработки технологии сборки головного блока с РН.

В качестве прототипа к заявляемому головному блоку ракеты рассматривается головной блок ракеты-носителя "Европа-1", состоящий из головного обтекателя и спутника (см. Пенцак И.Н. Теория полета и конструкция баллистических ракет. М. Машиностроение, 1974, стр.138-139, рис.7.5 [1]).

Технической задачей изобретения в части конструкции, также как и в части способа сборки головного блока с ракетой-носителем, является обеспечение защиты ОКА от внешних воздействий, как при автономной наземной эксплуатации, например при пристыковке к ракете-носителю, так и на АУТе при обеспечении отделения ОКА на внеатмосферном участке АУТ.

Поставленная в заявке техническая задача решается тем, что в известном головном блоке, содержащем головной обтекатель, выполненный в виде замкнутой с одного торца оболочки, со шпангоутом на другом незамкнутом ее торце, узел крепления головного блока к ракете и узлы крепления полезного груза к головному блоку, согласно изобретению, головной блок снабжен адаптером, жестко скрепленным с ним со стороны незамкнутого торца оболочки головного обтекателя, при этом узлы крепления полезного груза размещены на адаптере, а узел крепления к ракете скреплен с головным обтекателем.

Частные признаки, характеризующие конструкцию головного блока.

Он снабжен узлом герметизации внутренней полости головного блока.

Узел крепления головного блока к ракете выполнен в виде перестыковочного кольца, жестко скрепленного одним своим торцом посредством узлов крепления со шпангоутом оболочки головного обтекателя, при этом на противоположном торце перестыковочного кольца выполнены отверстия для стыковки с ракетой.

Узлы крепления перестыковочного кольца со шпангоутом оболочки головного обтекателя выполнены распадающимися.

Узлы крепления перестыковочного кольца со шпангоутом оболочки головного обтекателя выполнены в виде кронштейнов, скрепленных соответственно с боковыми наружными поверхностями шпангоута оболочки головного обтекателя и перестыковочного кольца, размещенных оппозитно друг другу и скрепленных между собой посредством разрывных болтов.

Адаптер скреплен с торцом перестыковочного кольца, противоположным торцу крепления со шпангоутом оболочки головного обтекателя.

Адаптер выполнен в виде силовой оболочки с двумя торцовыми шпангоутами, при этом адаптер скреплен с перестыковочным кольцом своим задним шпангоутом узлами крепления, размещенными по периметру, внутреннему по отношению к отверстиям крепления головного блока к ракете, выполненными на этом же торце перестыковочного кольца, а силовая оболочка адаптера с его передним шпангоутом обращены внутрь объема оболочки головного обтекателя.

Узлы крепления полезного груза размещены на переднем шпангоуте силовой оболочки адаптера.

Узлы крепления полезного груза выполнены распадающимися.

Узлы крепления перестыковочного кольца к шпангоуту оболочки головного блока и узлы крепления адаптера к перестыковочному кольцу выполнены герметичными, а узлы герметизации внутренней полости головного блока выполнены в виде днища, герметично скрепленным с головным блоком.

В качестве аналога для заявляемого способа выбран способ пристыковки головной части (полезного груза) к тактической ракете "Капрал" (см. В.П.Михайлов, Г. А. Назаров. Развитие техники пуска ракет. ВОИЗ МО СССР, М. 1976, стр.80 [2]). Существо известного способа состоит в том, что ракету (без головной части) транспортируют со склада на проверочную площадку, она укладывается на стеллажи для проверки ее механического и электрического оборудования. После проверки ракета транспортируется на площадку обслуживания для заправки топливом и пристыковки головной части.

Недостатком известного способа является то, что в нем отсутствуют указания по стыковке полезного груза совместно с головным обтекателем, обеспечивающего создание полезному грузу требуемой защитной газовой среды.

В качестве прототипа выбран способ сборки головного блока ракеты "Европа-1", состоящего из головного обтекателя и спутника (см. И.Н.Пенцак. Теория полета и конструкция баллистических ракет. М. Машиностроение, 1974, стр.138-139, рис.7.5 [1]).

Существо способа, принятого за прототип, заключается в том, что сначала к ракете-носителю пристыковывают спутник (полезный груз), а затем к ракете-носителю пристыковывают головной обтекатель. Технической задачей, решаемой заявляемым способом, является создание технологии сборки головного блока с ракетой-носителем, в результате которой обеспечивается защита космического аппарата высокочистой газовой средой.

Указанная техническая задача решается тем, что в известном способе сборки головного блока ракеты, основанном на том, что ракете-носителю пристыковывают элементы головного блока полезный груз и головной обтекатель, согласно изобретению, перед пристыковкой головного блока ракеты к ракете-носителю сначала пристыковывают полезный груз к адаптеру, после чего закрывают полезный груз замкнутым головным обтекателем и пристыковывают адаптер к головному обтекателю со стороны его открытого торца и собранный головной блок по торцу головного обтекателя пристыковывают к ракете-носителю.

Частные признаки, характеризующие способ сборки головного блока ракеты.

После пристыковки адаптера к головному обтекателю дополнительно герметизируют стык адаптера с головным обтекателем и стык полезного груза с адаптером.

После герметизации стыков адаптера с головным обтекателем стыка полезного груза с адаптером осуществляют замену газовой среды в полости головного блока на нейтральную газовую среду.

В качестве нейтральной газовой среды используют азот со степенью чистоты от 3600 частиц до 600 частиц в литре при соответствующих размерах частиц от 0,4 мк до 6 мк, при этом влажность 44% 46%
Днище герметично скреплено с силовой оболочкой адаптера. Днище герметично скреплено с передним шпангоутом адаптера. Адаптер выполнен в виде подкрепленной пластины.

Полезный груз размещен в полости головного обтекателя и скреплен с адаптером посредством узлов крепления полезного груза.

Днище снабжено герметичными узлами крепления с полезным грузом, а сами узлы крепления полезного груза к адаптеру выполнены герметичными.

На фиг. 1 изображен общий вид головного блока, пристыкованный к РН; на фиг.2 узел стыковки головного блока к РН, выноска I на фиг.1; на фиг.3 - распадающийся узел крепления головного обтекателя, выноска II на фиг.1; на фиг. 4 узел крепления полезного груза, выноска III на фиг.1; на фиг.5 общий вид полезного груза, пристыкованного к адаптеру; на фиг.6 общий вид головного блока перед пристыковкой к РН.

Конкретный вариант реализации конструкции головного блока РН.

Головной блок ракеты, пристыкованный к РН (фиг.1), для осуществления способа содержит полезный груз 1, головной обтекатель 2, выполненный в виде замкнутой с одного торца оболочки, со шпангоутом 3 (фиг.2) на другом незамкнутом ее торце, узел крепления 4 головного блока к ракете и узлы крепления 5 полезного груза 1 к головному блоку. Головной блок снабжен адаптером 6, жестко скрепленным с ним со стороны незамкнутого торца оболочки головного обтекателя 2, при этом узлы крепления 5 полезного груза 1 размещены на адаптере 6, а узел крепления 4 головного блока к ракете скреплен с головным обтекателем.

Головной блок ракеты снабжен узлом герметизации (фиг.2) внутренней полости головного блока, выполненным на основе деформируемых и уплотняющих прокладок 7, а узел крепления головного блока к ракете выполнен в виде перестыковочного кольца 8 (фиг.2, 3), жестко скрепленного одним своим торцом посредством узлов крепления 9 (фиг.1) со шпангоутом 3 оболочки головного обтекателя, при этом на противоположном торце перестыковочного кольца 8 выполнены отверстия для стыковки с ракетой, а узлы крепления 9 перестыковочного кольца 8 со шпангоутом 3 оболочки головного обтекателя выполнены распадающимися.

Узлы крепления 9 перестыковочного кольца 8 со шпангоутом 3 оболочки головного обтекателя выполнены в виде кронштейнов 10, скрепленных соответственно с боковыми наружными поверхностями шпангоута 3 оболочки головного обтекателя и перестыковочного кольца 8, размещенных оппозитно друг другу и скрепленных между собой посредством разрывных болтов 11 (фиг.3).

Адаптер 6 скреплен с торцом перестыковочного кольца 8, противоположным торцу крепления со шпангоутом оболочки головного обтекателя (фиг.1, 2).

Адаптер 6 выполнен в виде силовой оболочки с передним 12 (фиг.3) и задним 13 (фиг.2, 3) торцовыми шпангоутами, при этом адаптер скреплен с перестыковочным кольцом 8 своим задним шпангоутом узлами крепления 14 (фиг.2), размещенными по периметру, внутреннему по отношению к отверстиям крепления головного блока к ракете, выполненными на этом же торце перестыковочного кольца, а силовая оболочка адаптера с его передним шпангоутом обращены внутрь объема оболочки головного обтекателя.

Узлы крепления 5 полезного груза 1 размещены на переднем шпангоуте 12 силовой оболочки адаптера 6 и выполнены распадающимися (фиг.4), например безимпульсные замки. Узлы крепления перестыковочного кольца к шпангоуту оболочки головного блока и узлы крепления адаптера к перестыковочному кольцу выполнены герметичными, а узлы герметизации внутренней полости головного блока выполнены в виде днища 15, герметично скрепленным с головным блоком (фиг.3).

Варианты исполнения, не показанные на фигурах.

Днище герметично скреплено с силовой оболочкой адаптера. Днище герметично скреплено с передним шпангоутом адаптера. Адаптер выполнен в виде подкрепленной пластины. Полезный груз размещен в полости головного обтекателя и скреплен с адаптером посредством узлов крепления полезного груза. Днище снабжено герметичными узлами крепления с полезным грузом, а сами грузы крепления полезного груза к адаптеру выполнены герметичными.

Работает головной блок следующим образом.

По прибытии на космодром переходник-адаптер, обтекатель и космический аппарат передают в корпус подготовки. Космический аппарат после полного цикла его подготовки устанавливают на адаптере 6 (фиг.5), закрывают головным обтекателем 2 (фиг.6). После чего одним из известных способов меняют воздух на азот в объеме под обтекателем. Реализация конструктивно-технологического решения по созданию сборочного модуля (адаптер, ОКА, головной обтекатель) позволяет обеспечить сохранность элементов ОКА, обеспечить чистоту ОКА и его защиту от попаданий влаги, пыли и другого влияния окружающей среды, а также защитить окружающую среду от возможного влияния элементов ОКА, как при сборке указанного модуля, так и при его стыковке к РН.

При обеспечении определенных специфических условий (по температуре и влажности и других параметров) указанный сборочный модуль может быть помещен в изотермический контейнер с быстросъемными элементами фиксации модуля.

С использованием такого контейнера проводится транспортировка сборочного модуля КА на место и его пристыковка к РН.

Отделение ОКА в конце активного участка траектории осуществляют следующим образом. По команде от системы управления срабатывают разрывные болты 11, происходит их разрушение. Головной обтекатель отделяется от перестыковочного кольца 8, например, механическими толкателями (на фиг. не показано), затем срабатывают распадающиеся узлы крепления 5 ОКА с адаптером.

Предлагаемая конструкция головного блока позволяет решить поставленную в заявке техническую задачу, так как обеспечивает защиту ОКА в среде высокочистого газа как при наземной эксплуатации, при пристыковке к ракете-носителю, так и на активном участке траектории.

Изобретение относится к ракетно-космической технике и может быть использовано при проектировании головных блоков ракет, использующих для вывода на околоземную орбиту орбитальные космические аппараты. Технической задачей изобретения является обеспечение защиты от внешних воздействий при автономной наземной эксплуатации, при пристыковке к ракете-носителю, а также на активном участке траектории. Головной блок снабжен адаптером, жестко скрепленным со стороны незамкнутого торца оболочки головного обтекателя, при этом узлы крепления полезного груза размещены на адаптере, а узел крепления к ракете скреплен с головным обтекателем. В способе сборки головного блока перед пристыковкой к ракете-носителю сначала пристыковывают полезный груз к адаптеру, затем закрывают его головным обтекателем и пристыковывают адаптер к головному обтекателю со стороны открытого торца, и собранный головной блок по торцу головного обтекателя пристыковывают к ракете-носителю. 2 с. и 17 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Головной блок ракеты, содержащий полезный груз, головной обтекатель, выполненный в виде замкнутой с одного торца оболочки, со шпангоутом на другом незамкнутом ее торце, узел крепления головного блока к ракете и узлы крепления полезного груза к головному блоку, отличающийся тем, что головной блок снабжен адаптером, жестко скрепленным с ним со сторону незамкнутого торца оболочки головного обтекателя, при этом узлы крепления полезного груза размещены на адаптере, а узел крепления к ракете скреплен с головным обтекателем. 2. Блок по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен узлом герметизации внутренней полости головного блока. 3. Блок по п.1, отличающийся тем, что узел крепления головного блока к ракете выполнен в виде перестыковочного кольца, жестко скрепленного одним своим торцом посредством узлов крепления со шпангоутом оболочки головного обтекателя, при этом на противоположном торце перестыковочного кольца выполнены отверстия для стыковки с ракетой. 4. Блок по пп. 1 3, отличающийся тем, что узлы крепления перестыковочного кольца со шпангоутом оболочки головного обтекателя выполнены распадающимися. 5. Блок по пп. 1 4, отличающийся тем, что узлы крепления перестыковочного кольца со шпангоутом оболочки головного обтекателя выполнены в виде кронштейнов, скрепленных соответственно с боковыми наружными поверхностями шпангоута оболочки головного обтекателя и перестыковочного кольца, размещенных оппозитно друг другу и скрепленных между собой посредством разрывных болтов. 6. Блок по пп. 1 5, отличающийся тем, что адаптер скреплен с торцом перестыковочного кольца, противоположным торцу крепления со шпангоутом оболочки головного обтекателя. 7. Блок по пп. 1 6, отличающийся тем, что адаптер выполнен в виде силовой оболочки с двумя торцевыми шпангоутами, при этом адаптер скреплен с перестыковочным кольцом своим задним шпангоутом узлами крепления, размещенными по периметру, внутреннему по отношению к отверстиям крепления головного блока к ракете, выполненными на этом же торце перестыковочного кольца, а силовая оболочка адаптера с его передним шпангоутом обращены внутрь объема оболочки головного обтекателя. 8. Блок по пп. 1 и 6, отличающийся тем, что узлы крепления полезного груза размещены на переднем шпангоуте силовой оболочки адаптера. 9. Блок по пп. 1 и 8, отличающийся тем, что узлы крепления полезного груза выполнены распадающимися. 10. Блок по пп. 1, 3, 4 7, отличающийся тем, что узлы крепления перестыковочного кольца к шпангоуту оболочки головного блока и узлы крепления адаптера к перестыковочному кольцу выполнены герметичными, а узлы герметизации внутренней полости головного блока выполнены в виде днища, герметично скрепленного с головным блоком. 11. Блок по пп. 1 и 10, отличающийся тем, что днище герметично скреплено с силовой оболочкой адаптера. 12. Блок по пп. 1 и 10, отличающийся тем, что днище герметично скреплено с передним шпангоутом адаптера. 13. Блок по п. 1, отличающийся тем, что адаптер выполнен в виде подкрепленной пластины. 14. Блок по п. 1, отличающийся тем, что полезный груз размещен в полости головного обтекателя и скреплен с адаптером посредством узлов крепления полезного груза. 15. Блок по пп. 1 и 10, отличающийся тем, что днище снабжено герметичными узлами крепления с полезным грузом, а сами узлы крепления полезного груза к адаптеру выполнены герметичными. 16. Способ сборки головного блока ракеты, основанный на том, что к ракете-носителю пристыковывают элементы головного блока полезный груз и головной обтекатель, отличающийся тем, что перед стыковкой головного блока ракеты к ракете-носителю сначала пристыковывают полезный груз к адаптеру, после чего закрывают полезный груз замкнутым головным обтекателем и пристыковывают адаптер к головному обтекателю со стороны его открытого торца и собранный головной блок по торцу головного обтекателя пристыковывают к ракете-носителю. 17. Способ по п. 16, отличающийся тем, что после пристыковки адаптера к головному обтекателю дополнительно герметизируют стык адаптера с головным обтекателем и стык полезного груза с адаптером. 18. Способ по пп. 16 и 17, отличающийся тем, что после герметизации стыков адаптера с головным обтекателем стыка полезного груза с адаптером осуществляют замену газовой среды в полости головного блока на нейтральную газовую среду. 19. Способ по пп. 16 18, отличающийся тем, что в качестве нейтральной газовой среды используют азот со степенью чистоты от 3600 до 600 частиц в 1 л при соответствующих размерах частиц от 0,4 до 6 мкм, при этом влажность 44
46%