КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ С СИСТЕМОЙ ОПЕРАТИВНОЙ ДОСТАВКИ ИНФОРМАЦИИ НА ЗЕМЛЮ Российский патент 1997 года по МПК B64G1/00 B64G1/62 

Изобретение относится к области космической техники и может быть использовано на космических аппаратах (КА), предназначенных для исследования природных ресурсов Земли, КА системы спасения терпящих бедствие на море или суше людей и КА космической системы обнаружения пожаров, когда полученная на борту КА информация должна быть оперативно доставлена на Землю.

Известно устройство, размещаемое на космических орбитальных платформах и содержащее контейнер (отсек) с двумя типами ракетных модулей, состоящих из контейнеров для полезных грузов (аппаратуры и др.) и ракетных ступеней разгона, отличающихся запасами топлива. При этом ракетные модули подвешены в отсеке на направляющих. Устройство предназначено для доставки полезных грузов в различные районы космического пространства (см. например, выпуск ЦИВТИ, 1987 г. N 1485, стр. 158).

К недостаткам устройства относятся:
ограниченные возможности увеличения дальности доставки полезных грузов (всего 2 варианта);
невозможность использовать один из типов ракетных модулей, если требуемая дальность доставки превышает энергетические возможности меньших модулей;
невозможность увеличить дальность доставки сверх располагаемых возможностей больших модулей.

Известна двигательная установка для космических ракет и аппаратов, состоящая из жидкостных ракетных двигателей модулей, устанавливаемая на первой и второй ступенях ракеты-носителя (см. например, М.В.Добровольский "Жидкостные ракетные двигатели", М. 1968 г. стр. 7, рис. 1.3).

Недостатком этой двигательной установки (ДУ) является то, что она используется по своему прямому назначению, а именно для разгона ракеты или КА, на которых она размещена. Модули ДУ, устанавливаемые на ракете или ее ступенях, используются только в одной связке, но не по отдельности и не в различных сочетаниях.

Известен ближайший аналог изобретения, а именно КА для наблюдения за земной поверхностью, содержащий отсек для хранения контейнеров с полезной нагрузкой (ПН) в виде отснятой фотопленки, снабженных тормозными двигательными установками (ТДУ) или ракетными модулями для спуска с орбиты (см. например, "Зарубежные космические системы", обзор-справочник, издание ГОНТИ-1, декабрь 1988 г. стр. 177 или бюллетень "Ракетная и космическая техника" N 1 за 1979 г. стр. 3).

К недостаткам таких контейнеров относятся ограниченные энергетические возможности ТДУ (ракетных модулей), обеспечивающих только торможение контейнеров для спуска с орбиты и приземление в плоскости орбиты спутника. Энергетические возможности ТДУ не позволяют выполнять маневры по доставке контейнеров на другие спутники или на полигоны, отстоящие от плоскости орбиты. Это устройство принято за прототип.

Техническим результатом, который может быть достигнут при реализации предлагаемого изобретения, является устранение указанных недостатков и за счет этого достижение существенного увеличения энергетических возможностей по доставке полезной нагрузки в различных комбинациях на Землю (от одной ПН до полного комплекта ПН), используя внутренние энергетические ресурсы КА - энергетику неотработавших модулей двигательных установок маневров и коррекции орбиты (ДУМК) и при этом не ухудшая эффективности КА в целом.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном КА с системой оперативной доставки информации на Землю, содержащем отсек для хранения контейнеров, контейнеры с пленкой, снабженные тормозными двигательными установками, направляющие, узлы крепления контейнеров на направляющих, отсек хранения контейнеров выполнен объединенным с отсеком двигательной установки маневров и коррекции орбиты (ДУМК) аппарата-носителя капсул с информацией, ДУМК выполнена модульная, и ее модули установлены тандемом и соосно с капсулами на одних с ними направляющих, тормозные двигательные установки капсул выполнены в виде комбинированных установок маневров, причаливания и торможения, причем капсулы соединены с модулями с помощью стыковочных узлов, снабженных приводами расстыковки.

В предпочтительном варианте реализации изобретения на КА между капсулами и модулями установлен разделительный элемент, а модули смещены своими осями относительно осей контейнеров и подвешены на индивидуальных направляющих, причем в разделительном элементе выполнены отверстия, к которым примыкают газоотводные каналы, расположенные между модулями.

В другом возможном варианте частной реализации изобретения разделительный элемент выполнен в виде вложенных друг в друга секций, соединенных между собой стыковочными узлами с приводами расстыковки, за разделительным элементом установлена мембрана пускового контейнера, выполненная в виде решетки, к которой прикреплены направляющие контейнеров и модулей, а модули продеты в ячейки решетки, причем секции разделительного элемента соединены с мембраной с помощью стыковочных узлов, снабженных приводами разделения.

В частном варианте конструктивного исполнения вышеуказанных узлов секции разделительного элемента выполнены в виде отдельных секторов, каждый из которых состыкован со смежными секторами стыковочными узлами, снабженными приводами расстыковки, причем к каждому сектору подстыковано не менее одного модуля. Наконец, в предпочтительном варианте исполнения КА, по изобретению, модули соединены с разделительным элементом шарнирно и снабжены приводами поворота продольных осей модулей в центре масс разгоняемой модулями связки контейнеров и модулей, а диаметрально расположенные сектора каждой секции соединены между собой перемычкой, снабженной узлами стыковки с секторами.

Сущность изобретения поясняется нижеследующими графическими материалами, где приведены и проиллюстрированы предпочтительные варианты реализации настоящего изобретения.

На фиг. 1 показан общий вид объединенного отсека, фрагмент контейнеров и модулей ДУМК; на фиг. 2 соединение решетки с кольцевым разделительным элементом; на фиг. 3 конфигурация решетки; на фиг. 4 соединение колец разделительного элемента между собой; на фиг. 5 вариант деления разделительных колец на сектора; на фиг. 6 соединение перемычками противоположно расположенным секторам; на фиг. 7 вариант шарнирной подвески ДУМК.

Пусковой отсек 1 (фиг. 1) выполнен в форме тора, в нем размещены спускаемые контейнеры 2, расположенные в два круговых яруса. Контейнеры подвешены на индивидуальных направляющих 3 и фиксируются с помощью стыковочных узлов 4, снабженных проводами их расцепки. За контейнерами размещены два кольцеобразных элемента 5 и 6, с которыми они состыкованы с помощью узлов 7. Оба разделительных элемента 5 и 6 состыкованы друг с другом узлами 8 (фиг. 4). Кольцевые элементы соединены также с мембраной 9 (фиг. 1-3), выполненной в виде решетки, которая соединяет обе обечайки отсека и выполняет функцию элемента подкрепления отсека. Соединение решетки с кольцевым элементом осуществлено с помощью стыковочных узлов 10 (фиг. 2).

С другой стороны к кольцевым элементам 5 и 6 подстыкованы модули 11 ДУМК (фиг. 1) с помощью стыковочных узлов 12. Подвеска модулей 11 к индивидуальным направляющим 13, проходящим по всей длине отсека 1, осуществлена с помощью узлов 14. За решеткой 9 (фиг. 3) видны модули 11 ДУМК, которые продеты в ячейки решетки.

В пространстве между модулями 11 размещены газоотводные каналы 15 (фиг. 2), которые прижаты к элементу 5 и могут быть к нему прикреплены. Такие же каналы установлены между модулями внутреннего яруса. Разделительные кольца 5 и 6 могут быть выполнены из отдельных секторов 21, состыкованных между собой с помощью узлов 16 (фиг. 5) и соединены с диаметрально противоположными секторами перемычками 17 и 18, которые имеют изгиб различной конфигурации, чтобы не мешать друг другу в месте пересечения с другими перемычками (см. фиг. 6). Чтобы иметь возможность запускать контейнеры и модули каждого сектора по отдельности, перемычки соединены с секторами через стыковочные узлы 19, снабженные приводами расстыковки (см. фиг. 5 и 6). Установка перемычек позволяет разгонять контейнеры двух секторов с помощью даже одного модуля ДУМК (фиг. 7). Каждый контейнер состоит из отсека с заснятой пленкой и отсека ТДУ 22 (фиг. 1).

Таким образом, контейнеры и модули в исходном состоянии подвешены на направляющих и одновременно закреплены на разделительном элементе.

КА функционирует следующим образом.

С целью повышения энергетики спускаемых на Землю контейнеров, например, для оперативной доставки информации о лесном пожаре на полигон, который удален от трассы КА на такое расстояние, что энергетических возможностей ТДУ недостаточно для требуемых маневров по спуску контейнеров на полигон, бортовой вычислительной комплекс КА определяет, какое количество модулей ДУМК должно быть подстыковано к спускаемому контейнеру (или к нескольким спускаемым контейнерам). Если спускается один контейнер и используется один модуль ДУМК для выполнения маневров и торможения перед спуском, то целесообразна реализация устройства по схеме, изложенной в п. 1 формулы. Производится расстыковка узлов, фиксирующих на направляющей контейнер и состыкованный с ним модуль, и включается двигатель модуля. При этом происходит разгон связки и сход ее с направляющей.

Если энергетики одного модуля недостаточно, а требуется энергетика двух модулей, то устройство работает по схеме, приведенной на фиг. 5. Перед пуском контейнера производится расстыковка замков узлов 16 и 19 того сектора, к которому подстыкован спускаемый контейнер, например 2, и разгоняющие модули 11 одной из секций разделительного элемента, при этом также расстыковываются замки узлов 8 (фиг. 4) разгоняемого сектора, если они предусмотрены в конструкции, после чего включаются синхронно двигатели обоих модулей 11 и связка сходит с направляющих, разгоняется и затем тормозит для маневра и спуска с орбиты.

Для применения оставшихся неиспользованными от выполнения штатных операций модулей ДУМК для разгона контейнеров одного или двух колец могут быть осуществлены разнообразные варианты, но при этом должно быть выполнено одно условие: вектор тяги (суммарный) работающих двигателей модулей не должен создавать возмущающего момента относительно центра масс разгоняемой системы контейнеров и модулей. Устройство позволяет осуществлять множество различных комбинаций: от разгона одного контейнера одним модулем до разгона одного или всех контейнеров одним или всеми модулями.

Для разгона симметричной связки контейнеров одним модулем или несимметричной связки контейнеров используются модули, снабженные поворотным приводом. Применение привода позволяет осуществлять сочетание модулей для разгона, создающее из-за несимметричной тяги модулей возмущающий момент. Привод 20 (фиг. 7) осуществляет поворот модулей 11 в радиальных плоскостях, проходящих через ось симметрии отсека, что позволяет направить вектор тяги работающих двигателей модулей в центр масс системы (положение модуля 11а). Если секции разделительного элемента выполнены раздельными в виде секторов 21 (фиг. 5), то помимо разгона контейнеров, подстыкованных к каждому сектору 21, с помощью модулей, подстыкованных к этому же сектору, при наличии перемычек 17 и 18 (фиг. 5 и 6) возможен разгон контейнеров и с помощью модулей противоположного сектора.

При малом числе контейнеров в секторе их разгон возможен двумя модулями ДУМК без приводов поворота, как это показано на фиг. 5. Разгон двух соседних секторов 21, соединенных узлами 16, уже требует поворота модулей.

При необходимости разгона, например, всех контейнеров всего двумя модулями устройство функционирует следующим образом. Разделительные элементы 5 и 6 (фиг. 1) отстыковываются от решетки 9 путем подачи команд на стыковочные узлы 10 (фиг.2), после чего включаются двигатели двух противоположно расположенных модулей, одновременно с этим открываются замки узлов подвески 4 и 14 контейнеров 2 и модулей 11 (фиг. 1) на направляющих 3 и 13 и происходит разгон и сход с направляющих всей связки контейнеров. После завершения работы двигателей ДУМК они отделяются от контейнеров вместе с разделительным элементом и контейнеры продолжают полет самостоятельно. Двигатели контейнеров могут включаться как в пусковом отсеке, так и после выхода из него или после отстыковки отработавших модулей.

Использование: в области космической техники; на космических аппаратах (КА) для исследования ресурсов Земли, с системами спасения терпящих бедствие на море и на суше, обнаружения пожаров и т.п. Сущность изобретения: на борту КА отсек капсул с информацией выполнен объединенным с двигательной установкой (ДУ) маневров и коррекции КА, при этом ДУ содержит модули, установленные тандемно и соосно с капсулами на общих с ними направляющих. В данном отсеке может быть установлен разделительный элемент, например, в виде вложенных друг в друга секций, соединенных стыковочными узлами, причем секции выполнены из секторов, к каждому из которых подсоединено не менее одного модуля ДУ. Разделительный элемент может быть связан с мембраной в виде решетки, к которой прикреплены направляющие контейнеров и модулей ДУ. КА позволяет реализовать множество комбинаций доставки информации: одного (нескольких или всех) контейнеров с информацией, запускаемых с борта КА одним (несколькими или всеми) модулями ДУ. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Космический аппарат с системой оперативной доставки информации на Землю, содержащий отсек двигательной установки маневров и коррекции орбиты, отсек хранения контейнеров, контейнеры с пленкой, снабженные тормозными двигательными установками, направляющие, узлы крепления контейнеров на направляющих, отличающийся тем, что отсек хранения контейнеров выполнен объединенным с отсеком двигательной установки маневров и коррекции, а сама установка выполена модульной и ее модули установлены тандемом и соосно с контейнерами на одних с ними направляющих, причем контейнеры соединены с модулями при помощи стыковочных узлов, снабженных приводами расстыковки. 2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что между контейнерами и модулями установлен разделительный элемент, а модули смещены своими осями относительно осей контейнеров и подвешены на индивидуальных направляющих, причем в разделительном элементе выполнены отверстия, к которым примыкают газоотводные каналы, расположенные между модулями. 3. Аппарат по пп.1 и 2, отличающийся тем, что разделительный элемент выполнен в виде вложенных друг в друга секций, соединенных между собой стыковочными узлами с приводами расстыковки, за разделительным элементом установлена мембрана отсека хранения контейнеров, выполненная в виде решетки, к которой прикреплены направляющие контейнеров и модулей, а модули продеты в ячейки решетки, причем секции разделительного элемента соединены с мембраной с помощью стыковочных узлов, снабженных приводами разделения. 4. Аппарат по пп.1 3, отличающийся тем, что секции разделительного элемента выполнены в виде отдельных секторов, каждый из которых состыкован со смежными секторами стыковочными узлами, снабженными приводами расстыковки, причем к каждому сектору пристыковано не менее одного модуля. 5. Аппарат по пп.1 4, отличающийся тем, что модули соединены с разделительным элементом шарнирно и снабжены приводами поворота продольных осей модулей в центре масс разгоняемой модулями связки контейнеров и модулей, а диаметрально расположенные сектора каждой секции соединены между собой перемычкой, снабженной узлами стыковки с секторами.