ПЕНЕТРАТОР ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ НЕБЕСНЫХ ТЕЛ Российский патент 1998 года по МПК B64G1/00 

Изобретение относится к области космической техники и может быть использовано при разработке космических аппаратов, предназначенных для проведения комплексных исследований грунта, района посадки и поверхности небесных тел.

Прототипом к предлагаемому изобретению является пенетратор для исследования поверхности небесных тел (журнал Aviation Week and Space Technology, 1987, 16/111, vol. 126, N 11, p. 24 - 27).

Этот пенетратор содержит носовую, внедряемую в грунт, и хвостовую, остающуюся на поверхности, части с размещенными в них блоками с экспериментальной и служебной аппаратурой, соединенными между собой кабельной связью, причем хвостовая часть размещена внутри внедряемой части с возможностью осевого перемещения и снабжена средством торможения хвостового элемента, выполненного в виде емкости с газом под давлением, размещенной между разными частями пенетратора, снабженный узлом разгерметизации и связанным с ним индикатором контакта внедряемой части с поверхностью, при этом пенетратор снабжен юбкой, выполненной в виде усеченного конуса, закрепленного своим меньшим основанием на внедряемой части с возможностью отделения, а хвостовая часть пенетратора выполнена в виде стакана с основанием, установленного коаксиально внедряемой части основанием наружу, причем диаметр основания стакана выполнен не меньше наружного диаметра внедряемой части, меньшее основание юбки снабжено днищем с центральной втулкой, охватывающей внедряемую часть пенетратора и снабженной буртиком, взаимодействующим с торцевой поверхностью внедряемой части.

Недостатком этого пенетратора является то, что при внедрении в поверхность он имеет высокое положение центра масс, в нем возникают обратные перегрузки, не используются амортизационные свойства грунта, а перегрузки на аппаратуре хвостовой части действуют длительное время.

Задачей изобретения является повышение надежности пенетратора за счет снижения центра масс пенетратора при внедрении в грунт, снижения времени действия перегрузок и использования амортизационных свойств грунта.

Поставленная задача решается за счет того, что в известном пенетраторе центральная втулка юбки, охватывающая внедряемую часть пенетратора, снабжена цилиндрической оболочкой с каналами для протока газа и установленными в ней подвижным поршнем и ограничителями перемещения хвостовой части, при этом емкость газа под давлением размещена в хвостовой части и соединена каналами для протока газа с полостью между поршнем и хвостовой частью.

На фиг. 1 изображен пенетратор, общий вид; на фиг. 2 - положение его частей при соударении с поверхностью.

Пенетратор состоит из внедряемой носовой части 1 с расположенной в нем исследовательской аппаратурой, внутри внедряемой части установлена разделенная на подвижный поршень 2 и приборный отсек 3 остающаяся на поверхности хвостовая часть с научной и служебной аппаратурой.

Подвижный поршень, приборный отсек и внедряемая носовая часть связаны между собой кабельной связью 4 фиксированной длины. Пенетратор снабжен юбкой 5, меньшее основание юбки снабжено днищем с центральной втулкой 6, центральная втулка 6 соединена с внедряемой частью 1 шпильками 7, а с юбкой 5 цилиндрической оболочкой 8.

В юбке 5 расположена емкость с газом 9, которая через клапан 10 и каналы 11 соединена с полостью 12. В цилиндрической оболочке 8 установлены ограничители перемещения 13 (например, разрезные кольца) с кольцами 14 и шпильки 15, крепящие приборный отсек 3 через буртик 16 к цилиндрической оболочке 8, а во внедряемой части установлено контактное устройство 17.

Пенетратор работает следующим образом.

При касании контактным устройством 17 поверхности дается команда на открытие клапана 10 и через каналы 11 газ поступает в полость 12.

От давления газа в полости 12 поршень 2 движется вниз, при этом срезаются шпильки 7, и выталкивается внедряемая часть 1 из центральной втулки 6, при этом поршень 2 упирается в днище втулки 6. От давления газа срезаются и шпильки 15, а приборный отсек 3 начинает тормозиться, перемещаясь в верхнее положение, при этом буртиком 16 сдвигаются кольца 14, освобождая ограничители перемещения 13.

В связи с тем, что существует разброс по скоростям соударения пенетратора с поверхностью, т.е. имеется минимальная скорость соударения и максимальная скорость соударения, то начальное давление в полости 12 подбирается таким образом, чтобы приборный отсек 3 затормозился и остановился в верхнем положении при минимальной скорости соударения.

В случае же соударения с максимальной скоростью приборный отсек 3 из верхнего положения опять перемещается в нижнее, при этом ограничители перемещения 13 из-за скосов на их внутренней поверхности (вынос 1) не мешает передвижению отсека 3 в нижнее положение и гашению всей энергии при соударении. Однако при движении приборного отсека 3 в нижнее положение давление в полости 12 повышается и поднимает приборный отсек 3 до тех пор, пока буртик 16 не упрется в торцевую поверхность ограничителя 13. Этим предотвращается выталкивание приборного отсека из юбки и исключаются обратные перегрузки на приборном отсеке из-за выброса сжатым газом.

Использование изобретения при исследовании поверхности, грунта и района посадки небесных тел позволит повысить надежность работы исследовательской и служебной аппаратуры пенетратора после его соударения с поверхностью.

Это достигается тем, что при соударении внедряемой части с поверхностью, она уже отделена от хвостовой части, и положение ее центра масс снижается, что уменьшает возможность рекошетирования и опрокидывания пенетратора, то же самое происходит с хвостовой частью, т.е. происходит процесс внедрения двух отдельных частей пенетратора, положение центров масс которых ниже положения центра масс неразделенного пенетратора.

Как показывают расчеты и испытания, при скоростях соударения 100 м/с и величине заглубления носовой части более 1,5 м, необходимой для работы исследовательской аппаратуры в грунте (при меньшем заглублении исследовательская аппаратура может не контактировать с грунтом), перегрузки на аппаратуре носовой части находятся в допустимых пределах, т.е. нет смысла снижать перегрузки на носовой части, так как при значительной глубине внедрения за счет амортизации грунтом перегрузки в носовой части меньше перегрузок на хвостовой части с использованием амортизации.

Таким образом, произведя торможение только аппаратуры хвостовой части, можно понизить давление, необходимое для торможения аппаратуры хвостовой части, которое снизит перегрузки на аппаратуре и повысит надежность ее работы или при тех же расчетных перегрузках можно уменьшить ход на амортизацию, что сократит длину пенетратора и увеличит отношение веса полезной нагрузки к весу всего пенетратора.

Наличие ограничителей перемещения хвостовой части при соударении пенетратора с поверхностью предотвращает выброс из хвостовой части тормозимого приборного отсека, а также снижает время действия на нем перегрузок, что также повышает надежность работы аппаратуры пенетратора при соударении его с поверхностью.

Изобретение относится к космической технике и направлено на повышение надежности пенетратора (П) за счет понижения его центра масс при внедрении в грунт, снижения времени действия перегрузок и использования амортизационных свойств грунта. П содержит разделяемые носовой, внедряемый в грунт, и хвостовой, остающийся на поверхности, элементы с размещенными в них отсеками экспериментальной и служебной аппаратуры, соединенными кабельной связью. Средство торможения хвостового элемента (ХЭ) выполнено в виде полости под давлением между разделяемыми элементами П. ХЭ имеет обечайку для установки в ней приборного отсека и аэродинамическую поверхность в виде усеченного конуса, с меньшим основанием которого жестко связана данная обечайка. Приборный отсек и носовой элемент П размещены в обечайке ХЭ с возможностью осевого перемещения и образования между ними полости, в которой установлен поршень, взаимодействующий с носовым элементом; эта полость сообщена с газовой емкостью каналом, выполненным в обечайке, а обечайка снабжена ограничителями хода приборного отсека и поршня. 2 ил.

Пенетратор для исследования поверхности небесных тел, содержащий разделяемые носовой, внедряемый в грунт, и хвостовой, остающийся на поверхности, элементы с размещенными в них приборными отсеками с экспериментальной и служебной аппаратурой, соединенными между собой кабельной связью, средство торможения хвостового элемента, выполненное в виде полости между разделяемыми элементами пенетратора, сообщенной с емкостью с газом под давлением, причем хвостовой элемент включает в себя цилиндрическую часть для размещения приборного отсека и аэродинамическую поверхность, выполненную в виде усеченного конуса, отличающийся тем, что цилиндрическая часть хвостового элемента выполнена в виде обечайки, жестко связанной с меньшим основанием усеченного конуса, приборный отсек и носовой элемент пенетратора размещены в обечайке хвостового элемента с возможностью осевого перемещения с образованием между ними полости, пенетратор снабжен поршнем, размещенным в указанной полости и взаимодействующим с носовым элементом, причем полость сообщена с емкостью с газом посредством канала, выполненного в стенке обечайки, а обечайка снабжена ограничителями хода приборного отсека и поршня.