СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ СПАСАЕМОГО КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА Российский патент 1999 года по МПК B64G1/62 

Изобретение относится к области космической техники и преимущественно может быть использовано при эксплуатации орбитальных спасаемых аппаратов, запускаемых в космос и верхние слои атмосферы с малой полезной нагрузкой (массой до 1 тонны).

В современной ракетно-космической технике (в плане конверсии оборонной промышленности) получила развитие программа использования снятых с вооружения ракет после их переоборудования в исследовательские и коммерческие ракеты-носители космических аппаратов (см., например, И.И.Величко "Мечи на орала", Авиация и космонавтика. ISSN 0373-9821, N 5, 1993 г.). Государственный ракетный центр "КБ им. академика В.П.Макеева", являясь головным разработчиком баллистических ракет для подводных лодок (БРПЛ), модифицирует БРПЛ в легкие ракеты-носители, способные выносить в космос и верхние слои атмосферы полезную нагрузку массой до 1 т.

В качестве полезной нагрузки ГРЦ разработан ряд космических спускаемых аппаратов ("Спринт", "Эфир", "Чиж", "Бумеранг"), в конструкцию которых заложены научно-технические достижения боевого оснащения БРПЛ, при этом срок активного существования в космосе в зависимости от решаемых задач у различных аппаратов может быть от нескольких десятков минут (аппараты "Эфир", "Спринт") до нескольких десятков суток (аппараты "Чиж", "Бумеранг").

Приземление аппаратов осуществляется как с помощью парашютных систем (аппараты "Спринт", "Эфир", "Бумеранг"), так и с помощью специальных двигательных установок (аппарат "Чиж" ).

В настоящее время практически все КБ, занимающиеся созданием стратегических ракет, стремяться освоить технологии, использующие кратковременную невесомость. Так, Государственный ракетный центр "КБ им. академика В.П.Макеева" с помощью модифицированной БРПЛ, получившей название "Зыбь", выводит разработанные совместно с НПО "Композит" и Центром космической биотехнологии на близкие к вертикали баллистические траектории с уровнем микрогравитации (10^-4)_g и продолжительностью действия невесомости 17 минут спасаемые модули:
- "Спринт" массой 450 кг с размещенной в нем установкой для обработки процессов получения полупроводниковых материалов с улучшенной кристаллической структурой сверхпроводящих сплавов и других материалов;
- "Эфир" массой 650 кг для отработки технологии очистки биологических препаратов и промышленного получения методом электрофореза особо чистых биологических и медицинских препаратов.

В конце 1991 г. на северном полигоне ВМФ был проведен первый экспериментальный пуск ракеты "Зыбь" с технологическим модулем "Спринт", в декабре 1992 г. с подводной лодки тихоокеанского флота осуществлен запуск ракеты "Зыбь" с биотехнологическим модулем "Эфир". Система спасения сработала нормально, служба поиска обнаружила модуль и доставила его на базу. При необходимости увеличения времени пребывания модулей "Спринт", "Эфир" в условиях невесомости до 30 минут и объема технологического оборудования для их запуска с подводных лодок могут быть использованы более мощные переоборудованные ракеты "Высота" и "Волна".

Государственный ракетный центр "КБ им. академика В.П.Макеева" разрабатывает перспективные орбитальные спасаемые модули "Бумеранг" и "Чиж", выводимые на низкие орбиты более мощными ракетными системами ("Штиль-1Н", "Штиль-2Н", "Штиль-3А"), при этом аппараты имеют срок активного существования на орбите до нескольких десятков суток.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному способу и выбранным в качестве прототипа является способ эксплуатации спасаемого космического аппарата, включающий выведение аппарата в космическое пространство с фиксированным сроком активного существования аппарата в космосе, спуск и мягкое приземление с помощью системы спасения аппарата, обнаружение аппарата системами поиска и доставку его на базу (см. П.Бузаев "Эксперимент "Медуза", ISSN 0373 - 9821, "Авиация и космонавтика" N 5, 1993 г., стр. 44).

При разработке биотехнологических спасаемых аппаратов, как правило, предъявляются жесткие требования ко времени обнаружения аппаратов и доставке их на базу. Жесткие требования обусловлены ограниченными возможностями системы терморегулирования биопродукции аппаратов.

Проведенный в конце 1991 г. на северном полигоне ВМФ первый экспериментальный пуск ракеты "Зыбь" с технологическим аппаратом "Спринт" дал негативный результат по точности приведения аппарата в заданный район приземления, в результате чего аппарат был обнаружен спустя несколько месяцев после спуска. Проведенные в результате исследования показали, что существует ярко выраженная нелинейная (параболическая) зависимость между отклонениями точек приземления спасаемого аппарата и сезонным временем спуска аппарата на Землю.

Эта взаимозависимость обусловлена сезонными вариациями термодинамических параметров атмосферы. В известном способе в процессе эксплуатации аппарата спуск на землю был осуществлен без учета вышеназванной зависимости точек отклонения приземления аппарата от сезонного времени спуска, который пришелся на пик возможного отклонения аппарата от расчетной точки приземления. В этом и состоит недостаток известного способа эксплуатации спасаемого космического аппарата.

Целью настоящего изобретения является повышение оперативности поиска и доставки приземлившегося аппарата на базу путем минимизации сезонных отклонений точки приземления аппарата от расчетных значений.

Поставленная цель достигается тем, что в способе эксплуатации спускаемого космического аппарата, включающем выведение аппарата в космическое пространство с фиксированным сроком активного существования аппарата в космосе, спуск и мягкое приземление с помощью системы спасения аппарата, обнаружение аппарата системами поиска и доставку его на базу, до старта аппарата в космос по баллистическим соотношениям определяют сезон, месяц и декаду, в которых вариации термодинамических параметров атмосферы оказывают минимально возможное влияние на расстояние точек приземления аппарата в заданном районе посадки, в зависимости от решаемых научно-технических задач задают время активного существования аппарата в космосе, выводят аппарат в космос по времени так, чтобы после окончания активного существования в космосе спуск аппарата осуществлялся в сезонно-временном интервале с минимально возможным отклонениям точки приземления аппарата от расчетного значения.

Наличие отличительных признаков по сравнению с прототипом подтверждает новизну заявляемого способа.

Среди известных технических решений не обнаружены существенные признаки, сходные с признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа, поэтому оно удовлетворяет критерию "существенные отличия".

Совокупность существенных признаков предложенного способа обеспечивает минимизацию возможного отклонения аппарата от расчетной точки приземления, что позволяет достигнуть цели изобретения - повышения оперативности поиска и доставки приземлившегося аппарата на базу.

На чертеже представлена сезонно-временная зависимость систематических (δL_сист) и случайных (δL_сл) отклонений от расчетного значения точек приземления орбитального спасаемого аппарата "Бумеранг", разрабатываемого в ГРЦ "КБ им. академика В.П.Макеева".

Основные параметры аппарата "Бумеранг", необходимые для построения кривых сезонно-временной зависимости отклонений точек приземления аппарата, приведены в таблице.

Примечания.

1. В таблице приведены основные параметры, влияющие на рассеивание точек приземления аппарата.

2. Оценка отклонения точек приземления аппарата "Бумеранг", обусловленных систематическими и случайными сезонно-широтными вариациями термодинамических параметров атмосферы, показала, что минимальное рассеивание точек приземления аппарата реализуется весной-осенью (май-сентябрь), а максимальные - зимой-летом (январь-июнь). Таким образом, наиболее благоприятным по условиям поиска приземлившегося аппарата (при заданном времени активного существования в космосе 0,5 - 2 месяца) является старт в мае или сентябре, а также а марте или в июле при сроках активного существования в космосе 0,5 - 2 месяца соответственно. С учетом декады сроки могут быть уточнены в пределах месяца. Следует отметить, что при старте аппарата в указанные сроки систематическая составляющая отклонений аппарата (δL_сист.) при приземлении практически отсутствует, что существенно облегчает его поиск.

При реализации предложенного способа эксплуатации спасаемого космического аппарата предлагается следующая последовательность действий:
- до старта аппарата в космос в зависимости от решаемых научно-технических задач определяют необходимое время активного существования аппарата в космосе;
- определяют район и расчетные координаты (широту и долготу) точки посадки аппарата по окончании времени активного существования;
- по баллистическим соотношениям определяют диапазон возможных отклонений точек приземления аппарата в зависимости от сезонных систематических и случайных отклонений термодинамических аппаратов атмосферы от их номинальных значений;
- определяют сезон, месяц и декаду, в которых систематическое отклонение термодинамических параметров атмосферы не влияет на отношение точек приземления аппарата от расчетных значений, и выбирают эти времена в качестве времени приземления аппарата;
- вычитают от выбранного времени приземления аппарата время его активного существования в космосе и назначают результирующее время в качестве времени старта аппарата в космос;
- осуществляют вывод аппарата в космос в соответствии с выбранным временем старта.

Предложенный способ эксплуатации спасаемого космического аппарата по сравнению с известным за счет предельно-возможной минимизации отклонения точек приземления аппарата относительно заданной позволяет повысить оперативность поиска аппарата (как показали экспериментальные пуски ракеты "Зыбь", где поиск осуществляется в течение нескольких часов) и своевременно доставить приземлившийся аппарат на базу.

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано применительно к спускаемым космическим аппаратам (КА), запускаемым в качестве малых полезных нагрузок (до 1 т) с помощью легких ракет-носителей. Согласно изобретению до старта КА прогнозируют по баллистическим соотношениям сезонно-временной интервал с минимальным влиянием термодинамических параметров атмосферы на рассеивание точек приземления КА; исходя из решаемых научно-технических задач задают время активного существования КА в космосе, выводят КА на орбиту по времени так, чтобы конец его активного существования приходился как раз на вышеуказанный сезонно-временной интервал. Способ обеспечивает повышенную оперативность поиска приземлившегося КА и его доставки на базу, уменьшая потери получаемой с помощью КА информации. 1 ил., 1 табл.

Способ эксплуатации спасаемого космического аппарата, включающий выведение аппарата в космическое пространство с фиксированным сроком существования аппарата в космосе, спуск и мягкое приземление аппарата с помощью системы спасения, обнаружение аппарата системами поиска и доставку аппарата на базу, отличающийся тем, что до старта аппарата в космос по баллистическим соотношениям определяют сезон, месяц и декаду, в которые термодинамические параметры атмосферы оказывают минимально возможное влияние на рассеивание точек приземления аппарата в заданном районе посадки, в зависимости от решаемых научно-технических задач задают время активного существования аппарата в космосе, выводят аппарат в космос по времени так, чтобы спуск аппарата по окончании его активного существования в космосе осуществлялся в указанном сезонно-временном интервале, с минимально возможным отклонениями точки приземления аппарата от ее расчетного значения.