СТУПЕНЬ РАКЕТЫ Российский патент 2002 года по МПК B64G1/64 B64G1/22 

Изобретение относится к ракетно-космической технике и касается ступеней ракет с верхним расположением приборного отсека с рамой для установки двух и более космических аппаратов (КА).

Известны ступени ракеты, содержащие приборный отсек с рамой, на которую последовательно установлены два КА с установкой верхнего КА на нижний (см. "Ракетная и космическая техника", ЦНТИ "Поиск" по материалам иностранной печати, 42 (1251) от 14.10.83 г, с.11, "О перспективах коммерческого использования ракет "Титан-34Д". Данный способ установки КА широко используется, например, на ракете "Ариан" (ESA) (РКТ 37-38 (1246-1247) от 16.09.83 г. , с. 19), на ракете-носителе "Космос" (Россия) для установки дополнительного малогабаритного КА.

Использование данного способа возможно только при соблюдении ряда условий, а именно:
наличия достаточной зоны для размещения последовательно установленных КА под обтекателем;
совместимости КА по механическому и электрическому интерфейсам, при которой нижний КА должен дорабатываться (или разрабатываться) с учетом установки на него верхнего КА.

В случае несоблюдения данных условий последовательная установка КА под обтекателем ракеты невозможна. КА в этом случае могут устанавливаться на раме приборного отсека по параллельной схеме.

Известна ступень ракеты с параллельной установкой КА под обтекателем ракеты (см. "Ракетная и космическая техника", ЦНТИ "Поиск" по материалам иностранной печати, 21 (1230) от 27.05.83 г., с.7, рис. "Схематическое изображение спутника GS-1 с дополнительной полезной нагрузкой"). Дополнительный КА может устанавливаться сбоку от основного КА по следующим схемам:
установка дополнительного КА сбоку на основном КА;
установка дополнительного КА сбоку на специальном адаптере, на торцевую часть которого монтируется основной КА; адаптер устанавливается на раму приборного отсека ракеты; система отделения основного и дополнительного КА монтируется на адаптере;
установка дополнительного КА на плоскую платформу, закрепляемую на стержневой раме; основной КА монтируется на штатную систему отделения КА ракеты.

Выбор схемы установки двух КА на ракете зависит от многих факторов, в том числе:
от габаритных размеров КА;
от зоны полезного груза головного обтекателя ракеты;
от способности основного КА к адаптации к стыковке с дополнительным КА;
от прочностных и динамических характеристик стержневой рамы приборного отсека ракеты;
от требований к параметрам поперечной центровки ракеты, определяющим условия устойчивости и управляемости ракеты на участке выведения и др.

Наиболее близкой к предлагаемой конструкции ступени является ступень ракеты (фиг. 6-9, Приложение), содержащая корпус 3, верхний приборный отсек 2 со стержневой рамой 1 для установки КА 6 и стыкуемый на приборный отсек головной аэродинамический обтекатель (см. Космонавтика СССР, М., Машиностроение, "Планета", 1986, стр.316-317, а также патент 2059190). Данная ступень взята за прототип.

Стержневая рама 1 приборного отсека служит для установки КА и содержит верхний пояс с пиротехнической системой отделения 5 КА, нижний пояс, соединяющий их стержневой каркас и подкрепляющие стойки. Рама жестко крепится к верхнему шпангоуту приборного отсека в четырех точках. Стыковочной плоскостью для КА является плоскость, образованная поверхностями четырех стыковочных кронштейнов 4 стержневой рамы 1, в которых установлены четыре пиротолкателя 5 системы отделения КА и шесть направляющих штырей, устанавливаемых в кронштейнах согласно фиг. 3. Пиротолкатели до момента отделения КА служат для крепления КА к РН. Кронштейны закреплены на раме при помощи резьбовых шпилек с гайками.

Рассмотрим установку двух КА по параллельной схеме в случае габаритов основного КА, соизмеримых с габаритами зоны полезного груза головного аэродинамического обтекателя ракеты, т.е. когда зазоры между обтекателем и основным КА минимальны. В этом случае дополнительный КА устанавливается через плоскую платформу, закрепляемую на стержневой раме приборного отсека, а основной КА устанавливается на кронштейны системы отделения КА (фиг.1, 4).

Описанный прототип является серийной ракетой-носителем. Опыт ее эксплуатации показал, что наиболее уязвимым звеном является стержневая рама, одновременно выполняющая две функции: монтаж КА и монтаж системы управления. Произвольное закрепление платформы для установки дополнительного КА на стержневой раме приводит к следующим недостаткам:
нагружение стержневой рамы платформой с дополнительным КА может привести к необходимости доработок рамы, что сталкивается с проблемой обеспечения виброрежимов мест крепления приборов системы управления на раме и соответственно требует большого объема наземной отработки;
разработка платформы для установки дополнительного КА ведется из условия обеспечения ее заданных динамических характеристик для обеспечения заданной собственной частоты КА; динамические характеристики платформы зависят от высоты платформы и силовых характеристик платформы, а также от способа закрепления платформы на стержневой раме; чрезмерное увеличение высоты платформы при расположении ее на торце стержневой рамы приводит к уменьшению зоны полезного груза под обтекателем и невозможности установки основного КА.

Целью изобретения является снижение массы конструкции ступени с обеспечением заданных параметров жесткости стержневой рамы и платформы, а также увеличение зоны расположения основного КА.

Поставленная цель достигается тем, что на шпильки рамы установлены корытообразные кронштейны с отбортовками, внутри которых на эти же шпильки смонтированы кронштейны с системой отделения основного космического аппарата, на отбортовках кронштейнов закреплена платформа, имеющая две консольно выступающие части в направлении точек крепления стержневой рамы на приборном отсеке, на которых смонтированы посадочные места для установки попутных космических аппаратов, при этом консольные части платформы подкреплены V-образными стержневыми стойками, свободные концы которых закреплены на платформе, а связанные - на кронштейнах приборного отсека для крепления стержневой рамы, причем суммарная высота корытообразных кронштейнов и платформы для попутных КА не превышает высоту кронштейнов для установки основного КА.

Заявляемое изобретение поясняется чертежами, где изображено:
на фиг.1 - общий вид ступени с основным и попутными КА в зоне полезного груза головного аэродинамического обтекателя;
на фиг.2 - узел крепления попутного аппарата;
на фиг.3 - платформа для установки попутных КА;
на фиг. 4 - узел крепления кронштейна для установки основного КА, кронштейна для установки платформы для попутных КА и самой платформы;
на фиг.5 - узел подкрепления платформы для попутных КА.

Ступень ракеты содержит корпус 1, цилиндрический приборный отсек 2 со стержневой рамой 3, закрепленной на приборном отсеке в четырех точках при помощи кронштейнов. Основной КА 4 устанавливается на стержневую раму 3 через кронштейны 10, в которых установлены пиротолкатели 12. Попутные КА 5 установлены на специальную платформу 7, смонтированную на стержневой раме 3. Основной и попутные КА установлены под головным аэродинамическим обтекателем в его зоне полезного груза 6. (Сам обтекатель условно не показан). Попутные КА 5 могут быть установлены на платформе 7 либо через специальную конструкцию 8 для обеспечения безударного отделения КА, либо без нее, тогда посадочные места 9 выполняются непосредственно в платформе 7.

Платформа 7 монтируется на стержневой раме 3 таким образом, чтобы кронштейны 10 для установки основного КА 4 оставались доступными для стыковки КА. Платформа 7 для установки попутных КА 5 выполнена с консольно выступающими частями в направлении кронштейнов 20 для крепления стержневой рамы 3 на приборном отсеке. В кронштейне 10 установлены установочные шпильки 11 и пиротолкатели 12, служащие одновременно пирозамками для крепления основного КА 4 с рамой 3 ракеты.

Между кронштейнами 10 и опорными элементами 14 стержневой рамы 3 смонтированы корытообразные кронштейны 13 с отбортовками, на которых закреплена платформа 7 для установки попутных КА 5. В опорных элементах 14 установлены резьбовые шпильки 15, служащие для закрепления кронштейнов 10, 13 на раме 3. Основной КА 4 установлен на кронштейны 10 и закреплен замком-пиротолкателем 12. Верхний пояс стержневой рамы 3 образован стержневыми и коробчатыми элементами 16.

Консольно выступающие части платформы для попутных КА 5 подкреплены V-образными трубчатыми стойками 17, свободные концы которых при помощи фитингов 19 закреплены на платформе 7, а связанные - при помощи фитингов 18 на кронштейнах 20 приборного отсека для крепления стержневой рамы 3.

При выведении КА на активном участке траектории нагрузки от попутных КА в заявляемой конструкции распределяются оптимальным образом с использованием штатных силовых элементов ракеты - фитингов для установки основного КА, фитингов для крепления рамы в приборном отсеке. Выполнение кронштейнов 13 корытообразной формы и установка их под основными кронштейнами обеспечивает требуемые условия прочности и жесткости.

Заявляемая конструкция ступени ракеты позволяет:
снизить массу конструкции ступени за счет рационального нагружения стержневой рамы и цилиндрической части приборного отсека за счет закрепления платформы для попутных КА в местах приложения нагрузок от основного КА и раскрепления консольных частей рамы в местах монтажа рамы на приборном отсеке по сравнению с чисто консольной платформой на 25-28%;
обеспечить заданные параметры жесткости платформы для установки попутных КА;
обеспечить существующие параметры жесткости стержневой рамы, что исключает проведение испытаний на подтверждение непревышения динамических нагрузок в местах крепления приборов системы управления ракеты;
практически сохранить существующую зону расположения основного КА под головным аэродинамическим обтекателем за счет того, что суммарная высота корытообразных кронштейнов и платформы для попутных КА не превышает высоту кронштейнов для установки основного КА; зона уменьшится на толщину основания корытообразного кронштейна, что составляет по проведенным проработкам всего 5 мм.

Заявляемая конструкция прошла полный цикл наземной экспериментальной отработки (динамические испытания на полномасштабном приборном отсеке с макетами КА по программе "05ДИ"), в ходе которой подтверждена эффективность конструкции.

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано в приборных отсеках со стержневой рамой при групповом выведении космических аппаратов (КА). Ступень содержит установленный на корпусе приборный отсек со стержневой рамой, систему отделения КА в виде четырех кронштейнов с пиротолкателями, закрепленных на торце стержневой рамы при помощи резьбовых шпилек с гайками, а также основной и попутные КА. На шпильки рамы установлены корытообразные кронштейны с отбортовками, внутри которых на эти же шпильки смонтированы кронштейны с системой отделения основного КА, а на отбортовках кронштейнов закреплена платформа с двумя консольно выступающими частями, на которых смонтированы посадочные места для установки попутных КА. Консольные части платформы подкреплены V-образными стержневыми стойками, свободные концы которых закреплены на платформе, а связанные - на кронштейнах приборного отсека. Суммарная высота корытообразных кронштейнов и платформы для попутных КА не превышает высоту кронштейнов для установки основного КА. Изобретение позволяет снизить массу конструкции ступени с обеспечением заданных параметров жесткости стержневой рамы и платформы, а также увеличить зоны расположения основного КА. 9 ил.

Ступень ракеты, содержащая корпус, приборный отсек со стержневой рамой, закрепленной на торце приборного отсека в четырех точках, систему отделения космического аппарата в виде четырех кронштейнов с пиротолкателями, закрепленных на торце стержневой рамы при помощи резьбовых шпилек с гайками, установленные под головным аэродинамическим обтекателем, смонтированным на приборном отсеке, основной и попутные космические аппараты, отличающаяся тем, что на шпильки установлены корытообразные кронштейны с отбортовками, внутри которых на эти же шпильки смонтированы кронштейны с системой отделения основного космического аппарата, и на отбортовках которых закреплена платформа, имеющая две консольно выступающие части в направлении точек крепления стержневой рамы на приборном отсеке, на которых смонтированы посадочные места для установки попутных космических аппаратов, при этом консольные части платформы подкреплены V-образными стержневыми стойками, свободные концы которых закреплены на платформе, а связанные - на кронштейнах приборного отсека для крепления стержневой рамы, причем суммарная высота корытообразных кронштейнов и платформы для попутных космических аппаратов не превышает высоту кронштейнов для установки основного космического аппарата.