ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА Российский патент 2004 года по МПК B64G1/42 G21D1/02 

Изобретение относится к ядерным энергетическим установкам (ЯЭУ), используемым в качестве источников электрической энергии космических аппаратов (КА).

Известен ряд конструкций подобных ЯЭУ, в которых для получения оптимальных массогабаритных характеристик проводится отодвижение ЯЭУ от КА, приведенных, например, в книге "Космические двигатели: состояние и перспектива". Пер. с англ. /Под ред. Л. Кейвни. - М.: Мир, 1998, 405 с. Недостатком предложенной конструкции является использование системы отодвижения как для самого отодвижения ЯЭУ, так и для удержания отодвинутой установки на протяжении всего времени ее функционирования. В связи с этим она должна быть выполнена достаточно мощной, что ведет к существенному увеличению ее массы.

Недостатком конструкции, описанной в книге “Основы теории конструкции и эксплуатации космических ЯЭУ” /А.А. Куландин, С.В. Тимашев, В.Д. Атамасов и др. - Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отд-ние, 1987, 283 с., в которой отодвижение реактора от космического аппарата производится за счет телескопического раздвижения холодильника-излучателя, являются значительные трудности в организации передачи теплоносителя от одной секции холодильника-излучателя к другой при ее выдвижении.

Наиболее близким техническим решением к заявленному является ЯЭУ КА, снабженная системой развертывания установки из стартового положения в орбитальное и содержащая ядерный реактор, радиационную защиту и холодильник-излучатель, размещенный на элементах системы развертывания (см. сборник докладов Пятой международной конференции "Ядерная энергетика в космосе", ч. 1, г. Подольск, Московская область, 1999, с.26-37).

Недостатком такой ЯЭУ являются силовые возмущения, вносимые развертывающимися кабелями электрических коммуникаций в процессе развертывания балок с панелями холодильника-излучателя и отсутствие регулирующих этот процесс элементов, что приводит к необходимости использования мощных систем отодвижения, обладающих значительными массогабаритными характеристиками.

Задача, на выполнение которой направлено заявленное изобретение, - снижение массогабаритных характеристик космического аппарата с ЯЭУ.

Технический результат - исключение причин, способных привести к нештатной работе системы развертывания и применение в связи с этим более компактной системы отодвижения.

Этот результат достигается тем, что электрические коммуникации и силовые кабели, снабженные гибкими электропроводящими элементами, проложены по балкам. При этом в каждой паре балок, расположенных в одной продольной плоскости, балка, ближайшая к энергоблоку, имеет длину меньше последующей. Причем в сложенном состоянии каждая пара балок закреплена с соседней пироболтом, разрываемым перед началом ее развертывания. Для отодвижения энергетического блока применено устройство, выполненное в виде размещенного на космическом аппарате электропривода с барабаном, на который намотан газонепроницаемый рукав. Его свободный конец герметично закреплен на кольцевом фланце, расположенном на торце отодвигаемого энергетического блока. В его состав входит аккумулятор давления, который через редуктор соединен с газонепроницаемым рукавом. В месте схода с барабана газонепроницаемого рукава расположен валик, который имеет возможность перемещаться в направлении оси барабана и соединен с ним связующим элементом, прижимающий газонепроницаемый рукав к барабану. Для повышения устойчивости процесса отодвижения ЯЭУ снабжена несколькими тросами, один конец которого закреплен на отодвигаемом энергетическом блоке, а другой - на расположенном на космическом аппарате барабане с приводом, обеспечивающим необходимую натяжку тросов.

Рассмотренная ЯЭУ с данной системой отодвижения отличается от ранее предлагаемых, например, патент № 2137684 и патент № 2136549, в которых используется энергия пружин, установленных в шарнирных соединениях балок и в толкателе, расположенном по оси ЯЭУ. Реализация подобной конструкции потребует применения мощных пружин и усиления конструкции самих балок, что несомненно ухудшит массогабаритные характеристики ЯЭУ.

На чертежах приведена конструктивная схема предлагаемой ЯЭУ: на фиг.1 - в стартовом положении, на фиг.2 - в орбитальном.

Ядерная энергетическая установка включает в себя энергетический блок, в который входит ядерный реактор 1, радиационная защита 2, агрегаты жидкометаллического контура - компенсационный бак 3, электромагнитный насос 4, трубопроводы и т.д., а также холодильник-излучатель 5, размещенный на балках 6. Одновременно они обеспечивают конструктивную связь космического аппарата с энергетическим блоком при его отодвижении. В стартовом положении балки, соединенные шарнирами 7, находятся в сложенном состоянии вокруг энергетического блока. При его отодвижении балки раскладываются и образуют после фиксации шарниров стержень, который с двумя остальными формируют ферму, в вершине которой помещен энергетический блок, а в основании - космический аппарат 21.

Электрические коммуникации, идущие от реактора на космический аппарат, разводятся по трем жгутам 19 и размещаются на балках, тем самым исключается сам процесс развертывания кабелей, способных ввести силовое возмущение в развертывание балок. В местах сочленения балок силовые кабели снабжены гибкими электропроводящими элементами 20.

Наличие пиропатронов 22 в местах крепления пары балок при нахождении их в сложенном состоянии обеспечивает управляемое и последовательное разложение балок при отодвижении энергетического блока.

Условие на длину балок в каждой паре, а именно на меньшую длину балки, ближайшей в сложенном состоянии к энергоблоку, чем последующей, также обеспечивает равномерность их раскладки при отодвижении энергоблока.

Введенные в конструкцию ЯЭУ усовершенствования позволяют применить для отодвижения энергоблока от космического аппарата системы с меньшими массогабаритными характеристиками.

Предлагаемая конструкция системы отодвижения состоит из расположенного на космическом аппарате барабана 8 с намотанным на него газонепроницаемым рукавом 7, материалом которого может служить металлическая лента либо синтетическая ткань. Барабан снабжен приводом 9, придающим ему вращательное движение. Свободный конец газонепроницаемого рукава герметично закреплен на кольцевом фланце 16, расположенном на энергоблоке. Аккумулятор давления 18 через редуктор 17 соединен с газонепроницаемым рукавом. В месте схода его с барабана помещен валик 12, прижимающий рукав к барабану с помощью связующего элемента 13, например пружины.

Дополнительную устойчивость процессу отодвиженния придают тросы 15, одним концом закрепленные на энергоблоке, а другим - на барабанах 11, размещенных на космическом аппарате. Привода 12, соединенные с барабанами 11, позволяют осуществлять регулируемое натяжение тросов во время отодвижения энергоблока.

Предлагаемая конструкция ЯЭУ работает следующим образом. По команде происходит срабатывание пиропатронов 22, освобождающих внешнюю пару балок и позволяющих им начать процесс раскладки после отделения энергоблока от космического аппарата. После этого из аккумулятора давления 18 через редуктор 17 происходит подача давления в газонепроницаемый рукав 14. Одновременно с подачей давления начинается вращение барабана 8, постепенно освобождающего рукав. Под действием давления газа рукав на участке между фланцем 16 и барабаном 8 с прижимающимся к нему валиком 12 надувается, приобретая конструктивную жесткость, и воздействует на энергетический блок, отодвигая его от космического аппарата. Разматываемые при этом тросы 15 позволяют отслеживать возможные перекосы отодвижения энергоблока и своевременно их парировать. Одновременно эти тросы могут быть использованы для складывания ЯЭУ при наземной отработки системы отодвижения.

После раскладки первой пары балок и фиксации шарниров проходит команда на срабатывание следующих пиропатронов 22 и вторая пара балок начинает раскладку под действием наполняемого газом рукава 14, формируя, таким образом, совместно с другими балками ферму.

Предложенная конструкция ЯЭУ, в части массогабаритных характеристик, выгодно отличается от альтернативных, работающих с механизмами отодвижения, основанными на принципе телескопа или пантографа. Телескопическая система требует значительных осевых и диаметральных габаритов, а системе на основе пантографа присущи большие нагрузки, возникающие в конструкции, особенно в начальный момент движения, что в итоге приводит к возрастанию ее массы.

Изобретение относится к вспомогательным элементам и системам космических ядерных энергоустановок (ЯЭУ). Предлагаемая ЯЭУ содержит энергетический блок с последовательно расположенными по оси ядерным реактором, радиационной защитой и агрегатами жидкометаллического контура. Этот блок имеет систему выдвижения и холодильник-излучатель, излучающие панели которого размещены на шарнирных балках. Балки сложены в стартовом положении по трем продольным плоскостям вокруг энергетического блока. При выдвижении блока балки, раскладываясь и фиксируясь, образуют трехстержневую опорную ферму. Электрокоммуникации ЯЭУ размещены на указанных балках, причем балки расположены парами так, что каждая пара балок в сложенном состоянии скреплена с соседней парой пироболтом. Система выдвижения содержит электропривод с барабаном, на который намотан газонепроницаемый рукав. Рукав соединен через редуктор с аккумулятором давления, а в месте схода рукава с барабана расположен прижимной валик. Для повышения устойчивости процесса выдвижения блока с помощью наддуваемого рукава служат тросовые растяжки между блоком и космическим аппаратом. Технический результат изобретения состоит в уменьшении массы и габаритов ЯЭУ путем снижения возмущающих моментов при выдвижении энергоблока. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Ядерная энергетическая установка космического аппарата, содержащая энергетический блок с последовательно расположенными по оси ядерным реактором, радиационной защитой и агрегатами жидкометаллического контура, систему отодвижения указанного блока и холодильник-излучатель, излучающие панели которого размещены на балках, сложенных в стартовом положении по трем продольным плоскостям вокруг энергетического блока и соединенных между собой шарнирами, позволяющими балкам при отодвижении энергетического блока раскладываться с образованием при их фиксации трех стержней, формирующих ферму, в вершине которой размещен энергетический блок, а в основании - космический аппарат, отличающаяся тем, что содержит электрические коммуникации и силовые кабели, снабженные гибкими электропроводящими элементами, размещенные на указанных балках, причем балки расположены парами в каждой указанной продольной плоскости, и в каждой паре ближайшая к энергетическому блоку балка имеет длину меньше, чем у последующей, при этом каждая пара балок в сложенном состоянии скреплена с соседней парой пироболтом с возможностью разрыва связи с ней при срабатывании пироболта, а система отодвижения выполнена в виде размещенного на космическом аппарате электропривода с барабаном, на который намотан газонепроницаемый рукав, свободный конец которого герметично закреплен на кольцевом фланце, расположенном на торце отодвигаемого энергетического блока, причем рукав снабжен соединенным с ним через редуктор аккумулятором давления, а в месте схода рукава с барабана расположен валик, прижимающий рукав к барабану, выполненный с возможностью перемещения к оси барабана и соединенный с барабаном связующим элементом.2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что снабжена несколькими тросами, служащими для устойчивости процесса отодвижения энергетического блока, причем каждый трос одним концом закреплен на данном блоке, а другим - на расположенном на космическом аппарате барабане, снабженном приводом натяжения троса при отодвижении блока.