ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА Российский патент 2011 года по МПК G21D1/00 

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

Известен ряд конструкций подобных ЯЭУ, в которых происходит отодвижение ЯЭУ от КА при ее функционировании, приведенных, например, в книге "Космические двигатели: состояние и перспектива": Пер. с англ./ Под ред. Л.Кейвни. - М.: Мир, 1998. 405 с.

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

Недостатком такой ЯЭУ является ограничение, накладываемое габаритами отсека полезной нагрузки ракеты-носителя и конструкцией системы развертывания на величину максимальной площади ХИ, располагаемого на ее силовых балках. Их количество ограничено диаметральными габаритами отсека полезной нагрузки, которые одновременно ограничивают ширину панелей ХИ, размещенных на балках. Диаметральный размер отсека полезной нагрузки наиболее мощного в настоящее время ракеты-носителя «Протон» составляет не более 4 м, что дает возможность с учетом зоны размещения ЯЭУ разместить на балках системы отодвижения ХИ площадью не более 100 м². Для газотурбинных установок, имеющих более низкую, чем у термоэмиссионного типа преобразования энергии, температуру нижней границы термодинамического цикла, такая величина излучающей поверхности недостаточна.

Задача, на выполнение которой направлено заявленное изобретение, - обеспечение в стартовом положении требуемых габаритов ХИ, необходимых для функционирования ЯЭУ, например, с газотурбинным циклом преобразования энергии.

Технический результат - компактное размещение в стартовом положении ХИ ЯЭУ площадью порядка 200 м² и отсека полезной нагрузки космического аппарата.

Этот результат достигается тем, что:

- ХИ выполнен цилиндрически-конической формы, эквидистантно контуру обтекателя ракеты-носителя и закреплен на размещенной внутри него силовой конструкции, при этом на ХИ и его силовой конструкции с конической стороны выполнены три равнорасположенных продольных выреза, к каждому торцу которого прикреплены две балки, соединенные между собой и снабженные на концах шарнирами, обеспечивающими возможность их углового перемещения в плоскости, проходящей через продольную ось ХИ, причем вторая балка прикреплена к раме, которая через радиационную защиту соединена с реактором и фиксирует преобразователь энергии и элементы системы теплоотвода;

- силовая конструкция со стороны, противоположной вырезам, снабжена осесимметрично расположенными направляющими, на которых размещен отсек полезной нагрузки космического аппарата;

- силовая конструкция ХИ снабжена размещенной между рамой и отсеком полезной нагрузки космического аппарата опорной площадкой для механизмов, например, типа пантограф, обеспечивающих перед началом функционирования ЯЭУ выдвижение из-под ХИ реактора с преобразователем энергии и отсека полезной нагрузки космического аппарата.

На чертеже приведена конструктивная схема КА с ЯЭУ:

на фиг.1 - в стартовом положении;

на фиг.2 - в орбитальном.

ЯЭУ содержит ХИ 1 максимально возможных по условиям размещения в отсеке полезной нагрузки ракеты-носителя габаритов, закрепленный на расположенной внутри него силовой конструкции, например, раме 2. На раме и ХИ с конической стороны выполнены три выреза 3, к каждому торцу которого прикреплены две балки 4, 5, соединенные между собой и снабженные на концах шарнирами 6. Свободный конец второй балки 5 состыкован с рамой 7, которая через радиационную защиту 8 прикреплена к ядерному реактору 9, и одновременно фиксирует расположенные в ней преобразователь энергии 10 и элементы системы теплоотвода, образующие верхний блок. Силовые балки 4, 5 имеют возможность углового перемещения в плоскости, проходящей через ось космического аппарата и вырезы ХИ. Шарниры 6 снабжены фиксаторами, обеспечивающими жесткое крепление верхнего блока после выхода его из-под ХИ. На закрепленной на силовой конструкции 2 холодильника-излучателя площадке 11 с двух сторон размещены механизмы отодвижения 12. Силовая конструкция с противоположной вырезам стороны снабжена осесимметричными направляющими 13, на которых закреплен отсек полезной нагрузки 14.

Предложенное устройство работает следующим образом. В стартовом положении реактор 9, радиационная защита 8 и преобразователь энергии 10 с элементами системы теплоотвода находятся под ХИ 1. Под ним, но с другой стороны от площадки 11 с механизмами отодвижения 12 размещен на направляющих 13 отсек полезной нагрузки 14 космического аппарата. Соединяющие силовую конструкцию ХИ с рамой 7 три пары балок 4, 5 находятся в сложенном состоянии (одна под другой) между ХИ 1 и сборкой - реактора 9, радиационной защиты 10 и рамы 7. Перевод в орбитальное положение выполняется путем передачи осевого усилия от механизмов отодвижения 12 на раму 7 и отсек полезной нагрузки 14. При этом балки 4, 5 начинают угловое перемещение - первоначально от оси космического аппарата, а затем обратно, выдвигая из-под ХИ реактор 9 с радиационной защитой 8 и рамой 7 с преобразователем энергии 10. Одновременно или последовательно отсек полезной нагрузки 14 по направляющим 13 под действием своего механизма отодвижения 12 также выходит из-под холодильника-излучателя.

Предложенная конструкция ЯЭУ позволяет разместить в отсеке полезной нагрузки ракеты-носителя типа «Протон» ХИ площадью около 200…230 м². Подобные значения площадей становятся необходимы для ЯЭУ с газотурбинным циклом преобразования энергии.

Изобретение относится к источникам электроснабжения космических аппаратов. В ЯЭУ холодильник-излучатель выполнен цилиндрически-конической формы, эквидистантно контуру обтекателя ракеты-носителя и закреплен на размещенной внутри него силовой конструкции. На холодильнике-излучателе и его силовой конструкции с конической стороны выполнены три равнорасположенных продольных выреза, к каждому торцу которого прикреплены две балки, соединенные между собой. Балки снабжены на концах шарнирами, обеспечивающими возможность их углового перемещения в плоскости, проходящей через продольную ось холодильника-излучателя. Вторая балка прикреплена к раме, которая через радиационную защиту соединена с реактором и фиксирует преобразователь энергии и элементы системы теплоотвода. Кроме того, силовая конструкция со стороны, противоположной вырезам, снабжена осесимметрично расположенными направляющими, на которых закреплен отсек полезной нагрузки космического аппарата, и устройствами выдвижения из-под холодильника-излучателя отсека полезной нагрузки. Технический результат - компактное размещение в стартовом положении ЯЭУ с холодильником-излучателем и отсека полезной нагрузки космического аппарата. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Ядерная энергетическая установка, содержащая ядерный реактор, преобразователь энергии, радиационную защиту, холодильник-излучатель, агрегаты системы теплоотвода, отсек полезной нагрузки космического аппарата, систему отодвижения и соединяющие их элементы конструкции, отличающаяся тем, что холодильник излучатель выполнен цилиндрически-конической формы, эквидистантно контуру обтекателя ракеты-носителя и закреплен на размещенной внутри него силовой конструкции, при этом на холодильнике излучателе и его силовой конструкции с конической стороны выполнены три равнорасположенных продольных выреза, к каждому торцу которого прикреплены две балки, соединенные между собой и снабженные на концах шарнирами, обеспечивающими возможность их углового перемещения в плоскости, проходящей через продольную ось холодильника-излучателя, причем вторая балка прикреплена к раме, которая через радиационную защиту соединена с реактором и фиксирует преобразователь энергии и элементы системы теплоотвода.

2. Ядерная энергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что силовая конструкция со стороны, противоположной вырезам, снабжена осесимметрично расположенными направляющими, на которых закреплен отсек полезной нагрузки космического аппарата.

3. Ядерная энергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что силовая конструкция холодильника-излучателя снабжена размещенной между рамой и отсеком полезной нагрузки космического аппарата опорной площадкой для механизмов, например, типа пантограф, обеспечивающих перед началом функционирования ядерной энергетической установки выдвижение из-под холодильника-излучателя реактора с преобразователем энергии и отсека полезной нагрузки космического аппарата.