КОСМИЧЕСКИЙ ТРАНСФОРМИРУЕМЫЙ МОДУЛЬ Российский патент 2015 года по МПК B64G1/22 B64G1/52 B64G1/60 

Изобретение относится к космической технике, а именно к надувным трансформируемым космическим конструкциям.

Создание и внедрение технологии трансформируемых космических обитаемых модулей направлено в первую очередь на решение следующих задач:

- необходимость существенного увеличения полезного герметичного объема модулей российского сегмента международной космической станции (МКС) и перспективных космических станций с целью повышения комфортности долговременного пребывания экипажей и создания необходимых условий для проведения сложных научных и технологических экспериментов;

- целесообразность обеспечения высокого массогабаритного совершенства конструкции обитаемых модулей в стартовом и рабочем положениях для обеспечения возможности их выведения существующими и перспективными ракетами-носителями. Увеличение габаритов жестких модулей космической станции осложняется тем, что пространство под обтекателем ограничено. Кроме того, увеличение габаритов жестких модулей затруднено из-за проблем с транспортированием современным железнодорожным и авиационным транспортом;

- необходимость более эффективного обеспечения приемлемых уровней защиты экипажей космической станции от воздействия ионизирующего излучения космического пространства;

- необходимость повышения стойкости обитаемых отсеков к воздействию метеороидов и частиц техногенного мусора по сравнению с традиционными жесткими отсеками с учетом увеличивающейся опасности столкновения с космическим мусором на околоземных орбитах.

В качестве прототипа космического трансформируемого модуля можно рассматривать надувные модули, разрабатываемые американскими компаниями, например, в проекте NASA по созданию надувного жилого модуля TransHab (Paul Zarchan. Gossamer Spasecraft: Membrane and Inflatable Structures Technology for Space Applications. 2001. С 527-529, 546.).

Конструкция модуля содержит жесткий несущий отсек и разворачиваемую вокруг него многослойную трансформируемую оболочку. Жесткий несущий отсек TransHab выполняется в виде цилиндрической конструкции малого диаметра, что не позволяет использовать его как полноценную рабочую зону экипажа традиционных размеров. Размер центральной зоны зависит от укладки вокруг нее упомянутой оболочки в транспортном положении, так как общий объем для размещения модуля в зоне полезного груза (ЗПГ) под обтекателем ограничен. Учитывая требования, предъявляемые к многослойной трансформируемой оболочке, и существующие материалы, ее толщина составляет по крайней мере 300 мм, что ограничивает минимизацию радиусов сгиба при ее укладке.

Полезная зона имеет малую площадь круглого сечения и, как следствие, малый объем из-за некомпактной схемы укладки многослойной трансформируемой оболочки. В проекте TransHab, оболочка по всему диаметру обтекателя уложена в три слоя, что сильно ограничивает размер жесткого несущего отсека, несмотря на его цилиндрическую форму.

Компоновка трансформируемого модуля по американскому проекту не позволяет обеспечить дополнительный пояс радиационной защиты экипажа при длительном пребывании в космосе.

Основными проблемами указанного устройства являются укладка многослойной трансформируемой гермооболочки (МТГО) в транспортном положении из-за ограничения по радиусам ее сгиба и обеспечение максимального размера жесткого несущего отсека при ограниченных габаритах ЗПГ под обтекателем, а также недостаточность защиты экипажа от радиации упомянутой гермооболочкой при длительных экспедициях. МТГО занимает значительный объем в сложенном положении, и из-за ограниченного размера ЗПГ под обтекателем уменьшает размер жесткого несущего отсека, а также ухудшает эргономику модуля.

Задачей изобретения является увеличение габаритов полезной зоны постоянного объема для жизнедеятельности космонавтов за счет увеличения сечения жесткого несущего отсека, а также увеличение уровня защиты экипажа от радиации при длительном пребывании в космосе за счет обеспечения возможности размещения внутри жесткого несущего отсека вокруг полезной зоны постоянного объема дополнительной радиационной защиты.

С этой целью объектом изобретения является космический трансформируемый модуль, размещаемый в зоне полезного груза под обтекателем, содержащий многослойную трансформируемую гермооболочку, включающую противометеороидную и радиационную защиты, теплоизоляцию и внешний несущий слой, жесткий несущий отсек с полезной зоной постоянного объема, элементы зачековки многослойной трансформируемой гермооболочки, жесткий несущий отсек выполнен в форме неравносторонней призмы, при этом сечение, перпендикулярное центральной оси призмы, представляет собой многоугольник, который имеет равные между собой четыре длинные стороны, осесимметричные относительно центральной оси призмы, причем жесткий несущий отсек с внутренней поверхностью обтекателя образует зоны укладки многослойной трансформируемой гермооболочки, при этом в каждой из четырех зон между длинными сторонами призмы и внутренней поверхностью обтекателя упомянутая гермооболочка уложена в виде двух симметричных петель S-образной формы навстречу друг другу и зачекованных между собой по внешнему несущему слою.

Фиг.1. - поперечный разрез космического трансформируемого модуля в транспортном положении;

Фиг.2. - схема зачековки МТГО;

Фиг.3. - поперечный разрез космического трансформируемого модуля в рабочем положении.

На фигурах:

1 - жесткий несущий отсек;

2 - полезная зона постоянного объема;

3 - многослойная трансформируемая гермооболочка;

4 - элементы зачековки МТГО;

5 - внутренняя поверхность обтекателя.

Космический трансформируемый модуль состоит из центрального жесткого несущего отсека 1 в форме неравносторонней призмы и разворачиваемой вокруг него многослойной трансформируемой гермооболочки 3. Основная длина МТГО 3 сложена в четыре зоны, образованные между сторонами призмы, имеющими в данном разрезе длинные стороны, и внутренней поверхностью обтекателя 5.

Многослойная трансформируемая гермооболочка 3 закрепляется в транспортном положении с помощью элементов зачековки МТГО 4. Пример схемы зачековки МТГО 3 показан на фиг.2.

При раскрытии элементов зачековки МТГО 4 под воздействием избыточного давления МТГО 3 разворачивается в рабочее положение. Поперечный разрез трансформируемого модуля в рабочем положении показан на фиг.3.

Приведем пример исполнения изобретения.

Жесткий несущий отсек 1 выполнен призматической формы, сечение, перпендикулярное центральной оси призмы, представляет собой, например, восьмиугольник, внутри имеется полезная зона постоянного объема 2 квадратного сечения, имеющая размеры 2000×2000 мм, что соответствует размерам полноценного отсека на МКС. Упомянутая зона 2 может использоваться в качестве рабочей зоны, и ее эргономика полностью соответствует рабочим зонам традиционных отсеков космической станции.

Габариты жесткого несущего отсека 1 позволяют окружить полезную зону постоянного объема 2 дополнительным поясом радиационной защиты, например приборной рамой, которая обеспечивает защиту экипажа от радиации при длительных экспедициях.

Сокращение мест и количества элементов зачековки многослойной трансформируемой гермооболочки 3 до четырех увеличивает надежность изобретения и упрощает укладку МТГО, а также уменьшает массу изобретения.

Зачековка может осуществляться, например, следующим способом: МТГО 3 складывается по линиям сгиба, образуя S-образные петли, которые стягиваются между собой стяжной лентой навстречу друг другу и укладываются в четыре основные зоны. Зачековка происходит при помощи чеки за петли на внешнем несущем слое МТГО 3. Расчековка происходит с использованием электромеханических или пиротехнических средств.

Между внутренней поверхностью обтекателя 5 и короткими сторонами жесткого несущего отсека 1 многослойная трансформируемая гермооболочка 3 уложена в один слой, что обеспечивает максимальную диагональ сечения жесткого несущего отсека 1 и, следовательно, максимальные габариты полезной зоны постоянного объема 2.

Размер и форма жесткого несущего отсека 1 позволяют расположить внутри него дополнительную радиационную защиту, например в виде приборной рамы, охватывающей полезную зону постоянного объема 2, в результате чего увеличивается уровень защиты при длительном пребывании экипажа на борту космического аппарата.

Изобретение относится к надувным развертываемым космическим конструкциям, преимущественно обитаемым модулям. Модуль включает в себя жесткий несущий отсек (1) в виде неравносторонней призмы с полезной зоной (2) постоянного объема. Между внутренней поверхностью (5) обтекателя и отсеком (1) уложена многослойная трансформируемая герметичная оболочка (3). Последняя содержит противометеороидную и радиационную защиты, теплоизоляцию и внешний несущий слой. В каждой из четырех зон между широкими гранями призмы и поверхностью (5) оболочка (3) уложена в виде двух симметричных S-образных петель, развернутых навстречу друг другу и зачекованных элементами (4) по внешнему несущему слою. Техническим результатом изобретения является увеличение габаритов зоны (2) для жизнедеятельности космонавтов за счет расширения сечения отсека (1), а также повышение уровня защиты экипажа от радиации за счет возможности размещения внутри данного отсека (1) - вокруг зоны (2) - дополнительной радиационной защиты. 3 ил.

Космический трансформируемый модуль, размещаемый в зоне полезного груза под обтекателем, содержащий многослойную трансформируемую гермооболочку, включающую противометеороидную и радиационную защиты, теплоизоляцию и внешний несущий слой, жесткий несущий отсек с полезной зоной постоянного объема, элементы зачековки многослойной трансформируемой гермооболочки, отличающийся тем, что жесткий несущий отсек выполнен в форме неравносторонней призмы, при этом сечение, перпендикулярное центральной оси призмы, представляет собой многоугольник, который имеет равные между собой четыре длинные стороны, осесимметричные относительно центральной оси призмы, причем жесткий несущий отсек с внутренней поверхностью обтекателя образует зоны укладки многослойной трансформируемой гермооболочки, при этом в каждой из четырех зон между длинными сторонами призмы и внутренней поверхностью обтекателя упомянутая гермооболочка уложена в виде двух симметричных встречных друг другу петель S-образной формы, зачекованных между собой по внешнему несущему слою.