Универсальная платформа космического аппарата Российский патент 2017 года по МПК B64G1/22 

Изобретение относится к космической отрасли, в частности к конструкции космических аппаратов (КА) и их компоновке при производстве.

Платформа космического аппарата (ПКА) - это конструктивно и функционально обособленный модуль для построения КА, основой которой является силовая конструкция корпуса (СКК - негерметичный несущий элемент конструкции, выполненный в виде цилиндрического отсека из высокомодульного углепластика) с закрепленными на ней сотовыми панелями для размещения на них систем жизнеобеспечения КА, в совокупности называемых модулем служебных систем (МСС). Основной задачей ПКА является обеспечение работы целевой аппаратуры - модуля полезной нагрузки (МПН).

Выведение КА на орбиту осуществляется несколькими способами: одиночный, тандемный, пакетный. Существует прямая зависимость между исполнением СКК КА и способом выведения. Например, при тандемном запуске (друг на друге) двух КА одного типа энерговооруженности СКК нижнего КА должна иметь более высокие жесткостные характеристики, чем СКК верхнего КА.

Необходимо отметить, что исполнение СКК КА также зависит от компоновки МПН и массово-центровочных характеристик (МЦХ) КА. Компоновка МПН определяется размещением целевой аппаратуры с учетом зоны полезного груза (ЗПГ) ракеты-носителя (РН).

В настоящее время ПКА имеют единую (цельную) СКК для размещения МСС и МПН. Компоновка МПН различных КА приводит к созданию вариантного исполнения СКК (иного типа плетения и габаритных размеров), что делает невозможным создание универсальной ПКА одного типа энерговооруженности.

Универсальная платформа КА (ПКА) - платформа, применение которой возможно на любом КА (одного типа энерговооруженности), без изменения конструкции.

Наиболее близким аналогом к заявленному техническому решению является космическая платформа (далее ПКА) (заявка №2014110080 от 26.02.2014), которая относится к ракетно-космической отрасли при производстве КА.

ПКА представляет собой пространственную конструкцию, причем конструктивно-силовую основу космической платформы составляет цилиндрический отсек (далее СКК) из высокомодульного углепластика с закрепленными на нем сотовыми панелями. В состав ПКА входят складываемые панели БС, которые имеют возможность раскрываться в рабочей конфигурации, принимая форму плоских панелей, для ориентации нормали активной поверхности панелей БС на солнце предназначен привод БС. Внутри цилиндрического отсека устанавливаются баки хранения рабочего тела для двигательной установки (ДУ) системы коррекции (СК) и баки хранения рабочего тела для ДУ системы ориентации и стабилизации (СОС). Внутренний объем корпуса МСС и верхняя панель отводятся под размещение приборов подсистем. ПКА оснащена ДУ системы коррекции (СК) на основе стационарных плазменных двигателей на ксеноне, размещенных на кронштейнах на корпусе ПКА, в качестве исполнительного органа для создания управляющих моментов относительно осей, связанных с системой координат КА, используется двигательная установка СОС. Установка КА на базе данной ПКА на РН, при реализации групповых и попутных запусков, осуществляется при помощи устройства отделения, установленного по нижнему шпангоуту СКК. На верхнем торце СКК и верхней панели смонтированы узлы стыковки с МПН. Для обеспечения температурного режима оборудования в составе ПКА существует система терморегулирования (СТР), основными базовыми решениями является применение активных и пассивных средств обеспечения теплового режима.

В известном техническом решении, ПКА имеет единую (цельную) СКК для МСС и МПН, в результате чего изобретение имеет следующие недостатки:

1. Невозможность универсального применения ПКА (для КА одного типа энерговооруженности) по причине вариантного исполнения СКК. При вариантном исполнении СКК возникает необходимость модернизации платформы в целом, что существенно снижает уровень унификации ПКА.

2. Увеличение срока изготовления КА, в результате чего повышается стоимость КА (ресурсоемкость производства). На увеличение срока изготовления и стоимости КА влияют несколько причин:

- необходимость корректировки и выпуска конструкторской документации (КД), а также доквалификации ПКА по причине вариантного исполнения СКК;

- необходимость сборки МПН на жесткостной конструкции (имитаторе СКК) с дальнейшим демонтажем с имитатора и монтажом на ПКА;

- отсутствие возможности начала производства ПКА до момента утверждения интерфейсов МПН с ПКА;

- невозможность серийного производства ПКА.

3. Сложность технологии сборки МПН и его стыковки с ПКА, которая заключается в необходимости предварительной сборки МПН на жесткостной конструкции (имитаторе СКК) с дальнейшим демонтажем с имитатора и монтажом на ПКА. В таком случае теряется точность при сборке МПН с ПКА. Кроме того, возникает проблема ограниченного доступа для монтажа МПН с единой (цельной) СКК.

Задачами, на решение которых направлено заявляемое изобретение, являются:

1. Разработка универсальной ПКА с уровнем унификации, близким к 100% (для КА одинаковой энерговооруженности), которую можно проектировать, изготавливать и испытывать автономно, независимо от типа выведения КА, компоновки МПН и МЦХ КА.

2. Сокращение срока изготовления КА, в результате чего снижается стоимость КА (экономичность производства).

3. Упрощение технологии сборки МПН и его стыковки с ПКА.

Поставленные задачи решаются тем, что в предложенном решении СКК ПКА является автономной силовой основой для размещения только оборудования МСС, нижний торец которой выступает за плоскости оснований МСС для стыковки с устройством отделения или нижним КА, а верхний торец имеет узлы стыковки с СКК МПН, которые в совокупности с узлами стыковки панелей МСС и панелей МПН обеспечивают интеграцию механического интерфейса КА в целом, кроме того, на внешней стороне верхней панели ПКА располагаются зоны стыковки электрического и гидравлического интерфейсов МСС с МПН, при этом баки хранения рабочего тела для ДУ СК, баки хранения рабочего тела для ДУ СОС, приборы СОС, панели БС, приводы БС и частично ДУ СК и СОС входят в состав ПКА, но территориально могут располагаться в зоне МПН.

Разделение СКК КА на СКК ПКА и СКК МПН позволяет создать универсальную ПКА, исполнение СКК которой не зависит от типа выведения КА, компоновки МПН и МЦХ КА. Независимость исполнения ПКА от компоновки МПН достигается обеспечением технологических зон для интеграции механического (для стыковки с СКК МПН), электрического и гидравлического интерфейсов. За счет универсальности ПКА уровень унификации повышается до 100%.

Унификация в процессе конструирования изделия - это многократное применение в конструкции одних и тех же деталей, узлов, форм поверхностей. Применение неизменной конфигурации СКК повышает уровень унификации ПКА и изделия в целом. Унифицированную платформу, при необходимости, можно выпускать серийно.

Сокращение срока изготовления КА осуществляется за счет того, что:

а) конструкция ПКА определена и неизменна (отсутствие доквалификации ПКА, выпуска и корректировки КД на ПКА);

б) сборка МПН осуществляется непосредственно на СКК МПН, без предварительной сборки на имитаторе;

в) начало производства ПКА возможно до момента утверждения интерфейсов МПН с ПКА;

г) возможно серийное производство ПКА.

При монтаже МПН непосредственно на СКК МПН, без предварительной сборки на имитаторе, обеспечивается высокая точность сборки и удобство монтажа без ограничения доступа.

Суть изобретения поясняется фиг. 1, на которой изображен общий вид платформы КА.

ПКА представляет собой конструктивно и функционально обособленный модуль для построения КА, основой ПКА является автономная СКК (1) с закрепленными на ней сотовыми панелями (2) для размещения на них оборудования только МСС, в состав которого входят системы жизнеобеспечения КА (БКУ, СЭП, СТР, СК, СОС), торцы СКК (1) выступают за плоскости оснований МСС, причем верхний торец имеет узлы стыковки с СКК МПН, которые в совокупности с узлами стыковки панелей МСС и панелей МПН обеспечивают интеграцию механического интерфейса КА в зоне стыковки механического интерфейса (3), кроме того, на внешней стороне верхней панели ПКА располагаются зоны стыковки электрического (4) и гидравлического (5) интерфейсов МСС с МПН. При этом баки хранения рабочего тела для ДУ СК (6), баки хранения рабочего тела для ДУ СОС (7), приборы СОС (на фиг. 1 не показаны), панели БС (8), приводы БС (9) и частично ДУ СК и СОС (10) входят в состав ПКА, но территориально могут располагаться в зоне МПН, в зависимости от компоновки КА и положения центра масс КА.

Техническим результатом изобретения является разработанная универсальная ПКА (для КА одинаковой энерговооруженности), позволяющая существенно сократить сроки и стоимость изготовления КА, упростить технологию сборки КА, а также повысить уровень унификации до 100%.

Изобретение относится к космической отрасли, в частности к конструкции космических аппаратов (КА) и их компоновке при производстве. Универсальная платформа космического аппарата (ПКА) представляет собой конструктивно и функционально обособленный модуль для построения КА. Основой ПКА является автономная силовая конструкция с закрепленными на ней сотовыми панелями для размещения на них оборудования только модулей служебной системы. ПКА состоит из баков хранения рабочего тела для двигательных установок (ДУ) системы коррекции (СК) и системы стабилизации и ориентации (СОС), приборов СОС, панелей и приводов солнечных батарей и частично ДУ СК и СОС. В зависимости от компоновки КА и положения его центра масс составляющие ПКА части могут располагаться в зоне модуля полезной нагрузки (МПК). Технический результат заключается в разработке универсальной ПКА (для КА одинаковой энерговооруженности), которую можно проектировать, изготавливать и испытывать автономно, независимо от типа выведения КА, компоновки МПН и МЦХ КА. 1 ил.

Универсальная платформа космического аппарата (ПКА), представляющая собой пространственную конструкцию, силовой основой которой является негерметичная цилиндрическая силовая конструкция корпуса (СКК) из высокомодульного углепластика с закрепленными на нем сотовыми панелями, соединенными между собой кронштейнами, внутренний объем корпуса ПКА и верхняя панель отводятся под размещение приборов МСС, в состав ПКА входят складываемые панели солнечных батарей (БС), БС имеют возможность раскрываться в рабочей конфигурации, принимая форму плоских панелей, скрепленных между собой, для ориентации нормали активной поверхности панелей БС на солнце предназначен привод БС, на кронштейнах на конструкции ПКА размещены двигательные установки (ДУ) системы коррекции (СК) на основе стационарных плазменных двигателей на ксеноне, в качестве исполнительного органа для создания управляющих моментов относительно осей, связанных с системой координат космического аппарата (КА), используются ДУ системы стабилизации и ориентации (СОС), двигательные блоки ориентации располагаются на нижней панели со стороны стыковки с ракетой-носителем на расстоянии от центра масс КА, обеспечивающем максимальные плечи управляющих моментов, для обеспечения температурного режима оборудования в составе ПКА существует система терморегулирования, установка КА на базе ПКА на ракету-носитель при реализации групповых и попутных запусков осуществляется при помощи устройства отделения, установленного по нижнему шпангоуту СКК, отличающаяся тем, что СКК ПКА является автономной силовой основой для размещения только оборудования МСС, нижний торец которой выступает за плоскости оснований МСС для стыковки с устройством отделения или нижним КА, а верхний торец имеет узлы стыковки с СКК МПН, которые в совокупности с узлами стыковки панелей МСС и панелей МПН обеспечивают интеграцию механического интерфейса КА в целом, кроме того, на внешней стороне верхней панели ПКА располагаются зоны стыковки электрического и гидравлического интерфейсов МСС с МПН, при этом баки хранения рабочего тела для ДУ СК, баки хранения рабочего тела для ДУ СОС, приборы СОС, панели БС, приводы БС и частично ДУ СК и СОС входят в состав ПКА, но территориально могут располагаться в зоне МПН.