РЕВЕРСИВНАЯ МАТРИЧНАЯ РАКЕТНАЯ ДВИГАТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА С ИНДИВИДУАЛЬНЫМ ЦИФРОВЫМ УПРАВЛЕНИЕМ ВЕЛИЧИНОЙ ТЯГИ КАЖДОЙ РЕВЕРСИВНОЙ ДВИГАТЕЛЬНОЙ ЯЧЕЙКИ ДЛЯ МАЛОРАЗМЕРНЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ Российский патент 2018 года по МПК F02K9/94 F02K9/95 B64G1/40 B81B7/04 

Изобретение относится к двигательным ракетным системам для малоразмерных космических аппаратов (МКА) и предназначено для использования в качестве реверсивного маневрового двигателя при выполнении операций ориентации, стыковки, причаливания, самосборки и трансформации конструкций создаваемых из МКА, классифицируемых как пикоспутники (университетские спутники) - весом менее 1000 грамм, фемтоспутники - весом менее 100 грамм и аттоспутники - весом менее 10 грамм.

Известен управляемый цифровой кластер твердотопливных двигателей для ракет и генерации газов, используемый в качестве подруливающего устройства МКА, состоящий из множества базовых твердотопливных элементов в виде цилиндров, каждый из которых имеет электроды для избирательного воспламенения твердого топлива. Изготовление матрицы, в которую вкладываются элементы из твердого топлива или твердого раствора ракетных топлив, базируется на методах, используемых при изготовлении полупроводниковых микрочипов [1].

Недостатком известного технического решения является отсутствие возможности индивидуального цифрового управления величиной тяги каждой реверсивной двигательной ячейки реверсивной матричной двигательной системы МКА.

Наиболее близким по технической сущности является двигательная система для малоразмерного спутника (МКА) стандарта CubeSat, содержащая подложку, сетевые каналы связи, кластер индивидуально выбираемых твердотопливных одинаковых двигательных элементов, размещенных на подложке и организованных в виде прямоугольной матрицы. Каждый двигательный элемент состоит из трубчатого корпуса, заполненного твердым топливом с воспламенителем, соединенным с сетевым каналом управления. Кластер может составлять от 10 до 1000 двигательных элементов, каждый из которых имеет микросхему с уникальным идентификатором и через сетевые каналы связи подключен к контролеру [2].

Недостатком известного технического решения является отсутствие возможности индивидуального цифрового управления величиной тяги каждой реверсивной двигательной ячейки реверсивной матричной двигательной системы МКА.

Отличие предлагаемого технического решения от вышеизложенных заключается в использовании реверсивных двигательных ячеек, состоящих из групп элементов в форме конусообразных микропор с распределением величин объемов в виде последовательных степеней числа два и заполненных твердым топливом в соответствующих пропорциях (1-2-4-8-16), что позволило ранжировать по весовым коэффициентам величины тяги реверсивной двигательной ячейки. Это также позволило увеличивать точность маневрирования МКА, в зависимости от увеличения количества двоичных разрядов, и осуществить многократное использование остатков твердого топлива реверсивных двигательных ячеек, компонуя из них новые реверсивные двигательные ячейки. Кроме того, позволило осуществить прямое преобразование управляющего двоичного кода в величину тяги реверсивной двигательной ячейки с использованием твердого топлива.

Введение монолитной термостойкой диэлектрической подложки с упорядоченно параллельно расположенными относительно осевых линий конусообразными микропорами с двухсторонней, встречно направленной ориентацией вершин конусообразных микропор, отделенных друг от друга по коническим (боковым) поверхностям расстоянием, обеспечивающим термопрочностную защиту, позволило осуществить одновременное реверсирование тяги в двух противоположных направлениях в нескольких точках двигательной матрицы при оптимальных весогабаритных показателях конструкции.

Введение блока памяти отработанных кодовых комбинаций позволило исключить повторное включение отработанных зарядов твердого топлива и осуществить взамен их выдачу команд на поиск альтернативных кодовых комбинаций для включения зарядов с равноценными величинами тягами.

Введение блока памяти альтернативных кодовых комбинаций позволило целенаправленно задействовать все неиспользуемые ранее комбинации сочетаний зарядов с разными весовыми коэффициентами величин тяги, различными координатами их расположения на поверхности монолитной термостойкой диэлектрической подложки, организовывать программным путем новые макро ячейки заданной геометрической формы, состоящие из нескольких базовых реверсивных двигательных ячеек, что позволило оптимизировать расход твердого топлива и увеличить живучесть двигательной системы при аварийных ситуациях.

Введение первого и второго дешифраторов строк, дешифратора столбцов, дешифратора данных, коммутатора адресов реверсивных двигательных ячеек позволило осуществить выбор любого сочетания включения нескольких сферических воспламенителей, детонирующих различные объемы зарядов твердого топлива с различными величинами тяги, расположенных на противоположных поверхностях монолитной термостойкой диэлектрической подложке в точках с различными координатами X,Y и с различными интервалами времени реверсирования тяги двигательной системы.

Техническим результатом является возможность индивидуального цифрового управления величиной тяги каждой реверсивной двигательной ячейки реверсивной матричной двигательной системы МКА.

Технический результат предложенного изобретения достигается совокупностью существенных признаков, а именно: реверсивная матричная ракетная двигательная система с индивидуальным цифровым управлением величиной тяги каждой реверсивной двигательной ячейки для малоразмерных космических аппаратов, содержащая плоскую прямоугольную подложку с размещенным на ней массивом двигательных элементов твердого топлива, соединенных через коммуникационную сеть с контроллером, содержит коммутатор адресов реверсивных двигательных ячеек, первый и второй дешифраторы строк, дешифратор столбцов, дешифратор данных, блок памяти отработанных кодовых комбинаций, блок памяти альтернативных кодовых комбинаций, сферические воспламенители, первую и третью термостойкие диэлектрические мембраны с упорядоченно расположенными сквозными цилиндрическими микропорами, количество которых равно количеству сферических воспламенителей, вторую и четвертую термостойкие диэлектрические мембраны с упорядоченно расположенными конусообразными сквозными микропорами, монолитную термостойкую диэлектрическую подложку с упорядоченной структурой параллельно расположенных относительно осей конусообразных микропор, перпендикулярных аверсу, с двухсторонней встречно направленной ориентацией вершин конусообразных микропор, размещенных друг от друга по коническим поверхностям на расстоянии, обеспечивающем термопрочностную защиту конусообразных микропор, ранжированных по объему в пропорциях последовательных степеней числа два, геометрически сгруппированных и упорядоченно расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга, образуя реверсивные двигательные ячейки в виде упорядоченных групп конусообразных микропор, количество которых в каждой реверсивной двигательной ячейке равно удвоенному числу разрядов используемого двоичного кода для управления величиной тяги в зависимости от требуемой точности, конусообразные микропоры заполнены твердым топливом до основания конусообразных микропор, над центрами которых расположены сквозные цилиндрические микропоры первой и третьей термостойких диэлектрических мембран со сквозными микропорами, заполненными сферическими воспламенителями, соединенными с противоположных сторон над их центрами с шинами строк и столбцов, расположенных с наружных сторон первой и третьей термостойких диэлектрических мембран и имеющих на местах пересечений шин над центрами сферических воспламенителей контактные отверстия с диаметрами, равными диаметрам оснований шаровых поясов сферических воспламенителей, высота между основаниями шаровых поясов которых равна толщине первой или третьей термостойкой диэлектрической мембраны, сферические воспламенители, вложенные в сквозные цилиндрические микропоры, электрически соединены по периметрам линий шаровых поясов сферических воспламенителей с шинами строк и столбцов, которые соответственно подключены с аверса монолитной термостойкой диэлектрической подложки на выходы первого дешифратора строк, а с реверса - на выходы второго дешифратора строк, и выходы коммутатора адресов реверсивных двигательных ячеек, входы которого соединены с выходами дешифратора столбцов и выходами дешифратора данных, входы которого соединены с выходами шины данных блока памяти альтернативных кодовых комбинаций, строчные аверсные адресные шины которого соединены с входами первого дешифратора строк, а строчные реверсные адресные шины соединены с входами второго дешифратора строк, столбцовые адресные шины соединены с входами дешифратора столбцов, а первый информационный вход блока памяти альтернативных кодовых комбинаций соединен с информационным выходом контролера и информационным входом блока памяти отработанных кодовых комбинаций, информационный выход которого соединен со вторым информационным входом блока памяти альтернативных кодовых комбинаций, причем на первой и третьей термостойкой диэлектрической мембране с цилиндрическими сквозными микропорами с противоположной стороны от соединения с монолитной термостойкой диэлектрической подложкой закреплены соответственно вторая и четвертая термостойкая диэлектрическая мембрана со сквозными конусообразными микропорами, ориентируемыми большими диаметрами оснований наружу, центры оснований которых расположены над центрами оснований конусообразных микропор.

Сущность изобретения поясняется на фиг. 1, где представлена реверсивная матричная ракетная двигательная система с индивидуальным цифровым управлением величиной тяги каждой реверсивной двигательной ячейки для малоразмерных космических аппаратов. На фиг. 2 представлен выносной элемент А (10:1) в увеличенном масштабе и разрезе, поясняющий конструкцию реверсивной матричной ракетной двигательной системы с индивидуальным цифровым управлением величиной тяги каждой реверсивной двигательной ячейки для малоразмерных космических аппаратов. На фиг. 3 приведен примерный трехмерный график распределения величин векторов тяги W по координате Z и координатам X,Y при выполнении маневра малоразмерным космическим аппаратом.

Под используемыми в тексте словами «аверс» и «реверс» понимается следующее: аверс - лицевая сторона монолитной термостойкой диэлектрической подложки, противоположная стороне реверс. Реверс - оборотная сторона монолитной термостойкой диэлектрической подложки противоположная стороне аверс. Элементы аверсной стороны генерируют энергию с прямым направлением векторов тяги, а элементы реверсной стороны генерируют энергию с обратным (противоположным) направлением векторов тяги. Под словосочетанием «реверсивная двигательная система» или «реверсивная двигательная ячейка» - понимается наличие возможности у двигателя генерирования векторов тяги одновременно или поочередно в двух противоположных направлениях.

Под используемым в тексте словосочетанием «реверсивная двигательная ячейка» понимается следующее: реверсивная двигательная ячейка - это группа F элементов a_r(i, j) двух двигательных матриц m×n с противоположно направленными векторами тяги, элементы которых находятся на пересечении строки mi с группой столбцов nj (количество которых равно количеству разрядов управляющего двоичного кода) и состоят из набора коммутируемых разнокалиберных зарядов (элементов) F={a₁w₁(i, j₊₁), a₂w₂(i, j₊₂), a₃w₄(i, j₊₃), a₄w₈(i, j₊₄), a₅w₁₆(i, j₊₅)} твердого топлива в пропорциях 1-2-4-8-16, где а_r - элемент реверсивной двигательной ячейки, r - номер ячейки (r=1, 2, …, N); w_k - весовой коэффициент величины тяги элемента реверсивной двигательной ячейки с распределением величин в виде последовательных степеней числа два (k=1, 2, 4, 8, 16, …, (1⋅2^h)), (h - максимальное количество разрядов управляющего двоичного кода). Каждому элементу реверсивной двигательной ячейки в зависимости от объема (массы) размещенного твердого топлива (после его воспламенения) соответствует определенный весовой коэффициент w_k величины тяги. В зависимости от управляющего кода, соответствующего определенному двоичному числу, происходит изменение величины тяги реверсивной двигательной ячейки в интервале от 0 до 100% за счет суммирования выбранных двоичным кодом сочетаний дискретных величин тяг двигательных элементов, образующих реверсивную двигательную ячейку. Шаг дискретизации (шаг квантования) изменения величины тяги и, соответственно, точность перемещения определяется количеством разрядов реверсивной двигательной ячейки, например, при пятиразрядной организации он составляет ~ 3.2% (100%/31), а для семиразрядной организации реверсивной двигательной ячейки шаг составляет ~ 0.78% (100%/127). Количество ранжированных зарядов твердого топлива (элементов) в каждой реверсивной двигательной ячейке должно быть больше двух и равно максимальной величине двоичного разряда (пять разрядов для данного примера) требуемой точности перемещения.

Реверсивная матричная ракетная двигательная система с индивидуальным цифровым управлением величиной тяги каждой реверсивной двигательной ячейки для малоразмерных космических аппаратов, фиг. 1, содержит монолитную термостойкую диэлектрическую подложку 1 с реверсивными двигательными ячейками (позиции 2-32), элементы которых в увеличенном масштабе приведены на выносном элементе А (10:1), представленном на фиг. 2 (фрагмент вида с боку в разрезе), дешифратор столбцов 33, коммутатор адресов реверсивных двигательных ячеек 34, дешифратор данных 35, первый дешифратор строк 36, второй дешифратор строк 37, блок памяти альтернативных кодовых комбинаций 38, блок памяти отработанных кодовых комбинаций 39, контроллер 40.

На выносном элементе А (10:1), фиг. 2, представлены элементы (реверсивная двигательная ячейка) в разрезе, где монолитная термостойкая диэлектрическая подложка 1, на лицевой стороне которой размещена первая конусообразная микропора 2, вторая конусообразная микропора 3, третья конусообразная микропора 4, четвертая конусообразная микропора 5, пятая конусообразная микропора 6, заполненные твердым топливом 7 (конусообразные микропоры 2, 3, 4, 5, 6 - калиброваны и ранжированы по объему соответственно в пропорциях 1-2-4-8-16), сферические воспламенители 8, вложенные в сквозные цилиндрические микропоры 9, расположенные на первой термостойкой диэлектрической мембране 10, на поверхности которой, обращенной к монолитной термостойкой диэлектрической подложке 1, нанесена строковая шина 11, на второй термостойкой диэлектрической мембране 12 расположены сквозные конусообразные микропоры 13, и со стороны меньших диаметров оснований конусов нанесены первая столбцовая шина 14, вторая столбцовая шина 15, третья столбцовая шина 16, четвертая столбцовая шина 17, пятая столбцовая шина 18. На обратной стороне монолитной термостойкой диэлектрической подложки 1 размещена шестая конусообразная микропора 19, седьмая конусообразная микропора 20, восьмая конусообразная микропора 21, девятая конусообразная микропора 22, десятая конусообразная микропора 23, заполненные твердым топливом 7 (конусообразные микропоры 19, 20, 21, 22, 23 - калиброваны и ранжированы по объему соответственно в пропорциях 1-2-4-8-16), сферические воспламенители 8, вложенные в сквозные цилиндрические микропоры 9, расположенные на третьей термостойкой диэлектрической мембране 24, на поверхности которой, обращенной к монолитной термостойкой диэлектрической подложке 1, нанесена строковая шина 25, на четвертой термостойкой диэлектрической мембране 26 расположены сквозные конусообразные микропоры 27, и со стороны меньших диаметров оснований конусов нанесены шестая столбцовая шина 28, седьмая столбцовая шина 29, восьмая столбцовая шина 30, девятая столбцовая шина 31, десятая столбцовая шина 32.

В зависимости от класса управляемого МКА устройство может быть реализовано с помощью известных микроструктурных технологий, используемых для изготовления микроэлектромеханических систем (МЭМС) в диапазоне размеров элементов менее 100 микрометров. По этой технологии изготовлены, например, микроэлектромеханический (МЭМС) массив микродвигателей для поддержания расстояния между малыми спутниками [3] или, например, микроэлектромеханический ракетный двигатель [4]. Монолитная термостойкая диэлектрическая подложка может быть изготовлена из кварцевого стекла, керамики, кремния, термостойкого полимерного композита. В зависимости от назначения двигательной системы в качестве твердого топлива может быть использовано однокомпонентное, двухкомпонентное или нанокомпозитное топливо (например, нанотермит) и пиротехнические воспламенители, осуществляющие торцевое воспламенение заряда со стороны сопла, используемые в известных двигательных системах для МКА, построенные по МЭМС технологии. Микропоры различных форм в интервале, близком к наноразмерному уровню, также могут быть получены с помощью ионно-трековых технологий (основанные на получении с помощью ионов узких латентных треков с последующим их травлением).

Сборка предлагаемой конструкции двигательной матрицы при ее изготовлении может осуществляться, например, в следующей последовательности: с аверса на монолитную термостойкую диэлектрическую подложку, с заполненными твердым топливом конусообразными микросферами, накладывается первая термостойкая диэлектрическая мембрана с вложенными сферическими воспламенителями, на нее накладывается вторая термостойкая диэлектрическая мембрана со сквозными конусообразными микропорами. После этого алогичные операции происходят с реверса. На монолитную термостойкую диэлектрическую подложку с заполненными твердым топливом конусообразными микросферами накладывается третья термостойкая диэлектрическая мембрана с вложенными сферическими воспламенителями, на нее накладывается четвертая термостойкая диэлектрическая мембрана со сквозными конусообразными микропорами. Конструкция выполнена таким образом, чтобы при сборке пятислойного пакета обеспечить самоцентровку полюсов сферических воспламенителей в прилегающих к ним контактных отверстиях шин строк и столбцов по линиям шаровых поясов при механическом стягивании или склеивании подложки с мембранами. После сборки проводится тестирование допусковых разбросов сопротивлений сферических воспламенителей, соединенных с шинами столбцов и строк, и последующая разбраковка по окончании температурных вибрационных и ударных испытаний. Дешифраторы строк, столбцов, данных, коммутатор адресов реверсивных двигательных ячеек, блоки памяти могут быть реализованы на радиационно-стойкой (для использования в космосе) программируемой логической интегральной схеме (ПЛИС).

Устройство работает следующим образом: управляющее кодовое слово с контроллера 40 поступает на информационные входы блока памяти отработанных кодовых комбинаций 39 и блока памяти альтернативных кодовых комбинаций 38. Управляющее кодовое слово состоит: из двух битов определяющих направление векторов тяги (аверс/реверс) и режимы работы (раздельное включение «вперед» или «назад» или одновременное в разных токах координат XY с разной величиной тяги для выполнения сложного скоростного разворота МКА); кода адреса по координатам X и Y, определяющего геометрическое размещение реверсивной двигательной ячейки на поверхности монолитной термостойкой диэлектрической подложки 1; и кода данных, определяющего в двоичном коде величину тяги реверсивной двигательной ячейки. Блок памяти 39 запоминает коды всех отработанных сферических воспламенителей 8 с целью исключения попыток повторного включения отработанных двигательных элементов, и, в случае появления повторной кодовой комбинации, выдает команду на блок памяти альтернативных комбинаций 38 на выборку заранее смоделированных и введенных перед началом работы таблиц принятия оптимальных решений в конкретных ситуациях в виде множества наборов альтернативных целенаправленных кодовых комбинаций. Например, если в реверсивной двигательной ячейке с координатами Xn,Yn уже был использован заряд w₄ с тяговым весовым коэффициентом w равным 4, то выбирается в соседней ячейки с адресом Xn+1,Yn заряд с тяговым весовым коэффициентом w равным 4, если же и он также использован, выбирается в двух соседних ячейках с адресами Xn+1,Yn, Xn-1,Yn два заряда w₂ и w₂ по 2 весовых коэффициента в сумме составляющие 4, если же и они использованы, то выбираются неиспользованные заряды из ближайшего геометрического окружения по координатам Xn,Yn+1, Xn,Yn-1. Также могут быть осуществлены более сложные сочетания комбинаций в разных удаленных друг от друга точках на поверхности монолитной термостойкой диэлектрической подложки 1, одинаково влияющих на величины изменения линейных и угловых перемещений, направленных на оптимизацию расхода топлива и живучесть двигательной системы. С четырех информационных выходов блока памяти альтернативных кодовых комбинаций 38 преобразованные кодовые комбинации через адресные шины строк, столбцов и шину данных одновременно поступают на входы первого дешифратора строк 36, который выбирает по координате Y адресную шину реверсивной двигательной ячейки с лицевой стороны подложки (аверса) или с оборотной стороны (реверса) с помощью второго дешифратора строк 37. С третьего адресного выхода через дешифратор столбцов 33 выбирается адресная шина по координате X реверсивной двигательной ячейки единая для коммутируемых элементов реверсивных двигательных ячеек, расположенных как на лицевой, так и на оборотной стороне монолитной термостойкой диэлектрической подложки 1. Кодовое слово, определяющее адрес реверсивной двигательной ячейки по координате X с дешифратора столбцов 33, поступает на вход коммутатора адресов реверсивных двигательных ячеек 34, на второй вход которого поступает код с выхода дешифратора данных 35, определяющий величину тяги реверсивной двигательной ячейки. Коммутатор адресов реверсивных двигательных ячеек 34 производит соединение группы шин столбцов с группой шин данных каждой реверсивной двигательной ячейки отдельно или нескольких одновременно, задавая кодовой комбинацией определенный весовой коэффициент тяги в двоичном коде, который в данном примере при использовании пятиразрядного двоичного кода может принимать значения от 1 до 31 (количество разрядов определяется требованиями к точности выполнения маневра МКА). В зависимости от управляющего бита (аверс/реверс («0»/«1»)), первый или второй дешифраторы строк 36, 37 производят включение элементов реверсивных двигательных ячеек на лицевой или оборотной стороне монолитной термостойкой диэлектрической подложки 1, осуществляя этим реверсирование тяги. Выполнение реверсирования направлений векторов тяги и управление их величинами поясняется на примере организации работы одной реверсивной двигательной ячейки, представленной на фиг. 2. Первый дешифратор строк 36 производит включение шин строк 11 на лицевой стороне подложке (аверсе) для создания прямого направления векторов тяги, а второй дешифратор строк 37 производит включение шин строк 25 на оборотной стороне монолитной термостойкой диэлектрической подложки 1 (реверсе) для создания векторов тяги с противоположными направлениями. Коммутатор адресов реверсивных двигательных ячеек 34 переключение шин столбцов 14-18 и 28-32 осуществляет одновременно с двух сторон монолитной термостойкой диэлектрической подложки 1. Шины с выходов коммутатора адресов реверсивных двигательных ячеек 34 соединены с шинами столбцов 14-18 и 28-32, а шины с выходов первого и второго дешифраторов строк 36, 37 соединены со строковыми 11 и 25 шинами. Между строковыми шинами 11 и 25 и соответственно между столбцовыми шинами 28-32 и 14-18 для обеспечения устойчивого электрического контакта зажаты сферические воспламенители 8. В зависимости от поступившего управляющего кода каждой логической «1», осуществляется воспламенение соответствующих сферических воспламенителей 8, за счет протекания через них электрического тока, вызывающего их детонацию и воспламенение расположенных под ними зарядов твердого топлива 7, размещенных в разных по объему конусообразных микропорах 2-6 и 19-23. Каждый воспламенитель 8, разрушаясь, воспламеняет только свой заряд твердого топлива 7 с определенным весовым коэффициентом тяги в определенной реверсивной двигательной ячейке. Продукты сгорания твердого топлива 7, вырываясь через сквозные цилиндрические микропоры 9 (свободные от сферических воспламенителей после их распыления при детонации), и затем через конусообразные сквозные микропоры 13 или 27, работающие как сопла, создают реактивную тягу. Величина тяги каждой реверсивной двигательной ячейки может дискретно управляться в зависимости от ее разрядности и может принимать любые дискретные значения в заданном интервале, например, при пятиразрядной организации - 1-31 или при семиразрядной - 1-127. В случае недостатка величины тяги, реверсивные двигательные ячейки могут включаться целиком (в этом случае каждая двигательная ячейка играет роль дополнительного разряда). На фиг. 3 приведен примерный трехмерный график распределения величин векторов тяги W по координате Z и координатам X,Y при выполнении маневра малоразмерным космическим аппаратом, где на координате X - номер адреса столбца (nj) реверсивной двигательной ячейки; на координате Y - номер адреса строки (mi) реверсивной двигательной ячейки; на координате Z - (о.е.) - величина прямого направления вектора тяги, и (о.е.) - величина обратного направления вектора тяги реверсивной двигательной ячейки в относительных единицах (при пятиразрядной организации реверсивных двигательных ячеек, и принимают значения от 1 до 31 с шагом в одну единицу, задаваемые кодом от 00001 до 11111, при коде 00000 - реверсивная двигательная ячейка выключена).

Возможность включения реверсивных двигательных ячеек в разных последовательностях с различными величинами тяги в различных координатных точках двигательной матрицы, развертываемой в виде плоской панели, закрепленной, например, перпендикулярно поверхности МКА, позволяет одной двигательной системой, при оптимальном расходовании твердого топлива, производить реверсивные линейные и угловые прецизионные перемещения МКА с помощью индивидуального цифрового управления величиной тяги каждой реверсивной двигательной ячейки, что ранее невозможно было осуществить известными двигательными системами, работающими на твердом топливе.

Источники информации

1. Patent No.: US 8464640 В2, Date of Patent: Jun. 18, 2013, F02K 9/08, CONTROLLABLE DIGITAL SOLID STATE CLUSTER THRUSTERS FOR ROCKET PROPULSION AND GAS GENERATION.

2. Patent Application Publication, Pub. No.: US 20160061148 A1, Pub. Date Mar. 3, 2016, F02K 9/95, B64G 1/40, F02K 9/76, F02K 9/10, F02K 9/24, PROPULSION SYSTEM COMPRISING PLURALITY OF INDIVIDUALLY SELECTABLE SOLID FUEL MOTORS.

3. Patent No.: US 6378292 B1, Date of Patent Apr. 30, 2002, F02K 9/42; F02K 9/44; F02K 9/95; F02K 9/76 MEMS MICROTHRUSTER ARRAY.

4. Патент RU 2498103 C1, 10.11.2013, F02K 99/00, B81B 7/04 МИКРОЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ.

Изобретение относится к двигательным ракетным системам для малоразмерных космических аппаратов и предназначено для использования в качестве маневрового двигателя при выполнении линейных и угловых перемещений. Согласно изобретению плоская монолитная термостойкая диэлектрическая подложка содержит упорядоченно размещенные на поверхности с противоположных сторон конусообразные микропоры, ранжированные по объему в пропорциях последовательных степеней числа два (1-2-4-8-16) и заполненные твердым топливом. На центры оснований конусообразных микропор наложены сферические воспламенители, закрепленные в сквозных цилиндрических микропорах и зажатые центрующими отверстиями шин строк и столбцов первой и третьей термостойких диэлектрических мембран, на которые наложены вторая и четвертая термостойкие диэлектрические мембраны со сквозными конусообразными микропорами, образующими сопла над конусообразными микропорами, заполненными твердым топливом. Адресные шины строк и столбцов соединены, соответственно, с первым и вторым дешифраторами строк и через коммутатор адресов реверсивных двигательных ячеек с дешифратором столбцов и дешифратором данных, которые управляют координатами, величинами и направлением векторов тяги реверсивных двигательных ячеек. Входы дешифраторов соединены с выходами блока памяти альтернативных кодовых комбинаций, входы которого соединены с выходами блока памяти отработанных кодовых комбинаций и информационными выходами контролера. Изобретение позволяет обеспечить возможность индивидуального цифрового управления величиной тяги каждой реверсивной двигательной ячейки реверсивной матричной двигательной системы малоразмерного космического аппарата. 3 ил.

Реверсивная матричная ракетная двигательная система с индивидуальным цифровым управлением величиной тяги каждой реверсивной двигательной ячейки для малоразмерных космических аппаратов, содержащая плоскую прямоугольную подложку с размещенным на ней массивом двигательных элементов твердого топлива, соединенных через коммуникационную сеть с контроллером, отличающаяся тем, что содержит коммутатор адресов реверсивных двигательных ячеек, первый и второй дешифраторы строк, дешифратор столбцов, дешифратор данных, блок памяти отработанных кодовых комбинаций, блок памяти альтернативных кодовых комбинаций, сферические воспламенители, первую и третью термостойкие диэлектрические мембраны с упорядоченно расположенными сквозными цилиндрическими микропорами, количество которых равно количеству сферических воспламенителей, вторую и четвертую термостойкие диэлектрические мембраны с упорядоченно расположенными конусообразными сквозными микропорами, монолитную термостойкую диэлектрическую подложку с упорядоченной структурой параллельно расположенных относительно осей конусообразных микропор, перпендикулярных аверсу, с двухсторонней встречно направленной ориентацией вершин конусообразных микропор, размещенных друг от друга по коническим поверхностям на расстоянии, обеспечивающем термопрочностную защиту конусообразных микропор, ранжированных по объему в пропорциях последовательных степеней числа два, геометрически сгруппированных и упорядоченно расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга, образуя реверсивные двигательные ячейки в виде упорядоченных групп конусообразных микропор, количество которых в каждой реверсивной двигательной ячейке равно удвоенному числу разрядов используемого двоичного кода для управления величиной тяги в зависимости от требуемой точности, конусообразные микропоры заполнены твердым топливом до основания конусообразных микропор, над центрами которых расположены сквозные цилиндрические микропоры первой и третьей термостойких диэлектрических мембран со сквозными микропорами, заполненными сферическими воспламенителями, соединенными с противоположных сторон над их центрами с шинами строк и столбцов, расположенных с наружных сторон первой и третьей термостойких диэлектрических мембран и имеющих на местах пересечений шин над центрами сферических воспламенителей контактные отверстия с диаметрами, равными диаметрам оснований шаровых поясов сферических воспламенителей, высота между основаниями шаровых поясов которых равна толщине первой или третьей термостойкой диэлектрической мембраны, сферические воспламенители, вложенные в сквозные цилиндрические микропоры, электрически соединены по периметрам линий шаровых поясов сферических воспламенителей с шинами строк и столбцов, которые соответственно подключены с аверса монолитной термостойкой диэлектрической подложки на выходы первого дешифратора строк, а с реверса - на выходы второго дешифратора строк, и выходы коммутатора адресов реверсивных двигательных ячеек, входы которого соединены с выходами дешифратора столбцов и выходами дешифратора данных, входы которого соединены с выходами шины данных блока памяти альтернативных кодовых комбинаций, строчные аверсные адресные шины которого соединены с входами первого дешифратора строк, а строчные реверсные адресные шины соединены с входами второго дешифратора строк, столбцовые адресные шины соединены с входами дешифратора столбцов, а первый информационный вход блока памяти альтернативных кодовых комбинаций соединен с информационным выходом контролера и информационным входом блока памяти отработанных кодовых комбинаций, информационный выход которого соединен со вторым информационным входом блока памяти альтернативных кодовых комбинаций, причем на первой и третьей термостойкой диэлектрической мембране с цилиндрическими сквозными микропорами с противоположной стороны от соединения с монолитной термостойкой диэлектрической подложкой закреплены соответственно вторая и четвертая термостойкая диэлектрическая мембрана со сквозными конусообразными микропорами, ориентируемыми большими диаметрами оснований наружу, центры оснований которых расположены над центрами оснований конусообразных микропор.