Космический аппарат Российский патент 2018 года по МПК B64G1/00 

Изобретение относится к космической технике, а именно к конструкции космических аппаратов преимущественно научного назначения для проведения астрофизических исследований в рентгеновском и гамма диапазонах спектрального излучения. При разработке конструкции космических аппаратов такого назначения возникает задача крепления на космическом аппарате в составе полезной нагрузки нескольких исследовательских инструментов со значительными массами и габаритами.

Известен ряд технических решений, относящихся к разработке космических аппаратов для научных исследований, полезной нагрузкой которых являются космические телескопы, регистрирующие электромагнитное излучение в различных диапазонах спектра, см., например, решение по свидетельству на промышленный образец СССР №26740 (МКПО 12-07, дата подачи 14.04.1988), решение по патенту на промышленный образец РФ №102537 (МКПО 12-07, дата публ. 14.03.2017), решения по патентам на изобретения США №7513459 (МПК B64G 1/24, дата публ. 7.04.2009) и по №5848767 (МПК B64G 1/10, дата публ. 15.12.1998), решение внешнего вида космического аппарата «Астрон» (см. «Космонавтика. Энциклопедия», изд. «Советская энциклопедия», М., 1985 г., стр. 31-32).

Техническое решение космического аппарата, известное из свидетельства на промышленный образец СССР №26740, содержит основной телескоп рентгеновского диапазона с узким полем зрения большой массы и габаритов, располагаемый вдоль продольной оси аппарата, и несколько широкоугольных телескопов гамма и рентгеновского диапазона меньших габаритов и массы, располагаемые на двух боковых платформах. Конструкция космического аппарата включает установленные вдоль продольной оси герметичный торовый приборный отсек, коническую проставку, герметичный цилиндрический приборный отсек и конический переходник, на котором установлен основной космический телескоп. Относительно небольшие по массе и габаритам широкоугольные телескопы и высокая несущая способность конструкции космического аппарата дают возможность обеспечить крепление боковых платформ с широкоугольными телескопами на цилиндрическом приборном отсеке. Различие в целевых задачах, решаемых основным телескопом - картографирование участков небесной сферы с высоким разрешением, и решаемых широкоугольными телескопами, предназначенными для обзорного наблюдения источников излучения, дают возможность не предъявлять высоких требований по точности взаимного положения основного телескопа и широкоугольных телескопов. Использование в конструкции космического аппарата герметичных приборных отсеков большой массы не дает возможность использовать это решение в конструкции современных космических аппаратов.

В патенте США №5848767 приведена компоновочная схема (см. фиг. 1, 2 описания патента) космического аппарата, полезной нагрузкой которого является параболическая антенна большого диаметра. Параболическая антенна закреплена на корпусе модуля служебных систем, который выполнен в виде прямой восьмигранной призмы, боковые грани которой перекрыты панелями, выполненными из многослойного материала, включающего листы из сплава на основе алюминия в сочетании со слоями из полимерных материалов. Небольшая масса, относительное невысокое положение центра масс полезной нагрузки относительного модуля служебных систем, равномерное распределение нагрузки, воспринимаемой конструкцией модуля служебных систем, дает возможность выполнения в этом решении корпуса без использования дополнительных продольных силовых элементов.

Полезной нагрузкой космических аппаратов, известных из патента на промышленный образец РФ №102537 и из патента на изобретение США №7513459 (см. фиг. 1, 2 описания патента), являются астрофизические телескопы ультрафиолетового диапазона спектра большой массы и габаритов.

Наиболее близким аналогом заявляемого решения космического аппарата является решение космического аппарата, известное из патента на промышленный образец РФ №102537. В соответствии с этим патентом полезной нагрузкой космического аппарата является оптический телескоп больших габаритов и массы. Кроме того, космический аппарат содержит модуль служебных систем и ферму, на верхнем поясе которой установлен телескоп, а нижний пояс закреплен на модуле служебных систем.

Корпус модуля служебных систем выполнен в виде прямой восьмигранной призмы, вдоль боковых ребер которой пропущены продольные стойки, пролеты между которыми перекрыты боковыми панелями. Концы продольных стоек соединены поперечными силовыми элементами.

Ферма космического аппарата выполнена в виде осесимметричной цилиндрической формы и снабжена треугольной решеткой. Восемь нижних фитингов - нижних опорных узлов фермы, закреплены на восьми верхних концах продольных стоек модуля служебных систем. Восемь верхних фитингов - верхних опорных узлов фермы, соединены с торцевым шпангоутом телескопа. Нижние концы продольных стоек корпуса модуля служебных систем соединены с последней ступенью ракеты-носителя.

Внутри корпуса модуля служебных систем размещены блоки бортовой служебной аппаратуры космического аппарата. Снаружи корпуса на его боковых панелях установлены антенны радиосвязи, топливные баки, аккумуляторная батарея, пилоны, приводы панелей солнечных батарей. Блоки двигателей ориентации и стабилизации размещены на топливных баках и на упомянутых пилонах.

Осесимметричное выполнение основных элементов конструкции космического аппарата, определяемое выполнением фермы и корпуса модуля служебных систем в виде осесимметричных форм, в сочетании с выполнением полезной нагрузки в виде одного телескопа позволяет с минимальными затратами массы конструкции воспринять инерционную нагрузку от телескопа и передать ее на последнюю ступень ракеты - носителя.

Известные технические решения космических аппаратов для проведения астрофизических исследований ориентированы на размещение на борту космического аппарата одного телескопа большой массы и габаритов или одного телескопа большой массы и габаритов в сочетании с дополнительными телескопами небольшой массы, которые не предъявляют высоких требований по точности их положения относительно основного телескопа.

Однако в настоящее время возникает техническая проблема в создании космического аппарата для проведения астрофизических исследований, допускающего размещение на борту двух телескопов с различной массой и больших габаритов в сочетании с обеспечением высокой точности их установки относительно друг друга как при сборке космического аппарата, так и сохранении ее при наземных операциях, в процессе выведения на ОИСЗ и во время эксплуатации.

Техническая проблема решается следующим образом.

Как и ближайший аналог, космический аппарат содержит полезную нагрузку, ферму и модуль служебных систем. Модуль служебных систем включает корпус, выполненный в виде правильной прямой восьмигранной призмы, вдоль ребер которой пропущены продольные стойки. Концы продольных стоек соединены поперечными силовыми элементами. Середины четырех накрест расположенных поперечных силовых элементов совмещены с первой и второй поперечными осями космического аппарата. Полезная нагрузка закреплена на верхнем поясе фермы, а опорные узлы нижнего пояса фермы соединены с продольными стойками корпуса. Пролеты между продольными стойками перекрыты боковыми панелями.

В соответствии с заявляемым решением полезная нагрузка космического аппарата включает два телескопа с различными массами.

Верхний пояс фермы в соответствии с заявляемым решением снабжен шестью опорными узлами, а нижний - восемью опорными узлами.

В соответствии с заявляемым решением первый и шестой опорные узлы верхнего пояса фермы совмещены с вершинами дельтоида, расположенными на концах его длинной диагонали, второй и третий - короткой диагонали дельтоида. Четвертый и пятый опорные узлы верхнего пояса фермы расположены симметрично относительно его длинной диагонали и совмещены со сторонами дельтоида на одинаковом удалении от шестого опорного узла верхнего пояса фермы. Расстояние между первым и шестым опорными узлами верхнего пояса фермы выбрано большим, а расстояние между вторым и третьим опорными узлами фермы выбрано меньшим расстояния между диаметрально противоположно расположенными продольными стойками модуля служебных систем. При этом длинная диагональ дельтоида ориентирована вдоль первой поперечной оси космического аппарата.

Опорные узлы верхнего пояса фермы соединены друг с другом основными и, кроме того, двумя дополнительными стержнями, размещенными в проеме верхнего пояса фермы. Первый из дополнительных стержней соединен со вторым и третьим опорными узлами, а второй - с четвертым и пятым опорными узлами верхнего пояса фермы.

В соответствии с заявляемым решением телескоп с большей массой закреплен на первом, втором и третьем опорных узлах, а телескоп с меньшей массой - на четвертом, пятом и шестом опорных узлах верхнего пояса фермы.

Опорные узлы нижнего пояса фермы жестко закреплены на верхних концах продольных балок корпуса. В соответствии с заявляемым решением каждый из шести опорных узлов нижнего пояса фермы двумя раскосами, а каждый из двух оставшихся одним раскосом соединены с опорными узлами верхнего пояса фермы.

Кроме того, модуль служебных систем дополнительно снабжен плоской фермой, стержни которой соединены с верхними концами продольных стоек корпуса.

Размещение первого и шестого опорных узлов верхнего пояса фермы в вершинах дельтоида, расположенных на концах его длинной диагонали, и крепление телескопа с большей массой на первом, втором и третьем опорных узлах, а телескопа с меньшей массой - на четвертом, пятом и шестом опорных узлах верхнего пояса фермы, позволяет разместить вдоль длинной диагонали дельтоида телескопы с минимальным расстоянием друг от друга в сочетании с максимальным использованием зоны полезной нагрузки головного обтекателя. Например, как показывают проектно - конструкторские проработки, внутри головного обтекателя диаметром 4000 … 4200 мм при размере длинной диагонали ромбоида от 2500 до 2800 мм могут быть размещены два телескопа с поперечными габаритными размерами от 2000 до 2200 мм и от 1000 до 1200 мм при обеспечении расстояния между осями телескопов в пределах от 1500 до 1700 мм.

При этом размещение опорных четырех узлов крепления телескопов в вершинах дельтоида и двух опорных узлов, расположенных симметрично относительно его длинной диагонали на длинных его сторонах, позволяет путем изменения в разумного пределах геометрии дельтоида свести к минимуму отклонение центра масс полезной нагрузки от продольной оси космического аппарата, а геометрия расположения опорных узлов верхнего пояса фермы также способствует более равномерному нагружению продольных стоек корпуса модуля служебных систем.

Совмещение второго и третьего опорных узлов верхнего пояса фермы на концах короткой диагонали дельтоида в сочетании с размещением четвертого и пятого опорных узлов симметрично относительно его длинной диагонали на одинаковом удалении от шестого опорного узла верхнего пояса фермы в сочетании с соединением опорных узлов основными и дополнительными стержнями позволяет закрепить телескопы на опорных узлах верхнего пояса фермы, совмещенных с вершинами треугольников: телескоп с большей массой на первом, втором и третьем опорных узлах, а телескоп с меньшей массой - на четвертом, пятом и шестом опорных узлах верхнего пояса фермы. Обеспечение крепления телескопов по статически определимой схеме исключает возникновение внутренних напряжений при монтаже телескопов, а также уменьшает уровень температурных деформаций в полете, что способствует размерной стабильности конструкции и сохранению соосности телескопов друг относительно друга в полете.

Жесткая конструкция фермы, выполненной по статически неопределимой схеме, в сочетании с жестким креплением фермы к продольным стойкам корпуса модуля служебных систем и с наличием плоской фермы со стержнями, соединенными с верхними концами продольных стоек корпуса, определяет общую жесткость космического аппарата. При этом ферма, выполненная по статически неопределимой схеме, обеспечивает отсутствие остаточных деформаций после окончания воздействия инерционных нагрузок при выведении космического аппарата на ОИСЗ. Жесткое крепление фермы к продольным стойкам корпуса модуля служебных систем обеспечивает ограничение перемещения нижних опорных узлов фермы в поперечном направлении относительно корпуса модуля служебных систем под воздействием нагрузок при транспортировке и выведении космического аппарата на ОИСЗ. Плоская ферма модуля служебных систем стержнями, соединенными с верхними концами продольных стоек корпуса, воспринимающими распорные усилия от наклонных стержней фермы и исключающими изгибную деформацию верхнего пояса поперечных силовых элементов корпуса, усиливают жесткость корпуса модуля служебных систем.

Техническим результатом использования указанных признаков является возможность разработки космического аппарата, допускающего размещение на его борту двух телескопов различной массы и больших габаритов в сочетании с возможностью обеспечения высокой точности их установки относительно друг друга, как при сборке космического аппарата, так и сохранению точности их взаимного положения при наземных операциях, в процессе выведения на ОИСЗ и во время эксплуатации. Проектно - конструкторские проработки показывают, что использование указанных приемов позволяет обеспечить размерную стабильность по соосности телескопов друг относительно друга при сборке космического аппарата в пределах 30 угловых секунд и сохранению ее в пределах 1 … 2 угловых минут в полете после выведения на ОИСЗ. Это позволяет обеспечить одновременные астрофизические наблюдения телескопами с узкими полями зрения одного и того же участка небесной сферы.

Кроме того, расстояние между первым и шестым узлами может быть выбрано на 30 … 35 процентов большим, а расстояние между вторым и третьим опорными узлами верхнего пояса фермы на 20 … 25 процентов меньшим расстояния между диаметрально противоположно расположенными продольными стойками модуля служебных систем. Выбор размеров фермы и корпуса в соответствии с указанными соотношениями позволяет обеспечить оптимальный компромисс между увеличением допускаемых габаритов телескопов за счет увеличения длинной диагонали дельтоида и увеличением массы фермы, обусловленное отклонением верхнего пояса фермы от симметричной формы.

Кроме того, выбор величины углов между стержнями, соединяющими первый, второй и третий опорные узлы верхнего пояса фермы, и угла между стержнями при шестом опорном узле близкими к 60 градусам, обеспечивая равномерное распределение нагрузки от телескопов на опорные узлы, совмещенные с вершинами равностороннего треугольника, позволяет уменьшить неравномерность нагружения продольных стоек корпуса модуля служебных систем.

Наиболее целесообразно одним раскосом соединить каждый из двух опорных узлов нижнего яруса фермы, размещенных симметрично относительно первой поперечной оси космического аппарата со смещением в сторону первого опорного узла верхнего пояса фермы, с опорным узлом верхнего пояса фермы, что позволяет уменьшить массу фермы.

Помимо прочего, плоская ферма модуля служебных систем может содержать штангу, раскосы и стяжки. При этом штангу целесообразно соединить с концами продольных стоек корпуса, размещенных симметрично относительно первой поперечной оси космического аппарата, причем каждая из указанных продольных стоек корпуса дополнительно может быть соединена с первыми концами стяжек плоской фермы. При этом первые концы раскосов целесообразно соединить со штангой вблизи ее середины, а вторые концы раскосов и стяжек закрепить на концах продольных стоек корпуса, расположенных симметрично относительно второй поперечной оси модуля. Помимо этого, плоская ферма включает, по крайней мере, один дополнительный раскос, первый конец которого может быть соединен со штангой вблизи ее середины, а второй конец соединен со вторым концом одной из стяжек. Указанные приемы позволяют сформировать плоскую ферму в виде геометрически неизменяемой конструкции, что существенно повышает жесткость и прочность корпуса модуля служебных систем, обеспечивает возможность восприятия значительных распорных усилий от осевых и боковых сил от основных стержней фермы, установленных наклонно к продольной оси космического аппарата. Это также уменьшает массу корпуса модуля служебных систем, так как элементы плоской фермы, работающие на растяжение - сжатие, исключают изгибную деформацию поперечных силовых элементов корпуса модуля служебных систем. Дополнительное выполнение раскосов и стяжек плоской фермы регулируемой длины, а также выполнение узлов их соединения с продольными стойками корпуса и штангой плоской фермы с использованием шарнирных подшипников позволяет компенсировать технологические уходы и неточности изготовления корпуса модуля служебных и упростить установку плоской фермы на модуль служебных систем и, тем самым, уменьшить время сборки космического аппарата.

Кроме этого, раскосы и стяжки наиболее предпочтительно выполнить в виде труб, концы которых резьбовым соединением соединить с законцовками, причем направление резьбы на них выбрать противоположным. Это, обеспечивая плавную регулировку длины раскосов и стяжек, исключает деформацию корпуса модуля служебных систем.

Жесткое соединение фермы с корпусом модуля служебных систем наиболее предпочтительно выполнить, снабдив фитинги опорных узлов нижнего пояса фермы и фланцы верхних концов продольных стоек корпуса соосными отверстиями и соединив их друг с другом болтовыми соединениями. При этом стержни болтов и указанные отверстия в фитингах опорных узлов нижнего пояса фермы и во фланцах верхних концов продольных стоек корпуса целесообразно выполнить с допусками, соответствующими скользящей посадке, что предотвращает перемещение фермы относительно продольных балок корпуса при воздействии нагрузок при наименьших затратах массы конструкции.

Кроме того, космический аппарат может быть снабжен антеннами радиосвязи. Одна из них может быть ориентирована вдоль первой поперечной оси космического аппарата и закреплена на шестом опорном узле верхнего пояса фермы. Другая антенна радиосвязи может быть закреплена на раскосе фермы вблизи опорного узла нижнего пояса фермы и выполнена с возможностью раскладывания. В сложенном положении последняя из антенн может быть зафиксирована на первом опорном узле верхнего пояса фермы, а в разложенном - ориентирована параллельно первой поперечной оси космического аппарата. Указанное размещение антенн радиосвязи с их выносом от элементов космического аппарата вдоль первой поперечной оси космического аппарата позволяет выполнить антенны радиосвязи с широкими диаграммами направленности, так как их установка вблизи первого и шестого опорных узлов верхнего пояса фермы - опорных узлов, наиболее удаленных от продольной оси космического аппарата, позволяет исключить попадание элементов конструкции космического аппарата в зону действия антенны, что улучшает радиосвязь с космическим аппаратом.

Ферма космического аппарата может быть дополнительно снабжена платформой с установленными на ней гироскопическими приборами. Платформа с гироскопическими приборами может быть размещена во внутреннем объеме фермы и стержнями закреплена на четвертом, пятом и шестом опорных узлах и втором дополнительном стержне верхнего пояса фермы Размещение гироскопических приборов вблизи мест установки телескопов позволяет с большей точностью ориентировать телескопы на один и тот же участок небесной сферы, так как непосредственное крепление платформы с гироскопическими приборами к силовым элементам фермы исключает влияние от каких-либо промежуточных конструктивных элементов на точность ориентации телескопов на один и тот же участок небесной сферы.

Заявляемое решение космического аппарата иллюстрируется следующими материалами:

фиг. 1 - общий вид космического аппарата,

фиг. 2 - фрагмент космического аппарата (вид в аксонометрии, модуль служебных систем условно не показан),

фиг. 3 - силовой каркас космического аппарата (вид в аксонометрии),

фиг. 4 - силовой каркас космического аппарата (вид А с фиг. 3),

фиг. 5 - силовой каркас космического аппарата (вид Б с фиг. 3),

фиг. 6 - силовой каркас космического аппарата (вид В с фиг. 4),

фиг. 7 - силовой каркас модуля служебных систем с плоской фермой (вид в аксонометрии),

фиг. 8 - узел установки антенны радиосвязи на шестом опорном узле верхнего пояса фермы в аксонометрии,

фиг. 9 - узел установки антенны радиосвязи на раскосе фермы (антенна зафиксирована на первом опорном узле верхнего пояса фермы),

фиг. 10 - узел установки антенны радиосвязи на раскосе фермы (антенна в разложенном положении),

фиг. 11 - панель с гироскопическими приборами (вид в аксонометрии снаружи фермы),

фиг. 12 - панель с гироскопическими приборами (вид в аксонометрии изнутри фермы),

фиг. 13 - продольный разрез раскоса плоской фермы,

фиг. 14 - узел крепления раскоса плоской фермы и опорного узла нижнего пояса фермы к продольной балке корпуса (фрагмент сечения Д - Д с фиг. 7).

В приведенных материалах обозначено:

1 продольная ось космического аппарата,

2 первая поперечная ось космического аппарата,

3 вторая поперечная ось космического аппарата,

4 модуль служебных систем,

41-44 продольные стойки корпуса,

441 - фланец верхнего конца продольной стойки 44 корпуса,

45 боковая панель корпуса,

451 верхний поперечный элемент корпуса,

452 нижний поперечный элемент корпуса,

46 топливный бак,

47 привод солнечной батареи,

48 пилон,

49 блок двигателей малой тяги,

5 ферма,

6 телескоп с большей массой,

7 телескоп с меньшей массой,

10 верхний пояс фермы,

101-106 опорные узлы верхнего пояса фермы,

107 основные стержни верхнего пояса фермы,

108-109 дополнительные стержни верхнего пояса фермы,

11, 13 антенны радиосвязи,

12, 14 кронштейны антенн радиосвязи,

15 платформа прецизионных приборов,

16 блок прецизионного гироскопического прибора,

17 стержни платформы гироскопических приборов,

18-20 опорные узлы нижнего пояса фермы,

21-23 раскосы фермы,

24 штанга плоской фермы,

25 раскос плоской фермы,

26 стяжка плоской фермы,

27 дополнительный раскос плоской фермы,

28 труба стержневого элемента плоской фермы,

29 законцовка стержневого элемента плоской фермы,

30 шарнирный подшипник,

31 болт разъемного соединения опорного узла нижнего пояса фермы и фланца верхнего конца продольной балки корпуса.

Без ограничения общности при последующем изложении условимся терминами «внешний», «наружный», «внутренний» обозначать элементы, расположенные в поперечной плоскости космического аппарата - плоскости, перпендикулярной продольной оси 1 переходного отсека, дальше или ближе от продольной оси 1 космического аппарата в радиальном направлении, или поверхности, ориентированные в сторону от продольной оси 1 переходного отсека или в сторону к продольной оси 1 космического аппарата. Кроме того, термины «выше», «ниже», «сверху», «снизу», «верхний торец», «нижний торец», «верхняя сторона», «нижняя сторона» условимся трактовать в соответствии с расположением элементов относительно положительного направления продольной оси 1 космического аппарата (ось X, фиг. 4, Космический аппарат устроен следующим образом.

Космический аппарат содержит полезную нагрузку, модуль служебных систем 4 и ферму 5 (см. фиг. 1-3).

Полезная нагрузка включает два телескопа 6 и 7 с различными массами и габаритами. В наиболее предпочтительном варианте использования космического аппарата полезная нагрузка может включать телескоп рентгеновского диапазона массой от 700 до 850 кг и поперечным габаритным размером от 2000 до 2200 мм и телескоп гамма-диапазона массой 300 … 450 кг и поперечным габаритным размером от 1000 до 1200 мм. Телескопы 6 и 7 установлены на верхнем поясе 10 фермы 5.

Как и ближайший аналог, модуль служебных систем 4 включает корпус (см. фиг. 3-5), выполненный в виде правильной прямой восьмигранной призмы (см. фиг. 1). Силовой каркас модуля служебных систем 4 содержит восемь продольных стоек, пропущенных вдоль ребер призмы корпуса и поперечные силовые элементы 451, 452. Две продольные стойки 41, две стойки 42, две стойки 43 и две стойки 44 размещены друг относительно друга симметрично относительно первой поперечной оси 2 космического аппарата (см. фиг. 3, 7). Концы продольных стоек соединены поперечными силовыми элементами 451, 452. Верхние концы продольных стоек 41-44 корпуса выполнены в виде фланцев, как показано на фиг. 7, 14.

Середины четырех накрест расположенных поперечных силовых элементов совмещены с первой и второй поперечными осями космического аппарата: середины двух противоположно расположенных поперечных силовых элементов, соединяющих концы двух продольных стоек 41 и двух продольных стоек 44, совмещены с первой 2 поперечной осью космического аппарата, а середины двух противоположно расположенных поперечных силовых элементов, соединяющих концы продольных стоек 42 и 43, совмещены со второй 3 поперечной осью космического аппарата.

Пролеты между продольными стойками силового каркаса корпуса перекрыты боковыми панелями 45. На боковых панелях корпуса могут быть размещены топливный бак 46, привод 47 солнечной батареи, пилон 48. На топливном баке 46 и пилоне 48 могут быть размещены блоки 49 двигателей малой тяги (см. фиг. 1).

Верхний пояс 10 фермы 5 снабжен шестью опорными узлами 101-106, которые соединены друг с другом основными 107 и двумя дополнительными 108, 109 стержнями (см. фиг. 3 - 6).

Первый 101 и шестой 106 опорные узлы верхнего пояса фермы совмещены с вершинами дельтоида (см., например, Энциклопедический словарь юного математика, изд. «Педагогика», М., 1989 г., стр. 200,201), расположенными на концах его длинной диагонали. Второй 102 и третий 103 опорные узлы верхнего пояса фермы совмещены с вершинами дельтоида, расположенными на его короткой диагонали. Четвертый 104 и пятый 105 опорные узлы верхнего пояса фермы расположены симметрично относительно его длинной диагонали и совмещены со сторонами дельтоида на одинаковом удалении от шестого 106 опорного узла верхнего пояса фермы. Основные 107 стрежни верхнего пояса фермы пропущены по контуру дельтоида вдоль его сторон и соединяют опорные узлы верхнего пояса фермы.

Расстояние между первым 101 и шестым 106 опорными узлами - опорными узлами, размещенными на концах длинной диагонали дельтоида, выбрано большим, а расстояние между вторым 102 и третьим 103 опорными узлами, расположенными на концах короткой диагонали дельтоида, выбрано меньшим расстояния D (см. фиг. 6) между диаметрально противоположно расположенными концами продольных стоек корпуса модуля служебных систем. В наиболее предпочтительном варианте использования изобретения в космическом аппарате, оснащенном двумя телескопами массой от 700 до 850 кг и массой 300...450 кг, расстояние между первым 101 и шестым 106 узлами может быть выбрано на 30 … 35 процентов большим, а расстояние между вторым 102 и третьим 103 опорными узлами верхнего пояса фермы на 20 … 25 процентов меньшим расстояния D между диаметрально противоположно расположенными продольными стойками модуля служебных систем.

В соответствии с заявляемым изобретением длинная диагональ дельтоида ориентирована вдоль первой 2 поперечной оси космического аппарата.

В соответствии с заявляемым решением космический аппарат может быть снабжен антеннами радиосвязи 11, 13. Антенны радиосвязи 11 ориентированы вдоль первой 2 поперечной оси космического аппарата - вдоль длинной диагонали дельтоида. Антенны радиосвязи 11 могут быть установлены на кронштейне 12, закрепленном на шестом 106 опорном узле верхнего пояса фермы. Антенны радиосвязи 13, ориентированные параллельно первой поперечной оси космического аппарата, могут быть установлены на кронштейне 14, закрепленном на раскосе фермы в нижней его части вблизи фитинга нижнего пояса фермы. Антенны радиосвязи 13 целесообразно выполнить с возможностью раскладывания. В сложенном положении при этом кронштейн 14 антенн 13 может быть зафиксирован на первом опорном узле 101 верхнего пояса фермы, а в разложенном положении антенны 13 и их кронштейн 14 могут быть ориентированы параллельно первой 2 поперечной оси космического аппарата, как показано на фиг. 10.

Как указывалось выше, опорные узлы 101-106 верхнего пояса фермы соединены друг с другом основными стержнями 107, пропущенными вдоль сторон дельтоида. Два дополнительных стержня 108, 109 размещены в проеме верхнего пояса фермы, причем первый 108 из дополнительных стержней соединен со вторым 102 и третьим 103 опорными узлами, а второй 109 - с четвертым и пятым опорными узлами верхнего пояса фермы.

В соответствии с заявляемым решением телескоп 6 с большей массой закреплен на первом 101, втором 102 и третьем 103 опорных узлах, а телескоп 7 с меньшей массой - на четвертом 104, пятом 105 и шестом 106 опорных узлах верхнего пояса фермы.

В наиболее предпочтительном варианте использования изобретения величины углов между стержнями, соединяющими первый 101, второй 102 и третий 103 опорные узлы, и между стержнями при шестом опорном узле могут быть выбраны близкими 60 градусов. При этом телескоп 6 с большей массой (от 700 до 850 кг) целесообразно установить на первый 101, второй 102 и третий 103 опорные узлы верхнего пояса фермы, а второй телескоп 7 с меньшей массой (от 300 до 450 кг) - на четвертый 104, пятый 105 и шестой 106 опорные узлы верхнего пояса 10 фермы.

Кроме первого 6 и второго 7 телескопов ферма космического аппарата может быть снабжена платформой 15 (см. фиг. 11, 12). Платформу 15 наиболее предпочтительно выполнить в виде плоской панели в форме четырехугольника с подрезанными углами и ориентировать в поперечном направлении. На платформе 15 удобно разместить блок 16 прецизионного гироскопического прибора и некоторые другие блоки аппаратуры. Платформу 15 целесообразно разместить во внутреннем объеме фермы 5 вблизи шестого 106 опорного узла верхнего пояса фермы и стержнями 17 закрепить на четвертом 104, пятом 105 и шестом 106 опорных узлах и втором 109 дополнительном стержне верхнего пояса фермы, как показано на фиг. 11, 12.

В соответствии с заявляемым решением нижний пояс фермы снабжен восемью опорными узлами 18-20.

Опорные узлы 18-20 нижнего пояса фермы наиболее предпочтительно выполнить в виде фитингов, как показано на фиг. 2-5, а верхние концы продольных стоек 41-44 корпуса - в виде фланцев 441, как показано на фиг. 3-5, 14. В соответствии с заявляемым решением опорные узлы нижнего пояса фермы жестко закреплены на верхних концах продольных балок 41, 42, 43, 44 корпуса. Наиболее предпочтительно опорные узлы нижнего пояса фермы закрепить на фланцах верхних концов продольных стоек с использованием болтового соединения. Это, например, может быть выполнено, как показано на фиг. 14: во фланце 441 продольной балки 44 корпуса и фитинге опорного узла 18 нижнего пояса фермы выполнены соосные отверстия, причем стержни болтов и указанные отверстия выполнены с допусками, соответствующими скользящей посадке, что обеспечивает минимальные зазоры между стрежнями болтов и фитингами и фланцами, достаточные для ограничения перемещений в поперечном направлении опорных узлов фермы относительно фланцев продольных стоек корпуса.

Каждый из шести из опорных узлов 18 нижнего пояса фермы двумя раскосами 23 соединен с двумя опорными узлами верхнего пояса 10 фермы. Каждый из двух оставшихся раскосов 19, 20 одним раскосом 21, 22 соединен с опорными узлами верхнего пояса фермы (см. фиг. 2, 3, 4).

В соответствии с заявляемым решением наиболее предпочтительно опорные узлы 19, 20, которые одним раскосом соединены с опорными узлами верхнего пояса фермы, разместить симметрично относительно первой 2 поперечной оси космического аппарата со смещением от второй 3 поперечной оси космического аппарата в сторону первого 101 опорного узла верхнего пояса фермы. Как показано на фиг. 2, 3, 4, первый 19 из указанных опорных узлов раскосом 21 соединен со вторым опорным узлом 102, второй 20 - раскосом 22 соединен с третьим 103 опорным узлом верхнего пояса фермы.

В соответствии с заявляемым решением модуль служебных систем дополнительно снабжен плоской фермой (см. фиг. 7), стержни которой соединены с верхними концами продольных стоек 41-44 корпуса.

В соответствии с заявляемым решением плоская ферма может содержать штангу 24, раскосы 25 и стяжки 26 (см. фиг. 7). В наиболее предпочтительном варианте использования изобретения, как показано на фиг. 3, 6, 7, штанга 24 плоской фермы соединена с концами продольных стоек 43 корпуса, размещенных симметрично относительно первой 2 поперечной оси космического аппарата. Каждая из продольных стоек 43 корпуса дополнительно соединена с первыми концами стяжек 26 плоской фермы. Первые концы раскосов 25 плоской фермы соединены со штангой вблизи ее середины. Вторые концы раскосов 25 и стяжек 26 закреплены на концах продольных стоек корпуса, расположенных симметрично относительно второй 3 поперечной оси модуля: вторые концы стяжек 26 соединены с продольными стойками 41, раскосы 25 - с продольными стоками 44.

Кроме того, плоская ферма включает, по крайней мере, один дополнительный раскос 27, первый конец которого соединен со штангой вблизи ее середины, а второй конец соединен со вторым концом одной из продольных стоек корпуса 41. В наиболее предпочтительном варианте использования изобретения при креплении на ферме телескопа 6 массой от 700 до 850 кг и телескопа 7 массой 300 … 450 кг плоскую ферму модуля служебных систем допустимо комплектовать одним дополнительным раскосом 27, в случае крепления на ферме более массивных полезных нагрузок в конструкции фермы необходимо использовать два дополнительных раскоса 27.

Соединение штанги 24, раскосов 25, дополнительных раскосов 27 и стяжек 26 плоской фермы с концами продольных стоек корпуса и крепление раскосов 25 и дополнительных раскосов 27 со штангой может быть выполнено с использованием соединения «ухо - вилка» (см. фиг. 13, 14). Раскосы 25, дополнительные раскосы 27 и стяжки 26 плоской фермы целесообразно выполнить регулируемой длины. Как показано, например, на фиг. 13 раскос 25 плоской фермы в средней части выполнен в виде трубы 28, концы которой соединены резьбовым соединением с законцовками 29, причем направление резьбы на разных концах трубы выбрано противоположным.

В соответствии с заявляемым решением узлы соединения раскосов 25, дополнительных раскосов 27 к штанге 24 и к продольным стойками 41, 43, 44, а также стяжек 26 к продольным стойкам 41, 43 снабжены шарнирными подшипниками 30 (ГОСТ 3635-78).

Заявляемое устройство космического аппарата работает следующим образом.

При выведении космического аппарата на ОИСЗ поперечная и продольная нагрузки от телескопов передаются на опорные узлы верхнего пояса фермы. Далее преимущественно растяжением-сжатием основных и дополнительных элементов фермы нагрузка передается верхнему поясу модуля служебных систем. Ввиду того что периферийные стержни фермы имеют большой наклон по отношению к продольной оси, на стыке фермы и модуля служебных систем помимо продольных усилий, воспринимаемых сжатием продольных силовых элементов модуля, возникают распорные силы, которые ввиду нежесткости верхнего пояса восьмигранника модуля воспринимаются плоской фермой, расположенной в плоскости верхнего стыка модуля. Таким образом, обеспечивается прочность и жесткость всей силовой схемы космического аппарата.

Изобретение относится к космической технике. Космический аппарат (КА) содержит два телескопа, закрепленных на опорных узлах верхнего пояса фермы, и модуль служебных систем. Верхний пояс фермы содержит шесть опорных узлов, а нижний - восемь. Четыре опорных узла верхнего пояса фермы совмещены с вершинами дельтоида, а два расположены симметрично относительно его длинной диагонали и совмещены со сторонами дельтоида. Корпус модуля служебных систем выполнен в виде правильной прямой восьмигранной призмы, вдоль ребер которой пропущены продольные стойки. Длина большей диагонали дельтоида выбрана большей, а длина короткой диагонали - меньшей габаритного поперечного размера модуля служебных систем. Опорные узлы нижнего пояса фермы жестко закреплены на продольных стойках корпуса, причем их верхние концы стянуты стержнями плоской фермы. Техническим результатом изобретения является обеспечение прочности и жесткости силовой схемы КА, возможности размещения на борту двух телескопов с различной массой. 9 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Космический аппарат содержит полезную нагрузку, ферму и модуль служебных систем,

модуль служебных систем включает корпус, выполненный в виде правильной прямой восьмигранной призмы, вдоль боковых ребер которой пропущены продольные стойки, концы которых соединены поперечными силовыми элементами, причем середины четырех накрест расположенных поперечных силовых элементов совмещены с первой и второй поперечными осями космического аппарата, полезная нагрузка закреплена на верхнем поясе фермы,

опорные узлы нижнего пояса фермы соединены с продольными стойками корпуса,

отличающийся тем, что

полезная нагрузка включает два телескопа с различными массами,

верхний пояс фермы снабжен шестью опорными узлами,

первый и шестой из которых совмещены с вершинами дельтоида, расположенными на концах его длинной диагонали, второй и третий - на концах короткой диагонали, а четвертый и пятый расположены симметрично относительно его длинной диагонали и совмещены со сторонами дельтоида на одинаковом удалении от шестого опорного узла верхнего пояса фермы, расстояние между первым и шестым опорными узлами верхнего пояса фермы выбрано большим, а расстояние между вторым и третьим опорными узлами фермы выбрано меньшим расстояния между диаметрально противоположно расположенными продольными стойками модуля служебных систем,

при этом длинная диагональ дельтоида ориентирована вдоль первой поперечной оси космического аппарата,

опорные узлы верхнего пояса фермы соединены друг с другом основными и, кроме того, двумя дополнительными стержнями, последние из которых размещены в проеме верхнего пояса фермы, причем первый из дополнительных стержней соединен со вторым и третьим опорными узлами, а второй - с четвертым и пятым опорными узлами верхнего пояса фермы,

телескоп с большей массой закреплен на первом, втором и третьем опорных узлах, а телескоп с меньшей массой - на четвертом, пятом и шестом опорных узлах верхнего пояса фермы,

нижний пояс фермы снабжен восемью опорными узлами, шесть из которых двумя раскосами, а каждый из двух оставшихся одним раскосом соединены с опорными узлами верхнего пояса фермы,

опорные узлы нижнего яруса фермы жестко закреплены на верхних концах продольных стоек корпуса модуля служебных систем,

при этом модуль служебных систем дополнительно снабжен плоской фермой, стержни которой соединены с верхними концами продольных стоек корпуса.

2. Космический аппарат по п. 1, отличающийся тем, что расстояние между первым и шестым узлами выбрано на 30…35 процентов большим, а расстояние между вторым и третьим опорными узлами верхнего пояса фермы на 20…25 процентов меньшим расстояния между диаметрально противоположно расположенными продольными стойками модуля служебных систем.

3. Космический аппарат по п. 1, отличающийся тем, что величины углов между стержнями, соединяющими первый, второй и третий опорные узлы, и между стержнями при шестом опорном узле выбраны близкими 60 градусам.

4. Космический аппарат по п. 1, отличающийся тем, что каждый из двух опорных узлов нижнего яруса фермы, размещенных симметрично относительно первой поперечной оси космического аппарата со смещением в сторону первого опорного узла верхнего пояса фермы, одним раскосом соединен с опорным узлом верхнего пояса фермы.

5. Космический аппарат по п. 1, отличающийся тем, что плоская ферма модуля служебных систем содержит штангу, раскосы и стяжки,

при этом штанга соединена с концами продольных стоек корпуса, размещенных симметрично относительно первой поперечной оси космического аппарата,

причем каждая из указанных продольных стоек корпуса дополнительно соединена с первыми концами стяжек плоской фермы,

первые концы раскосов соединены со штангой вблизи ее середины,

вторые концы раскосов и стяжек закреплены на концах продольных стоек корпуса, расположенных симметрично относительно второй поперечной оси модуля,

кроме того, плоская ферма включает, по крайней мере, один дополнительный раскос, первый конец которого соединен со штангой вблизи ее середины, а второй конец соединен со вторым концом одной из стяжек, при этом раскосы и стяжки плоской фермы выполнены регулируемой длины, а узлы их соединения с продольными стойками корпуса и штангой плоской фермы снабжены шарнирными подшипниками.

6. Космический аппарат по п. 5, отличающийся тем, что раскосы и стяжки выполнены в виде труб, концы которых резьбовым соединением скреплены с законцовками, причем направление резьбы на разных концах трубы выбрано противоположным.

7. Космический аппарат по п. 1, отличающийся тем, что фитинги опорных узлов нижнего пояса фермы и фланцы верхних концов продольных стоек корпуса снабжены соосными отверстиями и соединены друг с другом болтовыми соединениями, причем стержни болтов и указанные отверстия выполнены с допусками, соответствующими скользящей посадке.

8. Космический аппарат по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен антенной радиосвязи, ориентированной вдоль первой поперечной оси космического аппарата и закрепленной на шестом опорном узле верхнего пояса фермы.

9. Космический аппарат по п. 1, отличающийся тем, что ферма снабжена антенной радиосвязи, закрепленной на раскосе фермы вблизи опорного узла нижнего пояса фермы и выполненной с возможностью раскладывания, причем в сложенном положении антенна зафиксирована на первом опорном узле верхнего пояса фермы, а в разложенном - ориентирована параллельно первой поперечной оси космического аппарата.

10. Космический аппарат по п. 1, отличающийся тем, что ферма дополнительно снабжена платформой с установленными на ней гироскопическими приборами, размещенной во внутреннем объеме фермы и стержнями закрепленной на четвертом, пятом и шестом опорных узлах и втором дополнительном стержне верхнего пояса фермы.