Устройство выдвижения полезной нагрузки от космического аппарата методом наддува раскладываемой трубчатой конструкции Российский патент 2020 года по МПК B64G1/22 

Изобретение относится к трансформируемым стержневым космическим конструкциям, предназначенным для выдвижения полезной нагрузки от космического аппарата, при этом трансформация происходит методом наддува.

Трансформируемые космические конструкции доставляются в точку эксплуатации в компактно-сложенном транспортном состоянии, и, впоследствии, разворачиваются в рабочее положение, причем их габариты в рабочем положении существенно превышают габариты обтекателей существующих ракет-носителей. Существуют механический, ротационный и пневматический способы трансформации. Однако надувные конструкции отличаются минимальной массой и минимальным объемом в транспортном положении. К настоящему времени надувные конструкции были в космосе в основном только в качестве экспериментов и платформ для отработки новых технологий. Известны: Надувная антенна IAE - R.E. Freeland, G.D. Bilyeu, G.R. Veal, M.D. Steiner, D.E. Carson. Large inflatable deployable antenna flight experiment results. Acta Astronautica, 41:267-277, 1997; надувной рефлектор антенны - D.P. Cadogan, J.K. Lin. An Inflatable Microstrip Reflectarray Concept for Ka-Band Applications. AIAA 2000-1831, April 3-6, 2000.

За прототип принято устройство, описанное в патенте (RU 2346858 С1, 14.10.2005, B64G 1/22, Е04Н 15/20), которое содержит в неразвернутом состоянии гибкую, сложенную гармошкой трубу, жестко связанную одним концом с пробкой, снабженной приспособлением для подвода газа, используемого для раздува конструкции. Другой конец трубы закрыт.

Устройство - прототип не предназначено для перемещения полезной нагрузки (ПН) от космического аппарата (КА), требующей с ним электрической связи, а так же для ее монтажа на поверхности КА в ручном или автоматическом режиме непосредственно в космическом пространстве.

Задачей изобретения является обеспечение возможности монтажа устройства на внешнюю поверхность КА при работе в открытом космосе и выдвижения ПН от КА методом наддува раскладываемой трубчатой конструкции, с обеспечением электрической взаимосвязи между ПН и КА.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве выдвижения полезной нагрузки от космического аппарата методом наддува раскладываемой трубчатой конструкции, включающем раскладываемую трубчатую конструкцию, сложенную в транспортном положении, оба конца которой герметично закрыты, приспособление подвода газа, раскладываемая трубчатая конструкция выполнена из отверждаемых ультрафиолетом или инициирующим газом или в вакууме композитных материалов и размещена в герметичном контейнере, имеющем цилиндрический корпус, стационарную крышку с электрическим герметичным переходником, пневматическими герметичными переходниками и механическим интерфейсом для стыковки блока наддува, и подвижную крышку, снабженную механическим и электрическим интерфейсами, при этом раскладываемая трубчатая конструкция герметично соединена со стационарной и подвижной крышками контейнера посредством присоединенных к ней фланцев через уплотнительные резиновые прокладки. А также электрические интерфейсы стационарной и подвижной крышек соединены кабелем, расположенным во внутренней полости раскладываемой трубчатой конструкции. И на стационарной крышке установлен стакан, с прижимным диском, уплотняющим раскладываемую трубчатую конструкцию в транспортном положении, к которому присоединено уплотнительное гибкое кольцо. Сущность изобретения поясняется чертежами: фиг. 1 - вид устройства в транспортном (сложенном) положении фиг. 2 - сечение устройства в транспортном (сложенном) положении фиг. 3 - вид устройства в рабочем (развернутом) положении фиг. 4 - сечение устройства в рабочем (развернутом) положении фиг. 5 - изображение раскладываемой трубчатой конструкции в транспортном (сложенном положении) фиг. 6 - эскиз устройства в транспортном (сложенном) положении фиг. 7 - изображение линий складок на раскладываемой трубчатой конструкции.

На фигурах приняты следующие обозначения:

1 - цилиндрический корпус;

2 - стационарная крышка;

3 - подвижная крышка;

4 - раскладываемая трубчатая конструкция;

5 - кабель;

6 - электрический герметичный переходник;

7 - механический интерфейс подвижной крышки;

8 - механический интерфейс крепления стационарной крышки;

9 - пневматический герметичный переходник наддува;

10 - пневматический герметичный переходник;

11 - стационарный фланец раскладываемой трубчатой конструкции;

12 - подвижный фланец раскладываемой трубчатой конструкции;

13 - специальные болты;

14 - стакан;

15 - уплотнительное гибкое кольцо;

16 - уплотнительная герметизирующая резиновая прокладка;

17 - прижимной диск;

18 - фланец герметичного корпуса.

Устройство выдвижения полезной нагрузки от КА методом наддува раскладываемой трубчатой конструкции включает в себя герметичный контейнер, состоящий из цилиндрического корпуса 1, приваренных к нему стационарной крышки 2 и фланца 18; подвижной крышки 3; раскладываемой трубчатой конструкции 4; стакана 14; уплотнительного гибкого кольца 15; прижимного диска 17 и кабеля 5.

Стационарная крышка 2 имеет: механический интерфейс крепления 8 для присоединения блока наддува (не представленного на чертежах); пневматический интерфейс для стыковки с блоком наддува, включающий в себя хотя бы один пневматический герметичный переходник наддува 9 для наддува раскладываемой трубчатой конструкции и сброса из нее давления после отверждения конструкции, электрический интерфейс, представляющий собой электрический герметичный переходник 6, два пневматических герметичных переходника 10 для выравнивания давления между окружающей средой и внутренним объемом раскладываемой трубчатой конструкции 4, а также между объемом, образованным цилиндрическим корпусом 1 и раскладываемой трубчатой конструкцией 4. В стационарной крышке 2 выполнены две проточки под уплотнительные герметизирующие резиновые прокладки 16.

Фланец 18 контейнера имеет резьбовые отверстия для ввинчивания специальных болтов 13 и проточку для установки уплотнительной герметизирующей резиновой прокладки 16.

Подвижная крышка 3 включает в себя механический интерфейс 7 для крепления полезной нагрузки (не представленной на чертежах) и электрический интерфейс в виде электрического герметичного переходника 6. В подвижной крышке выполнена проточка для установки уплотнительной герметизирующей резиновой прокладки 16. Подвижная крышка 3 в транспортном положении герметично соединена с фланцем герметичного корпуса 18 специальными болтами 13, при этом герметичность обеспечивается за счет уплотнительной герметизирующей резиновой прокладки 16. В рабочем положении подвижной крышки 3 специальные болты 13 вывернуты из резьбовых отверстий фланца герметичного корпуса 18.

Раскладываемая трубчатая конструкция 4 имеет стационарный 11 и подвижный 12 фланцы и композитную цилиндрическую оболочку, подвижный фланец 12 раскладываемой трубчатой конструкции 4 герметично состыкован со стационарной крышкой 2 посредствам элементов крепления, при этом герметичность обеспечивается за счет двух уплотнительных герметизирующих резиновых прокладок 16. Стационарный фланец 11 раскладываемой трубчатой конструкции 4 герметично состыкован с подвижной крышкой 3 при помощи элементов крепления, при этом герметичность обеспечивается за счет уплотнительной герметизирующей резиновой прокладки 16. Раскладываемая трубчатая конструкция 4 может быть выполнена из отверждаемых ультрафиолетом или инициирующим газом или в вакууме композитных материалов. Один из вариантов расположения и типов слоев следующий: внутренний слой изготовлен из пленки и выполняет роль герметичного лейнера (поддерживает герметичность на время отверждения штанги). Средний слой выполнен из углеродной ткани со связующим на основе поливинилового спирта, отверждаемым в результате удаления пластификатора (воды), способного обратимо насыщаться временным пластификатором с переходом в эластичное состояние и ужесточаться при удалении пластификатора в результате кристаллизации и стеклования. В качестве внешнего слоя (для предотвращения слипания соседних слоев пропитанной ткани в транспортном положении и для обеспечения удаления пластификатора в рабочем положении) используется мембрана с односторонней пропускной способностью.

В транспортном положении раскладываемая трубчатая конструкция 4 сложена гармошкой, в рабочем положении развернута и представляет собой полую трубу.

Стакан 14, представляющий собой цилиндр переменного диаметра с внутренней резьбой на концах, большим диаметром стыкуется со стационарной крышкой 2 контейнера, меньшим диаметром - с прижимным диском 17, уплотняющим раскладываемую трубчатую конструкцию 4 в транспортном положении, к которому в свою очередь присоединено уплотнительное гибкое кольцо 15, служащее для равномерного и безударного выдвижения наддутой части раскладываемой трубчатой конструкции 4.

Кабель 5 соединяет электрические герметичные переходники 6, расположенные на стационарной 2 и подвижной 3 крышках. В транспортном положении кабель 5 скручен в бухту в виде спирали, расположенную в объеме между подвижной крышкой 3 и прижимным диском 17, в рабочем положении кабель 5 выпрямлен и имеет гарантированную слабину, не препятствующую раскрытию раскладываемой трубчатой конструкции 4. Устройство работает следующим образом.

В наземных условиях собирается транспортная конфигурация изделия, в которой раскладываемая трубчатая конструкция 4 сложена гармошкой фиг. 3 и поджата прижимным диском 17, подвижная крышка 3 прикручена к фланцу герметичного корпуса 18 при помощи специальных болтов 13, кабель 5 скручен в бухту в виде спирали. Конструкция в этом положении обеспечивает герметичность внутреннего объема устройства.

При подготовке устройства к выносу на внешнюю поверхность орбитальной станции внутри герметичного контейнера производится демонтаж части специальных болтов 13 для уменьшения трудоемкости работы в открытом космосе.

В течение работы на внешней поверхности орбитальной станции производится установка устройства и выравнивание давления между внутренним объемом герметичного контейнера и внешней средой посредством пневматических герметичных переходников 10 и блока наддува.

Затем дистанционно, путем включения электропневмоклапана блока наддува, через пневматический герметичный переходник наддува 9 производится наддув внутренней полости раскладываемой трубчатой конструкции 4, при этом раскладываемая трубчатая конструкция 4, подвижная крышка 3, и кабель 5 переходят в транспортное положение и полезная нагрузка, расположенная на подвижной крышке 3 выдвигается на заданное расстояние.

После раскрытия раскладываемой трубчатой конструкции 4, происходит ее выдержка в наддутом состоянии до момента ее отверждения, после чего внутреннее давление сбрасывается посредством блока наддува.

Таким образом, с помощью предлагаемого устройства осуществляется доставка и выдвижение полезной нагрузки от КА методом наддува раскладываемой трубчатой конструкции, при этом монтаж устройства на внешнюю поверхность КА может быть осуществлен манипулятором или непосредственно космонавтами при работе в открытом космосе.

Изобретение относится к космической технике, а более конкретно к трансформируемым космическим конструкциям. Устройство выдвижения полезной нагрузки от космического аппарата методом наддува раскладываемой трубчатой конструкции включает раскладываемую трубчатую конструкцию, сложенную в транспортном положении, оба конца которой герметично закрыты. Имеется приспособление подвода газа. Раскладываемая трубчатая конструкция выполнена из отверждаемых композитных материалов и размещена в герметичном контейнере. Контейнер имеет цилиндрический корпус, стационарную крышку с электрическим герметичным переходником, пневматическими герметичными переходниками и механическим интерфейсом для стыковки блока наддува. Также имеется подвижная крышка, снабженная механическим и электрическим интерфейсами. Электрические интерфейсы стационарной и подвижной крышек соединены кабелем, расположенным во внутренней полости раскладываемой трубчатой конструкции. Достигается расширение функциональных возможностей. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Устройство выдвижения полезной нагрузки от космического аппарата методом наддува раскладываемой трубчатой конструкции, включающее в себя раскладываемую трубчатую конструкцию, сложенную в транспортном положении, оба конца которой герметично закрыты, приспособление подвода газа, отличающееся тем, что раскладываемая трубчатая конструкция выполнена из отверждаемых ультрафиолетом или инициирующим газом или в вакууме композитных материалов и размещена в герметичном контейнере, имеющем цилиндрический корпус, стационарную крышку с электрическим герметичным переходником, пневматическими герметичными переходниками и механическим интерфейсом для стыковки блока наддува, и подвижную крышку, снабженную механическим и электрическим интерфейсами, при этом раскладываемая трубчатая конструкция герметично соединена со стационарной и подвижной крышками контейнера посредством присоединенных к ней фланцев через уплотнительные резиновые прокладки.

2. Устройство выдвижения полезной нагрузки от космического аппарата методом наддува раскладываемой трубчатой конструкции по п. 1, отличающееся тем, что электрические интерфейсы стационарной и подвижной крышек соединены кабелем, расположенным во внутренней полости раскладываемой трубчатой конструкции.

3. Устройство выдвижения полезной нагрузки от космического аппарата методом наддува раскладываемой трубчатой конструкции по п. 1, отличающееся тем, что на стационарной крышке установлен стакан с прижимным диском, уплотняющим раскладываемую трубчатую конструкцию в транспортном положении, к которому присоединено уплотнительное гибкое кольцо.