Ассистивный модуль поддержки предметно-практической деятельности космонавта в скафандре на поверхности Луны и способ его сборки Российский патент 2022 года по МПК B64G4/00 B64G1/16 

Группа изобретений относится к космической технике, а именно к объектам оснащения индивидуальной предметно-практической деятельности космонавта в скафандре под избыточным давлением непосредственно на поверхности Луны, Марса и других небесных тел и способам его использования.

Понимание необходимости непосредственного участия космонавтов в исследованиях на поверхности Луны, в эффективном использовании и применении фото-видеотехники, приборов, инструментов, вопреки адептам сплошной роботизации, было подтверждено в программе «Аполлон» и при подготовке отечественной программы Н1-Л3. В этой связи проявляется очевидная потребность в объектах для раскладки применяемого в работе оборудования и перемещения его в пределах локализованного участка поверхности, причем выполнять, по крайней мере, в процессе 1-й экспедиции, до поступления в эксплуатацию вспомогательного электромеханического луномобиля.

Известно, что в миссиях «Аполлон 11 и 12» такие средства отсутствовали. В миссии «Аполлон-14» появилась ручная двухколесная тележка MET (Modular Equipment Transporter) - модульный транспортер оборудования. На тележке предполагалось перемещать камеры, магнитометр, геологические инструменты, образцы лунных минералов и даже одного из астронавтов в случае получения травмы. Аналог.(Мировая пилотируемая космонавтика. Под редакцией Ю.М. Батурина. Москва. Издательство «РТСофт», 2005. С. 133-138).

Известны следующие характеристики тележки. Длина 2,18 м, ширина 0,99 м, высота 0,81 м. Диаметр колес 41 см, толщина колес 10 см (Мировая пилотируемая космонавтика. Под редакцией Ю.М. Батурина. Москва. Издательство «РТСофт», 2005. С. 135-138). Собственный вес тележки на Земле 90Н, грузоподъемность 640Н. Шины из полиэфирного корда наполнены газом под давлением до 0,7-1,4 Н/см. Тележку можно было катить по поверхности с наклоном до 20° (И.И. Черкасов, В.В. Шварев. Грунтоведение Луны. Издательство «Наука». Москва. 1979. С.101). Аналог.

В условиях щебеночной поверхности, покрытой, в основном, песчано-пылевым слоем реголита с валунными включениями и камнями до 1 м в поперечнике, вполне реальной является повышенная опасность абразивного износа контактирующих подвижных пар, что напрямую относится к рассмотренной тележке. В итогах программы «Аполлон» показано, что три миссии с Rover LRV подтвердили, что лунный грунт быстро выводит из строя любые механизмы и инструменты. МЕТ использовалась всего в одной экспедиции, в двух миссиях ВКД и долговечность ее неопределенна (Мировая пилотируемая космонавтика. Под редакцией Ю.М. Батурина. Москва. Издательство «РТСофт», 2005. С. 165).

Газонаполненные колеса МЕТ при эксплуатации могут потерять наддув, восполнять который весьма проблематично.

Указанные факторы ставят под сомнение целесообразность использования аналогичных тележек.

Таким образом, недостатками аналогов модуля поддержки предметно-практической деятельности космонавта в скафандре на поверхности Луны является сложность и неудобство эксплуатации известной конструкции тележки.

Прототипы модуля и способа его сборки не выявлены.

Задачей группы изобретений является создание ассистивного модуля поддержки предметно-практической деятельности космонавта в скафандре на поверхности Луны и способа его сборки.

Техническим результатом группы изобретений является продуктивность и безопасность предметно-практической деятельности космонавта в скафандре на поверхности Луны.

Технический результат изобретения достигается тем, что ассистивный модуль поддержки предметно-практической деятельности космонавта на поверхности Луны содержит две трубчатые замкнутые опоры в форме трапеций с закруглениями углов между основаниями и сторонами, нижние основания которых служат полозьями, а верхние - несущими для установки панели посредством магнитных фиксаторов, для чего на обратной стороне панели установлены оправки с кольцевыми магнитами, а на верхних основаниях опор с помощью хомутов, состоящих из обойм и крышек, ответно закреплены сферические ярма, в панели образованы окна, по периметру которых закреплены тканевые контейнеры, располагаемые с обратной стороны панели, на лицевой стороне панели предусмотрены тканевые шторки контейнеров с застежками "контакт" по периметру, причем шторки по одной стороне прикреплены к панели неразъемно, в панели по оконечностям выполнены вырезы, образующие ручки с покрытием из крючковой ленты, по периметру торец панели защищен тканевой окантовкой.

Технический результат изобретения достигается тем, что способ сборки ассистивного модуля поддержки предметно-практической деятельности космонавта на поверхности Луны заключается в том, для выполнения сборки панель располагают горизонтально обратной стороной вверх, ориентируют ярма, установленные на верхнем основании одной опоры против оправок с кольцевыми магнитами, сближают их и выполняют соединения, аналогично ориентируют ярма второй опоры, против оправок с кольцевыми магнитами, сближают их и выполняют соединения, устанавливают опоры перпендикулярно относительно панели, ставят модуль на опоры, размещают грузы в контейнерах и/или на поверхности панели, при необходимости закрывают шторки контейнеров.

Конструкция ассистивного модуля поддержки и способ его сборки подтверждается следующими соображениями.

1. Конструкция в целом и поэлементно соответствует технико-эргономическом требованиям для использования космонавтом в скафандре под избыточным давлением в условиях гипогравитации 0,16g. Учитывается объем подвижности в шарнирах-суставах скафандра, в частности, отсутствие подвижности в поясничной области, что не позволяет выполнять манипуляции руками на уровне ниже коленей; сниженная тактильная чувствительность ладоней и пальцев рук приводит к выскальзыванию и падению предметов на грунт. Взять или уложить предмет, инструмент, прибор, космонавту удобно на уровне, принятом в обычной жизни для различного назначения столов, подтвержденном веками употребления. Зачастую столы имеют ограждения для предупреждения падения предметов. Отдельные виды столов для облегчения передвижения оснащаются роликами-колесами.

2. В разобранном состоянии конструкция модуля поддержки представлена в виде трех плоских сборок, чем соответствует минимизации занимаемого объема в транспортном положении.

3. Сборка и подготовка к использованию модуля поддержки, по простоте манипуляций и быстродействию, доступны облаченному в скафандр космонавту, для чего требуется взаимно ориентировать кольцевые магниты и сферические ярма, после чего соединение осуществляется автоматически взаимным притяжением кольцевого магнита и сферического ярма.

Пункты 2 и 3 подтверждают свойство конвертируемости изделия.

4. Усилие притяжения сферического ярма, следовательно, и отделения, экспериментально оценена >38 кгс. Приложение бокового усилия, превышающего предел, приведет к плоско-параллельному относительному смещению панели и опор или взаимному их наклону, но не произойдет поломка, как если бы это были неподвижные опоры.

5. Фактически магнитный фиксатор - это сферический шарнир, который позволяет изменять колею между полозьями и уменьшить высоту панели.

6. Размеры контейнеров могут быть определены применительно к составу приборов. Выбирая высоту контейнеров, можно задавать необходимую величину клиренса.

7. Положение контейнеров с обратной стороны панели исключает утерю помещенных в них приборов, но вместе с тем, оставляет поверхность панели для размещения на ней предметов.

8. Наличие рукояток на оконечностях панели позволит двум членам экипажа поднять, перенести через препятствие и т.п.всю структуру.

9. Рукоятки позволяют толкать или буксировать модуль поддержки, или выполнять то и другое одновременно двум космонавтам, или присоединить к рукоятке транспортировочные фалы.

10. Дополнительная, но важная функция - эвакуация, транспортировка одного из членов экипажа в случае потери работоспособности. Для возможности и удобства помещения неработоспособного члена экипажа на панель, поворотом в сферических шарнирах одной опоры можно наклонить панель по крену на 30°; при повороте двух опор - на 60° каждую, а это допустимый угол поворота для магнитного фиксатора, положение столешницы по высоте значительно снижается. Для безопасности "эвакуируемого" предусмотрены привязные ремни.

Технически осуществимо снижение коэффициента трения полозьев и грунта путем нанесения на полозья покрытия фторопластом-4МБ, уникальные антифрикционные свойства которого и устойчивость в условиях космоса подтверждены практикой. Способ нанесения фторопластовых покрытий с высокой адгезионной прочностью разработаны в ГКНПЦ им. М.В. Хруничева. В поддержку данного способа будут проведены трибометрические исследования с целью использования покрытий фторопласт-4МБ в посадочных устройствах космических аппаратов и их дальнейшей буксировки (Л.В. Дербенев и др. Исследования адгезионных свойств покрытий фторопластом-4МБ // Материолог XXXII академических чтений по космонавтике, Москва, янв. - февр. 2008 г.).

Устройство ассистивного модуля поддержки поясняется фигурами (фиг. 1-7).

На фигуре 1 - конструкция ассистивного модуля поддержки;

На фигуре 2 - вид по стрелке А;

На фигуре 3 - вид по стрелке Б;

На фигуре 4 - крепление контейнера и шторки;

На фигуре 5 - крепление окантовки;

На фигуре 6 - схема трансформации модуля для снижения высоты панели;

На фигуре 7 - положение космонавта в процессе эвакуации.

Обозначение на фигурах:

1 - панель;

2, 3 - опора;

4, 5- ручка;

6 - окантовка;

7, 8, 11 - оправка с кольцевым магнитом;

9, 10, 12 - ярмо;

13, 16, 17 - обойма;

14, 18, 19 - крышка;

15 - шторка контейнера;

20, 21, 22, 23 - контейнер;

24 - клей;

25 - застежка «контакт»;

Н - высота платформы при транспортировке;

h - высота платформы при погрузке для эвакуации.

Конструктивно ассистивный модуль поддержки предметно-практической деятельности космонавта в скафандре на поверхности Луны (фиг. 1, 2, 3) содержит трубчатые замкнутые опоры 2, 3 в форме трапеций с закруглениями углов между основаниями и сторонами (например, труба катанная 30x1; АМг2; ОСТ 92002-83), нижние основания которых служат полозьями, а верхние - несущими для установки панели 1 (например, рифленый алюминиевый лист 1,5; АМг5; ГОСТ 21631-76) посредством магнитных фиксаторов (Полет 1. 2010. С.30-36; RU 2708133, опубл. 06.12.2019), для чего на обратной стороне панели 1 установлены оправки с кольцевыми магнитами 7, 8, 11, а на верхних основаниях опор 2, 3, с помощью разъемных хомутов, состоящих из обойм 13, 16, 17 и крышек 14, 18, 19, ответно закреплены сферические ярма 9, 10, 12, в панели 1 образованы окна, по периметру которых закреплены тканевые контейнеры 20, 21, 22, 23 (например, ткань капроновая, арт.56260, оранжевая, ТУ 8378-470-365450028-97; клей БФ-4; ГОСТ 12172-74), располагаемые с обратной стороны панели 1, на лицевой стороне панели 1 предусмотрены тканевые шторки 15 контейнеров 20, 21, 22, 23 из упомянутой ткани с застежками «контакт» (ТУ 205.11.723-96), шторки по одной из сторон прикреплены неразъемно (фиг. 4), в панели 1 по оконечностям выполнены вырезы, образующие ручки 4, 5 с покрытием (например, лента крючковая, арт. 3С421-Г50, ГОСТ 30019.1-93), по периметру торец плоскости панели защищен окантовкой 6 (например, ткань капроновая, арт.56260, оранжевая, ТУ 8378-470-365450028-97; клей БФ-4, ГОСТ 12172-74).

Способ сборки ассистивного модуля поддержки предметно-практической деятельности космонавта в скафандре на поверхности Луны заключается в том, что для выполнения сборки панель 1 располагают горизонтально обратной стороной вверх, ориентируют ярма 9, 10, 12, установленные на верхнем основании опоры 2 против оправок с кольцевыми магнитами 7, 8, 11, сближают их и выполняют соединения, аналогично ориентируют ярма опоры 3 против оправок с кольцевыми магнитами, сближают их и выполняют соединения, устанавливают опоры 2, 3 перпендикулярно относительно панели 1, ставят модуль поддержки на опоры 2, 3, размещают грузы в контейнерах 20, 21, 22, 23 и/или на поверхности панели 1, при необходимости закрывают шторки контейнеров 15.

Используют предложенный модуль следующим образом: опоры 2, 3 и панель 1 выгружают из посадочного аппарата, производят его сборку согласно вышеуказанным действиям, помещают в контейнеры приборы (например, пенетрометр, видеорегистраторы, сейсмограф), ампулы для образцов, инструменты в сложенном состоянии и перемещают модуль поддержки на полозьях на одну из точек отбора образцов, выполняют действия в соответствии с программным заданием: отбирают образцы в радиусе пешей доступности, используют панель как столешницу для размещения образцов при их рассмотрении, при укладке в транспортные емкости, затем в контейнеры модуля поддержки, инструменты в разложенном состоянии укладывают на панели, перемещают модуль на очередную точку отбора образцов.

Трансформацию модуля в состояние для размещения на панели 1 и эвакуации «неработоспособного» космонавта осуществляют следующими действиями (фиг. 6): опоры 2, 3 отклоняют от вертикального положения на угол 60°, чем уменьшают высоту панели 1 над поверхностью, размещают «неработоспособного» космонавта на панели 1 (фиг. 7) фиксируют страховочными ремнями (на фиг. не показано), восстанавливают опоры 2, 3 в вертикальное положение и осуществляют движение.

Группа изобретений относится к оснащению и организации индивидуальной деятельности космонавта в скафандре под избыточным давлением на поверхности Луны, Марса и других небесных тел. Модуль содержит две трубчатые замкнутые опоры (2), (3) в форме трапеций, причем нижние основания служат полозьями, а верхние - несущими для установки панели (1) посредством магнитных фиксаторов. Последние содержат оправки с кольцевыми магнитами (7, 8, 11) и сферические ярма (9, 10, 12), закрепленные на опорах с помощью хомутов (13, 14 и т. д.). В панели (1) образованы окна, по периметру которых с обратной стороны закреплены тканевые контейнеры (20, 21, 22, 23), а на лицевой стороне - тканевые шторки с застежками "контакт", причем шторки по одной стороне прикреплены к панели (1), по оконечностям которой выполнены ручки в виде вырезов. При сборке панель (1) располагают обратной стороной вверх, ориентируют ярма против оправок с кольцевыми магнитами (7, 8, 11), сближают их и выполняют соединения, аналогично ориентируют, сближают и соединяют ярма второй опоры. Устанавливают опоры перпендикулярно панели (1), ставят модуль на опоры, размещают грузы в контейнерах и/или на поверхности панели, при необходимости закрывают шторки контейнеров. Техническим результатом является достижение продуктивности и безопасности работы космонавта в скафандре на поверхности небесных тел. 2 н.п. ф-лы, 7 ил.

1. Ассистивный модуль поддержки предметно-практической деятельности космонавта на поверхности Луны, содержащий две трубчатые замкнутые опоры в форме трапеций с закруглениями углов между основаниями и сторонами, нижние основания которых служат полозьями, а верхние - несущими для установки панели посредством магнитных фиксаторов, выполненных в виде оправок с кольцевыми магнитами, установленными на обратной стороне панели, а на верхних основаниях опор с помощью хомутов, состоящих из обойм и крышек, ответно закреплены сферические ярма, в панели образованы окна, по периметру которых закреплены тканевые контейнеры, расположенные с обратной стороны панели и оснащенные тканевыми шторками с застежками "контакт" по периметру, закрепленными неразъемно по одной стороне на лицевой стороне панели, при этом в панели по оконечностям выполнены вырезы, образующие ручки с покрытием из крючковой ленты, а по периметру торец панели защищен тканевой окантовкой.

2. Способ сборки ассистивного модуля поддержки предметно-практической деятельности космонавта на поверхности Луны по п. 1, заключающийся в том, что для выполнения сборки панель располагают горизонтально обратной стороной вверх, ориентируют ярма, установленные на верхнем основании одной опоры, против оправок с кольцевыми магнитами, сближают их и выполняют соединения, аналогично ориентируют ярма второй опоры против оправок с кольцевыми магнитами, сближают их и выполняют соединения, устанавливают опоры перпендикулярно относительно панели, ставят модуль на опоры, размещают грузы в контейнерах и/или на поверхности панели, при необходимости закрывают шторки контейнеров.