Транспортно-пусковой контейнер для спутников стандарта CubeSat Российский патент 2024 года по МПК B64G1/64 B64G1/22 

Изобретение относится к космической технике, а именно к устройствам для транспортировки и пуска спутников стандарта CubeSat. Устройство позволяет оперативно управлять скоростью выведения спутника на орбиту из транспортно-пускового контейнера (ТПК).

Из уровня техники известно, что для выталкивания спутника из транспортно-пускового контейнера часто используются пружинные толкатели, такие как представлены в RU 2558957 C1, RU 2786090 C1 и US 9415883 B2. Спутники, размещаемые внутри таких транспортно-пусковых контейнеров, выталкиваются наружу путем воздействия на них пружин, после срабатывания электромеханических затворов и открывания крышек контейнеров. Однако при данном методе выталкивания невозможно оперативно управлять скоростью выведения спутника на орбиту, вследствие чего спутник вынужден стабилизировать свое положение после отделения от ТПК в течение продолжительного времени.

Также известен способ выталкивания спутников из транспортно-пускового контейнера, представленный в «Магнитно-импульсный привод для управляемого отделения наноспутника»/4 и «Управляемое отделение наноспутников с помощью импульсного магнитного поля»/5, заключающийся в применении магнитно-импульсного привода, использующего импульсное магнитное поле, создаваемое разрядом емкостного накопителя энергии на индуктор. Энергия разряда в индукторе преобразуется в импульсное давление, воздействующее на спутник с интенсивностью, необходимой для его отделения. Недостатком данного метода выталкивания спутника от ТПК является то, что импульсное магнитное поле может отрицательно воздействовать на электронные компоненты спутника, поэтому возникает необходимость в их экранировании, что в свою очередь может привести к увеличению массы спутника.

В патенте RU 2215235 C1 представлено устройство выдачи сжатого газа, которое может применяться для выталкивания спутника из ТПК. Данный метод подразумевает интеграцию в транспортно-пусковой контейнер как самого устройства, так и баллонов, содержащих сжатый газ. Недостатком данного метода является необходимость проектировать транспортно-пусковой контейнер с учетом расположения в нем устройства выдачи сжатого газа и баллона с ним, что приводит к увеличению массогабаритных характеристик ТПК. Помимо этого, во время доставки спутника в таком ТПК на орбиту, возможно стравливание газов из баллонов в ходе воздействия сильных вибродинамических нагрузок, источником которых служит ракета-носитель. В конечном итоге это может повлиять на скорость выталкивания спутника.

Изобретение RU 2658401 С1 является ближайшим аналогом предлагаемого нами изобретения. Это универсальный транспортно-пусковой контейнер, содержащий корпус с направляющими, толкатель по меньшей мере с одной подвижной платформой и по меньшей мере одну поворотную крышку и ее устройство расфиксации, каждая направляющая съемная и выполнена в виде ступенчатого профиля, ступени которого неравнозначны, на одной из боковых поверхностей которых выполнены паз и угловая выборка, взаимодействующие при переустановке направляющих с ответными частями конкретного запускаемого малого космического аппарата, при этом на подвижной платформе толкателя смонтированы кронштейны, которые установлены на направляющих с возможностью перемещения, причем МКА взаимодействует с подвижной платформой толкателя либо через кронштейны, либо через съемные дистанционные втулки, установленные на кронштейнах, либо через торцевую пластину, закрепленную на подвижной платформе толкателя, и кронштейны с фиксаторами, взаимодействующими с пазами направляющих.

Выталкивание спутника из данного ТПК осуществляется посредством пружины, при этом нет возможности оперативного управления скоростью выталкивания.

Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в реализации механизма выталкивания спутника из ТПК позволяющего оперативно управлять скоростью выведения спутника на орбиту, при этом без значимого электромагнитного воздействия на электронные компоненты спутника.

Необходимость решения такой технической задачи продиктована тем, что с каждым годом увеличивается количество запусков спутников стандарта CubeSat. При этом, в силу своих небольших размеров, как правило, в составе таких спутников отсутствуют маневровые двигатели, позволяющие быстро осуществить стабилизацию вращения спутника и его ориентацию после отделения от ТПК. Поэтому остро стоит вопрос об оперативном управлении скоростью выведения спутника на орбиту из транспортно-пускового контейнера.

Поставленная техническая задача решается за счет того, что устройство содержит корпус с направляющими, самораскрывающуюся корзину и механизм перемещения корзины со спутником с последующим его отделением и выведением на орбиту. Перемещение осуществляется с использованием зубчатых реек, передаточных механизмов и шаговых двигателей, позволяющих осуществлять оперативное управление скоростью выведения спутника из транспортно-пускового контейнера.

Отличие от ближайшего аналога заключается:

в реализации оперативного управления скоростью выведения спутника благодаря использованию зубчатых реек и передаточных механизмов в сочетании с шаговыми двигателями;

в использовании в качестве удерживающего элемента спутника и его толкателя одновременно самораскрывающейся корзины.

Транспортно-пусковой контейнер для спутников стандарта CubeSat представлен на следующих чертежах:

фиг. 1 - транспортно-пусковой контейнер в сборе, с установленным в нем спутником стандарта CubeSat;

фиг. 2 - вид рамы транспортно-пускового контейнера для спутника стандарта CubeSat;

фиг. 3 - корзина, удерживающая спутник стандарта CubeSat в ТПК, в раскрытом состоянии. Вид спереди;

фиг. 4 - корзина, удерживающая спутник стандарта CubeSat в ТПК, в раскрытом состоянии. Вид сзади;

фиг. 5 - вид одного из передаточных механизмов для перемещения корзины;

фиг. 6 - фотография лабораторного прототипа для наземной отработки системы выталкивания спутника из ТПК.

Устройство ТПК включает в себя раму 1 для удержания корзины 2, в которую устанавливается спутник 6, фиксируемый держателями 7 корзины 2, двигающийся при выведении по направляющим 10 рамы 1, при этом в качестве толкателя используется та же корзина 2, имеющая складывающиеся боковые, верхнюю и нижнюю стенки 12, которые могут двигаться по направляющим 9, причем верхняя и нижняя стенки корзины 2 снабжены жестко закрепленными зубчатыми рейками 5, взаимодействующими с передаточными механизмами 14 каждая, благодаря чему на корзину 2 передается воздействие от верхнего и нижнего шаговых двигателей 13 соответственно, в результате которого боковые, верхняя и нижняя стенки 12 корзины 2 выдвигаются из направляющих 9 наружу ТПК, после чего срабатывают подпружиненные шарниры 4 и корзина 2 раскрывается, как показано на фиг. 3, а спутник 6, под воздействием полученного импульса отделяется от ТПК, при этом сама корзина 2 остается в ТПК, поскольку имеет на задней стенке 11 стопорную пластину 3, упирающуюся после раскрытия корзины 2 в стойки 8 рамы 1.

Устройство работает следующим образом. Спутник 6 помещается на заднюю стенку 11 с внутренней стороны корзины 2, после чего боковые, верхняя и нижняя стенки 12 складываются и зафиксированный держателями 7 спутник 6 вместе с корзиной 2 помещаются в раму 1 по направляющим 10 и 9 соответственно. После этого на заднюю стенку 11 устанавливается и фиксируется стопорная пластина 3, а сверху и снизу на зубчатые рейки 5, верхней и нижней стенки корзины соответственно, устанавливаются передаточные механизмы 14 вместе с шаговыми двигателями 13, закрепляемые далее в отсеке для ТПК вместе с последним. Для выталкивания спутника из ТПК шаговые двигатели 13 синхронно приводятся в действие электроприводом. В результате корзина 2 со спутником 6 начинает двигаться наружу из ТПК по направляющим 9 и 10. Как только боковые, верхняя и нижняя стенки 12 корзины 2 высвобождаются из направляющих 9, то срабатывают подпружиненные шарниры 4 и корзина 2 раскрывается, а спутник 6 под воздействием полученного импульса отделяется от ТПК, корзина 2 при этом остается в ТПК, поскольку закрепленная на ней стопорная пластина 3 после раскрытия корзины 2 упрется в стойки 8 рамы 1.

Технический результат использования изобретения заключается в том, что управляя (синхронно) скоростью вращения валов шаговых двигателей посредством передаточных механизмов, можно оперативно управлять скоростью выдвижения корзины, выполняющей роль толкателя, а следовательно управлять скоростью выведения спутника на орбиту из ТПК. При этом электропривод и шаговые двигатели не создают значительного электромагнитного импульса способного оказать значимое воздействие на электронные компоненты спутника.

Список использованных источников:

1. RU № 2558957 C1.

2. RU № 2786090 C1.

3. US № 9415883 B2.

4. Кострюков, Е. Е. Магнитно-импульсный привод для управляемого отделения наноспутника / Е. Е. Кострюков, Р. Ю. Юсупов // XIII Королевские чтения: Международная молодежная научная конференция, сборник трудов, Самара, 06-08 октября 2015 года / Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет). Том 1. - Самара: Самарский государственный аэрокосмический университет им. академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет), 2015. - С. 90-91. - EDN URJSMN.

5. Глущенков, В.А. Управляемое отделение наноспутников с помощью импульсного магнитного поля / В.А. Глущенков, Р.Ю. Юсупов // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. - 2017. - № 1. - С. 3-9. - EDN YKMJUJ.

6. RU № 2658401 С1.

Изобретение относится к космической технике, а именно к устройствам для транспортировки и пуска спутников стандарта CubeSat. Транспортно-пусковой контейнер для спутников стандарта CubeSat содержит корпус с направляющими для спутника и корзину, самораскрывающуюся за счёт подпружиненных шарниров. Корзина удерживает и одновременно толкает спутник по направляющим рамы устройства благодаря использованию зубчатых реек и передаточных механизмов в сочетании с синхронно работающими шаговыми двигателями. Корзина ограничена в своём движении стопорной пластиной, упирающейся после ее раскрытия и вывода спутника в стойки рамы устройства. Достигается оперативное управление скоростью выведения спутника на орбиту из транспортно-пускового контейнера без значимого воздействия на электронные компоненты спутника. 6 ил.

Транспортно-пусковой контейнер для спутников стандарта CubeSat, состоящий из корпуса с направляющими для спутника, отличающийся тем, что в его состав включена самораскрывающаяся за счёт подпружиненных шарниров корзина, удерживающая и одновременно толкающая спутник по направляющим рамы устройства благодаря использованию зубчатых реек и передаточных механизмов в сочетании с синхронно работающими шаговыми двигателями, ограниченная в своём движении стопорной пластиной, упирающейся после раскрытия корзины и вывода спутника в стойки рамы устройства.