КОНСТРУКЦИЯ УНИФИЦИРОВАННОЙ КОСМИЧЕСКОЙ ПЛАТФОРМЫ, ОРИЕНТИРОВАННОЙ НА АВТОМАТИЗИРОВАННУЮ СБОРКУ Российский патент 2024 года по МПК B64G1/10 B64G1/22 

Изобретение относится к космической технике, а более конкретно к области создания универсальных космических платформ (УКП).

УКП представляет собой универсальную, комбинируемую совокупность бортовых служебных систем и элементов конструкции, на основе которой могут быть созданы малые космические аппараты различного назначения.

Возросшие требования к глобальности, скорости и объемам информационного обмена обуславливают современный тренд на создание многоспутниковых космических систем. Многоспутниковые космические системы состоят из сотен и даже тысяч космических аппаратов на низкой орбите высотой от 500 до 1600 км. Они позволяют эффективно решать проблемы дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), широкополосного доступа в Интернет, навигации, метеорологии, телерадиовещании и др. В различных странах мира сейчас создаются или прорабатываются вопросы создания примерно 20 таких систем. Наиболее известными и яркими примерами многоспутниковых систем на данный момент являются группировки «Starlink», «OneWeb» и «Planet».

В России также начинается разработка многоспутниковых систем, при этом развитие орбитальной космической группировки и индустриальная модель серийного производства космических аппаратов на принципах унификации и стандартизации являются основными приоритетами развития ракетно-космической отрасли. В настоящее время на предприятиях ракетно-космической отрасли Российской Федерации принята техническая политика создания малых космических аппаратов (МКА) на базе унифицированных решений с целью снижения стоимости и сроков создания МКА. В связи с этим разработка прогрессивных конструкторско-технологических и организационно-технических решений серийного производства МКА является важной научной и научно-технической задачей.

Известна несущая конструкция малого космического аппарата согласно способу (RU 2753063 C1, МПК В64С 1/00, B64G 1/10, опубликовано 11.08.2021), который заключается в том, что сборку корпуса проводят на основании. Основание закрывают фрезерованными плитами, крепящимися к основанию. Основание выполнено в форме конуса из композитного материала, содержит металлические плиту-основание, верхний шпангоут и установочные кронштейны. Производят механическую обработку плоскостей и отверстий плиты-основания, верхнего шпангоута по осям ±Z, затем устанавливают плиты по осям ±Z. Также механически обрабатывают и закрепляют к основанию плиту по оси -Y и плиту по оси -X. Далее производят монтаж кронштейнов по оси +Х и устанавливают сотопанель.

Основным недостатком конструкции является невозможность автоматической сборки роботом, а также конструкция не позволяет уменьшить количество проводов бортовой сети.

Известна универсальная наноспутниковая платформа формата CubeSat (RU 201186 C1, МПК B64G 1/22, B64G 1/10, опубликовано 02.12.2020), корпус которой содержит направляющие рамы, предназначенные для контакта с транспортно-пусковым контейнером (ТПК) и задающие внешнюю геометрию КА так, чтобы выполнялось условие его размещения в ТПК формата CubeSat, направляющие рамы соединены поперечными верхней, нижней и внутренней силовыми рамами, причем внутренняя силовая рама имеет фланец, выполненный с возможностью прецизионного крепления полезной нагрузки. Внутренняя компоновка платформы основана на коммутационных платах.

Недостатками конструкции является то, что полезная нагрузка может быть только оптическая, конструкция ограничена формфактором 16U, а также ее невозможно собрать роботом.

Известен космический аппарат дистанционного зондирования Земли микрокласса (RU 2651309 C1, МПК В64С 1/10, B64G 1/22, опубликовано 19.04.2018), который содержит корпус в форме параллелепипеда, состоящий из боковых панелей, закрепленных на шпангоуте служебной аппаратуры в виде фрезерованной плиты. На боковых и верхней (-Z) панелях, а также на крышке камеры, со стороны нижней панели (+Z), установлены солнечные батареи. На плите смонтированы: блок питания и управления, антенны УКВ-диапазона, передатчик Ка-диапазона, гироскоп и звездные датчики. Под плитой закреплены: посредством шпангоута оптико-электронная система, двигатели-маховики и др. элементы. На верхней панели установлены GPS-антенна и антенны УКВ-приемопередатчика. Угловые ребра в стыках боковых панелей играют роль опорных направляющих при взаимодействии КА с транспортно-пусковым контейнером. Солнечные панели выполнены в виде многослойной печатной платы с фотоэлектрическими преобразователями, на которой также установлены некоторые приборы системы управления ориентацией и стабилизацией.

Недостатками конструкции является то, что она ограничена формфактором 16U, а также ее невозможно собрать роботом и она не позволяет значительно уменьшить количество проводов бортовой сети.

Наиболее близким по технической сущности является конструкция малого космического аппарата (МКА) «Марафон» разработки ИСС Решетнева (https://ka-band.info/resources/RTable-IoT-2-nov-2020/Marathon-IOt-2-Nov-02.11.2020.pdf), создаваемый для использования в качестве основы многоспутниковой группировки «Марафон IoT». Масса МКА как ожидается составит не более 50 кг. Используемые технические решения основываются на принципах глубокой интеграции оборудования, ключевой особенностью которых стала идеология построения спутника как единого прибора. Базовая задача, которая была решена в процессе реализации компоновочных решений, заключалась в формировании архитектуры прибора на уровне спутника. Спутник должен быть выполнен в виде моноблока со встроенным оборудованием. Корпус космической платформы спутника представляет из себя конструкцию, выполняющую одновременно роль силового элемента изделия (включая защиту от внешних воздействующих факторов) и "материнской платы", в которую интегрированы средства системы терморегулирования, тракты бортовой кабельной сети, предусмотрены механические и электрические интерфейсы под установку оборудования.

Основным недостатком конструкции является невозможность автоматической сборки роботом.

Задачей изобретения является обеспечение как возможности роботизированной сборки космической платформы, обеспечивая при этом возможность роботизированного монтажа блоков бортовой аппаратуры в корпусе космической платформы.

Техническим результатом заявленного изобретения является сокращение использования бортовой кабельной сети, а также сокращение времени сборки всего космического аппарата.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве конструкции унифицированной космической платформы, содержащем солнечные батареи и корпус в виде прямоугольного параллелепипеда, в котором на несущих панелях размещены необходимые блоки бортовой аппаратуры, с внешней стороны несущих панелей установлены базовые платы с разъемами для подключения бортовой аппаратуры, ответные разъемы установлены на несущих панелях и подсоединены к соответствующей бортовой аппаратуре, также на базовых платах установлены разъемы для связи между всеми базовыми платами, встроены солнечные датчики и магнитометры, причем базовые платы представляют собой многослойные печатные платы, выполненные из стеклотекстолита, и связаны с бортовой аппаратурой и другими базовыми платами с помощью разъемов через отверстия в несущих панелях.

Сущность заявленного изобретения поясняется следующими чертежами:

- на фиг.1 изображен разнесенный вид конструкции унифицированной космической платформы, ориентированной на автоматизированную сборку;

- на фиг.2 изображен общий вид платформы;

- на фиг.3 изображена несущая боковая панель с бортовой аппаратурой;

- на фиг.4 изображена схема соединения несущей боковой панели с базовой боковой платой;

- на фиг.5 изображена схема соединения базовых боковых плат с базовой торцевой платой с внешней стороны;

- на фиг.6 изображена схема соединения базовых боковых плат с базовой торцевой платой с внутренней стороны.

Корпус платформы представляет собой негерметичный отсек, имеющий форму прямоугольного параллелепипеда. Корпус состоит из несущих боковых панелей (1), базовых боковых плат (2), торцевой панели (3), торцевой базовой платы (4) и стыковочного кронштейна (5). Кроме корпуса платформа содержит необходимые блоки бортовой аппаратуры (6) и солнечные батареи (7).

Базовые платы (2, 4) представляют собой многослойные печатные платы, выполненные из стеклотекстолита. На внешнюю поверхность плат наносится терморегулирующее покрытие, обеспечивающее сброс тепла в космическое пространство. Базовые платы (2, 4) являются альтернативой бортовой кабельной сети и предназначены для коммутации всех блоков бортовой аппаратуры (6) МКА. Базовые платы оснащаются разъемами (8) для подключения бортовой аппаратуры (6), разъемами (9), обеспечивающими связь между всеми базовыми платами, а также встроенными солнечными датчиками (10) и магнитометрами (11).

Панели (1, 3) являются силовыми элементами корпуса космической платформы, используются для размещения приборов бортовых систем космической платформы и обеспечивают необходимую жесткость и теплопроводность конструкции. В несущих панелях (1) предусмотрены закладные элементы для сборки космических платформ посредством винтового соединения и обеспечения достаточной жесткости корпуса, а также элементы конструкции (5), обеспечивающие стыковку космических платформ с устройством отделения. Также в панелях (1, 3) предусмотрены отверстия для обеспечения доступа к базовым платам (2, 4) и беспрепятственного прохождения разъемов.

Блоки обеспечивающих систем космической платформы оснащены унифицированным для всех устройств разъемом (12), плоскость контактов которого параллельна плоскости крепления блока к несущей панели. При установке блока унифицированный разъем проходит сквозь отверстие (13) в несущей панели.

Монтаж базовой платы на несущую панель осуществляется с помощью винтовых соединений. При монтаже базовых плат (2, 4) установленные на них разъемы (8) проходят сквозь отверстия (13) в несущей панели и соединяются с унифицированным разъемом блока бортовой аппаратуры (12). Установленные на соответствующие панели базовые платы (2) соединяются друг с другом с помощью разъемов (9), тем самым объединяя блоки бортовой аппаратуры в единую электрическую и информационную сеть.

Предлагаемые конструктивно-компоновочные решения позволяют организовать попанельный процесс сборки, когда монтаж бортовой аппаратуры и базовых плат происходит для каждой панели космической платформы отдельно. Такое решение обеспечивает достаточно пространства для использования роботизированного манипулятора при монтаже бортовой аппаратуры.

Использование базовых плат для создания единой электрической и информационной сети позволяет сильно сократить использование бортовой кабельной сети, таким образом упрощая процесс сборки и сокращая необходимость участия человека в сборке космической платформы.

Отказ от использования несущих рам позволяет упростить конструкцию, уменьшить ее массу и упростить процесс сборки.

Пример сборки панелей в стапелях

Робот-оператор (РО) осуществляет последовательный забор из стойки двух штырей и с их помощью выполняет взаимную фиксацию стенки и аккумуляторной батареи на панели -Z, забирает из бункера с помощью отвертки и последовательно осуществляет постановку шести винтов М3×9, затем удаляет обратно в стойку для штырей два штыря и на их место ставит два винта, поворачивает прижимы на стапеле отверткой.

РО осуществляет последовательный забор из стойки двух штырей и фиксирует первый компонент панели -Y относительно стенки, после чего закрепляет компонент с помощью двух винтов, переставляет штыри на следующий компонент и заполняет освободившиеся отверстия винтами. Указанный порядок действий повторяется последовательно по всем компонентам, закрепляемыми на данной панели. Работы заканчиваются возвратом двух штырей на соответствующее рабочее место в стойке.

РО забирает из кассеты с помощью присоски (пальцев) плату -Y и устанавливает ее в стапель поверх стенки в правильное положение.

РО устанавливает два штыря, осаживает пальцами разъемы после чего выполняет постановку винтов М3×6, соединяющих плату со стенкой и поворачивает прижимы на стапеле отверткой.

РО осуществляет последовательную фиксацию компонентов и стенки панели +Y с помощью штырей подобно панели -Y и их соединение винтами и поворачивает прижимы отверткой.

РО забирает из кассеты плату +Y и кладет на стенку панели +Y.

РО фиксирует плату штырями, осаживает разъемы и присоединяет плату и присоединение ее к стенке винтами М3×6.

Общая сборка осуществляется на рабочем месте, оснащенном фиксаторами в виде двух неподвижных линеек, смонтированных под углом 90° в средней части рабочего стола, а также двух, оснащенных приводами, подвижных линеек-прижимов попарно параллельных линейкам фиксаторов.

Ход прижимов - порядка 150 мм, усилие прижима - 0,5-1 кг.

Изобретение относится к конструкции и оборудованию космических аппаратов (КА). Корпус предлагаемой платформы представляет собой негерметичный отсек в форме прямоугольного параллелепипеда. Корпус состоит из несущих боковых панелей (1), базовых боковых плат (2), торцевой панели (3), торцевой базовой платы (4) и стыковочного кронштейна (5). Платформа содержит также необходимые блоки бортовой аппаратуры (6) и солнечные батареи (7). Базовые платы (2, 4) представляют собой многослойные печатные платы из стеклотекстолита, на внешнюю поверхность которых нанесено терморегулирующее покрытие для сброса тепла в космическое пространство. Базовые платы (2, 4) являются альтернативой бортовой кабельной сети и предназначены для коммутации всех блоков бортовой аппаратуры (6) КА. Базовые платы оснащаются разъемами (8) для подключения бортовой аппаратуры (6), разъемами (9), обеспечивающими связь между всеми базовыми платами, а также встроенными солнечными датчиками (10) и магнитометрами (11). Техническим результатом является сокращение времени использования бортовой кабельной сети, а также времени сборки всего КА. 6 ил.

Конструкция унифицированной космической платформы, содержащая солнечные батареи и корпус в виде прямоугольного параллелепипеда, в котором на несущих панелях размещены необходимые блоки бортовой аппаратуры, отличающаяся тем, что с внешней стороны несущих панелей установлены базовые платы с разъемами для подключения бортовой аппаратуры, ответные разъемы установлены на несущих панелях и подсоединены к соответствующей бортовой аппаратуре, также на базовых платах установлены разъемы для связи между всеми базовыми платами, встроены солнечные датчики и магнитометры, причем базовые платы представляют собой многослойные печатные платы, выполненные из стеклотекстолита, и связаны с бортовой аппаратурой и другими базовыми платами с помощью разъемов через отверстия в несущих панелях.