Способ ввода в действие исследовательского аппарата в атмосфере планеты Российский патент 2024 года по МПК B64G1/66 B64G1/62 

Изобретение относится к области космической техники, а именно к способам ввода в действие технических средств исследования (исследовательских аппаратов), оснащенных научной аппаратурой, на планетах, обладающих атмосферой.

Известен способ ввода в действие исследовательского аппарата на планете с атмосферой, который предусматривает использование в качестве технического средства исследования - беспилотный летательный аппарат (БПЛА) вертолетного типа соосной схемы. Согласно этому способу данное техническое средство доставляется на поверхность планеты в составе другого технического средства (планетохода), после чего оно вводится в действие, отделяясь от планетохода, и выполняет программу исследовательских действий [J. Balaram, MiMi Aung, Matthew P. Golombek. The Ingenuity Helicopter on the Perseverance Rover. Space Science Reviews, 2021, 217 (56), 11 p.].

Недостатками известного способа являются:

- зависимость процесса ввода в действие от успешного развертывания (посадки) другого технического средства, то есть ввод в действие осуществляется с планетохода после входа в атмосферу и посадки на поверхность планеты. В случае нештатной ситуации при посадке авария планетохода приведет к утере установленного на нем исследовательского аппарата, а следовательно, к провалу всей исследовательской миссии;

- область ввода в действие исследовательского аппарата ограничена местом посадки планетохода, на который установлен данный исследовательский аппарат, т.е. ввод в действие возможен только у поверхности исследуемой планеты.

Известен также способ ввода в действие исследовательского аппарата на планете с атмосферой, в котором в качестве такого исследовательского аппарата применяется аэростатный зонд (АЗ), оснащенный научно-измерительной аппаратурой. Согласно этому способу в процессе спуска спускаемого аппарата (СА) в атмосфере осуществляется отделение от него системы аэростатного зонда (САЗ) и ввод в действие самого АЗ в заданных слоях атмосферы (на заданную высоту дрейфа) [Москаленко Г.М. Механика полета в атмосфере Венеры. М.: Машиностроение, 1978, с.224-225; Автоматические космические аппараты для фундаментальных и прикладных научных исследований / Под общ. ред. д-ра техн. наук, проф. Г.М. Полищука и д-ра техн. наук, проф. К.М. Пичхадзе. М.: Изд-во МАИ-ПРИНТ, 2010, с.260-261, 275-277].

Данный способ, известный из работ [Москаленко Г.М. Механика полета в атмосфере Венеры. М.: Машиностроение, 1978, с.224-225; Автоматические космические аппараты для фундаментальных и прикладных научных исследований / Под общ. ред. д-ра техн. наук, проф. Г.М. Полищука и д-ра техн. наук, проф. К.М. Пичхадзе. М.: Изд-во МАИ-ПРИНТ, 2010, с.260-261, 275-277], наиболее близок к предлагаемому.

Данный способ, по сравнению с предыдущим, обеспечивает независимость процесса ввода в действие исследовательского аппарата (АЗ) в атмосфере планеты от ввода других технических средств исследовательской экспедиции путем разделения в пространстве операций по вводу в действие этих технических средств.

Однако недостатком данного наиболее близкого способа является то, что ввод в действие АЗ осуществляется только лишь в единственном диапазоне высот, после чего АЗ совершает неуправляемое движение (дрейф) в атмосфере на определенной высоте, что ограничивает область проведения эксперимента (сбора научных данных о планете), а, следовательно, и объем получаемой информации.

Технический результат, достигаемый предлагаемым изобретением, заключается в расширении схемы эксперимента по контактному изучению атмосферы и поверхности планет путем включения в состав экспедиции дополнительного технического средства исследования (исследовательского аппарата) в виде беспилотного летательного аппарата, расширении области проводимых исследований на планете посредством возможности ввода таких беспилотных летательных аппаратов на разные высоты и их разведения (разлета) на разную дальность, возможности получить дополнительные научные данные во время спуска в атмосфере в процессе ввода в действие, что позволит повысить вероятность успешного проведения научных измерений, увеличить объем получаемых научных данных и получить качественно новую информацию о планете вне зависимости от успешного развертывания других технических средств. Увеличение количества технических средств исследования (исследовательских аппаратов) в составе экспедиции и способность беспилотного летательного аппарата совершать управляемое движение расширит возможности и улучшит технологию проведения эксперимента, приведет к увеличению общей продолжительности пребывания исследовательских аппаратов на планете, а, следовательно, к дополнительному увеличению объема получаемых научных данных о планете.

Технический результат в предлагаемом способе достигается, в отличие от известного наиболее близкого к нему, в частности, посредством использования дополнительного технического средства исследования в виде мультироторного летательного аппарата (МРЛА), который относится к классу беспилотных летательных аппаратов вертикального взлета и посадки с силовой установкой, выполнен по мультикоптерной схеме, имеет полезную нагрузку в виде камеры и прочей научной аппаратуры, устанавливается в спускаемом аппарате и вводится в действие в атмосфере планеты. Такие исследовательские аппараты будут функционировать определенное время в заданных эшелонах высот (зонах).

Заявляемое изобретение поясняется фиг.1, на которой изображена схема ввода в действие мультироторного летательного аппарата в атмосфере исследуемой планеты, на которой обозначено:

1 - мультироторный летательный аппарат (МРЛА);

2 - спускаемый аппарат (СА);

3 - верхняя полусфера спускаемого аппарата;

4 - парашют увода;

5 - система аэростатного зонда (САЗ);

6 - парашют ввода;

7 - аэростатный зонд,

а также показаны следующие стадии:

I - предшествующая предлагаемому способу стадия, когда полет исследовательского аппарата (МРЛА) происходит в составе спускаемого аппарата (поз. 2), который должен доставить МРЛА в составе системы аэростатного зонда (поз. 5) к исследуемой планете;

II - ввод парашюта увода (поз. 4);

III - увод верхней полусферы спускаемого аппарата (поз. 3);

IV - сброс системы аэростатного зонда (поз. 5);

V - ввод парашюта ввода (поз. 6);

VI.1 - развертывание и наполнение оболочки аэростатного зонда (поз. 7);

VI.2 - развертывание и наполнение оболочки аэростатного зонда (поз. 7) и ввод в действие МРЛА (поз. 1) путем отделения от САЗ;

VII - отделение (ввод) АЗ (поз. 7) от САЗ; движение САЗ (поз. 5), на которой установлены МРЛА (поз. 1), на парашюте ввода (поз. 6);

VIII - отлет САЗ (поз. 5), на которой установлены МРЛА (поз. 1), на парашюте ввода (поз. 6) на безопасное расстояние;

IX - ввод в действие МРЛА (поз. 1) в атмосфере планеты путем отделения от системы аэростатного зонда (поз. 5).

В атмосферу исследуемой планеты вводят спускаемый аппарат (поз. 2). Начало процесса ввода МРЛА (поз. 1) происходит совместно с процессом ввода АЗ (поз. 7). Операции ввода АЗ и МРЛА начинаются с момента отделения на парашюте увода (поз. 4) верхней полусферы СА (поз. 3), в которой закреплена система аэростатного зонда (поз. 5). После увода верхней полусферы СА осуществляется сброс системы аэростатного зонда, в которой расположены МРЛА и АЗ. Затем во время спуска САЗ вводится парашют ввода (поз. 6), который обеспечивает торможение САЗ до необходимых условий, позволяющих начать ввод АЗ и МРЛА.

Ввод в действие мультироторного летательного аппарата в атмосфере планеты происходит путем отделения от системы аэростатного зонда после ввода аэростатного зонда (стадия IX). Т.е. после стабилизации САЗ на парашюте ввода происходит наполнение оболочки аэростатного зонда подъемным газом и ее отделение от САЗ. Система аэростатного зонда на парашюте продолжает движение в атмосфере и после отлета на безопасное расстояние происходит ввод в действие МРЛА путем отделения их от САЗ (либо всех МРЛА единовременно, либо поэтапно (с задержкой по времени) и/или на разные высоты). Система разделения должна обеспечить безударное расхождение мультироторного летательного аппарата с системой аэростатного зонда и их относительное движение. Далее система управления обеспечивает стабилизацию МРЛА и возвращение его в положение равновесия с помощью включения двигателей силовой установки. После стабилизации мультироторный летательный аппарат выходит на номинальный режим полета на потребную высоту для осуществления заложенной программы исследования посредством установленного полезного груза (научной аппаратуры, камер и проч.). По завершении стадии активного полета и проведения исследования полученные данные ретранслируются, например, с помощью других технических средств, входящих в состав экспедиции (посадочный аппарат, аэростатный зонд или орбитальный модуль).

Ввод в действие мультироторного летательного аппарата в атмосфере планеты также может быть осуществлен одновременно с вводом аэростатного зонда до его отделения от САЗ - на этапе развертывания и наполнения оболочки АЗ (стадия VI.2). Дальнейшие операции аналогичны изложенным в предыдущем случае.

Осуществлению предлагаемого способа предшествуют доставка исследовательского аппарата - МРЛА к исследуемой планете и движение в ее атмосфере с помощью спускаемого аппарата согласно схеме эксперимента (см. фиг. 1: поз. 2, стадия I).

Список литературы

1. J. Balaram, MiMi Aung, Matthew P. Golombek. The Ingenuity Helicopter on the Perseverance Rover. Space Science Reviews, 2021, 217 (56), 11 p. https://doi.org/10.1007/s11214-021-00815-w

2. Москаленко Г.М. Механика полета в атмосфере Венеры. М.: Машиностроение, 1978, с. 224-225.

3. Автоматические космические аппараты для фундаментальных и прикладных научных исследований / Под общ. ред. д-ра техн. наук, проф. Г.М. Полищука и д-ра техн. наук, проф. К.М. Пичхадзе. М.: Изд-во МАИ-ПРИНТ, 2010, с. 260-261, 275-277.

Изобретение относится к области космической техники, а именно к способам ввода в действие исследовательских аппаратов в атмосфере исследуемой планеты. Для этого беспилотный летательный аппарат размещают в системе аэростатного зонда, доставляют на исследуемую планету в составе спускаемого аппарата и вводят в действие в атмосфере путем отделения от движущейся на парашюте системы аэростатного зонда. Достигается расширение области проводимых исследований на планете, возможности получить дополнительные научные данные во время спуска в атмосфере. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ ввода в действие исследовательского аппарата в атмосфере исследуемой планеты, заключающийся в доставке исследовательского аппарата в атмосферу планеты, отличающийся тем, что в качестве такого исследовательского аппарата используют по крайней мере один беспилотный летательный аппарат, который размещают в системе аэростатного зонда, доставляют на исследуемую планету в составе спускаемого аппарата и вводят в действие в атмосфере путем отделения от движущейся на парашюте системы аэростатного зонда.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве исследовательского аппарата используют мультироторный летательный аппарат с исследовательским оборудованием – беспилотный летательный аппарат вертикального взлета и посадки с силовой установкой, выполненный по мультикоптерной схеме.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что ввод в действие исследовательского аппарата путем отделения от системы аэростатного зонда осуществляют после ввода аэростатного зонда.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что ввод в действие исследовательского аппарата путем отделения от системы аэростатного зонда осуществляют одновременно с вводом аэростатного зонда.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют несколько исследовательских аппаратов и ввод их в действие осуществляют одновременно путем отделения от системы аэростатного зонда.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют несколько исследовательских аппаратов и ввод их в действие осуществляют поочередно на различной высоте путем отделения от системы аэростатного зонда.