Межорбитальный космический транспортный модуль Российский патент 2025 года по МПК B64G1/14 B64G1/64 

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано для решения задач обеспечения доставки космических аппаратов (КА) на целевые орбиты и совершения межорбитальных переходов, а также для корректировки базовых орбит.

Для обеспечения доставки космических аппаратов на целевые орбиты и возможности совершения межорбитальных переходов в настоящее время используются разгонные блоки (РБ). Разгонный блок - верхняя автономная ступень ракеты-носителя, предназначенная для перевода космического аппарата с опорной орбиты на целевую орбиту искусственного спутника Земли и на полётные траектории к планетам. При этом, разгонные блоки имеют возможность многократного запуска маршевой двигательной установки в космосе, обеспечивающую выполнение требований по ориентации и точности выведения КА.

В зависимости от назначения разгонных блоков может быть выбрана их компоновка, размеры, топливная пара, тип двигателя. Кроме того, существует возможность адаптации уже существующих верхних ступеней ракет-носителей с целью выполнения функций РБ.

Известен межорбитальный буксир (патент RU2094331), который содержит торообразный блок основных баков, во внутреннем осевом проеме которого размещен ракетный двигатель, и размещенные соосно ему дополнительные торообразные баки, установленные последовательно с блоком основных баков ниже среза сопла двигателя. Межорбитальный буксир снабжен теплоизолирующим и газонепроницаемым кожухом с боковой стенкой, размещенной внутри осевого проема дополнительных баков. Один торец боковой стенки кожуха выполнен открытым, а другой глухим, при этом ракетный двигатель помещен внутри кожуха. Дополнительные баки скреплены друг с другом двумя кольцевыми проставками, размещенными концентрично друг другу, с одной из которых соединены внешние экваториальные пояса дополнительных баков, а с другой - внутренние.

Недостатки такого космического буксира обусловлены его конструктивно-компоновочной схемой, не предусматривающей возможность повторного использования космического буксира после исчерпания запасов горючего.

Известен также многоразовый транспортно-энергетический модуль а также способ выведения его на заданную межпланетную орбиту (патент RU2728180). При межорбитальном перелете транспортно-энергетического модуля многократного применения производят многоступенчатый запуск и остановку ядерной энергетической установки модуля и выработку электроэнергии его ядерной электростанцией. При помощи ядерной электростанцией и электролизеров получают из воды газообразное кислородно-водородное топливо, которое используют в ракетных двигателях на активных участках полета. На пассивных участках излишнюю мощность ядерной электростанции переключают на светодиодный прожектор для осуществления полета на фотонной тяге. Предлагаемый многоразовый транспортно-энергетический модуль содержит связанные посредством фермы-трансформера отсеки ядерной энергетической установки и ядерной электостанции, служебные системы (в т. ч. стыковки), ракетный двигатель с пневмогидросистемой подачи кислородно-водородного топлива, светодиодный прожектор и др.

Недостатки данного транспортно-энергетического модуля заключаются в сложности эксплуатации ядерной энергоустановки и невозможности использования на низких орбитах, что лишает предлагаемый транспортно-энергетический модуль в целом эксплуатационной гибкости, не позволяя в полной мере раскрыть потенциал многоразового космического буксира, ввиду существенного ограничения спектра целевых орбит.

Наиболее близким аналогом является транспортная космическая система, описанная в патенте RU2216489 «Транспортная космическая система и способ ее управления при межорбитальной транспортировке грузов». Транспортная система содержит средство выведения, транспортирующую часть и грузовой контейнер. Средство выведения выполнено в виде ракеты-носителя, транспортирующая часть - в виде многоразового межорбитального буксира, а грузовой контейнер - в виде отдельного модуля. Транспортирующая часть и грузовой контейнер снабжены агрегатами стыковки, системами управления стыковкой, навигации и обмена информацией. Транспортирующая часть снабжена двигательной установкой с топливными баками, а грузовой контейнер имеет объемы для размещения полезного груза. Способ управления транспортной системой включает:

- доставку грузового контейнера в заданный район с помощью средства выведения;

- перевод транспортирующей части с орбиты обслуживания в район доставки грузового контейнера;

- размещение грузового контейнера на транспортирующей части;

- доставку грузового контейнера на орбиту обслуживания;

- отделение грузового контейнера от средства выведения, и размещение его (грузового контейнера) на транспортирующей части путем их стыковки на промежуточной орбите с последующей доставкой грузового контейнера на заданную орбиту обслуживания.

Недостатками прототипа являются невозможность эксплуатации транспортирующей части - космического буксира после исчерпания запасов горючего и окислителя, а также невозможность увода межорбитального космического буксира с целевой орбиты после выполнения им своей миссии.

Задача изобретения заключается в обеспечении эксплуатации космического буксира после исчерпания запасов топлива (горючего и окислителя) и увод космического буксира с целевой орбиты после доставки туда полезного груза.

Межорбитальный космический транспортный модуль, состоящий из межорбитального транспортирующего буксира, разгонная часть которого оснащена двигательной установкой с центральным топливным баком, и грузового контейнера, имеющего объемы для размещения полезного груза, а также механизма стыковки и систем управления стыковкой, навигации и обмена информацией, отличающийся тем, что снабжен дополнительным сменным топливным баком, имеющим возможность стыковки одной своей торцовой частью с транспортирующим буксиром, а противоположной торцовой частью с грузовым контейнером, при этом механизм стыковки транспортирующего буксира и сменного топливного бака, выполненный в виде силовой фермы, дополнительно снабжен узлом стыковки магистралей сменного топливного бака с магистралями центрального топливного бака.

Технический результат, заключающийся в возможности эксплуатации космического буксира после исчерпания запасов топлива, и увода его с орбиты после выполнения задания, обеспечивается за счет снабжения транспортирующего буксира дополнительным сменным топливным баком и узлом стыковки магистралей сменного топливного бака с магистралями центрального топливного бака, размещенным на стыковочной силовой ферме, для проведения дозаправки центрального топливного бака из дополнительного топливного бака.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 показан межорбитальный космический транспортный модуль.

На фиг. 2 - межорбитальный транспортирующий буксир в разрезе.

На фиг. 3 показан узел стыковки магистралей дополнительного сменного топливного бака с магистралями центрального топливного бака.

На фиг. 4 - центральный топливный бак.

Межорбитальный космический транспортный модуль (МКТМ) состоит из (фиг. 1, 2) разгонного блока 1, дополнительного топливного бака (ДТБ) 2, который состыкован одним торцом с помощью силовой фермы 3 с разгонным блоком 1, а противоположным торцом при помощи устройства стыковки В с грузовым контейнером, имеющим объем для полезного груза Б. На силовой ферме 3 выполнены замки стыковки-расстыковки с ДТБ, а также узлы стыковки топливных магистралей. Разгонный блок 1 и силовая ферма 3 являются межорбитальным транспортирующим буксиром А.

В разгонный блок 1 входят маршевый двигатель 4 и центральный (собственный) топливный бак (ЦТБ) 5. ДТБ разделен на отсек окислителя 6 и отсек горючего 7 и имеет магистраль окислителя 8 и магистраль горючего 9, соответственно. Стыковочная силовая ферма 3 снабжена узлами стыковки 10 топливных (горючего и окислителя) магистралей ДТБ с магистралями ЦТБ, имеющего шар-баллоны высокого давления 11.

На фиг. 3 изображен возможный вариант узла стыковки магистралей дополнительного сменного топливного бака с магистралями центрального топливного бака, который содержит: переходник 12 с конической резьбой и уплотнителем, устанавливаемый на топливную магистраль ДТБ; стыковочную втулку 14 с правой конической резьбой и винтовой поверхностью; стыковочный стакан 15 с правой резьбой, уплотнителем и подпружиненными защелками, который устанавливается на топливную магистраль ЦТБ; стыковочное колесо с электроприводом 17. Переходник 12 снабжен электроклапаном 13, стыковочный стакан 15 - электроклапаном 16.

Центральный топливный бак в разрезе, показанный на фиг. 4, имеет бак окислителя 18, бак горючего 19 с топливными магистралями; шар-баллоны наддува 20. Приборный отсек 21 и солнечные панели 22 размещены на несущем шпангоуте 23.

Порядок работы межорбитального космического транспортного модуля следующий:

- перед запуском на Земле на МКТМ устанавливают дополнительный топливный бак с запасом топлива;

- после запуска МКТМ и достижения целевой орбиты производится отделение полезного груза;

- МКТМ возвращается на орбиту ожидания, где происходит сброс пустого ДТБ (вместе с грузовым контейнером) и ожидание доставки с Земли нового дополнительного топливного бака, состыкованного с грузовым контейнером с полезным грузом;

- после прибытия с Земли на орбиту ожидания дополнительного топливного бака с грузовым контейнером межорбитальный транспортирующий буксир стыкуется с ДТБ посредством силовой фермы, а топливные магистрали ЦТБ посредством узлов стыковки - с топливными магистралями ДТБ, и происходит процесс дозаправки центрального топливного бака;

- МКТМ (заправленный и оснащенный полезным грузом) совершает переход на остатках топлива ДТБ на заданную целевую орбиту для доставки грузового контейнера, где осуществляется отстыковка полезного груза;

- транспортирующий буксир на топливе ЦТБ возвращает пустой ДТБ на орбиту ожидания, и сбрасывает его для сгорания в плотных слоях атмосферы.

Процесс стыковки магистралей начинается после поступления сигнала из приборного отсека 21 на электропривод 17. Вращаясь, стыковочное колесо электропривода перемещает стыковочную втулку 14 до соединения переходника 12 с топливной магистралью ДТБ, а стыковочного стакана 15 с топливной магистралью ЦТБ. После соединения топливных магистралей ДТБ и ЦТБ открываются электроклапаны подачи топлива 13, 16 и происходит процесс дозаправки центрального топливного бака транспортирующего буксира. После полной дозаправки ЦТБ перекрывается заправочный электроклапан 16 магистрали ЦТБ и топливо подается на турбонасосный агрегат маршевого двигателя, и межорбитальный космический транспортный модуль (заправленный и оснащенный полезным грузом) приступает к запланированным орбитальным переходам на остатках топлива ДТБ для доставки грузового контейнера на заданную целевую орбиту. Доставка грузового контейнера с космическим аппаратом на заданную орбиту завершается после отстыковки груза.

Транспортирующий буксир на топливе ЦТБ возвращает пустой ДТБ вместе с грузовым контейнером на орбиту ожидания с последующим их (пустого ДТБ и грузового контейнера) сбросом, которые сгорают в плотных слоях атмосферы.

На орбите ожидания транспортирующий буксир производит зарядку аккумуляторов с помощью солнечных панелей 22 и при необходимости производит коррекцию орбиты. После прибытия нового грузового контейнера с ДТБ, заправленным топливом, рабочий цикл межорбитального буксира повторяется.

Таким образом, заявленный межорбитальный космический транспортный модуль по сравнению с аналогом имеет преимущества многоразового использования от 5 до 10 раз с возможностью увеличения количества рабочих циклов до 30 и более при соответствующей модернизации маршевого двигателя транспортного буксира.

Межорбитальный космический транспортный модуль относится к космической технике и может быть использован для обеспечения многоразовой доставки космических аппаратов на целевые орбиты и совершения межорбитальных переходов. Межорбитальный космический транспортный модуль состоит из межорбитального транспортирующего буксира, грузового контейнера, механизма стыковки и систем управления, а также дополнительного сменного топливного бака с возможностью стыковки с буксиром и контейнером. Механизм стыковки буксира и сменного бака выполнен в виде силовой фермы и снабжен узлами стыковки магистралей сменного бака с топливными магистралями буксира. Достигается возможность эксплуатации космического буксира после исчерпания запасов топлива и увода его с орбиты после выполнения задания. 4 ил.

Межорбитальный космический транспортный модуль, состоящий из межорбитального транспортирующего буксира, разгонная часть которого оснащена двигательной установкой с центральным топливным баком, и грузового контейнера, имеющего объемы для размещения полезного груза, а также механизма стыковки и систем управления стыковкой, навигации и обмена информацией, отличающийся тем, что снабжен дополнительным сменным топливным баком, имеющим возможность стыковки одной своей торцовой частью с транспортирующим буксиром, а противоположной торцовой частью с грузовым контейнером, при этом механизм стыковки транспортирующего буксира и сменного топливного бака, выполненный в виде силовой фермы, дополнительно снабжен узлами стыковки магистралей сменного топливного бака с магистралями центрального топливного бака.