СИСТЕМА ОТДЕЛЕНИЯ МАЛЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2025 года по МПК B64G1/64 

Настоящее изобретение относится к области ракетно-космической техники в части устройств отделения для малых космических аппаратов (КА) с заданными параметрами отделения, с обеспечением электрического соединения малого космического аппарата со средством выведения и беспрепятственного отделения в течение длительной орбитальной эксплуатации средства выведения.

Изобретение может быть использовано для обеспечения орбитального резервирования спутниковой группировки малых КА, таких как КА для обеспечения высокоскоростного широкополосного спутникового интернета.

Из существующего уровня техники в области систем отделения известен «Адаптер для соединения малого космического аппарата со средством выведения его на орбиту функционирования» (патент RU 2442728C1, B64G 1/64, 25.10.2010), который содержит основание с посадочными местами для малого космического аппарата на одной поверхности и места для клеевого стыка с носителем космического аппарата на другой. На основании закреплено удерживающее устройство в виде фиксатора, удерживаемого тросом. На тросе расположен натяжитель и механизм разделения с электроспуском, связанным с блоком управления, включающим в себя программно-временное устройство и источник электропитания. Отделение космического аппарата происходит при разрыве троса и осуществляется пружинным толкателем, взведенным при воздействии на него рычага поворачиваемого герметичным сильфоном, раздувающимся при достижении вакуума после выведения на орбиту.

Также известно устройство для выведения малых космических аппаратов (патент RU №2536979, B64G 1/64, 27.12.2014), содержащее основание, удерживающее устройство, фиксирующее малый космический аппарат на основании, пружинный толкатель, снабженный наполненным газом герметичным сильфоном, программно-временное устройство с датчиками и блок электропитания. При этом удерживающее устройство включает переходный элемент, прикрепленный к пружинному толкателю, установленную в нем пластину с клеевым слоем, удерживающим малый космический аппарат, и нагреватель, обеспечивающий разрушение клеевого слоя при подаче энергии от блока электропитания по сигналу программно-временного устройства.

Также известна «Система отделения полезной нагрузки» (патент RU 2396191C1, B64G 1/64, 18.03.2009), содержащая разъединяемое удерживающее устройство, установленное между несущей конструкцией и полезной нагрузкой, и включающее в себя дискретно расположенные на закрепленном на несущей конструкции корпусе устройства механические замки с удерживающими и фиксирующими звеньями, связанные с поворотной многолучевой звездочкой, закрепленной с возможностью поворота в центре окружности установки замков и удерживаемой в исходном положении от поворота пиросредством, а также пружинные толкатели для отделения полезной нагрузки. Система отделения полезной нагрузки принята за прототип, так как содержит несколько механических замков, связанных с одним удерживающим поворотным устройством с осью вращения в центре окружности установки замков и не содержит в составе конструкции источников питания с программно-временными устройствами.

Недостатками данных технических решений, является:

- отсутствие в системе или устройстве отделения интегрированного соединителя отрывного, обеспечивающего электрическую связь отделяемого космического аппарата со средством выведения, поэтому невозможно обеспечить настройку устройства отделения на этапе его изготовления, обеспечивающую минимизацию воздействий на отделяемый объект, например, снизить силовое воздействие на отделяемый объект за счет исключения пружинных толкателей для обеспечения отделения малого КА с минимальной начальной скоростью;

- необходимость использования в системе или устройстве отделения мощных пружинных толкателей, необходимых, в том числе для разделения частей соединителей отрывных, в связи с низкой надежностью срабатывания соединителей отрывных после длительной орбитальной эксплуатации по причине высокой вероятности диффузионной сварки контактов соединителей в вакууме;

- использование для приведения системы отделения в действие пиросредств, являющихся источником высоких ударных нагрузок при срабатывании;

- высокое энергопотребление и низкая скорость срабатывания системы отделения при использовании для механической связи разделяющихся частей терморазрушаемого клеевого слоя.

Техническая проблема, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в реализации системы отделения малых КА, обеспечивающей:

- отделение малых КА с минимальными возмущающими воздействиями, в том числе отделение с минимальной скоростью отделения;

- повышение надежности срабатывания системы отделения за счет интегрирования в ее состав соединителей отрывных с контактной парой из разнородных материалов, исключающих возможность диффузионной сварки контактов после длительного орбитального хранения;

- снижение ударных нагрузок при срабатывании устройства отделения за счет исключения пиросредств.

Техническая проблема решается двумя вариантами исполнения системы отделения малых космических аппаратов (КА), содержащей основание с закрепленными на нем механическими замками зачековки, связанными с поворотным барабаном, установленным в центре окружности установки замков и удерживаемым от поворота устройством спусковым. По первому варианту в состав системы отделения интегрированы отрывные соединители, сжимаемые между основанием и элементом конструкции малого КА, содержащие контактные пары из разнородных материалов, не подверженных диффузионной сварке и не требующие приложения дополнительного усилия для их расстыковки. По второму в состав системы отделения интегрированы отрывные соединители, содержащие контактные пары из разнородных материалов не подверженных диффузионной сварке и не требующих приложения дополнительного усилия для их расстыковки, приводимые в действие дополнительным устройством спусковым, обеспечивающим их разделение до срабатывания замков зачековки. Для всех вариантов исполнения системы верно то, что в отрывном соединителе каждая контактная пара состоит из пружинного контакта и металлографитового контакта; пружинные контакты контактных пар выполнены из деформированных проволок и имеют многоточечный контакт по плоскости сопряжения с металлографитовым контактом; пружинные контакты выполнены с покрытием из материала с низким удельным сопротивлением.

Достигаемый технический результат заключается в улучшении параметров отделения малых космических аппаратов и повышении надежности срабатывания устройства отделения после длительного орбитального хранения (орбитальной эксплуатации).

Изобретение поясняется чертежами, которые не охватывают и, тем более не ограничивают весь объем притязаний данного технического решения, а являются лишь иллюстрирующими материалами частного случая выполнения:

На фиг. 1 элементы механизма приведения в действие соединителей отрывных устройства отделения

На фиг. 2 элементы механизма приведения в действие устройства отделения

На фиг. 3 конструкция контактного блока соединителя отрывного

На фиг. 4 устройство отделения после срабатывания

Заявленная система отделения представлена в двух вариантах исполнения.

По первому варианту система отделения малых КА содержит основание 1 с закрепленными на нем механическими замками зачековки 2, удерживаемыми от срабатывания гибкими тягами, закрепленными на поворотном барабане 3 и электромеханическим устройством спусковым 4, обеспечивающим удержание поворотного барабана 3, а также соединители отрывные 5, сжимаемые между основанием 1 и элементом конструкции малого КА 6. Соединители отрывные 5 содержат контактные пары из разнородных материалов, не подверженных диффузионной сварке и не требующие приложения дополнительного усилия для их расстыковки. Каждая контактная пара состоит, например, из металлографитовых контактов 7 и пружинных металлических контактов 10. Металлографитовые контакты 7 установлены в плату изолятора отделяемой части 8 и электрически соединены с проводами 9. Пружинные контакты 10, электрически соединенные с проводами 13, выполнены из упругих деформированных проволок с покрытием из материала с низким удельным сопротивлением (например, золотом), и установлены в плату изолятора стационарной части 11 и направляющую 12, а также имеют многоточечный контакт по плоскости сопряжения с металлографитовым контактом 7.

Благодаря применению данного устройства отделения, обеспечивается повышение надежности срабатывания устройства отделения и улучшение параметров отделения за счет отсутствия необходимости приложения неопределенного усилия для расстыковки отрывных соединителей в случае возникновения диффузионной сварки контактов (например, цанговых) применяемых в большинстве электрических соединителей.

Система отделения малых КА работает следующим образом.

При подаче питания на устройство спусковое 4 происходит его срабатывание и поворот барабана 3. При этом обеспечивается изменение длины гибких тяг, приводящее к срабатыванию механических замков зачековки 2. При срабатывании механических замков зачековки 2, происходит физическое разделение функциональных стыков механических замков зачековки 2 и соединителей отрывных 5. При этом отделяемая часть системы отделения малых КА совместно с элементами конструкции малого КА отделяется в соответствии с фиг. 4.

По второму варианту исполнения система отделения малых КА содержит основание 1 с закрепленными на нем механическими замками зачековки 2, удерживаемыми от срабатывания гибкими тягами, закрепленными на поворотном барабане 3 и электромеханическим устройством спусковым 4, обеспечивающим удержание поворотного барабана 3, а также соединители отрывные 5, содержащие механизмы сжатия контактов контактного блока, удерживаемые от срабатывания рычагами 16 связанными с гибкими тягами 15, соединенными с дополнительным устройством спусковым 14. Дополнительное устройство 14 выполнено идентично основному спусковому устройству 4. Соединители отрывные 5 закрепляются между основанием 1 и элементом конструкции малого КА 6, при этом их сжатие не требуется. Соединители отрывные 5 содержат контактные пары из разнородных материалов, не подверженных диффузионной сварке и не требующие приложения дополнительного усилия для их расстыковки. Каждая контактная пара состоит, например, из металлографитовых контактов 7 и пружинных металлических контактов 10. Металлографитовые контакты 7 установлены в плату изолятора отделяемой части 8 и электрически соединены с проводами 9. Пружинные контакты 10, электрически соединенные с проводами 13, выполнены из упругих деформированных проволок с покрытием из материала с низким удельным сопротивлением (например, золотом), и установлены в плату изолятора стационарной части 11 и направляющую 12, а также имеют многоточечный контакт по плоскости сопряжения с металлографитовым контактом 7. Соединители отрывные 5 приводятся в действие дополнительным устройством спусковым 14, обеспечивающим их разделение до срабатывания замков зачековки 2.

Система отделения малых КА с дополнительным устройством спусковым работает следующим образом:

При подаче питания на устройство спусковое 14, происходит его срабатывание и отпускание тяг 15, приводящее к повороту рычагов 16 и срабатыванию механизмов соединителей отрывных 5. При срабатывании механизмов соединителей отрывных, внутри корпуса соединителя отрывного происходит перемещение платы изолятора отделяемой части 8 совместно с установленными в нее металлографитовыми контактами 7 (механизм перемещения не показан), приводящее к разрыву электрических цепей и снятию нагрузки приходящей на элементы конструкции системы отделения от сжатия пружинных контактов. После разрыва электрических цепей соединителей отрывных, выполняется подача питания на устройство спусковое 4, при этом происходит его срабатывание и поворот барабана 3. При повороте барабана обеспечивается изменение длины гибких тяг, приводящее к срабатыванию механических замков зачековки 2. При срабатывании механических замков зачековки 2, происходит физическое разделение функциональных стыков механических замков зачековки 2 и соединителей отрывных 5. При этом отделяемая часть системы отделения малых КА совместно с элементами конструкции малого КА отделяется в соответствии с фиг. 4.

Таким образом, в новой системе отделения:

- минимизируется влияние соединителей отрывных на параметры отделения при срабатывании устройства отделения за счет того, что в состав устройства отделения интегрированы отрывные соединители, содержащие пружинные контакты, не требующие приложения дополнительного усилия для их расстыковки, в том числе за счет исключения возможности диффузионной сварки;

- повышается надежность соединителей отрывных за счет исключения диффузионной сварки контактов, путем применения контактных пар из разнородных материалов, например металлографит и позолоченный упругий контакт типа «мочалка», обеспечивающих также многоточечный контакт в месте соединения за счет конструкции упругого контакта выполненного из деформированных проволок диаметром значительно меньшим, чем диаметр упругого контакта в целом;

- снижаются ударные нагрузки при приведении системы отделения в действие за счет электромеханического устройства спускового, например, с пережигаемыми инициирующими элементами взамен пиросредств.

Благодаря применению данного устройства отделения улучшаются характеристики малых космических аппаратов в части параметров отделения и повышении надежности отделения, в результате чего может быть снижена стоимость выведения малых КА за счет уменьшения массы рабочего тела системы ориентации и стабилизации (при ее наличии).

Группа изобретений относится к области ракетно-космической техники, в частности к системам отделения малых космических аппаратов. Система отделения содержит основание с механическими замками зачековки и поворотный барабан, установленный в центре окружности установки замков и удерживаемый от поворота устройством спусковым. Система отделения содержит отрывные соединители, содержащие контактные пары из разнородных материалов, не подверженных диффузионной сварке и не требующих приложения дополнительного усилия для их расстыковки. В одном из вариантов система содержит дополнительное спусковое устройство. Таким образом достигается повышение надежности срабатывания устройства отделения после длительной орбитальной эксплуатации. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Система отделения малых космических аппаратов (КА), содержащая основание с закрепленными на нем механическими замками зачековки, связанными с поворотным барабаном, установленным в центре окружности установки замков и удерживаемым от поворота устройством спусковым, отличающаяся тем, что в состав системы отделения интегрированы отрывные соединители, сжимаемые между основанием и элементом конструкции малого КА, содержащие контактные пары из разнородных материалов, не подверженных диффузионной сварке и не требующих приложения дополнительного усилия для их расстыковки.

2. Система отделения малых КА по п. 1, отличающаяся тем, что в отрывном соединителе каждая контактная пара состоит из пружинного контакта и металлографитового контакта.

3. Система отделения малых КА по п. 1, отличающаяся тем, что пружинные контакты контактных пар выполнены из деформированных проволок и имеют многоточечный контакт по плоскости сопряжения с металлографитовым контактом.

4. Система отделения малых КА по п. 1, отличающаяся тем, что пружинные контакты выполнены с покрытием из материала с низким удельным сопротивлением.

5. Система отделения малых космических аппаратов (КА), содержащая основание с закрепленными на нем механическими замками зачековки, связанными с поворотным барабаном, установленным в центре окружности установки замков и удерживаемым от поворота устройством спусковым, отличающаяся тем, что в состав системы отделения интегрированы отрывные соединители, содержащие контактные пары из разнородных материалов не подверженных диффузионной сварке и не требующих приложения дополнительного усилия для их расстыковки, приводимые в действие дополнительным устройством спусковым, обеспечивающим их разделение до срабатывания замков зачековки.

6. Система отделения малых КА по п. 5, отличающаяся тем, что в отрывном соединителе каждая контактная пара состоит из пружинного контакта и металлографитового контакта.

7. Система отделения малых КА по п. 5, отличающаяся тем, что пружинные контакты контактных пар выполнены из деформированных проволок и имеют многоточечный контакт по плоскости сопряжения с металлографитовым контактом.

8. Система отделения малых КА по п. 5, отличающаяся тем, что пружинные контакты выполнены с покрытием из материала с низким удельным сопротивлением.