Баллистическая возвращаемая капсула Советский патент 1993 года по МПК B64G1/62 

: Изобретение относится к космическим аппаратам для возвращения в атмосферу Земли, торможения и посадки.

Целью изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик капсулы путем уменьшения вибрационных нагрузок при спуске 8 плотных слоях атмосферы.

На фиг. 1 приведена, общая схема устройства в исходном положении; на фиг. 2 - ниппельное устройство; на фиг, 3 - капсула после Подачи давления в герметичную оболочку; на фиг. 4 - строение герметичной оболочки; на фиг. 5 - общая схема капсулы после подачи давления в герметичную оболочку М сброса теплозащитного покрытия.

Баллистическая возвращаемая капсула 1 (фиг. 1) включает в себя корпус 2 со сбрасываемой теплозащитой 3. Капсула 1 выполнена в виде цилиндра 5 с передним конусом 5 и притуплением по сфере 6. Капсула 1 имеет коническую юбку 7.

Внутри корпуса 2 размещена полезная нагрузка 8. Корпус 2 закрыт гермоднищем 9. Теплозащита 3 выполнена в виде неразъемной цельной оболочки. Корпус 2 выполнен из двух частей. В первой из них (передней) размещена полезная нагрузка 8, а во второй (донная часть) - система автоматики 10, электропитания 11, поиска 12 капсулы. Для схода с орбиты предусмотрена тормозная двигательная установка 13, а для стабилизации положения капсулы - двигатели стабилизации 14,

В донной части размещены также парашютная система 15 в парашютном отсеке 16, устройство отделения 17 двигателей тормозного и стабилизации, которые установлены на раме 18.

Для установки и взаимной связи отсеков корпуса капсулы предусмотрены шпангоуты 19,20.21,22. Гермоднище 9 крепится к корпусу 2 при помощи замков 23. Остальные замковые устройства на чертежах не показаны.

«

fe

00

00 Ю 00

ел

При необходимости в носовой части 24 капсулы 1 может быть установлен балансир 25. Под теплозащитой 3 по всей длине капсулы 1 размещена герметичная оболочка 26, имеющая по крайней мере одно ниппельное устройство 27,. размещенное в донной части 28 капсулы 1 и связанное с мсточником дав- ления 29 через устройство автоматической расстыковки 30 (фиг, 2). Ниппельное устройство 27 герметичной оболочки 26 крепится к корпусу 2 капсулы при помощи гайки 31. На фиг. 2 представлена позиция после разъединения связи с источником питания.

На фиг. 3 показана герметичная оболочка 26, заполненная сжатым газом 32.

Сбрасываемая теплозащита 3 выполнена по форме конструктивно подобной корпусу капсулы и размещена с зазором Дконцентрично корпусу 2 (фиг. 1 и 3). Теплозащита 3 и корпус 2 связаны между собой в донной части 28, например, при помощи трех силовых замковых устройств (не показаны), которые воспринимают все продольные нагрузки. Учитывая, что спуск капсулы производится при небольших траекторных углах входа в Плотные слои атмосферы ( - 2,5°), нагрузки, действующие на капсулу при спуске в плотных слоях атмосферы, относительно невелики и усилия, действующие на каждое из силовых замковых устройств, составляют ориентировочно 0,5... 1,0 т.

Эти нагрузки частично снимаются с замковых устройств ввиду наличия трения между заполненной сжатым газом 32 герметичной оболочкой 26, теплозащитой 3 и корпусом 2 капсулы 1.

Герметичная оболочка 26 внутри разделена в продольном и поперечном направлениях-на секции 33 перегородками 34. Секции 33 связаны между собой по крайней мере двумя клапанами 35 и 36, например, мембранного типа, работающими в противоположных направлениях, установленными в перегородках 34 (фиг, 4). Вместо клапанов могут быть выполнены калиброванные отверстия.

На фиг, 5 представлена баллистическая возвращаемая капсула 1 после сброса теплозащиты 3. Под действием сжатого газа 32 герметичная оболочка 26 расправляется, образуя чехол вокруг капсулы 1. Источник давления 29 имеет механизм задействования 37.

Устройство работает следующим образом.

Система управления КА выдает команду на отделение от него баллистической возвращаемой капсулы 1. По этой команде срабатывает механизм задействования 37

источника давления 29 и сжатый газ заполняет герметичную оболочку 26, поджимая теплозащиту 3 (изнутри) и корпус 2 (снаружи). После этого капсула отделяется от КА и

отходит от него на безопасное расстояние, где запускается ТДУ, обеспечивая сход капсулы с орбиты. На этапе удаления от КА и работы ТДУ работают двигатели стабилизации 14. обеспечивая заданную ориентацию

0 продольной оси капсулы в космическом пространстве.

После окончания работы ТДУ двигатели торможения и стабилизации вместе с рамой 18 и источником давления 29 отделяются от

5 капсулы. Капсула продолжает автономный полет по баллистической траектории спуска в плотных слоях атмосферы до высоты 20 км, где по команде системы автоматики 10 капсулы 1 производится отстрел крышки па0 рашютного отсека и вывод в поток тормозного парашюта.

Дальнейший полет осуществляется на тормозном парашюте до высоты 10 км, где производится ввод в поток основного

5 парашюта, задействование системы поиска капсулы (выброс дипольных отражателей, задействование радиомаяка, размещенного на капсуле 1), сброс теплозащиты. После сброса теплозащиты 3 герметичная оболоч0 ка 26 расправляется, принимая рабочее положение для встречи с поверхностью земли. В момент сброса теплозащиты 3 после расстыковки силовых замковых устройств, связывающих теплозащиту 3 с корпусом 2

5 капсулы 1, одновременно с раскрытием основного парашюта действует давление 32 герметичной оболочки 26, способствуя более быстрому сбросу теплозащиты 3 с корпуса 2.

0 В момент соприкосновения с поверхностью земли по сигналу пьезодатчика система автоматики отстреливает (обрезает) парашют и капсула своей герметичной оболочкой 26 начинает взаимодействие с зем5 лей (водой). При этом секция 33 капсулы, которая, например, первой коснулась земли, начинает обжиматься, перекачивая сжатый газ из этой секции в соседние секции через, например, клапан 35. По мере обжа0 тия соседних секций 33 то же происходит и с ними. Перекачка сжатого газа в соседние секции происходит в соответствии с проходными размерами и количеством, например, клапанов 35. Теоретически и эксперимен5 талъно можно подобрать оптимальные характеристики этих клапанов или просто калиброванных отверстий.

После полного гашения скорости капсулы сжатый газ из необжатых при приземле- нии секций, вобравших в себя сжатый газ из

обжатых секций, начинает возвращаться в первоначально обжатые секции, но через другие, например, мембранные клапаны 36. Характеристики этих клапанов подбираются так, чтобы устранить подпрыгивание кап- сулы.

Поскольку капсула спускается на парашюте, закрепленном в донной части капсулы, то наиболее вероятна первичная встреча с землей носовой частью капсулы. После отстрела парашюта капсула начинает заваливаться на боковую поверхность. При этом будут обжиматься соответствующие секции 33 герметичной оболочки 26 на боковой поверхности и хвостовой юбке (фиг. 5) и будут аналогично проходить процессы, описанные выше.

: На заключительном этапе приземления капсула примет устойчивое положение на земле, давление в секциях 33 герметичной оболочки 26 выровняется. Вокруг капсулы будет термойзолирующая оболочка, которая на некоторое (расчетное) время предохранит её от чрезмерного перегрева летом и переохлаждения зимой.

Для уменьшения термопоглощенйя оболочки ее наружная поверхность должна быть покрыта слоем материала (напыление) с высокими отражающими характеристиками.

Зазор А (фиг. 3) выбирается (теоретически и экспериментально) таким образом, чтобы обеспечить максимальное гашение вибрационных нагрузок при спуске капсулы в плотных слоях атмосферы.

Предложенное конструктивное исполнение баллистической возвращаемой капсулы позволяет обеспечить улучшение эксплуатационных характеристик капсулы путем уменьшения вибрационных нагрузок при спуске в плотных слоях атмосферы, ускорения сброса теплозащиты с корпуса капсулы.

Вместо нескольких обычно используемых систем (системы мягкой посадки, системы спасения при приводнении, дополнительной теплоизоляции на земле) предлагается одна герметичная оболочка, выполняющая функции всех этих систем. При этом источник давления, используемый для заполнения этой оболочки сжатым газом, отделяется от капсулы вместе с двигателями тормозным и стабилизации и занимает минимальный полезный объем капсулы.

Формула изобретения

Баллистическая возвращаемая капсула, содержащая корпус с установленным на нем сбрасываемым теплозащитным покрытием, выполненным конструктивно подобным корпусу и связанным с ним посредством элементов отделения, причем теплозащитное покрытие установлено с зазором по отношению к корпусу, отличающаяся тем, что, с целью улучшения эксплуатационных характеристик капсулы путем уменьшения вибрационных нагрузок при спуске в плотных слоях атмосферы, капсула снабжена надувной герметичной оболочкой, размещенной в зазоре между корпусом и теплозащитным покрытием.

Использование: доставка полезного груза с космического объекта на Землю. Сущность изобретения: капсула содержит корпус, снабженный сбрасываемой теплозащитой (ТЗП). Капсула снабжена надувной герметичной оболочкой, размещенной е зазоре между корпусом и ТЗП. Заполнение оболочки газом происходит при отделении капсулы от космического объекта, в результате чего корпус и ТЗП поджимаются избыточным давлением, что Снижает вибрационные нагрузки на капсулу при ее спуске в плотных слоях атмосферы. 5 ил.

Фи г.

юдгг2127

20

22

щ

& 9Пф

iXJnL

-

i ff ft- j k :i 7t

г fifQI

#

S8Z8181

Ъ-J

&

Ј ЪПф

SZ

i

i ff ft- j k :i 7t

гг F .

гл0

Фиг, 5

70Д/2