Способ автоматической стыковки космических аппаратов и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК B64G1/00 

Изобретение относится к космической технике, а -ииенно к устройствам и способам, обеспечивающим стыковку космичеЛих аппаратов на орбите. Наиболее близким техническим решением к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ автоматической стыковки космических аппаратов, включающий запуск аппаратов на орбиту сближение и причаливание их за счет использования электромагнитных элементов. Способ осуществляют устройством для автоматической стыковки космических аппаратов, содержащим стыковочный узел и электромагнитные элементы. Недостатком указанного способа автоматической стыковки космических аппаратов являются наличие на борту космических аппаратов источников питания электромагнитных элементов, сложной радиотехнической аппаратуры и счетно-решающих устройств, необходимых при сближении и причаливании аппаратов, что приводит к увеличению веса аппаратов, а также сложность управления космическими аппаратами на этапах сближения и причаливания. ; Целью изобретения является снижение веса .космических аппаратов и упрощение процесса сближения и причаливания. Цель достигается техническим решением, представляющим собой новый способ автоматической стыковки космических аппаратов, включающий запуск аппаратов на орбиту, сближение и причаливание их за счет электромагнитных элементов, .Предлагаемый способ отличается от известного тем, что до запуска на орбиту располагают аппараты в положении касания стыковочными узлами, возбуждают незатухающие токи в сверхпроводящих короткозамкнутых электромагнитных элементах одного аппарата и кратковременно размыкают сверхпроводящие электромагнитные элементь другого аппарата. Такой способ может быть осуществлен устройством новой конструкции для автоматической стыковки космических аппаратов, содержащим стыковочный узел и электромагнитные элементы. Отличие устройства позволяющего осуществить новый способ, состоит в том, что электромагнитные элементы расположены в плоскости, перпендикулярной направлению причаливания и диаметрально противоположно относительно стыковочного узла. При этом электромагнитные элементы могут быть выполнены в виде тора. На фиг. 1 изображены стыкующиеся космическме аппараты со сверхпроводящими электромагнитами на конечном этапе причаливания; на фиг. 2 - график зависимости силы магнитного взаимодействия от расстояния между космическими аппаратами. На космических аппаратах 1, 2 установлены по два одинаковых тороидальных сверхпроводящих короткозамкнутых электромагнита 3, 4 и 5, 6, расположенных на каждом аппарате в плоскости, перпендикулярной направлению причаливания, диаметрально противоположно относительно их стыковочных узлов 7 и 8. До запуска космические аппараты размещают в положении касания стыковочными узлами. В обмОтки электромагнитов 3, 4 заводят незатухающие токи противЬположных направлений, а обмотки электромагнитов 5, 6 размыкают. . В результате операции заведения незатухающих токов в обмотки 3, 4 при разомкнутых обмотках 5, б между электромагнитами аппаратов 1, 2 в направлении стыковки начинает действовать сила Р, закон изменения которой в зависимости от расстояния между электромагнитами d показан на фиг. 2. В положении заведения токов в обмотки электромагнитов 3,4 (поло5кение касания стыковочных узлов 7,8) магнитная сила равна нулю (д до ). При увеличении расстояния между магнитами возникает притяжение (отрицательные ординаты на фиг. 2), при уменьшении - сталкивание (положительные ординаты на фиг. 2). После введения космических аппаратов на орбиту и их дальнего сближения до расстояния 15 Ом существенную роль начинает играть взаимодействие сверхпроводящих электромагнитов, за счет которых осуществляется ориентирование и причаливание. Поскольку сверхпроводящие магниты притягивают при расстояниях (фиг. 2), они самопроизвольно сориентируются на направление стыковки и начнут сближаться (как любые магниты, стремящиеся сориентироваться разноименными полюсами друг к другу и притянуться). Кроме того, так как в диаметрально расположенные магниты 3, 4 з.аведены токи противоположного направления, магнит 5 притягивается магнитом 3 (оси их совпадают): а магнит 6 - магнитом 4. т.е. стыкуемые космические аппараты сориентируются в направлении, перпендикулярном направлению стыковки. По мере сближения между космическими аппаратами, как это следует из графика фиг. 2, имеет место притяжение. Поэтому

скорость сближения возрастает до тех пор, пока ;зазор между космическими объектами не станет равным . За счет магнитного притяжения космические объекты приобретут кинетическую энергию, равную работе сил притяжения.- :

В положении б бо космические объекты за счет магнитного взаимодействия сориентированы в направлении стыковки и в направлении, перпендикулярном напра влейиюстыковки,-v-V- :;;;--:;; ;;,-. : --;:v При сближении: космических аппаратов на расстоянии 5 3q между ними возникают с ил ы отталкивйния (фиг 2), kotopMe уменьшают скорость относительного сблйжения. :-:;- :;..:.-: .:.:- ; -;/--/;: .

ФормУл изобретения 1. Способ автоматической стыковки космических janrtapaTOB, включающий запуск аппаратов- на орбиту, сближение и причаливание их за счет ибпользрвйкия электромагнитнь х элементов, у ртлйчак щийся тем, что, t целью снижения беса аппаратов и упрощения процесса сближения и причаливания, до запуска на орбиту jpac-; .полагают аппараты в положении касания, стыковочн ыми узлами, возбуж,цают незатухающие тОкй в сверхпроводящих короткозамкнутых электромагнитных Элементах одного аппарата и кратковременно размыкают сверхпроводящие электромагнитные элементы другого аппарата. .ч

Работа сил отталкивания равна уменьшению кинетической энергии, приобретенной за счет магнитного притяжения. Когда по мере сближения космич.еских объектов работа сил отталкивания стамет равной всей кинетической энергии (или всей работе сил притяжения), то при нулевом начальном импульсе сближения относительная скорость космических объектов равна нулю. Это положение соответствует нулевому зазору между стыкующимися космическими объектами, при котором космические аппараты жёстко соединяются известными приемами.

(56) Патент США № 3794270, кл. 244-1, 1974. -;...:;.;-%::.;--;:-.--,;

;- ч 2, Устройство ;цЯя втоматИческой стыJ ; крёки космических,апгтаратов содержаЩеё :; стыковочный узел и электромагнитные 25 ; менты, отличающееся; тем, что, с цельк) прт -: вьгшения:f тс1чнрсти ; ; процесса

v.;причаливания, элекТромагнитнЬ1е алемён.-;ты расположены в ги«)скОсти,пёрпёнДик: ; |лярной ; направлений причаливания, И 50 диаметрально противоположно относительно стыковочного; узла.; ;

3. Устройство Но п.2, отличающееся ;тем, чтр электррмагнитные элементы выполнены в виде тора.;/ :

Лг.г

•• • •• /-•:::-//.-. -;,. -• , ;•;