Устройство выдвижения полезной нагрузки от космического аппарата методом наддува раскладываемой трубчатой конструкции
DEVICE FOR EXTENDING PAYLOAD FROM SPACECRAFT BY SUPERCHARGING EXPANDABLE TUBULAR STRUCTURE

Изобретение относится к трансформируемым стержневым космическим конструкциям, предназначенным для выдвижения полезной нагрузки от космического аппарата, при этом трансформация происходит методом наддува.
Трансформируемые космические конструкции доставляются в точку эксплуатации в компактно-сложенном транспортном состоянии, и, впоследствии, разворачиваются в рабочее положение, причем их габариты в рабочем положении существенно превышают габариты обтекателей существующих ракет-носителей. Существуют механический, ротационный и пневматический способы трансформации. Однако надувные конструкции отличаются минимальной массой и минимальным объемом в транспортном положении. К настоящему времени надувные конструкции были в космосе в основном только в качестве экспериментов и платформ для отработки новых технологий. Известны: Надувная антенна IAE - R.E. Freeland, G.D. Bilyeu, G.R. Veal, M.D. Steiner, D.E. Carson. Large inflatable deployable antenna flight experiment results. Acta Astronautica, 41:267-277, 1997; надувной рефлектор антенны - D.P. Cadogan, J.K. Lin. An Inflatable Microstrip Reflectarray Concept for Ka-Band Applications. AIAA 2000-1831, April 3-6, 2000.
За прототип принято устройство, описанное в патенте (RU 2346858 С1, 14.10.2005, B64G 1/22, Е04Н 15/20), которое содержит в неразвернутом состоянии гибкую, сложенную гармошкой трубу, жестко связанную одним концом с пробкой, снабженной приспособлением для подвода газа, используемого для раздува конструкции. Другой конец трубы закрыт.
Устройство - прототип не предназначено для перемещения полезной нагрузки (ПН) от космического аппарата (КА), требующей с ним электрической связи, а так же для ее монтажа на поверхности КА в ручном или автоматическом режиме непосредственно в космическом пространстве.
Задачей изобретения является обеспечение возможности монтажа устройства на внешнюю поверхность КА при работе в открытом космосе и выдвижения ПН от КА методом наддува раскладываемой трубчатой конструкции, с обеспечением электрической взаимосвязи между ПН и КА.
Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве выдвижения полезной нагрузки от космического аппарата методом наддува раскладываемой трубчатой конструкции, включающем раскладываемую трубчатую конструкцию, сложенную в транспортном положении, оба конца которой герметично закрыты, приспособление подвода газа, раскладываемая трубчатая конструкция выполнена из отверждаемых ультрафиолетом или инициирующим газом или в вакууме композитных материалов и размещена в герметичном контейнере, имеющем цилиндрический корпус, стационарную крышку с электрическим герметичным переходником, пневматическими герметичными переходниками и механическим интерфейсом для стыковки блока наддува, и подвижную крышку, снабженную механическим и электрическим интерфейсами, при этом раскладываемая трубчатая конструкция герметично соединена со стационарной и подвижной крышками контейнера посредством присоединенных к ней фланцев через уплотнительные резиновые прокладки. А также электрические интерфейсы стационарной и подвижной крышек соединены кабелем, расположенным во внутренней полости раскладываемой трубчатой конструкции. И на стационарной крышке установлен стакан, с прижимным диском, уплотняющим раскладываемую трубчатую конструкцию в транспортном положении, к которому присоединено уплотнительное гибкое кольцо. Сущность изобретения поясняется чертежами: фиг. 1 - вид устройства в транспортном (сложенном) положении фиг. 2 - сечение устройства в транспортном (сложенном) положении фиг. 3 - вид устройства в рабочем (развернутом) положении фиг. 4 - сечение устройства в рабочем (развернутом) положении фиг. 5 - изображение раскладываемой трубчатой конструкции в транспортном (сложенном положении) фиг. 6 - эскиз устройства в транспортном (сложенном) положении фиг. 7 - изображение линий складок на раскладываемой трубчатой конструкции.
На фигурах приняты следующие обозначения:
1 - цилиндрический корпус;
2 - стационарная крышка;
3 - подвижная крышка;
4 - раскладываемая трубчатая конструкция;
5 - кабель;
6 - электрический герметичный переходник;
7 - механический интерфейс подвижной крышки;
8 - механический интерфейс крепления стационарной крышки;
9 - пневматический герметичный переходник наддува;
10 - пневматический герметичный переходник;
11 - стационарный фланец раскладываемой трубчатой конструкции;
12 - подвижный фланец раскладываемой трубчатой конструкции;
13 - специальные болты;
14 - стакан;
15 - уплотнительное гибкое кольцо;
16 - уплотнительная герметизирующая резиновая прокладка;
17 - прижимной диск;
18 - фланец герметичного корпуса.
Устройство выдвижения полезной нагрузки от КА методом наддува раскладываемой трубчатой конструкции включает в себя герметичный контейнер, состоящий из цилиндрического корпуса 1, приваренных к нему стационарной крышки 2 и фланца 18; подвижной крышки 3; раскладываемой трубчатой конструкции 4; стакана 14; уплотнительного гибкого кольца 15; прижимного диска 17 и кабеля 5.
Стационарная крышка 2 имеет: механический интерфейс крепления 8 для присоединения блока наддува (не представленного на чертежах); пневматический интерфейс для стыковки с блоком наддува, включающий в себя хотя бы один пневматический герметичный переходник наддува 9 для наддува раскладываемой трубчатой конструкции и сброса из нее давления после отверждения конструкции, электрический интерфейс, представляющий собой электрический герметичный переходник 6, два пневматических герметичных переходника 10 для выравнивания давления между окружающей средой и внутренним объемом раскладываемой трубчатой конструкции 4, а также между объемом, образованным цилиндрическим корпусом 1 и раскладываемой трубчатой конструкцией 4. В стационарной крышке 2 выполнены две проточки под уплотнительные герметизирующие резиновые прокладки 16.
Фланец 18 контейнера имеет резьбовые отверстия для ввинчивания специальных болтов 13 и проточку для установки уплотнительной герметизирующей резиновой прокладки 16.
Подвижная крышка 3 включает в себя механический интерфейс 7 для крепления полезной нагрузки (не представленной на чертежах) и электрический интерфейс в виде электрического герметичного переходника 6. В подвижной крышке выполнена проточка для установки уплотнительной герметизирующей резиновой прокладки 16. Подвижная крышка 3 в транспортном положении герметично соединена с фланцем герметичного корпуса 18 специальными болтами 13, при этом герметичность обеспечивается за счет уплотнительной герметизирующей резиновой прокладки 16. В рабочем положении подвижной крышки 3 специальные болты 13 вывернуты из резьбовых отверстий фланца герметичного корпуса 18.
Раскладываемая трубчатая конструкция 4 имеет стационарный 11 и подвижный 12 фланцы и композитную цилиндрическую оболочку, подвижный фланец 12 раскладываемой трубчатой конструкции 4 герметично состыкован со стационарной крышкой 2 посредствам элементов крепления, при этом герметичность обеспечивается за счет двух уплотнительных герметизирующих резиновых прокладок 16. Стационарный фланец 11 раскладываемой трубчатой конструкции 4 герметично состыкован с подвижной крышкой 3 при помощи элементов крепления, при этом герметичность обеспечивается за счет уплотнительной герметизирующей резиновой прокладки 16. Раскладываемая трубчатая конструкция 4 может быть выполнена из отверждаемых ультрафиолетом или инициирующим газом или в вакууме композитных материалов. Один из вариантов расположения и типов слоев следующий: внутренний слой изготовлен из пленки и выполняет роль герметичного лейнера (поддерживает герметичность на время отверждения штанги). Средний слой выполнен из углеродной ткани со связующим на основе поливинилового спирта, отверждаемым в результате удаления пластификатора (воды), способного обратимо насыщаться временным пластификатором с переходом в эластичное состояние и ужесточаться при удалении пластификатора в результате кристаллизации и стеклования. В качестве внешнего слоя (для предотвращения слипания соседних слоев пропитанной ткани в транспортном положении и для обеспечения удаления пластификатора в рабочем положении) используется мембрана с односторонней пропускной способностью.
В транспортном положении раскладываемая трубчатая конструкция 4 сложена гармошкой, в рабочем положении развернута и представляет собой полую трубу.
Стакан 14, представляющий собой цилиндр переменного диаметра с внутренней резьбой на концах, большим диаметром стыкуется со стационарной крышкой 2 контейнера, меньшим диаметром - с прижимным диском 17, уплотняющим раскладываемую трубчатую конструкцию 4 в транспортном положении, к которому в свою очередь присоединено уплотнительное гибкое кольцо 15, служащее для равномерного и безударного выдвижения наддутой части раскладываемой трубчатой конструкции 4.
Кабель 5 соединяет электрические герметичные переходники 6, расположенные на стационарной 2 и подвижной 3 крышках. В транспортном положении кабель 5 скручен в бухту в виде спирали, расположенную в объеме между подвижной крышкой 3 и прижимным диском 17, в рабочем положении кабель 5 выпрямлен и имеет гарантированную слабину, не препятствующую раскрытию раскладываемой трубчатой конструкции 4. Устройство работает следующим образом.
В наземных условиях собирается транспортная конфигурация изделия, в которой раскладываемая трубчатая конструкция 4 сложена гармошкой фиг. 3 и поджата прижимным диском 17, подвижная крышка 3 прикручена к фланцу герметичного корпуса 18 при помощи специальных болтов 13, кабель 5 скручен в бухту в виде спирали. Конструкция в этом положении обеспечивает герметичность внутреннего объема устройства.
При подготовке устройства к выносу на внешнюю поверхность орбитальной станции внутри герметичного контейнера производится демонтаж части специальных болтов 13 для уменьшения трудоемкости работы в открытом космосе.
В течение работы на внешней поверхности орбитальной станции производится установка устройства и выравнивание давления между внутренним объемом герметичного контейнера и внешней средой посредством пневматических герметичных переходников 10 и блока наддува.
Затем дистанционно, путем включения электропневмоклапана блока наддува, через пневматический герметичный переходник наддува 9 производится наддув внутренней полости раскладываемой трубчатой конструкции 4, при этом раскладываемая трубчатая конструкция 4, подвижная крышка 3, и кабель 5 переходят в транспортное положение и полезная нагрузка, расположенная на подвижной крышке 3 выдвигается на заданное расстояние.
После раскрытия раскладываемой трубчатой конструкции 4, происходит ее выдержка в наддутом состоянии до момента ее отверждения, после чего внутреннее давление сбрасывается посредством блока наддува.
Таким образом, с помощью предлагаемого устройства осуществляется доставка и выдвижение полезной нагрузки от КА методом наддува раскладываемой трубчатой конструкции, при этом монтаж устройства на внешнюю поверхность КА может быть осуществлен манипулятором или непосредственно космонавтами при работе в открытом космосе.