Устройство фиксации предметов в невесомости
APPARATUS FOR FIXING OBJECTS IN ZERO GRAVITY

Настоящее изобретение относится к области машиностроения, в частности к космической отрасли, а именно к средствам обеспечения деятельности космонавтов в условиях невесомости, в том числе в открытом космосе.
Предлагаемое устройство также может быть использовано при проведении подводных работ, на транспорте, в других отраслях производственно-хозяйственной деятельности, а также в бытовых операциях.
Космонавту, в процессе деятельности в условиях невесомости, необходимо фиксировать все предметы, которые его окружают или которыми он пользуется, во избежание их утери, а также бесконтрольного дрейфа в пространстве космического аппарата (КА) и за его пределами. Фиксация, как правило, осуществляется на элементы или предметы жестко связанные с несущей конструкцией космического аппарата. Например, фиксация поручня (далее - поручень) на несущей конструкции.
Особенность деятельности в невесомости, в том числе внекарабельной деятельности (ВКД) такова, что космонавту приходится, как правило, удерживаться одной рукой за ручку (стационарная часть несущей конструкции КА), выполняя в то же время целевые действия другой рукой. На этом принципе - «использование одной руки» - должны разрабатываться инструменты и приспособления для ВКД. Этот принцип относится и к средствам фиксации. Стремление к минимизации рабочих движений - второй принцип разработки оборудования для ВКД, в том числе и устройств фиксации.
Для фиксации используются различные способы и средства: механические, магнитные, адгезионные, эластичные ткани, резинки, ленты, шнуры. К материалам, используемым для фиксации, предъявляются требования по сохранению их физических свойств под воздействием факторов космического пространства: вакуума, температуры, радиации и другое.
Известно изобретение, описанное в патенте на устройство для фиксации элементов конструкции на корпусе космического аппарата (патент RU № 1804423) при работах по монтажу лентообразных элементов конструкции (плоской связки кабелей, теплозащиты и т.д.). Устройство содержит скобу, один конец которой выполнен подпружиненным и с выступом, с целью обеспечения возможности фиксации лентообразных элементов конструкции на параллельных ручках КА космонавтом в условии открытого космоса, при этом скоба выполнена П-образной формы, а второй конец скобы выполнен жестким, имеющим С-образный профиль, охватывающий одну из ручек аппарата, при этом подпружиненный конец скобы зафиксирован на другой ручке аппарата посредством выступа, взаимодействующего с ней после поджатия лентообразного элемента к ручке КА. После того как выступ зафиксирует ручка, элемент будет в этом месте закреплен устройством на параллельных ручках. Затем космонавт берет поочередно еще несколько устройств и устанавливает их равномерно по всей длине элемента вдоль ручек.
Недостатками известных устройств является отсутствие возможности расстыковки, не разбирая механизм, а также отсутствие возможности фиксации оборудования (предметов) с ответным интерфейсом по посадочным точкам с обеспечением высокой точности при регулировании противосъемного усилия. Противосъемное усилие - это усилие, которое необходимо приложить космонавту для перемещения поручня. Величина противосъемного усилия определяется в условиях минимальных энергозатрат.
Известно средство, описанное в патенте для соединения мягких и эластичных материалов (патент RU № 54294), представляющее собой механизм крепления, один из элементов которого выполнен в виде пластины и снабжен, по крайней мере, одним грибообразным выступом, состоящим из ножки, по крайней мере, одной конической шляпки и расположенным в основании грибообразного выступа фиксирующим цилиндрическим элементом, причем грибообразный выступ имеет сквозной пропил, проходящий по центру ножки и конической шляпки, а другой элемент механизма крепления выполнен в виде пластины, снабженной, по крайней мере, одним цилиндрическим отверстием, причем коническая шляпка грибообразного выступа в сжатом состоянии пластины соразмерна цилиндрическому отверстию пластины.
Недостатками данного устройства является отсутствие возможности фиксации оборудования (предметов) с ответным интерфейсом по посадочным точкам с обеспечением высокой точности при регулировании противосъемного усилия, а также отсутствие возможности расстыковки, не разбирая механизм.
Наиболее близким (прототипом) к заявляемому изобретению является изобретение, описанное в патенте на устройство для фиксации элементов конструкции (Патент RU № 2675684). Устройство фиксации элементов конструкции содержит закрепляемый элемент и удерживающее средство. Последнее выполнено в виде упругодеформируемой втулки, имеющей продольные прорези с одной стороны, с возможностью фиксации и освобождения торца закрепляемого элемента. Фиксация и освобождение торца закрепляемого элемента происходит с помощью продольного перемещения соосно расположенной гильзы. Гильза сопряжена со стопором, при этом стопор находится в сопряжении с основанием и имеет возможность вращения вокруг оси.
Недостатками прототипа является низкая технологичность и отсутствие возможности фиксации оборудования (предметов) с ответным интерфейсом по посадочным точкам с обеспечением высокой точности при регулировании противосъемного усилия.
Для заявленного устройства выявлены следующие общие существенные признаки:
устройство фиксации предметов в невесомости, содержащее закрепляемый элемент и удерживающее устройство.
Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание устройства, обеспечивающего надежное и точное положение предмета с ответным интерфейсом по посадочным точкам в условиях невесомости.
Поставленная техническая проблема решается тем, что фиксация предметов в невесомости осуществляется за счет использования устройства фиксации предметов в невесомости, содержащего закрепляемый элемент и удерживающее устройство, отличающегося от прототипа тем, что в закрепляемый элемент установлена шпилька, имеющая резьбовую поверхность, а удерживающее устройство состоит из подсборки, установленной на корпусе космического аппарата (КА), состоящей из металлической накладки и прокладок, имеющих отверстия под крепежное соединение с корпусом КА и центральное отверстие, причем прокладки имеют надрезы, расположенные перпендикулярно контуру центрального отверстия и образующие разрезные лепестки.
Фиксация предметов в невесомости осуществляется за счет различного усилия деформации материала прокладок в ответном интерфейсе при стыковке и расстыковке, обеспечиваемого перемещением разрезных лепестков в полости, образованной коническим и цилиндрическим отверстиями.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлены:
- на фиг.1 - узел фиксации предметов с ответным интерфейсом по посадочным точкам;
- на фиг.2 - эскиз прокладки;
- на фиг.3 - применение фиксации на примере поручня с установочной плитой.
Устройство фиксациипредметов в невесомости включает в себя закрепляемый элемент и удерживающее устройство. Закрепляемый элемент, например, поручень 7 имеет встроенную шпильку 2 с резьбовой поверхностью. Удерживающее устройство состоит из подсборки, включающей металлическую накладку 1, выполненную, например, с четырьмя гладкими отверстиями с фасками под 45° под крепежное, например, винтовое соединение 4 и гладким центральным отверстием с фасками с двух сторон под 45°; прокладки 3, имеющие, соответствующие накладке отверстия под винтовое соединение 4 и центральное отверстие под шпильку 2. Диаметр центрального отверстия прокладок 3 совпадает с диаметром центрального отверстия в накладке 1 (данные отверстия соосны между собой и с отверстием в ответном интерфейсе 5 КА). Центральное отверстие прокладок 3 имеет надрезы 9, расположенные перпендикулярно его контуру, длиной, например, по 2 мм под 45° и образующие разрезные лепестки 6.
Фиксацияпредметов в невесомости осуществляется следующим образом.
На накладку 1 устанавливаются прокладки 3 по посадочным, например, четырем точкам на винты 4 и, полученная таким образом подсборка, крепиться на ответный интерфейс 5 космического аппарата, выполненный, например, с коническим отверстием. За счет изменения диаметра конуса, меняется противосъемное усилие. Угол конуса влияет на выбор пакета прокладок 3 - их количество и материал. Изменение количества и материала прокладок 3 меняет противосъемное усилие. Прокладки 3 могут быть выполнены, например, из фторопласта или композитного материала.
В данном случае, когда закрепляемым элементом является поручень 7, необходимо его закрепить с одного конца, лишив его возможности вращения вокруг оси шпильки 2, например скобой 7. Космонавт в скафандре в условиях невесомости, держась одной рукой за стационарную ручку КА (на фиг. не показана), второй рукой заводит один конец поручня 7 под скобу 8, а вторым концом поручня 7 фиксирует полученную подсборку шпилькой 2 (с резьбовой частью). Стыковка и расстыковка происходит за счет усилия деформации лепестков 6 прокладок 3, создаваемого шпилькой 2, образуя перемещение разрезных лепестков 6 в полость ответного интерфейса 5, образованную коническим и цилиндрическим отверстием.
Благодаря перемещению разрезных лепестков 6 прокладок 3, фиксация предметов в невесомости получается надежной, прочной и устойчивой к воздействию факторов космического пространства. Космонавт, при необходимости, может снять поручень 7 с минимальными энергозатратами (заданными техническим требованием для предмета),приложив к нему усилие, равное противосъемному. Действия по использованию устройства доступны и удобны космонавту в скафандре под избыточным давлением в условиях невесомости для фиксации предметов одной рукой (при одновременном использовании другой руки для удерживания за ручку).
Техническим результатом настоящего изобретения является обеспечение надежной, прочной и безопасной фиксации предметов с ответным интерфейсом по посадочным точкам в условиях невесомости одной рукой с возможностью регулирования противосъемного усилия с высокой точностью, эргономичностью и минимальными энергозатратами.