Устройство раскладки электрического силового и интерфейсных кабелей системы отодвижения ядерной энергетической установки от космического аппарата
DEVICE FOR LAYING ELECTRICAL POWER AND INTERFACE CABLES OF SYSTEM FOR MOVING NUCLEAR POWER PLANT AWAY FROM SPACECRAFT

Предлагаемое техническое решение относится к устройствам укладки (раскладки) электрических силовых и интерфейсных (слаботочных) кабелей крупногабаритных трансформируемых систем космических аппаратов (КА), складным фермам и системам отодвижения, которые в сложенном (транспортном) положении размещаются в малом объеме и имеют небольшую высоту и в дальнейшем раскладываются до орбитального (рабочего) положения с увеличением занимаемого объема и высоты. Основная проблема применения ферм ввиду их большой длины и неизменной формы заключается в том, что их длина делает ферму практически невозможной для транспортирования под головным обтекателем (ГО) ракеты-носителя (РН), так как общий занимаемый объем ограничен габаритами ГО РН и требованиями к положению центра масс изделия. Также важной проблемой является возможность прокладки и раскладки кабеля при переводе складной конструкции в орбитальное (рабочее) положение.
Классическими примерами являются фермы для поддержания антенн, панелей солнечных батарей, отражателей антенн и т.п. Однако область применения ферменных конструкций выходит далеко за рамки этих примеров.
Известно наиболее близкое к заявленному изобретению по технической сущности в части конструкции базовой секции устройство трансформируемой ферменной конструкции по патенту (US 5184444), где в конструкции базовой секции реализован двухрычажный механизм усилитель одностороннего складывания, приводным элементом которой является пара пружин, только за счет работы которых и совершается развертывание по средствам ослабления тросиков, протянутых через ролики, закрепленные на секциях. Однако в данном техническом решении отсутствует обеспечение гарантированного развертывания ферменной конструкции в случае заклинивания каких-либо элементов или поломки пружин, также отсутствует возможность создавать продольные усилия на раскрыв приводом ослабления тросиков. Кроме того не реализована возможность прокладки большого количества кабелей в связи с односторонней укладкой подвижных лонжеронов и как следствие малым поперечным сечением типовой секции, вписываемого в транспортный цилиндр совместно с выступающим в сложенном положении лонжероном.
Задачами предлагаемого технического решения является обеспечение раскладки электрических силовых и интерфейсных (слаботочных) кабелей и создание после развертывания жесткой конструкции с возможностью размещения максимального количества кабелей приемлемых радиусов гиба в сложенном (разложенном) положении, минимизации сопротивлений кабелей при раскладке.
Технический результат, достигаемый при использовании решения, заключается в раскладке кабелей и создании после развертывания жесткой конструкции, что обеспечивается применением складной конструкции фермы, в которой для хранения и транспортирования ферма укладывается в ее транспортное положение, которое занимает относительно небольшой объем и имеет значительно меньшую осевую длину по отношению к рабочему положению. Это изменение объема и осевой длины позволяет использовать длинную ферму в небольшом контейнере и раскладываться тогда, когда это необходимо. Несущей конструкцией предлагаемого изобретения является складная ферма. Для размещения фермы в транспортном положении используется контейнер цилиндрической формы.
Указанный технический результат достигается тем, что проблема сложения жесткой конструкции была решена путем введения подвижности продольных и диагональных частей и реализации хранения в сложенном (транспортном) положении. Также предусмотрено наличие элементов устранения зазоров в шарнирах, в каждой из типовых секций, которые являются складными и имеют телескопическую конструкцию.
Элементы конструкции, необходимые для целостности фермы при развертывании, представляют собой жесткие элементы, изготовленные из композиционного материала, способного выдерживать воздействие высоких температур, что предотвращает потерю прочности всей конструкции при нагреве.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве применяется петлеобразная схема укладки кабелей. Развертывание складной фермы и раскладка кабельных жгутов обеспечивается применением четырех пружин сжатия в каждой секции, привода и двух пантографов. Автоматическое складывание конструкции и кабелей в космическом пространстве не предусмотрены. Ферма складывается примерно до 30% от своей развернутой длины.
Согласно техническому решению все элементы и фитинги являются жесткими и изготовлены из материалов, выдерживающих воздействие высоких температур. Предпочтительным материалом является композиционный материал, известный как углерод-углерод, на основе которого изготавливаются трубки таких узлов как: адаптер нижний, адаптер верхний и секция типовая. На фиг. 1 приведен общий вид устройства отодвижения ядерной энергетической установки (ЯЭУ) от КА в орбитальном (рабочем) положении. На фиг. 2 приведен вид устройства в орбитальном (рабочем) и стартовом (транспортном) положениях. На фиг. 1 представлена складная ферма, которая включает в себя адаптер нижний 1, типовые секции 3 (количество определяется расстоянием отодвижения), адаптер верхний 5, привод 21, два пантографа 6 и колодки крепления кабелей 19 (по две на каждой секции типовой 3 и одна общая с соседней секцией). Корневая и концевая типовая секция 3 жестко закрепляются на адаптере нижнем 1 и адаптере верхнем 5 соответственно. Секции типовые 3 закрепляются между собой шарнирно. Два пантографа 6 закреплены на рамке нижней 2, рамке верхней 4, секциях типовых 3 и двух треугольниках приводных 23 шарнирно. Два треугольника приводных 23 закреплены на гайке ШВП привода 21. Привод 21 жестко закреплен на кронштейне привода 22, который также жестко закреплен на адаптере нижнем 1. На фиг. 3, фиг. 4, фиг. 5 и фиг. 6 поясняется сущность изобретения. На фиг. 4 и фиг. 5 представлено устройство в транспортном и промежуточном положениях соответственно. Секции типовые 3 представляют собой двухрычажный механизм усилитель со сложением внутрь себя. На фиг. 3 приведен общий вид типовой секции в орбитальном (рабочем) положении. Конструкция секции типовой 3 состоит из рамки нижней 2, рамки верхней 4, двух боковых складных рамок со встроенными ползунами 11, четырех рамок диагональных 12, двух направляющих 13, четырех ползунов 14, четырех пружин сжатия 15, защелок рабочего положения 16, четырех тяг устранения зазоров в шарнирах - малых 17, двух тяг устранения зазоров в шарнирах - больших 18, четырех ограничителей поперечной устойчивости в транспортном положении 20 в транспортном цилиндре. Для применения по назначению складную ферму размещают в транспортном цилиндре, в котором адаптер нижний 1 жестко фиксируется, а адаптер верхний 5 фиксируется замками, так как на адаптере верхнем 5 закрепляется элемент требующий необходимого отодвижения и подведения к нему электрических силовых и интерфейсных (слаботочных) кабелей 10. Складная ферма функционирует следующим образом.
После выведения КА на расчетную орбиту срабатывают замки, расфиксируется адаптер верхний 5, включается привод 21. Вращение выходного вала привода 21 вызывает перемещение расположенной на нем гайки ШВП в осевом направлении (направление раздвижения). Перемещение гайки через установленные на ней шарнирно два приводных треугольника, включает в работу пантографы 6, которые в свою очередь приводят к развертыванию всех секций типовых 3 одновременно. Пантографы 6 закреплены шарнирно на рамках с диагональными перекрытиями 2 и 4. В соответствии с особенностью изобретения в процессе развертывания секций типовых 3 ползуны 14 начинают движение по направляющим 13 в направлении перпендикулярном направлению развертывания. Движение ползунов 14 становится возможным благодаря шарнирному закреплению на рамках диагональных 12, которые шарнирно закреплены на рамках с диагональными перекрытиями 2 и 4. Четыре пружины сжатия 15 располагаются на двух направляющих 13 и закреплены между ползуном 14 и боковой складной рамкой со встроенными ползунами 11. Движение ползунов 14 вызванное работой пантографа 6 через рамку диагональную 12 приводит к раскладыванию боковой складной рамки со встроенными ползунами 11. В соответствии с особенностью изобретения, на малых углах раскрытия боковой складной рамки со встроенными ползунами 11, пружины сжатия 15 не совершают значительную работу и соответственно не вносят вклад в усилие развертывания фермы складной создаваемое приводом 21 через пантографы 6. Пружины сжатия 15 начинают совершать работу на развертывание секций типовых 3, в которых они установлены, через раскладывание боковой складной рамкой со встроенными ползунами 11 на угле ее раскрытия в 40°. Развертывание секций типовых 3 приводит к раскладке кабелей 10. Петлеобразная схема укладки кабелей 10 обеспечивает приемлемые условия как транспортирования так и гарантированного раскладывания в рабочее положение. Кабели 10 жестко фиксируются в колодках крепления кабелей 19. Наличие привода 21, пантографов 6 и пружин сжатия 15 гарантирует высокую надежность приведения в рабочее положение всех секций типовых 3 и раскладку кабелей, а соответственно и развертывание всей фермы складной. Привод 21 может быть спроектирован под любые осевые усилия отодвижения. На фиг. 6 представлено орбитальное (рабочее) положение устройства отодвижения ЯЭУ от КА. После приведения фермы складной в рабочее положение все секции типовые 3 блокируются защелками рабочего положения 16, которые размещаются в ползунах 14 и ползунах складных рамок 11, также срабатывают защелки тяг устранения зазоров в шарнирах 17, 18.
Технические решения использованные в конструкции устройства отодвижения, обеспечивают решение сразу двух технически сложных и важных задач, отодвижения ЯЭУ от КА, а также раскладки электрических силовых и интерфейсных (слаботочных) кабелей.
Особенностью данного изобретения является применение сдвоенного двухрычажного механизма усилителя складывающегося внутрь себя с плавающими направляющими 13, что обеспечивает увеличение поперечного сечения складной фермы, вписываемого в транспортный цилиндр и возможности размещения в два раза большего количества кабелей 10.
Изобретение может быть использовано как самостоятельно, так и в составе систем отодвижения за счет встраивания в имеющуюся конструкцию и исключения привода 21, кронштейна привода 22, двух треугольников приводных 23, двух пантографов 6 (в состав которых входят рычаг нижний 7, рычаг основной 8 и рычаг верхний 9), тяги устранения зазоров в шарнирах - малой 17 и тяги устранения зазоров в шарнирах - большой 18.
Таким образом, изобретение решает задачу раскладки электрических силовых и интерфейсных (слаботочных) кабелей систем отодвижения ЯЭУ от КА и может быть использовано как самостоятельно, так и за счет встраивания в имеющуюся конструкцию, либо применения изобретения как совмещенной системы отодвижения и раскладки кабелей антенн, панелей солнечных батарей, отражателей антенн и т.п.