СТЫКОВОЧНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

Полезная модель относится к области космической техники, конкретнее к области стыковочных устройств космических аппаратов.
Известно стыковочное устройство космических аппаратов, которое содержит активный агрегат, в центре которого установлен стыковочный механизм, и пассивный агрегат с ответным приемным конусом, который заканчивается гнездом. Приемным конусом служит сопло маршевого ракетного двигателя отделяющейся части последней ступени ракеты космического назначения. Стыковочный механизм выполнен в виде телескопически соединенных между собой штанг, свободный конец которых снабжен подпружиненными лепестками типа «зонтик», установленными с возможностью раскрытия и поджатия [патент РФ №2490183, B64G 1/64, 07.03.2012].
Недостатками аналога являются невысокое быстродействие, высокие требования к точности позиционирования космических аппаратов друг относительно друга в связи с использованием телескопически соединенных между собой штанг в качестве стыковочного механизма.
Аналогом заявляемой полезной является периферийный стыковочный механизм, который содержит стыковочное кольцо с направляющими выступами и корпусами механизмов защелок для сцепки; штанги со штоками, установленными с возможностью поступательного перемещения вдоль продольных осей корпусов штанг; электропривод вращения барабана намотки тросов. Каждый трос через направляющий ролик и пружину компенсации разности длин тросов соединен с корпусом механизма защелок на одном из направляющих выступов стыковочного кольца. Внутри корпуса штанги со стороны его основания установлен винт с возможностью вращения относительно продольной оси корпуса штанги. Винт с одной стороны образует соосное зацепление с шарико-винтовым преобразователем подвижного штока, а с другой - связан через паразитную шестерню с валом, по меньшей мере, одного пружинного механизма кручения, установленного снаружи корпуса штанги соосно с входным валом храпового механизма. Выходной вал храпового механизма соединен соосно с электромагнитной фрикционной муфтой и через понижающий редуктор с входным валом устройства контактного [патент РФ №2657623, B64G 1/64, 14.06.2018].
Недостатками аналога являются высокие массогабаритные показатели и невысокая надежность в связи с использованием сложных многокомпонентных механических систем.
Аналогом заявляемой полезной модели также является стыковочный механизм, который содержит подвижный корпус, связанный с основанием стыковочного механизма двухстепенным вращательным шарниром, тягами и электромагнитными тормозами, штангу с головкой и защелками, установленную с возможностью поступательного перемещения относительно подвижного корпуса, размещенные в подвижном корпусе шарико-винтовой преобразователь, связанный с ним осевой амортизатор с первым фрикционным тормозом, электропривод, связанный с первым фрикционным тормозом через стопорную муфту. В осевой амортизатор введен второй фрикционный тормоз, соосный с первым фрикционным тормозом, связанный с ним и с шарико-винтовым преобразователем. Двухстепенной вращательный шарнир установлен в основании подвижного корпуса. Введен подвижный ограничитель угловых движений стыковочного механизма, установленный с возможностью поступательного перемещения в линейных подшипниках по поверхности подвижного корпуса вдоль его продольной оси и поджатый пружинами сжатия. Техническим результатом изобретения является возможность ограничения угловых движений стыковочного механизма относительно пассивного агрегата при стыковке к пассивному агрегату с укороченным приемным конусом [патент РФ №2662605, B64G 1/64, 26.07.2018].
Недостатками аналога являются высокие массогабаритные показатели и невысокая износостойкость, обусловленные наличием множественных движущихся друг относительно друга частей, подверженных трению.
Наиболее близким аналогом заявляемой полезной модели является стыковочное устройство космических аппаратов, которое содержит активный агрегат, в центре которого установлен стреловидный штырь, и пассивный агрегат с ответным приемным конусом, который заканчивается гнездом. Гнездо выполнено в виде стакана, заполненного легкоплавким металлом. Корпус стакана состоит из двух оболочек, внутренняя оболочка выполнена из тугоплавкого теплоизолирующего материала, внешняя - из ферромагнитного материала с пазами для укладки трехфазной винтовой оболочки, соединенной с источником питания. На внутренней боковой поверхности внутренней оболочки стакана жестко закреплена третья оболочка из проводящего материала [патент РФ №2467934, B64G 1/64, 10.06.2011].
Недостатками ближайшего аналога являются большие массогабаритные показатели, невысокое быстродействие в связи с невозможностью обеспечения подруливания при стыковке космических аппаратов непосредственно за счет стыковочного устройства космических аппаратов.
Задача полезной модели - повышение быстродействия и снижение массогабаритных показателей стыковочного устройства для космических аппаратов.
Технический результат предлагаемого стыковочного устройства для космических аппаратов - повышение быстродействия за счет обеспечения подруливания при стыковке космических аппаратов посредством стыковочного устройства.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что стыковочное устройство для космических аппаратов, содержащее активный агрегат и пассивный агрегат, в отличие от прототипа пассивный агрегат содержит статор с электромагнитами и постоянным кольцевым магнитом, которые механически соединены между собой креплением, причем статор механически прикреплен к первому космическому аппарату и служит приемным конусом для активного агрегата, который содержит ротор с постоянным сферическим магнитом, механически соединенный посредством крепления со вторым космическим аппаратом, также содержит систему управления активным агрегатом, электрически соединенную с датчиками сближения космических аппаратов, датчики сближения космических аппаратов, механически соединенные со вторым космическим аппаратом, систему управления пассивным агрегатом, электрически соединенную со статором пассивного агрегата и защелками, механически соединенными с первым и вторым космическими аппаратами, амортизаторы, механически соединенные со вторым космическим аппаратом, приемную часть амортизаторов, соединенную с первым космическим аппаратом.
Сущность устройства поясняется чертежами, на которых представлено стыковочное устройство для космических аппаратов. На фиг. 1 представлен вид стыковочного устройства для космических аппаратов. На фиг. 2 представлен вид статора пассивного агрегата и расположение постоянного сферического относительно статора пассивной агрегата устройства для стыковки космических аппаратов сверху.
Стыковочное устройство для космических аппаратов (фиг. 1, 2) состоит из трех электромагнитов статора 1, постоянного кольцевого магнита 2, крепления для постоянного кольцевого магнита 3, которые механически прикреплены к электромагнитам статора 1 и постоянному кольцевому магниту 2, крепления статора пассивного агрегата к первому космическому аппарату 4, механически прикрепленного к электромагнитам статора 1 и первому космическому аппарату, постоянного сферического магнита 5, крепления для постоянного сферического магнита ко второму космическому аппарату 6, механически прикрепленного к постоянному сферическому магниту 5 и второму космическому аппарату, системы управления пассивным агрегатом 7, системы управления активным агрегатом 8, трех датчиков сближения космических аппаратов 9, восьми защелок 10, трех амортизаторов 11 и приемной части амортизаторов 12 (фиг. 1).
Электромагниты статора 1 механически соединены с постоянным кольцевым магнитом 2 посредством креплений для постоянного кольцевого магнита 3. Крепления для постоянного кольцевого магнита 3 выполнены из неэлектропроводящегок материала. Электромагниты статора 1, постоянный кольцевой магнит 2 и крепления для постоянного кольцевого магнита 3 образуют статор пассивного агрегата. Три электромагнита статора 1 размещены в вершинах правильного треугольника, вписанного в окружность, проходящую на одинаковом расстоянии от граней постоянного кольцевого магнита 2 (фиг. 2). Статор пассивного агрегата прикреплен к первому космическому аппарату посредством крепления статора пассивного агрегата к первому космическому аппарату 4. Крепление статора пассивного агрегата к первому космическому аппарату 4 выполнено из неэлектропроводящего материала. Постоянный сферический магнит 5 прикреплен ко второму космическому аппарату посредством крепления для постоянного сферического магнита ко второму космическому аппарату 6. Крепление для постоянного сферического магнита ко второму космическому аппарату 6 выполнено из неэлектропроводящего материала. Крепление для постоянного сферического магнита ко второму космическому аппарату 6 содержит шарнир, что обеспечивает шарнирное соединение постоянного сферического магнита 5 со вторым космическим аппаратом. Постоянный сферический магнит 5 и крепление для постоянного сферического магнита ко второму космическому аппарату образуют ротор активного агрегата. Система управления пассивным агрегатом 7 размещена на первом космическом аппарате и электрически соединена со статором пассивного агрегата и с защелками 10. Система управления активным агрегатом 8 размещена на втором космическом аппарате. Система управления активным агрегатом 8 электрически соединена с тремя датчиками сближения космических аппаратов 9. Датчики сближения космических аппаратов 9 прикреплены ко второму космическому аппарату. Датчики сближения космических аппаратов 9 расположены на одинаковом расстоянии друг от друга в вершинах правильного треугольника, вписанного в окружность, проходящую на одинаковом расстоянии от граней постоянного кольцевого магнита 2. Защелки 10 прикреплены к первому и второму космическим аппаратам. Восемь защелок 10 расположены по окружности на одинаковом расстоянии друг от друга. Амортизаторы 11 механически прикреплены ко второму космическому аппарату. Приемная часть амортизаторов 12 представляет собой кольцо, выполненное из упругого материала. Приемная часть амортизаторов 12 механически прикреплена к первому космическому аппарату. Приемная часть амортизаторов 12 расположена напротив амортизаторов 11 так, что при завершении стыковки все амортизаторы 11 упираются в приемную часть амортизаторов 12.
Стыковочное устройство для космических аппаратов работает следующим образом. При приближении второго космического аппарата к первому космическому аппарату подается сигнал от датчиков сближения космических аппаратов 9 на систему управления активного агрегата 8. После этого система управления активного агрегата 8 подает сигнал о сближении системе управления пассивного агрегата 7. От системы управления пассивного агрегата 7 подается сигнал на электромагниты статора 1. Формируется магнитное поле статора пассивного агрегата. Постоянный кольцевой магнит 2 обеспечивает постоянную составляющую магнитного поля статора пассивного агрегата. Далее магнитное поле статора пассивного агрегата формируется таким образом, чтобы постоянный сферический магнит 5 принял положение строго напротив отверстия в постоянном кольцевом магните 2, что обеспечивается за счет шарнирного соединения постоянного сферического магнита 5 со вторым космическим аппаратом посредством крепления для постоянного сферического магнита ко второму космическому аппарату 6 (фиг. 2). Необходимое положение постоянного сферического магнита 5 относительно постоянного кольцевого магнита 2 достигается за счет перемещения ротора активного агрегата относительно статора пассивного агрегата. Перемещение ротора активного агрегата относительно статора пассивного агрегата достигается за счет взаимодействия магнитных полей статора пассивного агрегата и постоянного сферического магнита. Магнитное поле статора пассивного агрегата формируется в зависимости от того, какое перемещение ротора активного агрегата необходимо совершить для того, чтобы постоянный сферический магнит 5 принял необходимое положение относительно постоянного кольцевого магнита 2. После принятия постоянным сферическим магнитом 5 необходимого положения относительно статора пассивного агрегата происходит выравнивание второго космического аппарата, при котором положение постоянного сферического магнита 5 остается неизменным. Положение второго космического аппарата относительно первого космического аппарата обеспечивается таким образом, что части защелок 10, находящиеся на первом и втором космических аппаратах, располагаются напротив друг друга. После того, как постоянный сферический магнит 5 принял необходимое положение относительно постоянного кольцевого магнита 2, магнитное поле статора пассивного агрегата формируется таким образом, что ротор активного агрегата со вторым космическим аппаратом подтягивается к статору пассивного агрегата и первому космическому аппарату. При этом постоянный сферический магнит 5 и крепление для постоянного сферического магнита ко второму космическому аппарату 6 проходят через отверстие в постоянном кольцевом магните 2 в свободное пространство между тремя электромагнитами статора 1. При этом система управления активным агрегатом 8 посредством датчиков сближения космических аппаратов 9 отслеживает расстояние между первым и вторым космическими аппаратами. Когда система управления активным агрегатом 8 фиксирует расстояние, необходимое для окончательно выполнения стыковки первого и второго космических аппаратов, система управления активным агрегатом 8 подает сигнал на систему управления пассивным агрегатом 7. После этого система управления пассивным агрегатом 7 подает сигнал на электромагниты статора. Магнитное поле статора пассивного агрегата при этом формируется таким образом, что второй космический аппарат с активным агрегатом стыковочного устройства для космических аппаратов тормозится относительно статора пассивного агрегата стыковочного устройства для космических аппаратов и второго космического аппарата. После того, как достигнута остановка второго космического аппарата относительно первого космического аппарата, магнитное поле статора пассивного агрегата формируется таким образом, что постоянный сферический магнит 5 фиксируется в определенном положении относительно электромагнитов статора 1 и постоянного кольцевого магнита 2. После этого система управления пассивного агрегата 7 подает сигнал на защелки 10. В результате защелки 10 срабатывают и осуществляется окончательная фиксация второго космического аппарата относительно первого космического аппарата. После того, как второй космический аппарат зафиксирован посредством защелок 10 относительно первого космического аппарата, система управления пассивного агрегата 7 перестает подавать сигнал на электромагниты статора 1. Амортизаторы 11 при стыковке второго космического аппарата с первым космическим аппаратом демпфируют удар, происходящий во время стыковки. Амортизаторы 11 при завершении стыковки упираются в приемную часть амортизаторов 12.
Заявляемая полезная модель позволяет повысить быстродействие стыковочных устройств для космических аппаратов и снизить массу стыковочных устройств для космических аппаратов за счет обеспечения возможности подруливания при стыковке космических аппаратов посредством стыковочного устройства.