DEPLOYABLE ORBITAL SYSTEM
Развертываемая орбитальная система

Изобретение относится к космической технике, а более конкретно развертываемым на орбите системам, состоящим из нескольких объектов.
Известно устройство для реализации способа стыковки космических аппаратов (RU 2430861, B64G 1/64, 10.10.2011), состоящее из двух космических аппаратов, один из которых пассивный, а другой активный, оснащенный двигателями, узлами стыковки, бортовой системой управления, служебными бортовыми системами, пассивный космический аппарат оснащен блоком выпуска устройства зацепления, состоящего из надувной мишени с высокопрочной сеткой, снабженной сигнальным маяком, прикрепленным силовым фалом к блоку выпуска, а активный космический аппарат снабжен лебедкой с намотанным на нее тросом, на конце которого прикреплена ракета с головкой самонаведения и щеткой с выдвижными крючками, а лебедка имеет устройства для разматывания и наматывания троса и регулирования его торможения, электрически связанные с бортовой системой управления. Трос активного космического аппарата выполнен с энергопоглощающими элементами по длине, например, в виде складок, скрепленных фиксирующим креплением, прочность которого на срез при раскрытии энергопоглощающего элемента меньше, чем прочность троса основного сечения на разрыв.
Необходимость использования троса для механической связи между космическими аппаратами и регулирования его натяжения составляет недостаток данного устройства, суть которого заключается в его низкой надежности эксплуатации. Существует вероятность повреждения троса микрометеоритом или частицами космического мусора. Колебания тросовых систем, как собственные, так и вынужденные, могут вызвать напряжения, приводящие к разрыву тросов.
Известна (Осипов В.Г., Шошунов Н.Л. Космические тросовые системы: история и перспективы // Земля и вселенная. 4/98. С. 24) итало-американская развертываемая орбитальная система, выбранная в качестве прототипа, которая использовалась при проведении эксперимента «TSS-1» в 1992 г. Эта система состояла из космического корабля "Атлантис" и привязного спутника, последний в начале был жестко прикреплен к космическому кораблю с помощью стыковочных устройств, а затем отводился от корабля и на определенном расстоянии фиксировался с помощью электропроводящего троса. Трос до расхождения спутника и корабля располагался на лебедке. Привязной спутник был предназначен для выполнения электродинамических и радиофизических исследований. Привязной спутник разрабатывала итальянская фирма "Aeritalia" (Alenia Spazio), а привязную систему - американская фирма "Martin Marietta". При необходимости изменить расстояние между спутником и космическим кораблем по электропроводящему тросу пропускался электрический ток от генератора, расположенного на космическом корабле.
Вследствие зажима троса в лебедке, его не удалось выпустить на требуемую величину, что определило низкую надежность эксплуатации тросовой системы.
Задача изобретения - повышение надежности эксплуатации развертываемой орбитальной системы за счет использования свойства сверхпроводящего контура сохранять величину магнитного потока, сцепленного с ним.
Технический результат достигается тем, что в развертываемой орбитальной системе, состоящей из корабля и спутника, снабженных стыковочными устройствами для жесткой сцепки космического корабля и спутника, на корпусах космического корабля и спутника жестко установлены параллельно друг другу сверхпроводящие катушки, токовводы которых зашунтированы нормально разомкнутыми сверхпроводящими ключами, подсоединенными к источникам питания.
Заявляемая развертываемая орбитальная система поясняется на чертеже, где космический корабль 1 состыкован со спутником 2 с помощью стыковочных устройств 3. На корпусе 4 космического корабля 1 расположена сверхпроводящая катушка 5, токовводы 6 которой зашунтированы сверхпроводящим ключом 7, например, либо сверхпроводящим тепловым ключом (Уилсон М. Сверхпроводящие магниты. - М.: Мир, 1985. - С. 323-326), либо сверхпроводящим механическим ключом (Глебов И.А., Шахтарин В.Н., Антонов Ю.Ф. Проблема ввода тока в сверхпроводниковые устройства. - Л.: Наука, 1985. - С. 37). Сверхпроводящий ключ 7 нормально замкнут. К токовводам 6 подключен источник питания 8.
На корпусе 9 спутника 2 расположена сверхпроводящая катушка 10, токовводы 11 которой зашунтированы сверхпроводящим ключом 12. Сверхпроводящий ключ 12 нормально замкнут.К токовводам 11 подключен источник питания 13.
0
Развертывания орбитальной системы осуществляется следующим образом. Срабатывают стыковочные устройства 3 и космический корабль 1 и спутник 2 расстыковываются. Сверхпроводящие катушки 5 и 10 запитываются от источников питания 8 и 13 токами, величины которых определяются в ходе наземных испытаний следующим образом: удаляют сверхпроводящие катушки 5 и 10 друг от друга на расстояние (х), на котором предполагается работа расстыкованных космического корабля 1 и спутника 2 в космосе, путем замыкания сверхпроводящего ключа 12 переводят сверхпроводящую катушку 10 в режим «сохранения магнитного потока» (Сивухин Д.В. Общий курс физики. Электричество. - Т. III. - Ч. 1. - С. 269-270). В этом этапе ток в сверхпроводящей катушке 10 и магнитный поток, сцепленный с ней, отсутствуют. Далее запитывают током сверхпроводящую катушку 5 космического корабля 1, замыкают сверхпроводящий ключ 7 и сверхпроводящая катушка 5 переходит в режим «сохранения магнитного потока». Затем принудительно сближают космический корабль 1 и спутник 2, для сохранения величин магнитных потоков, сцепленных со сверхпроводящими катушками 5 и 10, ток в сверхпроводящей катушке 5 начинает изменяться, а в сверхпроводящей катушке 10 ток появляется, создавая собственный магнитный поток, компенсирующий магнитный поток взаимоиндукции, обусловленный током в катушке 5. Состыковывают космический корабль 1 и спутник 2 с помощью стыковочных узлов 3 и измеряют величины токов в сверхпроводящих катушках 5 и 10. При измерении используется косвенный метод (Метрология, стандартизация, сертификация и электроизмерительная техника / К.К. Ким, Г.Н. Анисимов, Б.Я. Литвинов. - Спб.: Питер, 2006. - С. 93), согласно которому вначале измеряются магнитный поток или магнитная индукция сверхпроводящих катушек 5 и 10 (Фремке А.В. Электрические измерения. Л.: Энергия, 1973. - С. 261-273), а затем с использованием, например, закона Био-Савара-Лапласа, выполняют расчет значений токов в сверхпроводящих катушках 5 и 10.
0
0
В космосе операция развертывания орбитальной системы продолжается следующим образом. Сверхпроводящие ключи 7 и 12 замыкаются с образованием сверхпроводящих контуров, состоящих из сверхпроводящих катушек 5 и 10 и сверхпроводящих ключей 7 и 12. В результате взаимодействия встречно направленных токов в сверхпроводящих катушках 5 и 10 появляется сила отталкивания и космический корабль 1 и спутник 2 отходят друг от друга на расстояние x. Если космический корабль 1 и спутник 2 по инерции продолжают удаляться друг от друга, потоки взаимоиндукции, сцепляющиеся со сверхпроводящими катушками 5 и 10 начинают уменьшаться. Для того, чтобы величины полных потоков, сцепленных с сверхпроводящими катушками 5 и 10, остались неизменными в силу условий режима «сохранения магнитного потока» в сверхпроводящих катушках 5 и 10 появляются дополнительные токи, взаимодействие которых приводит возникновению силы притяжения между сверхпроводящими катушками 5 и 10 и космический корабль 1 и спутник 2 возвращаются на отметку x.
0
Если по каким-либо причинам космический корабль 1 и спутник 2 сближаются на расстояние менее х наблюдается обратная картина, т.е. эксплуатация развертываемой орбитальной системы характеризуется свойством автоматической стабилизации взаимного расположения космического корабля 1 и спутника 2.
При боковом смещении космического корабля 1 и спутника 2 из-за условий «сохранения магнитного потока» возникает боковая сила, возвращающая космический корабль 1 и спутник 2 в первоначальное положение.
При необходимости изменить величину хо изменяются токи в сверхпроводящих катушках 4 и 8, работающих в режиме «сохранения магнитного потока», или только в одной из них. Это можно осуществить по принципу топологического генератора (Глебов И.А., Шахтарин В.Н., Антонов Ю.Ф. Проблема ввода тока в сверхпроводниковые устройства. - Л.: Наука, 1985. - С. 21-22).
0
Бесконтактное удержание космического корабля 1 и спутника 2 на заданном расстоянии х без использования троса исключает вероятность повреждения последнего микрометеоритом или частицами космического мусора, а отсутствие необходимости регулирования натяжения троса характеризует высокую надежность эксплуатации заявляемой развертываемой орбитальной системы.