ТРАНСПОРТНО-ПУСКОВОЙ КОНТЕЙНЕР ДЛЯ ЗАПУСКА ПИКО- И НАНО-СПУТНИКОВ
TRANSPORT-LAUNCH CONTAINER FOR PICO- AND NANO-SATELLITES

Изобретение относится к области ракетно-космической техники и может быть использовано при транспортировке автономной научной аппаратуры, в частности пикоспутников формата CubeSat, на пилотируемый космический корабль или орбитальную станцию, например на МКС, для последующего запуска ручным способом, а также автоматического запуска пико- и наноспутников в случае выведения на орбиту попутным грузом с помощью ракет-носителей, в том числе с разгонными блоками.
Из уровня техники известен транспортно-пусковой контейнер для запуска пико- и наноспутников, выполненный в виде корпуса, включающего четыре боковые стенки, заднюю стенку и заходную рамку, снабженного поворотной крышкой, крепящейся к заходной рамке, устройством фиксации поворотной крышки в закрытом положении и расположенными внутри корпуса толкателем и стартовой пружиной (см. патент WO 2008/034550 A1, B64G 1/64, опубл. 27.03.2008). Недостатками известного устройства являются одноразовость использования, высокие динамические нагрузки на конструкцию пикоспутника в процессе выведения на орбиту, так как пикоспутник подпирается к крышке выталкивающей пружиной и имеет возможность перемещения в продольном (за счет пружины) и поперечном направлениях (за счет зазоров) при вибрациях, а также невозможность использования по назначению в случае необходимости запуска спутника ручным способом при внекорабельной деятельности экипажа пилотируемой космической станции или корабля.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является транспортно-пусковой контейнер для запуска пико- и наноспутников, выполненный в виде корпуса, включающего четыре боковые стенки, заднюю стенку и заходную рамку, снабженного поворотной крышкой, крепящейся к заходной рамке и оснащенной приводом, переводящим поворотную крышку в открытое положение, устройством фиксации поворотной крышки в закрытом положении и расположенными внутри корпуса толкателем и стартовой пружиной (Poly Picosatellite Orbital Deployer Mk III ICD, W. Lan, 08.02.07 - http://www.cubesat.org/images/LaunchProviders/mkIII/p-pod%20mk%20iii%20icd.pdf; CubeSat Design Specification (CDS) REV 13 - PROVISIONAL August 19, 2013). Известное устройство предназначено для защиты полезной нагрузки формата CubeSat во время полета, а также для отделения полезной нагрузки на заданной орбите после выведения. При получении управляющего сигнала приводной механизм открывает поворотную крышку, и под воздействием стартовой пружины спутник выводится в открытый космос. Недостатками данного технического решения являются высокие динамические нагрузки на спутник при транспортировке и на участке выведения ракеты-носителя, недостаточная надежность электронной системы запуска, а также отсутствие возможности его использования по назначению в случае внекорабельной деятельности экипажа пилотируемого корабля для запуска ручным способом.
Задачами, на решение которых направлено изобретение, являются:
- обеспечение защиты пико- и наноспутников формата CubeSat от внешних воздействий в процессе транспортировки и доставки на пилотируемую орбитальную станцию, хранения внутри герметичного отсека станции до пуска;
- снижение динамических нагрузок на конструкцию пикоспутника на всех этапах эксплуатации;
- расширение функциональных возможностей с целью обеспечения проведения всех видов работ внутри и вне корабельной деятельности экипажа пилотируемой орбитальной станции в случаях выноса пико- и наноспутников за пределы герметичного отсека, закрепления транспортно-пускового контейнера на внешней поверхности орбитальной станции для последующего запуска спутников в заданном направлении, а также автоматического запуска пико- и наноспутников в случае выведения на орбиту попутным грузом с помощью ракет-носителей, в том числе с разгонными блоками;
- проведение многоразового ручного запуска пико- и наноспутников членами экипажа пилотируемой космической станции, например МКС, при работе в открытом космосе с целью снижения финансово-экономических затрат на изготовление, запуск и на наземную экспериментальную отработку.
Технический результат заключается в снижении нагрузок на спутник, повышении надежности работы устройства, а также в расширении его функциональных возможностей и уменьшении затрат на экспериментальную отработку. Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что транспортно-пусковой контейнер для запуска пико- и наноспутников выполнен в виде корпуса с технологическими крышками, включающего четыре боковые стенки, из которых две диаметрально расположенные стенки имеют по две направляющие С-образной формы с заходной частью, заднюю стенку и заходную рамку, снабженного поворотной крышкой, крепящейся к заходной рамке и оснащенной, по меньшей мере, одной пружиной, переводящей в свободном состоянии поворотную крышку в открытое положение, устройством фиксации поворотной крышки в закрытом положении и расположенными внутри корпуса толкателем и стартовой пружиной, отличающийся тем, что на боковой стенке корпуса со стороны оси вращения поворотной крышки установлено устройство запуска в виде разборной ручки со спусковым крючком и механической рычажной системой, управляющей устройством фиксации поворотной крышки в закрытом положении, а задняя стенка корпуса снабжена элементами фиксации, например, в виде упорных винтов, с помощью которых спутник фиксируется внутри корпуса. Устройство запуска может быть выполнено в виде ручки со спусковым крючком или в виде электромагнита. Устройство фиксации поворотной крышки в закрытом положении предпочтительно выполнено в виде невыпадающих винтов и задвижки, перемещаемой с помощью механической рычажной системы, связанной с устройством запуска, и возвращаемой в исходное состояние с помощью, например, пружины. На боковой стенке корпуса со стороны оси вращения поворотной крышки целесообразно закрепить демпфер. На толкателе предпочтительно установлено устройство для срабатывания контакта активации спутника, выполненное, например, в виде магнита.
На фиг.1 представлен предлагаемый контейнер, снабженный ручкой со спусковым крючком, вид сбоку;
на фиг.2 - то же, вид сверху;
на фиг.3 - то же, вид спереди с установленной технологической крышкой;
на фиг.4 - то же, вид спереди со снятой технологической крышкой;
на фиг.5 - общий вид передней части предлагаемого контейнера, вид со стороны поворотной крышки;
на фиг.6 - общий вид предлагаемого контейнера со стороны поворотной крышки без боковой стенки и половины ручки;
на фиг.7 - общий вид предлагаемого контейнера со стороны задней стенки без боковой стенки и половины ручки;
на фиг.8 - общий вид предлагаемого контейнера с открытой крышкой;
на фиг.9 - общий вид предлагаемого контейнера с устройством запуска в виде электромагнита.
Корпус 1 контейнера выполнен в виде четырех боковых стенок 2 с направляющими 3, задней стенки 4 и заходной рамки 5, предназначенной для крепления поворотной крышки 6, соединенных между собой с помощью винтов. Боковые стенки 2 снабжены съемными крышками 7. Направляющие 3 расположены попарно на внутренней поверхности двух противоположных боковых стенок 2, имеют C-образное поперечное сечение и при транспортировке охватывают боковые ребра спутника. Задняя стенка 4 корпуса снабжена элементами фиксации, например, в виде упорных винтов 8, с помощью которых спутник фиксируется внутри корпуса 1. При необходимости снаружи корпуса 1 может быть установлен термозащитный чехол.
Внутри корпуса 1 расположены толкатель 9 с магнитом 10 для срабатывания контакта активации спутника и стартовая пружина 11, снабженные фиксаторами 12. Поворотная крышка 6 оснащена двумя пружинами кручения 13, расположенными на ее осях 14 и переводящими в свободном состоянии поворотную крышку 6 в открытое положение. На боковой стенке 2 со стороны осей вращения 14 установлено устройство запуска в виде ручки 15 со спусковым крючком 16, закрепленным на оси 17 и снабженным возвратной пружиной и электромагнитом 18 с якорем 19 (фиг.9). На противоположной боковой стенке 2 выполнены отверстия 20 для крепления устройства в случае автоматического запуска.
Устройство запуска посредством тяги 21 связано с механической рычажной системой, управляющей устройством фиксации поворотной крышки 6 в закрытом положении. Указанная механическая рычажная система состоит из кронштейна 22 с упором 23 и осями 24.
Поворотная крышка 6 состоит из рамки 25 с проушинами, прижимной пластины 26 и съемной технологической крышки 27 с пружиной растяжения 28. Устройство фиксации поворотной крышки 6 в закрытом положении выполнено в виде невыпадающих винтов 29 и задвижки в виде вилки 30, перемещаемой с помощью механической рычажной системы и в закрытом положении взаимодействующей с двумя выступами 31. На поворотной крышке 6 закреплен кронштейн 32, при открывании взаимодействующий с демпфером 33, например, из мягкой резины, закрепленным на боковой стенке 2 со стороны устройства запуска.
На всех этапах наземной и летной эксплуатации устройство работает следующим образом.
При наземной транспортировке при изготовлении и испытаниях устройство переносится за удлиненную часть ручки 15, расположенную между демпфером 33 и окном, ограничивающим зону срабатывания крючка 16 и предохраняющего его от ложного срабатывания. Эта часть ручки, а также сама поверхность ручки 15, за которую необходимо взяться непосредственно для запуска пико- или наноспутника, имеет специальную окраску в виде черно-белых полос. При транспортировке на космодром любым видом транспорта предлагаемый транспортно-пусковой контейнер с установленным внутри пико- или наноспутником формата CubeSat помещается во внешнюю упаковку в виде металлического или пластикового кейса. Кроме того, оно может транспортироваться в мягкой упаковке в виде полиэтиленового или тканевого мешка.
Пико- или наноспутник формата CubeSat внутри корпуса фиксируется от возможных перемещений при вибрационных и ударных нагрузках, возникающих при транспортировке, технологическими транспортировочными винтами 8. На космодроме после проведения предполетного тестирования пико- или наноспутника формата CubeSat, которое проводится со снятыми боковыми съемными крышками 7, транспортно-пусковой контейнер упаковывается в мягком полиэтиленовом или тканевом мешке внутри грузового отсека транспортно-грузового или пилотируемого корабля путем прибандажирования эластичными ремнями или жесткого крепления к элементам конструкции отсека за отверстия 20. В случае автоматического запуска транспортно-пусковое устройство устанавливается на адаптере ракеты-носителя или разгонного блока с использованием отверстий 20. В этом случае подстыковываются электрические цепи срабатывания электромагнита 18.
Технологические транспортировочные винты 29 обеспечивают поджатие пикоспутника к поворотной крышке, гарантирующее беспрепятственное срабатывание устройства фиксации поворотной крышки 6 в закрытом положении. Уменьшение зазоров и ограничение перемещений между пикоспутником и конструкцией транспортно-пускового устройства снижает динамические и ударные нагрузки на электронные приборы пикоспутника на участке выведения на орбиту.
После стыковки транспортно-грузового или пилотируемого корабля с орбитальной станцией производится демонтаж и разгрузка транспортно-пускового контейнера с пикоспутником. Далее контейнер хранится внутри орбитальной станции необходимое время. Непосредственно перед выходом экипажа орбитальной станции в открытый космос для проведения внекорабельной деятельности при необходимости производится тестирование пикоспутника и заряда аккумуляторной батареи.
удаляются технологические транспортировочные винты 8, 29 и съемная технологическая крышка 27. При выходе экипажа в открытый космос транспортно-пусковой контейнер страхуется специальным гибким фалом, который цепляется карабином за удлиненную часть ручки 15. После доставки транспортно-пускового устройства космонавтом к предполагаемому месту запуска на внешней поверхности орбитальной станции, запуск пикоспутника может быть произведен вручную как непосредственно космонавтом, который закрепляет ботинки скафандра в специальном фиксирующем устройстве, так и с использованием специального штатива, с помощью которого транспортно-пусковой контейнер крепится к элементам конструкции орбитальной станции. Для закрепления транспортно-пускового контейнера в штативе используется удлиненная часть ручки 15.
Транспортно-пусковой контейнер ориентируется в заданном направлении, обеспечивающем запуск пикоспутника без опасности соударения с элементами конструкции орбитальной станции. При нажатии космонавтом на спусковой крючок 16, происходит его вращение вокруг оси 17 и перемещение тяги 21, которая одним концом связана с крючком 16 а другим - с упором 23. Упор 23 под действием усилия тяги 21 вращается вокруг оси 24 и другим концом перемещает вилку 30, которая выходит из зацепления с кронштейнами 31 и освобождает поворотную крышку 6.
Поворотная крышка 6 под действием пружин кручения 13 вращается вокруг осей 14 до соприкосновения кронштейна 32 с демпфером 33. Непосредственно с раскрытием поворотной крышки 6 под действием стартовой пружины 11 начинается движение толкателя 9, который выталкивает пикоспутник из контейнера. В конце движения толкатель 9 удерживается фиксаторами 12, которые не позволяют улететь пружине 11 вслед за пикоспутником и исключают засорение космического пространства. Для активации пикоспутника на толкателе 9 установлен магнит 10, при удалении от которого на пикоспутнике срабатывают герметичные контакты (герконы).
После проведения пуска контейнер возвращается внутрь орбитальной станции для повторного использования. Перезарядка транспортно-пускового контейнера может производиться как на борту орбитальной станции, так и на Земле после возвращения для повторного использования. Количество пусков может составлять десятки раз.
При автоматическом запуске на ракете-носителе срабатывание электромагнита 18 происходит по команде от системы управления ракеты-носителя или разгонного блока. Втягивается якорь 19 электромагнита 18, скрепленный свободным концом с тягой 21. Далее механизм раскрытия поворотной крышки работает аналогично тому, как описано выше.
Таким образом, предложенное устройство имеет отличия от ранее известных защитных контейнеров и позволяет расширить его функциональные возможности и улучшить эксплуатационные характеристики. Данное изобретение предполагается использовать для экспериментальной отработки бортовых систем пикоспутников в условиях реальной эксплуатации в случае ручного или автоматического запуска пикоспутников, что позволяет значительно снизить затраты на наземную экспериментальную отработку, повысить надежность аппаратуры и сократить сроки создания образцов космической техники.