АНДРОГИННОЕ СТЫКОВОЧНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЕДИНЕНИЯ МОДУЛЕЙ И СООТВЕТСТВУЮЩИЕ МОДУЛИ
ANDROGYNOUS DOCKING DEVICE FOR THE MODULES CONNECTION AND RELATED MODULES

Изобретение относится к андрогинному стыковочному устройству для соединения модулей, в частности для сооружения космического летательного аппарата модульной конструкции, которое может быть связано с дополнительным андрогинным стыковочным устройством идентичной конструкции с целью соединения модулей и имеет для этого множество связующих элементов. Изобретение дополнительно относится к модулю, в частности модулю для сооружения космического летательного аппарата модульной конструкции, содержащему по меньшей мере одно стыковочное устройство этого рода.
В патенте ЕР 0196793 А1 описан спутник модульной конструкции, модули которого имеют андрогинное стыковочные устройства для соединения отдельных модулей друг с другом. Каждое из этих андрогинных стыковочных устройств рассчитано на соединение со стыковочным устройством идентичной конструкции другого модуля и имеет для этого множество связующих элементов. Андрогинное стыковочное устройство этого рода (андрогинное сопряжение) для спутниковых систем, которые могут обслуживаться на орбите, позволяет реконфигурировать состоящую из компонентов модульную спутниковую систему путем манипуляции роботами.
Спутниковые системы, которые эксплуатируются в настоящее время, могут обслуживаться на орбите только в редких исключительных случаях, и в этих случаях они зависят от применения пилотируемых космических полетов. Экономически и технически оправданное применение полетов этого рода ограничено несколькими программами космических исследований. Роботизированное обслуживание на орбите (так называемое орбитальное обслуживание) не принято в том числе по причине того, что существующие стыковочные устройства обеспечивают соединение модулей только с жестко предписанной процедурой сближения.
Задачей настоящего изобретения является создание андрогинного стыковочного устройства и содержащего андрогинное стыковочное устройство этого рода модуля, которые обеспечивают процедуру сближения с увеличенным числом степеней свободы.
Решение этой задачи обеспечивается за счет признаков независимых пунктов формулы изобретения. В зависимых пунктах формулы изобретения охарактеризованы выгодные усовершенствования.
Андрогинное стыковочное устройство согласно изобретению имеет накладной элемент, которым закрыты связующие элементы при нахождении стыковочного устройства в пассивном состоянии, при этом первый из связующих элементов может выходить наружу через накладной элемент с целью активного связывания с дополнительным стыковочным устройством идентичной конструкции.
Андрогинное стыковочное устройство этого рода позволяет осуществлять роботизированное обслуживание спутников, в данном случае, в частности, замену дефектных модулей, а также технически необходимые операции реконфигурации системы в процессе эксплуатации в открытом космосе. Андрогинное сопряжение, которое может быть утоплено, позволяет роботам отсоединять и присоединять модули, при этом фактическая операция соединения осуществляется автоматически посредством связующих элементов. В этом случае применение роботов ограничено исключительно манипулированием спутниковыми модулями с целью их ориентации относительно друг друга. За счет своей андрогинной конструкции каждое новое стыковочное устройство может подсоединяться к любому желаемому существующему стыковочному устройству. Дублирующая конструкция связующего механизма обеспечивает возможность разъединять соединение даже в случае отказа стыковочного устройства-партнера.
Соответственно, любой модуль спутниковой системы может заменяться так часто, как это требуется на протяжении полета посредством "орбитального обслуживания" с помощью андрогинного стыковочного устройства согласно изобретению. В результате, значительно увеличивается срок службы модульного спутника.
Помимо упомянутых выше положительных особенностей особая конструктивная реализация стыковочного устройства, содержащего несколько компонентов, выгодна с точки зрения экономических и функциональных требований, в частности, низкой вероятности отказа.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения предусмотрено, что в накладном элементе выполнено отверстие, которое позволяет вышедшему наружу соответствующему первому связующему элементу дополнительного андрогинного стыковочного устройства идентичной конструкции входить в область сзади накладного элемента, при этом с целью формирования прессового соединения и/или взаимного зацепления с переместившимся в эту область первым связующим элементом дополнительного стыковочного устройства идентичной конструкции в этой области находится второй из связующих элементов стыковочного устройства, который постоянно закрыт накладным элементом. В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения именно через упомянутое отверстие собственный первый связующий элемент стыковочного устройства может выходить наружу с целью активного соединения с идентичным дополнительным стыковочным устройством.
В одном из дополнительных предпочтительных вариантов осуществления изобретения предусмотрено, что как связующий элемент, так и второй связующий элемент могут перемещаться с целью фиксации соединения, а также с целью разъединения соединения с соответствующим другим связующим элементом дополнительного андрогинного стыковочного устройства идентичной конструкции. В частности, соединение может быть разъединено посредством первого связующего элемента и посредством второго связующего элемента. Соответственно, соединение может быть установлено путем использования первого связующего элемента одного стыковочного устройства, которое используется, и может быть снова разъединено путем использования второго связующего элемента другого стыковочного устройства, которое используется.
В одном из дополнительных предпочтительных вариантов осуществления изобретения соединение устанавливается путем введения с поворотом по типу байонетного соединения. Затем соединение разъединяется путем соответствующего извлечения с поворотом. Затем с целью фиксации (или разъединения) соединения вращают первый и/или второй связующий элемент.
В одном из дополнительных предпочтительных вариантов осуществления изобретения предусмотрено, что накладной элемент обеспечивает преимущественно плоскую наружную поверхность, в частности, в форме крышки, в которой может иметься одно или несколько отверстий.
В еще одном из дополнительных предпочтительных вариантов осуществления изобретения предусмотрено, что андрогинное стыковочное устройство имеет множество штырей, которые могут частично выступать из накладного элемента и входить в углубления, которые выполнены в накладном элементе дополнительного стыковочного устройства с целью прикрепления дополнительного стыковочного устройства к стыковочному устройству без возможности вращения. Тем самым предотвращается случайное вращение двух стыковочных устройств относительно друг друга.
В еще одном из дополнительных предпочтительных вариантов осуществления изобретения предусмотрено, что первый связующий элемент имеет множество элементов с задним зацеплением, которые направлены наружу, а второй связующий элемент имеет кольцевое основание, имеющее множество элементов с задним зацеплением, которые направлены внутрь. Конструкция этого рода нередко применяется в соединении байонетного типа.
Кроме того, предпочтительно предусмотрено, что андрогинное стыковочное устройство дополнительно имеет (i) основание, в частности, опорную плиту, (ii) линейный направляющий элемент, который прикреплен к основанию и направляет перемещение первого связующего элемента, и (iii) привод стыковочного устройства, содержащий приводной двигатель.
Наконец, предпочтительно предусмотрено, что привод имеет направляющее приспособление с прорезями, которое преобразует вращательное движение приводного двигателя в последовательность движений связующих элементов или, по меньшей мере, первого связующего элемента. Основным движением при этом является введение первого связующего элемента с поворотом по типу байонетного соединения. В одном из частных вариантов осуществления извлечение и введение штырей также обеспечивается посредством направляющего приспособление с прорезями.
В модуле согласно изобретению, содержащем, по меньшей мере, одно стыковочное устройство, предусмотрено, что этим стыковочным устройством является описанное выше стыковочное устройство. Само собой разумеется, что в принципе модулем может являться модуль для сооружения любого желаемого устройства модульной конструкции. Тем не менее, модулем предпочтительно является модуль для сооружения космического летательного аппарата модульной конструкции, в частности, спутника модульной конструкции.
Наконец, изобретение также относится к космическому летательному аппарату модульной конструкции, в частности спутника модульной конструкции, содержащей описанные модули.
Далее более подробно описан один из примеров осуществления изобретения со ссылкой на чертеж, на котором показано изображение по частям андрогинного стыковочного устройства модуля для сооружения космического летательного аппарата модульной конструкции согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления изобретения.
На единственной фигуре показано изображение по частям андрогинного стыковочного устройства 10 модуля (не показанного) для сооружения космического летательного аппарата модульной конструкции, более точно, спутника модульной конструкции. Основанием 12 для андрогинного стыковочного устройства 10 служит опорная плита 14, на которой установлены дополнительные компоненты стыковочного устройства 10. К основанию 12 посредством разделительных элементов 20 прикреплен накладной элемент 18 стыковочного устройства 10 в форме крышки 16, в результате чего между основанием 12 и накладным элементом 18 образуется (внутренняя) область 22 стыковочного устройства 10, которая в большей или меньшей степени закрыта снаружи накладном элементом 18. В проиллюстрированном примере опорная плита 14 и крышка 16 выполнены в форме круглых дисков, которые расположены плоскопараллельно друг другу. Дополнительные компоненты расположены на той стороне основания 12 или опорной плиты 14, которая обращена к накладному элементу 18. Непосредственно посередине основания 12 находится рукавообразный линейный направляющий элемент 24, который проходит в направлении накладного элемента 18 через его продольную ось 26. Эта продольная ось 26 проходит перпендикулярно наружной поверхности 28, которая образована накладным элементом 18, и совпадает с соответствующими осями симметрии опорной плиты 14 и крышки 16 в форме круглых дисков. Внутреннее пространство рукавообразного линейного направляющего элемента 24 образует расширяющееся отверстие для дополнительных сопряжений для сетевого соединения, информационного соединения, гидравлического и/или пневматического соединения модулей, которые связаны друг с другом. Рукавообразный линейный направляющий элемент 24 окружен также рукавообразными связующими элементами 30, 32, которые находятся один внутри другого. В этом случае линейный направляющий элемент 24 окружен непосредственно первым связующим элементом 30, который, в свою очередь, окружен вторым связующим элементом 32. На наружной поверхности корпуса второго связующего элемента 32 находится цилиндрическое зубчатое колесо 34, которому может сообщаться или сообщается вращение посредством приводного двигателя 36, прикрепленного к основанию 12, и червячная передача 38, которая установлена после приводного двигателя 36. В линейном направляющем элементе 24 и во втором связующем элементе 32 выполнены направляющие канавки 40 в форме прорезей заданного профиля, по которым через (точно соответствующие) отверстия 44 в первом связующем элементе 30 перемещаются направляющие штыри 42. Таким образом, канавки 40 во втором связующем элементе 32, который приводится в действие приводным двигателем 36, движутся относительно канавок 40 в линейном направляющем элементе 24, которые прикреплены к основанию, и посредством результирующего движения штырей 42 сообщают поступательное/вращательное движение первому связующему элементу 30. Это движение является преимущественно таким же, как в соединении байонетного типа. Направляющие канавки 40 и направляющие штыри 42 образуют направляющее приспособление 45 с прорезями, которое преобразует вращательное движение приводного двигателя 36 в последовательность движений первого связующего элемента 30.
На конце, обращенном к накладному элементу 16, первый связующий элемент 30 имеет множество (а именно четыре в проиллюстрированном примере) элементов 46 с задним зацеплением, которые направлены наружу и распределены по окружности. Тот конец второго связующего элемента 32, который обращен к накладному элементу 16, обращен к кольцевому основанию 48 с множеством элементов 50 с задним зацеплением, которые направлены внутрь. Кроме того, на наружной поверхности корпуса второго связующего элемента 32 находятся образованные прорезями направляющие канавки 52 для обращенной внутрь рукоятки кольца 54, содержащего множество (а именно четыре в проиллюстрированном примере) штырей 56, которые входят в соответствующие отверстия в накладном элементе 16 и способны перемещаться наружу через эти отверстия. Направляющие канавки 52 и рукоятка образуют дополнительное направляющее приспособление 45 с прорезями, которое преобразует вращательное движение приводного двигателя 36 в последовательность движений штырей 56.
Далее описано, как действует андрогинное стыковочное устройство 10, при этом с целью соединения андрогинное стыковочное устройство всегда взаимодействует с дополнительным андрогинным стыковочным устройством идентичной конструкции, которое не проиллюстрировано и, соответственно, должно подразумеваться.
Сначала соединяемые модули располагают таким образом, чтобы поверхности 28 накладных элементов стыковочных устройств 10 упомянутых модулей лежали одна на другой, а оси 26 стыковочных устройств были совмещены. Затем происходит автоматическое соединение.
Случай 1: андрогинное стыковочное устройство 10 в роли активного стыковочного устройства.
Приводной двигатель 36 приводит в действие штыри 56, которые выдвигаются посредством направляющих канавок 52 и рукоятки кольца 54 со штырями и входят в углубления в накладном элементе дополнительного андрогинного стыковочного устройства. Тем самым предотвращается поворот обоих стыковочных устройств и, соответственно, соединяемых модулей. Затем первый связующий элемент 30 выходит из накладного элемента 16 собственного стыковочного устройства 10 через отверстие 58, которое выполнено в накладном элементе 16, и через соответствующее отверстие накладном элементе дополнительного стыковочного устройства 10, и входит в область сзади этого накладного элемент, где находится второй связующий элемент этого дополнительного стыковочного устройства 10. Затем первый связующий элемент 30 показанного стыковочного устройства 10 поворачивается, в результате чего элементы 46 с задним зацеплением 46 входят в зацепление сзади элементов с задним зацеплением второго связующего элемента дополнительного стыковочного устройства 10. За счет соответствующих набегающих скосов осуществляется взаимное сцепление и прессовое соединение.
Для разъединения сцепления/соединения первый связующий элемент 30 показанного стыковочного устройства 10 может быть перемещен назад, или второй связующий элемент дополнительного стыковочного устройства может быть повернут.
Случай 2: андрогинное стыковочное устройство 10 в роли пассивного стыковочного устройства.
Штыри дополнительного стыковочного устройства выдвигаются и входят в углубления в накладном элементе 16 показанного андрогинного стыковочного устройства. Первый связующий элемент дополнительного стыковочного устройства перемещается по оси 28 через отверстие 58 в накладном элементе 16 и входит в закрытую область 22 показанного стыковочного устройства 10, где находится второй связующий элемент 32. Затем первый связующий элемент дополнительного стыковочного устройства поворачивается, в результате чего элементы с задним зацеплением первого связующего элемента входят в зацепление сзади элементов 50 с задним зацеплением второго связующего элемента 32 показанного стыковочного устройства 10. За счет соответствующих набегающих скосов осуществляется взаимное сцепление и прессовое соединение.
Для разъединения сцепления/соединения первый связующий элемент дополнительного стыковочного устройства может быть перемещен назад, или второй связующий элемент 32 показанного стыковочного устройства 10 может быть повернут.
Список ссылочных позиций
10 Андрогинное стыковочное устройство
12 Основание
14 Опорная плита
16 Крышка
18 Накладной элемент
20 Разделительный элемент
22 Область
24 Линейный направляющий элемент
26 Продольная ось
28 Наружная поверхность (накладной элемент)
30 Первый связующий элемент
32 Второй связующий элемент
34 Цилиндрическое зубчатое колесо
36 Приводной двигатель
38 Червячная передача
40 Направляющая канавка
42 Направляющий штырь
44 Отверстие
45 Направляющее приспособление с прорезями
46 Элемент с задним зацеплением (первый связующий элемент)
48 Кольцевое основание
50 Элемент с задним зацеплением (второй связующий элемент)
52 Направляющая канавка
54 Кольцо с штырями
56 Штырь
58 Отверстие