Корпус космического аппарата блочно-модульного типа и способ его сборки
BODY OF A BLOCK-MODULAR SPACECRAFT AND THE METHOD FOR ITS ASSEMBLY

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано при создании космических аппаратов (КА) блочно-модульного типа.
С целью создания конкурентоспособного унифицированного КА блочно-модульного типа, необходимо обеспечить высокую технологичность конструкции, достижение оптимальных затрат при производстве в минимально возможные сроки изготовления КА.
Данное изобретение позволяет создать универсальную конструкцию корпуса КА блочно-модульного типа, отвечающую таким требованиям.
Известен способ сборки корпуса КА, представленный в описании патента US 9944411, согласно которому КА состоит из двух модулей, собираемых по раздельности: модуля полезной нагрузки (МПН) и модуля служебных систем (МСС). В собранном виде МПН представляет пространственную П-образную конструкцию, состоящую из набора горизонтально и вертикально расположенных сотовых панелей, предназначенных для придания МПН и, соответственно, КА жесткости. МСС имеет в основе силовую конструкцию (СК), выполненную в виде цилиндрической трубы. Плоскостью стыка МПН и СК МСС служат две нижние горизонтальные панели, расположенные на МПН, соединенные с вертикально стоящей сотовой панелью.
Недостатком аналога является значительное увеличение массы корпуса КА за счет горизонтально-вертикального построения сотовых панелей МПН и сложность соединения модулей из-за большого числа пространственно-расположенных деталей.
В качестве ближайшего аналога-прототипа, который принят за прототип изобретения, выбран способ сборки корпуса КА блочно-модульного типа, представленный в описании патента РФ № 2658262, согласно которому КА состоит из двух модулей, изготавливаемых по отдельности: МПН, собираемого на съемной технологической оснастке и МСС, имеющего в основе центральной частью в виде цилиндрической СК, которые объединяют в единое целое по интерфейсам, например гидравлическим, механическим, электрическим. МПН представляет собой пространственную П-образную конструкцию, состоящую из базовой панели, расположенной параллельно плоскости YOZ и двух приборных панелей, расположенных параллельно плоскости XOY, а также вертикально стоящих опорных панелей, расположенных параллельно плоскости XOY, которые соединены в единое целое с помощью узлов крепления. МПН собран на технологической оснастке, на которую установлены приборы и оборудование полезной нагрузки. Перед сборкой КА с МПН демонтируют технологическую оснастку, затем с помощью кранового оборудования МПН поднимается вверх и медленно опускается вниз для сопряжения и механического соединения с СК МСС.
Недостатком прототипа является:
технологическая оснастка, имитирующая центральную СК МСС, которая вносит свои погрешности интерфейсных размеров, и приводит к деформации МПН после снятия технологической оснастки при стыковке с МСС, что, в свою очередь, затрудняет механическую сборку корпуса КА;
наличие нескольких интерфейсных поверхностей между МПН и МСС, что увеличивает объем работ и снижает технологичность сборки.
Для заявленного устройства выявлены следующие общие с прототипом существенные признаки: корпус КА блочно-модульного типа, включающий МСС с центральной частью в виде цилиндрической СК и МПН в виде П-образной пространственной конструкции, состоящей из базовой панели, расположенной параллельно плоскости YOZ и двух приборных панелей, расположенных параллельно плоскости XOY, а также вертикально стоящих опорных панелей, расположенных параллельно плоскости XOY, которые соединены в единое целое с помощью узлов крепления.
Для заявленного способа выявлены следующие общие с прототипом существенные признаки: способ сборки корпуса КА блочно-модульного типа по п.1, состоящего из двух модулей: МПН и МСС в виде цилиндрической (трубы) СК, изготавливаемых по отдельности друг от друга и объединяемых в единое целое по интерфейсам, например гидравлическим, механическим, электрическим, на заключительном этапе изготовления космического аппарата.
Технической проблемой изобретения является создание универсального корпуса КА блочно-модульного типа с улучшенными техническими и эксплуатационными характеристиками, повышение технологичности КА при его сборке, обеспечение минимальных сроков изготовления за счет повышения производительности и удобства сборки КА блочно-модульного исполнения.
Техническая проблема решается:
Корпусом КА блочно-модульного типа, включающим МСС с центральной частью в виде цилиндрической СК и МПН в виде П-образной пространственной конструкции, состоящей из базовой панели, расположенной параллельно плоскости YOZ и двух приборных панелей, расположенных параллельно плоскости XOY, а также вертикально стоящих опорных панелей, расположенных параллельно плоскости XOY, которые соединены в единое целое с помощью узлов крепления. При этом МПН установлен на цилиндрическую СК, соосную с цилиндрической СК МСС, которые разделены горизонтальной панелью МПН, которая соединена с П-образной пространственной конструкцией и предназначена для соединения цилиндрических СК МПН и МСС в единую цилиндрическую СК КА, а вдоль цилиндрической СК МПН, параллельно плоскости XOZ, расположены две опорные панели жесткости, которые соединены с цилиндрической СК МПН, горизонтальной и базовой панелью;
Способом сборки корпуса КА блочно-модульного типа, состоящего из МПН и МСС в виде цилиндрической СК, изготавливаемых по отдельности друг от друга, при которой модули объединяют по интерфейсам в единое целое на заключительном этапе изготовления КА. При этом сборку МПН производят на цилиндрической СК, выполненной в виде центральной трубы, которая опирается на горизонтальную сотовую панель, служащую плоскостью стыка двух модулей между собой. На заключительном этапе сборки корпуса КА совмещают оси симметрии центральных труб МПН и МСС, и стягивают их фланцы болтами, пропущенными через горизонтальную сотовую панель.
Предложенное решение поясняется 4 рисунками, на которых изображено:
- на фиг. 1 - общий вид корпуса КА блочно-модульного типа;
- на фиг. 2 - общий вид конструкции МПН КА блочно-модульного исполнения;
- на фиг. 3 - монтаж МПН на МСС;
- на фиг. 4 - пример соединения центральных труб МПН и МСС.
Корпус КА блочно-модульного типа (фиг.1) состоит из МПН 1, установленного на цилиндрическую СК 2 и МСС 3 с центральной частью в виде цилиндрической СК 4.
МПН (фиг. 2) состоит из цилиндрической СК 2, соединенной с горизонтальной панелью 5. На цилиндрическую СК 2 устанавливают базовую панель 6, две опорные панели 7 и две приборных панели 8 и скрепляют их с помощью узлов крепления. Для дополнительной жесткости конструкции, при необходимости, вдоль цилиндрической СК 2 МПН 1, параллельно плоскости XOZ, расположены две опорные панели жесткости 9, которые соединены с цилиндрической СК 2, горизонтальной 5 и базовой панелью 6.
На фиг. 3 показан монтаж МПН 1 с МСС 3, при этом цилиндрическая СК 2 МПН 1 соосна с цилиндрической СК 4 МСС 3, а горизонтальная панель 5 является разделением двух модулей между собой и предназначена для соединения центральной СК 2 МПН 1 с центральной СК 4 МСС 3 между собой.
На фиг. 4 показан пример соединения фланца 10 центральной СК 2 МПН 1 и фланца 11 СК 4 МСС 3, которые стягиваются между собой болтовым соединением 12, пропущенным через горизонтальную панель 5.
Сборку корпуса КА блочно-модульного типа осуществляют последовательно. КА состоит из двух модулей: МПН 1 и МСС 3, собираемые независимо друг от друга и соединяемые между собой на заключительном этапе сборки КА. МПН 1 представляет собой П-образную пространственную конструкцию, состоящую из базовой панели 6, расположенную параллельно плоскости YOZ и двух приборных панелей 8, расположенных параллельно плоскости XOY, а также вертикально стоящих опорных панелей 7, расположенных параллельно плоскости XOY, которые установлены на цилиндрическую СК 2 (см. фиг. 2). Цилиндрическая СК 2 предварительно устанавливается на горизонтальную панель 5. Для дополнительной жесткости конструкции, при необходимости, вдоль цилиндрической СК 2 МПН 1, параллельно плоскости XOZ, расположены две опорные панели жесткости 9, которые соединены с цилиндрической СК 2, горизонтальной 5 и базовой панелью 6. МСС 3 представляет собой прямоугольный параллелепипед, установленный на цилиндрическую СК 4.
После автономного изготовления двух модулей, производят их объединение по механическим интерфейсам, для получения корпуса КА блочно-модульного исполнения (см. фиг. 1). МПН 1 с помощью кранового оборудования, опускают на МСС 3, совмещая оси симметрии центральных труб 2 и 4 МПН 1 и МСС 3 до стыковки с горизонтальной панелью 5, предназначенной для соединения цилиндрических СК 2 МПН 1 и СК 4 МСС 3 в единую цилиндрическую СК КА (см. фиг. 3). После сопряжения центральной СК 4 с горизонтальной панелью 5, их фланцы 10, 11 стягивают болтовым соединением 12 пропуская через горизонтальную панель 5 (см. фиг. 4).
Таким образом, изобретение, отличающееся простотой, прочностью и надежностью конструкции, позволяет достичь следующие технические результаты:
- улучшение технологичности, связанной с отсутствием деформаций МПН во время монтажа на МСС за счет исключения имитатора МСС и сборки МПН на СК;
- повышение качества и уменьшение времени на проведение монтажных операций с КА за счет снижения трудоемкости при проведении монтажных операций с КА и оптимизации-унификации последовательности проведения монтажных и сборочных работ;
- повышение точности позиционирования МПН относительно МСС за счет введения в состав МПН цилиндрической силовой части и сокращения механических интерфейсов между МПН и МСС.