КОСМИЧЕСКАЯ ГОЛОВНАЯ ЧАСТЬ И СПОСОБ ЕЕ СБОРКИ
SPACECRAFT HEAD AND METHOD OF ITS ASSEMBLY

Изобретение относится к ракетно-космической технике, а именно к средствам выведения аппаратов космического назначения на заданные орбиты.
Известны ракетно-космические системы «Протон», «Союз-2», ракетно-космическая система морского базирования, в составе каждой из них содержится космический аппарат с головным обтекателем, которые соединяются с ракетой-носителем переходной системой.
Известны ракетно-космические системы по патентам RU 2349512 и RU 2351510, в составе каждой из них содержится космическая головная часть, состоящая из космического аппарата и головного обтекателя, которые соединяются с ракетой-носителем с помощью опорного или съемного отсеков соответственно, размещенных на последней ступени ракеты-носителя - аналоги.
Недостатком аналогов является необходимость доработки силового каркаса последней ступени ракеты-носителя.
За прототип принята ракетно-космическая система морского базирования (см. стр. 522-524 издание «Ракетно-космическая корпорация «Энергия» имени С.П.Королева, издательство МЕНОНСОВПОЛИГРАФ), в составе которой содержится блок полезного груза (космическая головная часть), состоящий из космического аппарата, головного обтекателя и переходных отсеков, с помощью которых блок полезного груза соединяется с ракетой-носителем.
В последнее время применение в ракетно-космических системах космических аппаратов большого объема потребовало разработки головных обтекателей большего диаметра, в связи с чем переход головного обтекателя к последней ступени ракет-носителей, имеющей меньший стыковочный диаметр, осуществляют с помощью нижней части головного обтекателя, выполненного в виде обратного усеченного конуса.
Космические головные части, имеющие в своем составе головные обтекатели с нижней частью, выполненной в виде обратного усеченного конуса, имеют следующие недостатки:
- дополнительный переход от цилиндрической части обтекателя к обратному конусу в нижней его части снижает надежность конструкции и ухудшает технологичность изготовления обтекателя;
- за счет выполнения нижней части обтекателя в виде обратного конуса уменьшается полезный объем головного обтекателя.
Известен способ сборки космической головной части по патенту RU 2378167 - прототип.
Способ сборки по прототипу заключается в том, что сначала ведется отстыковка цилиндрической части обтекателя от конической, а затем после установки космического аппарата производится стыковка цилиндрической части обтекателя к конической, что увеличивает цикл сборки.
Кроме увеличения цикла сборки, недостатком прототипа является то, что при больших диаметрах цилиндрической части обтекателя (из-за более низкой жесткости по сравнению с жесткостью конической части обтекателя) в горизонтальном положении под собственным весом головного обтекателя происходит его упругая деформация, в результате чего торцевой шпангоут может принять форму овала, что приводит к затруднениям при стыковке с ответной частью ракетно-космической системы.
Задачей предложенного изобретения является создание космической головной части, с помощью которой обеспечивается стыковка головного обтекателя с ракетой-носителем, имеющим на последней ступени меньший стыковочный диаметр, чем диаметр головного обтекателя, увеличение полезного объема головного обтекателя и сохранение общей длины ракетно-космической системы без увеличения цикла сборки и деформации головного обтекателя в процессе его стыковки с ракетой-носителем за счет установки створок головного обтекателя в вертикальном положении.
Задача достигается тем, что в космическую головную часть, содержащую космический аппарат и головной обтекатель, введен переходный отсек, который обеспечивает стыковку с ракетой-носителем, причем стыковочный диаметр головного обтекателя больше стыковочного диаметра последней ступени ракеты-носителя, при этом переходный отсек имеет наружный и внутренний силовые контуры для передачи силовой нагрузки от головного обтекателя и космического аппарата к корпусу ракеты-носителя соответственно. Наружный силовой контур переходного отсека выполнен в виде конического корпуса, на верхний шпангоут которого с помощью торцевого разъемного, разделяемого в полете, соединения установлен головной обтекатель, а внутренний силовой контур выполнен в виде цилиндрического корпуса, нижний шпангоут которого соединен с нижним шпангоутом конического корпуса. Верхний шпангоут цилиндрического корпуса состыкован с помощью торцевого разъемного, разделяемого в полете, соединения с космическим аппаратом. Верхние шпангоуты конического и цилиндрического корпусов переходного отсека связаны между собой силовыми стержнями.
Задача достигается тем, что в способе сборки космической головной части, включающем соединение створок головного обтекателя между собой, в вертикальном положении космический аппарат стыкуют с верхним шпангоутом цилиндрического корпуса переходного отсека, затем на верхнем шпангоуте конического корпуса переходного отсека закрепляют два технологических полукольца, далее створки головного обтекателя своими торцами устанавливают на направляющие шпильки технологических полуколец и соединяют створки головного обтекателя по продольным стыкам, затем отстыковывают головной обтекатель от технологических полуколец, снимая его с направляющих шпилек технологических полуколец, и демонтируют технологические полукольца, после чего стыкуют головной обтекатель с верхним шпангоутом конического корпуса переходного отсека.
На фиг.1 изображена космическая головная часть, на фиг.2 показана установка технологических полуколец между головным обтекателем и переходным отсеком, на фиг.3 и 4 схематично изображена последовательность действий при установке космического аппарата, технологических полуколец, створок головного обтекателя, отстыковки головного обтекателя, демонтаж технологических полуколец и стыковка головного обтекателя, на фиг.5 схематично изображена стыковка космической головной части с ракетой-носителем, где:
1. ракета-носитель;
2. космический аппарат;
3. головной обтекатель;
4. переходный отсек;
5. последняя ступень;
6. конический корпус;
7. цилиндрический корпус;
8. силовые стержни;
9. створки;
10. узлы разворота;
11. технологическое полукольцо;
12. направляющая шпилька;
13. монтажно-стыковочные тележки;
14. верхний шпангоут конического корпуса;
15. нижняя часть цилиндрического корпуса;
16. нижняя часть конического корпуса;
17. верхний шпангоут цилиндрического корпуса;
18. нижний шпангоут переходного отсека.
В состав космической головной части, содержащей космический аппарат 2 и головной обтекатель 3, введен переходный отсек 4, который обеспечивает стыковку с ракетой-носителем 1, причем стыковочный диаметр головного обтекателя 3 больше стыковочного диаметра последней ступени ракеты-носителя 1, при этом переходный отсек 4 имеет наружный и внутренний силовые контуры для передачи силовой нагрузки от головного обтекателя 3 и космического аппарата 2 к корпусу ракеты-носителя 1 соответственно. Наружный силовой контур переходного отсека 4 выполнен в виде конического корпуса 6, на верхний шпангоут конического корпуса 14 с помощью торцевого разъемного, разделяемого в полете, соединения установлен головной обтекатель 3, а внутренний силовой контур выполнен в виде цилиндрического корпуса 7, нижняя часть цилиндрического корпуса 15 соединена с нижней частью конического корпуса 16, образуя нижний шпангоут переходного отсека 18. Верхний шпангоут цилиндрического корпуса 17 состыкован с помощью торцевого разъемного, разделяемого в полете, соединения с космическим аппаратом 2.
Верхние шпангоуты конического и цилиндрического корпусов 14 и 17 переходного отсека 4 связаны между собой силовыми стержнями 8.
В способе сборки космической головной части, включающем соединение створок 9 головного обтекателя 3 между собой, в вертикальном положении космический аппарат 2 стыкуют с верхним шпангоутом цилиндрического корпуса 17 переходного отсека 4, затем на верхнем шпангоуте конического корпуса 14 переходного отсека 4 закрепляют два технологических полукольца 11, далее створки 9 головного обтекателя 3 своими торцами устанавливают на направляющие шпильки 12 технологических полуколец 11 и соединяют створки 9 головного обтекателя 3 по продольным стыкам, затем отстыковывают головной обтекатель 3 от технологических полуколец 11, снимая его с направляющих шпилек 12 технологических полуколец 11, и демонтируют технологические полукольца 11, после чего стыкуют головной обтекатель 3 с верхним шпангоутом конического корпуса 14 переходного отсека 4.
Далее кантуют собранную космическую головную часть в горизонтальное положение, и с использованием монтажно-стыковочных тележек 13 стыкуют ее с последней ступенью 5 ракеты-носителя 1.
Использование направляющих шпилек 12 для стыковки створок 9 головного обтекателя 3 с технологическими полукольцами 11 в вертикальном положении позволяет зафиксировать номинальное положение створок 9 головного обтекателя и состыковать их между собой, а после того как головной обтекатель 3 собран, он приобретает необходимую жесткость и в вертикальном положении не теряет свою форму.
Имея в наличии переходные отсеки 4 нескольких типоразмеров, обеспечивается стыковка эксплуатируемых ракет-носителей 1 (с диаметром стыковочного шпангоута последней ступени 5 ракеты-носителя 1 меньшим, чем диаметр стыковочного шпангоута головного обтекателя 3) с эксплуатируемыми головными обтекателями 3 различных типоразмеров стыковочного шпангоута. Кроме того, в головном обтекателе 3 коническая нижняя часть становится цилиндрической. Это позволяет увеличить полезный объем головного обтекателя 3.
Космическая головная часть функционирует следующим образом.
После прохождения ракетно-космической системы плотных слоев атмосферы головной обтекатель 3 делится в продольном направлении на две створки 9, производится отделение головного обтекателя 3 по стыку с коническим корпусом 6 переходного отсека 4, затем створки 9 расходятся в стороны относительно узлов разворота 10, после чего створки 9 головного обтекателя 3 отделяются от ракеты-носителя 1.
После выхода на заданную орбиту производится отделение космического аппарата 2 по стыку с цилиндрическим корпусом 7 переходного отсека 4.
Реализация настоящего предложения позволяет:
- С помощью переходного отсека 4 применить ракеты-носители 1 совместно с различными типоразмерами головных обтекателей 3 без нижней конической части головного обтекателя и без увеличения общей длины ракетно-космической системы;
- Увеличить полезный объем головного обтекателя 3 за счет исключения конической нижней части обтекателя;
- Упростить конструкцию головного обтекателя 3, исключив в конструкции обтекателя 3 силовой переход цилиндра к усеченному конусу, что приводит к увеличению надежности конструкции и улучшению технологичности изготовления обтекателя 3;
- Сохраняется форма стыковочного шпангоута головного обтекателя 3 в процессе его стыковки с переходным отсеком 4.