Космический аппарат для выведения группировки наноспутников стандарта CubeSat

Полезная модель относится к ракетно-космической технике, а именно к устройствам, используемым для выведения группировки наноспутников стандарта Cubesat.
Рассматривая варианты способов выведения группы спутников, можно отметить, что в настоящее время могут применяться различные закрепления спутников на адаптере космического аппарата (КА) под разгонный блок или, например, специальные адаптеры, такие как в RU 2226482 C2, RU 2624959 C1, RU 2293688 C1, RU 2725824 C1. Все они позволяют вывести группировку спутников на заданные орбиты, и, на этом их миссия заканчивается. Время функционирования группировки спутников будет зависеть от разных факторов, среди которых можно выделить: высота орбиты, срок безотказной работы спутников, возможность полноценно осуществлять общую задачу при выходе из строя одного или нескольких спутников группировки. Поэтому для повышения срока службы группировки спутников целесообразнее использовать космический аппарат (КА), который сможет восполнять вышедшие из строя спутники непосредственно на орбите, осуществлять управление, корректировку орбиты и выполнять роль надёжного ретранслятора группировки.
Техническая задача, решаемая предлагаемой полезной моделью, направлена на создание на орбите управляемой  группировки спутников путём использования КА, позволяющего доставлять на орбиту спутники класса «нано», восполнять вышедшие из строя спутники, осуществлять дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ), при этом данный КА должен обеспечивать управление и выступать в качестве мощного ретранслятора для выводимой группировки.
Предлагаемое нами устройство представляет из себя КА для вывода группировки наноспутников, которое имеет форму восьмиугольной вытянутой призмы, в состав него входят наноспутники стандарта Cubesat, расположенные в стандартных транспортно-пусковых контейнерах (ТПК)  форматом 12U, которые закреплены с одной стороны фермой, с другой - кронштейнами на боковых гранях корпуса КА, оптико-электронный телескопический комплекс для проведения ДЗЗ, комплексная двигательная установка (КДУ) для коррекции и вывода на орбиту КА, антенны для связи с наземным комплексом управления  (НКУ), антенны для связи с наноспутниками, набор панелей солнечных батарей, а также необходимая для функционирования КА бортовая аппаратура.
Наиболее близким аналогом предлагаемого КА является адаптер для попутного выведения полезных нагрузок RU 2624959 C1.
Отличие от ближайшего аналога заключается:
1. КА управляет группировкой наноспутников и обеспечивает устойчивую связь в ней и наземным комплексом управления.
2. КА восполняет вышедшие из строя наноспутники путём  выведения новых спутников из числа, зарезервированных и хранившихся в транспортно-пусковых контейнерах расположенных на борту КА, в течение всего времени существования группировки.
3. КА может осуществлять дистанционное зондирование Земли с высокой степенью разрешения,  благодаря предложенной вытянутой геометрической форме, обусловленной размещением большого количества ТПК с наноспутниками.
Поставленная техническая задача решается за счет того, что управление и связь с группировкой наноспутников  обеспечивается путем установки в КА отдельного набора антенн, отличных по своим характеристикам и направленности, от антенн, предназначенных для  осуществления связи  с наземным комплексом управления.  Вывод на орбиту и восполнение вышедших из строя наноспутников реализуется с помощью транспортно-пусковых контейнеров формата 12U, установленных на предлагаемый КА. В каждый из таких ТПК могут устанавливаться наноспутники стандарта Cubesat с требуемым количеством юнитов, например, два шести юнитовых - Cubesat 6U, один из которых выводится, а другой остаётся в резерве. Это позволяет повысить срок активного существования группировки. Благодаря вытянутой форме аппарата, проведение ДЗЗ осуществляется оптико-электронным телескопическим комплексом с высоким разрешением.
Устройство представлено на следующих чертежах:
фиг. 1 - схема устройства во фронтальном разрезе;
фиг. 2 - схема устройства в горизонтальном разрезе, вид снизу;
фиг. 3 - общий вид устройства во фронтальном разрезе.
КА состоит из корпуса, выполненного в форме восьмиугольной призмы. В верхней части корпуса на внешней стороне двух боковых панелей располагаются антенны 1 для связи с наноспутниками группировки.  Внутренняя часть корпуса КА делится на три основных отсека. Верхний отсек, скреплённый с верхней панелью корпуса, содержит комплексную двигательную установку 2, предназначенную для корректировки орбиты КА,  а также для его ориентации и  стабилизации. Отсек расположенный ниже содержит бортовую аппаратуру 3 КА. В нижнем, самом большом отсеке находятся тридцать два транспортно-пусковых контейнера 5 с наноспутниками стандарта CubeSat. ТПК расположены  по четыре на каждой боковой панели корпуса и закреплены с одной стороны фермой 6, с другой кронштейнами на боковых панелях корпуса КА. В центре корпуса КА располагается оптико-электронный телескопический комплекс 4 для проведения дистанционного зондирования Земли. Антенны связи с наземным комплексом управления 7 направлены к Земле и находятся на внешней стороне двух боковых панелей корпуса КА в его нижней части. Панели солнечных батарей 8 закреплены на поворачиваемых устройствах крепления на шести боковых панелях корпуса в верхней части КА.
Полезная модель используется следующим образом. В транспортно-пусковые контейнеры КА устанавливаются наноспутники, затем КА выводится на опорную орбиту ракетой-носителем. С помощью комплексной двигательной установки КА корректирует свою орбиту, выполняются процедуры по стабилизации и ориентации КА. Затем раскрываются панели солнечных батарей. После чего с противоположных сторон КА начинается попарное отделение наноспутников первой очереди (не стоящих в резерве) с помощью механизмов ТПК. Такой способ отделения позволяет погасить возникающий моменты отклонения КА. Затем наноспутники с помощью индивидуальной газовой двигательной установки, например, разработанной в АО ОКБ «Факел», занимают позицию на необходимом расстоянии от КА и приступают к выполнению своих задач. Параллельно начинает функционирование оптико-электронный телескопический комплекс для проведения ДЗЗ. Наземный комплекс управления осуществляет управление группировкой наноспутников посредством КА. Данные с наноспутников передаются в НКУ через высокоскоростную радиолинию КА. В случае выхода из строя одного из наноспутников группировки, будет произведен вывод резервного наноспутника из соответствующего ТПК, что позволит сохранить работоспособность всей группировки на протяжении длительного времени.
Технический результат использования полезной модели заключается в возможности создания на заданной орбите управляемой группировки наноспутников стандарта CubeSat. Наличие транспортно-пусковых контейнеров в составе КА с резервными спутниками позволяет осуществлять восполнение вышедших из строя наноспутников на орбите. Вытянутая конструкция КА позволяет использовать оптико-электронный телескопический комплекс с высоким разрешением для дистанционного зондирования Земли. Наличие двух видов антенн позволяет КА обеспечивать управление и выступать в качестве ретранслятора для наноспутников.
Список использованных источников:
1. Патент № RU 2226482 C2.
2. Патент № RU 2624959 C1.
3. Патент № RU 2293688 C1.
4. Патент № RU 2725824 C1.