ЗАЩИТНЫЙ КОНТЕЙНЕР ДЛЯ АВТОНОМНОЙ НАУЧНОЙ АППАРАТУРЫ
PROTECTIVE CONTAINER FOR INDEPENDENT RESEARCH HARDWARE

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.
Из уровня техники известен транспортно-пусковой контейнер для пикоспутников P-POD: Poly Picosatellite Orbital Deployer, который выполнен в виде короба, состоящего из четырех боковых стенок, задней стенки, рамки, предназначенной для крепления крышки, крышки и приводного механизма открытия крышки (Poly Picosatellite Orbital Deployer Mk III ICD, W. Lan, 08.02.07 - pod%20mk%20iii%20icd.pdf; CubeSat Design Specification (CDS) REV 13 - PROVISIONAL August 19, 2013). Известный контейнер предназначен 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 крышку, и под воздействием пружины космический аппарат выводится в открытый космос.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является защитный контейнер для автономной научной аппаратуры, выполненный в виде корпуса, включающего четыре боковые стенки, заднюю стенку и заходную рамку, снабженного поворотной крышкой, крепящейся к заходной рамке, и устройствами фиксации поворотной крышки в открытом и закрытом положениях (см. патент WO 2008/034550 A1, B64G 1/64, опубл. 27.03.2008).
Недостатками известных технических решений являются относительная сложность устройства и высокие динамические нагрузки на конструкцию пикоспутника в процессе выведения на орбиту, т.к. пикоспутник подпирается к крышке выталкивающей пружиной и при вибрациях имеет возможность перемещения в продольном (за счет пружины) и поперечном (за счет зазоров) направлениях. Кроме того, известные контейнеры предназначены только для автоматического запуска пико- и наноспутников и не могут быть использованы для ручного запуска с борта пилотируемого объекта, например МКС, а также для защиты автономной научной аппаратуры, имеющей собственные солнечные батареи и антенны, от внешних воздействий во время внекорабельной деятельности при закреплении ее на внешней поверхности пилотируемого объекта во время проведения длительных экспериментов и последующего ее возврата после завершения эксперимента.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является:
- обеспечение защиты автономной научной аппаратуры, имеющей собственные солнечные батареи и антенны, в частности, пикоспутников формата CubeSat, от внешних воздействий в процессе транспортировки и доставки на пилотируемую орбитальную станцию, хранения внутри герметичного отсека станции;
- снижение динамических нагрузок на конструкцию пикоспутника на всех этапах эксплуатации;
- расширение функциональных возможностей с целью обеспечения проведения всех видов работ при внутри- и внекорабельной деятельности экипажа пилотируемой орбитальной станции в случаях выноса научной аппаратуры за пределы герметичного отсека, закрепления ее на внешней поверхности в качестве неотделяемой научной аппаратуры для проведения долговременных экспериментов в условиях реальной эксплуатации и последующего ее возврата внутрь пилотируемой станции и затем на Землю;
- проведение ручного запуска пикоспутников толчковым методом с целью снижения финансово-экономических затрат на изготовление, запуск и на наземную экспериментальную отработку.
Технический результат заключается в снижении нагрузок на защищаемый объект, а также в расширении функциональных возможностей и уменьшении финансовых затрат на экспериментальную отработку. Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что защитный контейнер для автономной научной аппаратуры содержит корпус, включающий четыре боковые стенки, заднюю стенку и заходную рамку, и снабжен поворотной крышкой, крепящейся к заходной рамке, и устройствами фиксации поворотной крышки в открытом и закрытом положениях, причем на задней стенке корпуса закреплены ручка для переноски контейнера и элементы фиксации в виде невыпадающих винтов, с помощью которых аппаратура зафиксирована внутри корпуса, а на внутренней поверхности двух противоположных боковых стенок корпуса закреплено по две направляющие C-образного поперечного сечения, охватывающие боковые ребра аппаратуры. Устройство фиксации поворотной крышки в закрытом положении предпочтительно выполнено в виде невыпадающих винтов, а устройство фиксации крышки в открытом положении - в виде постоянного магнита, установленного на наружной поверхности боковой стенки контейнера, и кронштейна, расположенного на поворотной крышке и снабженного пластиной из стали с малой остаточной намагниченностью или постоянного магнита. В этом случае защитный контейнер целесообразно снабдить компенсационным магнитом, расположенным встречно по полярности с постоянным магнитом устройства фиксации крышки в открытом положении и закрепленным на противоположной боковой стенке контейнера. На одной из стенок корпуса или на поворотной крышке может быть установлено устройство для срабатывания контакта активации научной аппаратуры, выполненное, например, в виде магнита.
На фиг.1 - представлен вид защитного контейнера для пикоспутника (вид со стороны сдвижной пластины);
на фиг.2 - вид защитного контейнера для пикоспутника (вид со стороны съемной пластины);
на фиг.3 - общий вид защитного контейнера для пикоспутника с раскрытой крышкой (вид со стороны сдвижной пластины);
на фиг.4 - общий вид защитного контейнера для пикоспутника с раскрытой крышкой (вид со стороны съемной пластины);
на фиг.5 - защитный контейнер для пикоспутника (вид со стороны открытой крышки).
Корпус 1 защитного контейнера для автономной научной аппаратуры включает четыре боковые стенки (позицией не обозначены) с направляющими 2, заднюю стенку 3 и заходную рамку 4, предназначенную для крепления поворотной крышки 5, соединенных между собой с помощью винтов. На задней стенке 3 установлена ручка 6 для переноски контейнера и дополнительные элементы фиксации в виде невыпадающих винтов 7, например четырех, с помощью которых пикоспутник фиксируется внутри корпуса без перемещений. Направляющие 2 расположены попарно на внутренней поверхности двух противоположных боковых стенок корпуса 1, имеют C-образное поперечное сечение и при транспортировке охватывают боковые ребра автономной научной аппаратуры (пикоспутника). Устройство фиксации поворотной крышки 5 в закрытом положении выполнено в виде невыпадающих винтов 8, например двух. Устройство фиксации поворотной крышки 5 в открытом положении выполнено в виде постоянного магнита 9 и кронштейна 10 на крышке с пластиной 11 из стали с малой остаточной намагниченностью (вместо пластины 11 может быть использован магнит). Для компенсации постоянного магнитного поля, создаваемого магнитом 9, удерживающим крышку в открытом положении, на диаметрально противоположной боковой стенке устанавливается компенсационный магнит 12 противоположной полярности. Боковые стенки корпуса 1 снабжены съемными крышками 13, сдвижной пластиной 14 и съемной пластиной 15. На поворотной крышке 5 установлено устройство для срабатывания контакта активации научной аппаратуры, выполненное в виде постоянного магнита 16. Поворотная крышка 5 снабжена технологической крышкой 17.
Предлагаемое устройство функционирует следующим образом. Для доставки автономной научной аппаратуры, имеющей собственные солнечные батареи и антенны, в частности, пикоспутника формата CubeSat, на борт пилотируемой орбитальной станции, например МКС, и защиты от внешних воздействий на всех этапах эксплуатации, включая транспортировку на космодром, доставку на пилотируемую орбитальную станцию с помощью ракеты-носителя, хранения внутри герметичного отсека станции, тестирование на борту станции, вынос научной аппаратуры за пределы герметичного отсека станции, закрепления ее на внешней поверхности станции для проведения длительного эксперимента, возврата на Землю после завершения эксперимента, а также обеспечения запуска в открытое космическое пространство, автономная научная аппаратура в виде пикоспутника помещается внутрь защитного контейнера. Для этого выводятся из зацепления с резьбой отверстий в корпусе 1 невыпадающие винты 8 поворотной крышки 5, которая открывается вручную за кронштейн 10 и фиксируется в открытом положении постоянным магнитом 9. Автономная научная аппаратура устанавливается внутрь корпуса 1 защитного контейнера, в котором предусмотрены направляющие 2, имеющие наклонную заходную часть для облегчения установки и выхода пикоспутника. Заходная часть выполнена на участке 10-15 мм под углом 3-5 градусов. Для повышения точности изготовления деталей корпуса направляющие 2 выполняются попарно на двух диаметрально противоположных платах в виде C-образной конструкции, охватывающей все четыре ребра автономной научной аппаратуры (пикоспутника).
Затем поворотная крышка 5 закрывается и при приближении постоянного магнита концевых контактов 16 к контактным пружинам герконовых реле, отвечающих за включенное/выключенное состояние научной аппаратуры, его магнитное поле замыкается через контактные пружины, которые, намагничиваясь, приобретают противоположную полярность. Таким образом, формируется сила электромагнитного притяжения нормально разомкнутых контактов и контакты замыкаются. В противоположном случае, при удалении постоянного магнита 16 от контактных пружин, сила электромагнитного притяжения уменьшается, контакты возвращаются в исходное состояние (размыкаются) и обеспечивают включенное состояние автономной научной аппаратуры (пикоспутника), при этом применяется инверсия состояния контактов. После закрытия поворотная крышка 5 фиксируется двумя невыпадающими винтами 8. С противоположной стороны корпуса на задней стенке 3 также имеются четыре невыпадающих винта 7, которые вкручиваются в корпус автономной научной аппаратуры (пикоспутника) для исключения продольных и поперечных перемещений, а также уменьшения динамических нагрузок на нее. Кроме того, на задней стенке установлена ручка 6 для переноски контейнера, в которой выполнен паз для укладки антенны пикоспутника.
Далее защитный контейнер с установленной автономной научной аппаратурой транспортируется на космодром, где укладывается внутрь транспортно-грузового или пилотируемого корабля. Для этого он помещается в тканевый или полиэтиленовый мешок и в этой мягкой упаковке прибандажируется эластичными ремнями к конструктивным элементам внутри грузового отсека. При запуске ракеты-носителя на активном участке полета защитный контейнер снижает динамические нагрузки за счет исключения биений автономной полезной нагрузки (пикоспутника) о направляющие, поворотную крышку и заднюю стенку корпуса. После стыковки грузового или пилотируемого корабля с орбитальной станцией, экипажем производится демонтаж защитного контейнера и размещение внутри герметичного корпуса станции для временного хранения. Непосредственно перед выходом членов экипажа в открытый космос для осуществления внекорабельной деятельности производится тестирование автономной научной аппаратуры, для чего поворачивается сдвижная пластина 14 вокруг оси. При вращении она немного отгибается за счет собственной упругости. При этом открывается доступ к разъемам для подзаряда аккумуляторов автономной научной аппаратуры и элементам ее тестирования. После завершения тестирования сдвижная пластина 14 возвращается в исходное состояние и фиксируется с помощью специального выступа, который входит в зацепление с коническим глухим отверстием (углублением) в боковой стенке корпуса 1. После тестирования демонтируется съемная пластина 15 красного цвета, расположенная с противоположной стороны относительно поворотной пластины 14 и открывается доступ для крепления конструктивных элементов, обеспечивающих фиксацию автономной научной аппаратуры на внешней поверхности орбитальной станции. Также удаляются невыпадающие винты 7, расположенные на задней стенке 3 корпуса со стороны ручки 6 и технологическая крышка 17. Затем защитный контейнер выносится экипажем в открытое космическое пространство. Для страховки исключения опасности соударения с элементами орбитальной станции и засорения космического пространства используется гибкий фал, который цепляется за ручку 6.
После установки автономной научной аппаратуры в защитном контейнере на внешних конструктивных элементах станции с помощью штанги производится демонтаж защитного контейнера. Для чего выводятся из зацепления невыпадающие винты 8 крепления поворотной крышки 5, крышка 5 вручную за кронштейн 10 поворачивается космонавтом до притягивания ее магнитом 9. Защитный контейнер снимается с автономной научной аппаратуры (пикоспутника) путем перемещения по направляющим 2 до свободного выхода. Затем крышка 5 снова закрывается, и контейнер возвращается внутрь герметичного отсека орбитальной станции. В случае необходимости возврата автономной научной аппаратуры на Землю операции осуществляются в обратной последовательности.
В случае необходимости запуска пикоспутника вручную открывается поворотная крышка 5 и фиксируется магнитом 9 в открытом положении. Далее космонавтом производится толчковое движение рукой в скафандре за ручку 6 контейнера в направлении отделения пикоспутника. В конечной точке движения спутник по инерции отделяется из контейнера с минимальными угловыми скоростями.
Для обеспечения теплового режима автономной научной аппаратуры в процессе внекорабельной деятельности на наружной поверхности защитного контейнера устанавливается экрановакуумная теплоизоляция (на чертежах не показана). С целью обеспечения защиты автономной полезной нагрузки от статического электричества на одной из стенок, например на задней стенке 3, имеется специальное место для металлизации защитного контейнера.
Таким образом, предложенное устройство имеет существенные 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 установки на внешней поверхности орбитальной станции в качестве неотделяемой автономной научной аппаратуры и последующего возврата на Землю, а также ручного запуска пикоспутников, что позволяет значительно снизить затраты на наземную экспериментальную отработку, повысить надежность аппаратуры и сократить сроки создания образцов космической техники.