УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЕЗВЕШИВАНИЯ ГОРИЗОНТАЛЬНО ПЕРЕМЕЩАЮЩЕЙСЯ МНОГОЗВЕННОЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА
DEVICE TO MAKE WEIGHTLESS HORIZONTALLY MOVING MULTI-LINK MECHANICAL SYSTEM OF SPACECRAFT

Предлагаемое изобретение относится к съемному технологическому оборудованию, а более конкретно к съемной технологической оснастке, используемой при наземных испытаниях механических систем космических аппаратов на раскрытие.
Известно устройство для обезвешивания горизонтально перемещающейся многозвенной механической системы космического аппарата, содержащее стационарную раму, закрепленную на полу помещения и снабженную секционной штангой, связанной посредством вертикально установленных регулируемых пружин обезвешивания с горизонтально перемещающимися звеньями механической системы космического аппарата, установленного на стационарной подставке (см. Изделие 11Ф654. Инструкция по транспортированию и перегрузке. Часть 2. Транспортирование и перегрузка на ТК. 11Ф654.ИЭ12, часть 2, редакция 1, рис.4, КБ «Полет», 2001 г.).
Недостатками данного устройства являются его громоздкость и стационарное размещение в помещении, что снижает мобильность проведения подготовки космических аппаратов.
Известно также устройство для обезвешивания горизонтально перемещающейся многозвенной механической системы космического аппарата, содержащее раму, закрепленную в верхней части космического аппарата и снабженную секционной штангой, связанной посредством вертикально установленных регулируемых пружин обезвешивания с горизонтально перемещающимися звеньями механической системы космического аппарата (см. патент РФ №2252159, а также «Стенд для обезвешивания панелей БС и штанги ГУ», 153.9523-000СБ, л. 1,5, ФГУП «ПО «Полет», 2004 г., выполненный в соответствии с данным патентом).
Недостатком данного устройства является то, что при его использовании для проведения испытаний на раскрытие многозвенной механической системы космического аппарата, звенья которой в нерабочем положении уложены W-образным («гармошечным») способом, возникают значительные инерционные усилия. Это связано с циклически меняющимся направлением перемещения (поворотом) секций штанги (шарнирно соединенных между собой) при раскрытии многозвенной механической системы космического аппарата, звенья которой в нерабочем положении уложены W-образным («гармошечным») способом. Значительные циклические знакопеременные инерционные усилия приводят к необходимости упрочнения (увеличению массы) конструкции раскрывающихся звеньев механической системы космического аппарата и секций штанги, а также к увеличению потребных усилий на приводах раскрытия.
Кроме того, укладка раскрывающейся многозвенной системы космического аппарата W-образным («гармошечным») способом требует аналогичной укладки в нерабочем положении и секций штанги. Учитывая, что на практике при малых поперечных габаритах раскрывающихся звеньев механической системы космического аппарата (например, панелей солнечных батарей) секции штанги имеют значительно большие поперечные габариты, то последние для обеспечения W-образного («гармошечного») способа приходится размещать ярусным (одна секция над другой) способом. Это приводит к существенному увеличению габаритов космического аппарата (и, соответственно, габаритов транспортировочного контейнера) при его транспортировке с установленным устройством для обезвешивания горизонтально перемещающейся многозвенной механической системы космического аппарата.
Задачей (целью) предлагаемого изобретения является повышение эксплуатационных характеристик (уменьшение потребных усилий со стороны привода раскрытия, снижение инерционных усилий на звенья раскрывающейся многозвенной механической системы космического аппарата, уложенной в нерабочем положении W-образным («гармошечным») способом, уменьшение транспортных габаритов космического аппарата) устройства для обезвешивания горизонтально перемещающейся многозвенной механической системы космического аппарата.
Поставленная цель достигается тем, что на закрепленных между собой секциях штанги в рабочем положении горизонтально подвешивается направляющий трос, один конец которого закрепляется на секции, наименее удаленной от космического аппарата, а другой конец которого посредством механизма натяжения связывается с секцией, наиболее удаленной от космического аппарата. Регулируемые пружины обезвешивания взаимодействуют посредством опорных элементов с направляющим тросом с возможностью их перемещения по направляющему тросу, а направляющий трос в плане находится над звеньями многозвенной механической системы космического аппарата в их рабочем положении. Регулируемые пружины обезвешивания связываются с соответствующими звеньями многозвенной механической системы космического аппарата в точках, расположенных в вертикальных плоскостях симметрии звеньев. На раме вертикально устанавливается П-образная разгрузочная арка, две стойки которой закрепляются в нижней части космического аппарата. При этом многозвенная механическая система космического аппарата в плане находится между стойками П-образной разгрузочной арки. На стойках П-образной разгрузочной арки в нижней части космического аппарата закрепляются регулируемые подкосы, связанные в рабочем положении посредством поперечной балки с секцией штанги, наиболее удаленной от космического аппарата. На направляющем тросе закрепляется нивелир. Механизм натяжения направляющего троса снабжается муфтой предельного момента. Секция штанги, наименее удаленная от космического аппарата, снабжается приемным барабаном с возможностью взаимодействия с ним направляющего троса. Опорные элементы выполняются в виде несущих колец.
Предлагаемое устройство поясняется на фиг.1-10.
На фиг.1 представлен общий вид предложенного устройства в нерабочем (транспортном) положении.
На фиг.2 изображен вид А согласно фиг.1.
На фиг.3 показан разрез Б-Б согласно фиг.1.
На фиг.4 представлен общий вид предложенного устройства в рабочем положении.
На фиг.5 изображен вид В согласно фиг.4.
На фиг.6 показан выносной элемент I согласно фиг.4.
На фиг.7 представлен выносной элемент II согласно фиг.6.
На фиг.8 изображен выносной элемент III согласно фиг.4.
На фиг.9 показан выносной элемент IV согласно фиг.4.
На фиг.10 представлен вид Г согласно фиг.1.
Предлагаемое устройство для обезвешивания горизонтально перемещающейся многозвенной механической системы 1 (фиг.4) космического аппарата 2, состоящей из одинаковых звеньев 3, шарнирно связанных между собой и уложенных в нерабочем положении W-образным («гармошечным») способом, содержит раму 4, закрепленную (элементы крепления на фиг. условно не показаны) в верхней части космического аппарата 2 и снабженную секционной штангой 5 (фиг.4), связанной посредством вертикально установленных регулируемых пружин обезвешивания 6 с горизонтально перемещающимися звеньями 3 многозвенной механической системы 1 космического аппарата 2. На закрепленных (элементы крепления на фиг. условно не показаны) между собой секциях 7 (фиг.5) штанги 5 в их рабочем положении горизонтально подвешен направляющий трос 8 (фиг.4), один конец которого закреплен на секции 7, наименее удаленной от космического аппарата 2, а другой конец которого посредством механизма натяжения 9 (фиг.6) связан с секцией 7, наиболее удаленной от космического аппарата 2. Регулируемые пружины обезвешивания 6 взаимодействуют посредством опорных элементов 10 (фиг.8) с направляющим тросом 8 с возможностью их перемещения по направляющему тросу 8. Направляющий трос 8 в плане находится над звеньями 3 многозвенной механической системы 1 космического аппарата 2 в их рабочем положении. Регулируемые пружины обезвешивания 6 связаны с соответствующими звеньями 3 многозвенной механической системы 1 космического аппарата 2 в точках, расположенных в вертикальных плоскостях симметрии звеньев 3. На раме 4 вертикально закреплена П-образная разгрузочная арка 11 (фиг.2, 10), две стойки 12 (фиг.4) которой закреплены в нижней части космического аппарата 2. Многозвенная механическая система 1 космического аппарата 2 в плане находится (фиг.3) между стойками 12 П-образной разгрузочной арки 11. На стойках 12 П-образной разгрузочной арки 11 в нижней части космического аппарата 2 закреплены регулируемые подкосы 13 (фиг.4, 5), связанные в рабочем положении посредством поперечной балки 14 с секцией 7 штанги 5, наиболее удаленной от космического аппарата 2. На направляющем тросе 8 закреплен (элементы крепления на фиг. условно не показаны) нивелир 15 (фиг.6, 7). Механизм натяжения 9 направляющего троса 8 снабжен муфтой предельного момента 16 (фиг.6). Секция 7 штанги 5, наименее удаленная от космического аппарата 2, снабжена приемным барабаном 17 (фиг.9) с возможностью взаимодействия с ним (намотки на него) направляющего троса 8. Опорные элементы 10 выполнены в виде несущих колец.
Установка предлагаемого устройства на космический аппарат 2, находящийся на технологической подставке 18 (фиг.1), проводится в следующей последовательности.
Рама 4 (фиг.1) с секционной штангой 5 крепится (элементы крепления на фиг. условно не показаны) к космическому аппарату 2 в верхней его части. При этом секции 7 штанги 5 в сложенном положении закреплены (элементы крепления на фиг. не показаны) к раме 4, а направляющий трос 8 намотан на приемный барабан 17 и зафиксирован на нем (элементы фиксации на фиг. условно не показаны).
П-образная арка 11 крепится (элементы крепления на фиг. условно не показаны) к раме 4 и к космическому аппарату 2 в нижней его части. При этом регулируемые подкосы 13 в сложенном положении совместно с поперечной балкой 14 (фиг.1) закреплены (элементы крепления на фиг. условно не показаны) к стойкам 12 П-образной арки 11.
Регулируемые пружины обезвешивания 6 упаковываются в отдельную укупорку (на фиг. условно не показана).
Нивелир 15, механизм натяжения 9 и муфта предельного момента 16 крепятся либо к секции 7 штанги 5 (наиболее удаленной от космического аппарата 2), либо упаковываются в отдельную укупорку (на фиг. условно не показана).
Затем космический аппарат 2 при помощи крана (на фиг. условно не показан) грузится в транспортировочный контейнер (на фиг. условно не показан) и транспортируется на космодром.
По прибытии на космодром космический аппарат 2 выгружается краном (на фиг. условно не показан) из транспортировочного контейнера (на фиг. условно не показан), устанавливается на технологическую подставку 18 (фиг.1) и закрепляется на ней (элементы крепления на фиг. условно не показаны).
В дальнейшем проводится подготовка к испытаниям на раскрытие (разворачивание) многозвенной механической системы 1 космического аппарата 2, для чего:
- демонтируются элементы транспортного крепления (на фиг. условно не показаны) секционной штанги 5 к раме 4;
- секционная штанга 5 переводится в рабочее положение, при этом секции 7 штанги 5 раскладываются в прямую линию и фиксируются между собой в данном положении (элементы крепления на фиг. условно не показаны);
- демонтируются элементы транспортного крепления (на фиг. условно не показаны) регулируемых подкосов 13 к стойкам 12 П-образной арки 11;
- регулируемые подкосы 13 переводятся в рабочее положение (секции 19 (фиг.2) регулируемых подкосов 13 раскладываются (фиг.4) в прямую линию), фиксируются в данном положении (элементы фиксации условно не показаны) и через поперечную балку 14 крепятся к наиболее удаленной от космического аппарата 2 секции 7 штанги 5;
- направляющий трос 8 разматывается с приемного барабана 17 и крепится к секционной штанге 5 (к наиболее удаленной от космического аппарата 2 секции 7 штанги 5), к направляющему тросу 8 крепится (элементы крепления на фиг. условно не показаны) нивелир 15;
- посредством механизма натяжения 9 и муфты предельного момента 16 обеспечивается требуемое усилие натяжения направляющего троса 8;
- звенья 3 многозвенной механической системы 1 (в исходном сложенном положении) космического аппарата 2 посредством регулируемых пружин обезвешивания 6 и опорных элементов (несущих колец) 10 крепятся к направляющему тросу 8;
- посредством нивелира 15 проверяется выставка направляющего троса 8 в горизонтальную плоскость (при наличии отклонения от номинала выставка (горизонтирование) проводится настройкой регулируемых пружин обезвешивания 6 и механизмом натяжения 9).
При этом звенья 3 многозвенной механической системы 1 космического аппарата 2 находятся в сложенном и обезвешенном состоянии за счет их крепления посредством регулируемых пружин обезвешивания 6 к направляющему тросу 8 (тем самым имитируются условия невесомости).
Следует отметить, что для уменьшения нагрузок на нижнюю часть космического аппарата 2 используются упоры 20 (фиг.1, 4), соединяющие стойки 12 П-образной арки 11 с нижней частью космического аппарата 2.
Проверка функционирования (раскрытия) звеньев 3 многозвенной механической системы 1 космического аппарата 2, уложенных W-образным («гармошечным») способом, с использованием предлагаемого устройства проводится следующим образом.
После срабатывания замков (на фиг. условно не показаны), фиксирующих звенья 3 многозвенной механической системы 1 к космическому аппарату 2, под действием приводов раскрытия (на фиг. условно не показаны) звенья 3, шарнирно связанные между собой, разворачиваются (фиг.4) в одну вертикальную плоскость.
При этом каждое звено 3 многозвенной механической системы 1 космического аппарата 2 через соответствующие пружины обезвешивания 6 связано с опорными элементами (несущими кольцами) 10, которые перемещаются (скользят) по натянутому направляющему тросу 8, подвешенному к секционной штанге 5.
Ввиду того что в рабочем положении направляющий трос 8 находится в плане над звеньями 3 многозвенной механической системы 1 космического аппарата 2, а регулируемые пружины обезвешивания 6 связаны с соответствующими звеньями 3 в точках, расположенных в вертикальных плоскостях симметрии звеньев 3, то в процессе раскрытия многозвенной механической системы 1 не будет происходить искривлений и деформаций отдельных звеньев 3.
После проведения испытаний проводится поэтапное складывание звеньев 3 многозвенной механической системы 1 космического аппарата 2 в исходное положение (либо с использованием электропривода (на фиг. условно не показан), либо вручную, если в качестве привода раскрытия используется пружинный привод раскрытия (на фиг. условно не показан)).
Звенья 3 многозвенной механической системы 1 космического аппарата 2 фиксируются к космическому аппарату 2 посредством замков (на фиг. условно не показаны).
Затем регулируемые пружины обезвешивания 6 открепляются от звеньев 3 многозвенной механической системы 1 космического аппарата 2.
С направляющего троса 8 снимается нивелир 15.
Направляющий трос 8 открепляется от механизма натяжения 9, регулируемые пружины обезвешивания 6 с опорными элементами 10 снимаются с направляющего троса 8, после чего направляющий трос 8 наматывается на приемный барабан 17 и закрепляется (элементы крепления на фиг. условно не показаны).
Поперечная балка 14 открепляется от наиболее удаленной (от космического аппарата 2) секции 7 штанги 5. Секции 19 (фиг.2) регулируемых подкосов 13 складываются в нерабочее (транспортное) положение и крепятся (элементы крепления на фиг. условно не показаны) совместно с поперечной балкой 14 к стойкам 12 П-образной арки 11.
П-образная арка 11 с закрепленными (элементы крепления на фиг. условно не показаны) на ней регулируемыми подкосами 13 и упорами 20 демонтируется с космического аппарата 2 и готовится к возврату на завод-изготовитель.
Рама 4 с закрепленными (элементы крепления на фиг. условно не показаны) к ней секциями 7 штанги 5 демонтируется с космического аппарата 2 и готовится к возврату на завод-изготовитель.
Регулируемые пружины обезвешивания 6 возвращаются на завод-изготовитель в отдельной укупорке (на фиг. условно не показана).
Нивелир 15, механизм натяжения 9 и муфта предельного момента 16 возвращаются на завод-изготовитель в отдельной укупорке (на фиг. условно не показана) либо крепятся (элементы крепления на фиг. условно не показаны) к секции 7 штанги 5 (наиболее удаленной от космического аппарата 2).
Замена обезвешивания многозвенной механической системы с помощью секционной штанги, состоящей из поворотных секций (техническое решение - прототип), на обезвешивание с помощью штанги, состоящей из неподвижно установленных секций, с натянутым тросом (предлагаемое техническое решение) приводит к уменьшению инерционных нагрузок на звенья многозвенной механической системы и на приводы раскрытия этих звеньев. Данное уменьшение нагрузок связано с тем, что в техническом решении-прототипе при проверках на функционирование многозвенной механической системы вместе с раскрываемыми звеньями многозвенной механической системы перемещаются и поворотные секции секционной штанги (значительные по массе перемещающиеся элементы системы обезвешивания), а в предлагаемом техническом решении перемещающимися элементами системы обезвешивания являются опорные элементы (несущие кольца), скользящие по направляющему тросу, натянутому на секции секционной штанги, неподвижно установленные по прямой линии (масса перемещающихся элементов системы обезвешивания незначительна).
Таким образом, предложенное устройство имеет существенные отличия от ранее известных устройств для обезвешивания горизонтально перемещающейся многозвенной механической системы космического аппарата и позволяет повысить их эксплуатационные характеристики.