Роботизированный наноспутниковый комплекс спасения космонавтов
ROBOTIZED NANOSATELLITE ASTRONAUT RESCUE COMPLEX

Изобретение относится к вспомогательным системам космических кораблей, орбитальных станций (в дальнейшем кораблей) и предназначено для спасения космонавтов, потерявших связь с кораблем при выполнении внекорабельной деятельности. Подобная деятельность в космическом полете является наиболее ответственным и опасным видом работы, при выполнении которой космонавты перемещаются по поверхности корабля по установленным на его поверхности скобам, пристегиваясь страховочными фалами. Одной из возможных нештатных ситуаций является случайное отстегивание страховочного троса, что может привести к переходу космонавта в свободное движение и к его гибели в течение нескольких часов.
Известен ряд способов и устройств, которые могут быть использованы для спасения космонавтов, потерявших связь с кораблем.
В журнале Aviation Week & Space Technology N 9,1983 г. описана индивидуальная реактивная установка для перемещения космонавта в открытом космосе, которую космонавт держит в руке.
В патенте РФ №2111906 (МПК B64G 9/00) описывается спасательная двигательная установка космонавта, которая содержит реактивные двигатели с запасом рабочего тела, скомпонованные в виде ранца на скафандре космонавта. Для удобства эксплуатации она выполнена таким образом, что позволяет одевать и снимать скафандр вместе с закрепленной на нем установкой.
Известно также устройство спасения космонавта (УСК), которое крепится сзади к скафандру «Орлан-М» и питается от его батарей. Устройство содержит корпус, в котором расположены баллоны с запасом рабочего тела, реактивные сопла и пульт управления.
УСК, разработанное в США, называемое SAFER (Simplified Aid for EVA Rescue, или упрощенное устройство для спасения космонавта при внекорабельной деятельности), реализуещее тот же способ спасения, применялось уже более чем в 100 выходах в открытый космос.
При потере связи с кораблем космонавт с помощью УСК, за счет создаваемой реактивной тяги нужного направления, возвращается на корабль. Недостаток этого способа, который лежит в основе всех этих устройств, состоит в том, что суммарная масса космонавта, скафандра и устройства спасения при выходе в открытый космос составляет 180-240 кг. Поэтому для обеспечения минимально необходимой для такой операции характеристической скорости 25…30 м/с, при обычно применяемых газовых двигателях, требуется большая масса рабочего тела, находящегося в газовых баллонах. Это увеличивает габариты и массу устройства, носимого космонавтом на протяжении всего выхода в открытый космос, что, в свою очередь, создает неудобства при работе в штатном режиме. Кроме того, проблематично спасение космонавта, находящегося в бессознательном состоянии.
Наиболее близким, по сути, является техническое решение по патенту RU №2430861 B64G 1/64 от 04.03.2010 «Способ стыковки космических аппаратов и устройство для его реализации».
Способ и устройство для его реализации заключаются в следующем. Перед стыковкой с пассивного КА (ПКА) выпускают на тросе устройство зацепления, например надувную мишень с высокопрочной сеткой и световой сигнализацией. С активного КА (АКА) при его сближении с ПКА запускают ракету, связанную с АКА при помощи троса, снабженного энергопоглощающими элементами, наводят ракету в режиме самонаведения на световые сигналы устройства зацепления и после ее попадания и зацепления с этим устройством регулируют натяжение троса, осуществляя его торможение при выпуске. При этом обеспечивают натяжение троса, не превышающее предельного значения. После выпуска троса на всю длину начинают осуществлять раскрытие энергопоглощающих элементов, выполненных на этом тросе (например, в виде складок, зафиксированных разрушаемым креплением). Трос продолжает удлиняться с натяжением, не превышающим предельного значения. При совместном движении КА в связке двигателями АКА устраняют вращение связки вокруг ее центра масс, а после прекращения расхождения КА подтягивают ПКА к АКА с помощью троса и производят стыковку.
Использование этого способа стыковки и устройства для его реализации при спасении космонавтов, потерявших связь с кораблем, затруднено по ряду причин, например:
- устройство зацепления на тросе может запутываться при проведении спасательной операции, а при штатной ситуации будет мешать работе космонавта;
- устранение вращения связки двигателями АКА затруднительно в связи с тем, что трос имеет малую жесткость на кручение;
- проблемы изготовления и эксплуатации троса с энергопоглощающими элементами и т.д.
Техническим результатом предлагаемого решения является повышение вероятности спасения космонавта, потерявшего контакт с кораблем при выполнении внекорабельной деятельности, находящегося, в том числе в бессознательном состоянии, а также обеспечение удобства выполнения внекорабельной деятельности в штатной ситуации.
Результат достигается тем, что роботизированный наноспутниковый комплекс спасения космонавтов, содержащий высокоточную переориентируемую систему отделения с электромеханической лебедкой и катушкой спасательного троса, включает в свой состав наноспутник с системой активного маневрирования и системой автономного или телеоператорного наведения, установленный с возможностью перехвата и фиксации удаляющегося космонавта, а также систему управления с возможностью обеспечения мониторинга внекорабельной деятельности космонавта, детектирования возникновения нештатной ситуации и активации работы комплекса путем оценки параметров относительного движения космонавта, причем спасательный трос электромеханической лебедки, установленной в пусковом контейнере на космической станции, другим концом скреплен с наноспутником, а сам наноспутник на переднем по полету торце снабжен стыковочным устройством.
Кроме того, наноспутник снабжен ручками, оборудованными рычагами управления реактивными двигателями системы активного маневрирования.
Кроме того, наноспутник установлен в пусковом контейнере, оборудованном следящим устройством.
Кроме того, пусковой контейнер оборудован системой зарядки батарей наноспутника и системой заправки бака наноспутника рабочим телом.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлена переориентируемая система отделения для наноспутника-спасателя;
на фиг. 2 представлен наноспутник-спасатель;
на фиг. 3 представлен узел крепления наноспутника к тросу;
на фиг. 4 представлено следящее устройство.
Переориентируемая система для наноспутника-спасателя состоит из основания 1, корпуса 2, кольцевых магнитов 3, измерительных катушек 4, направляющих 5, 19, втулки 6, узла фиксации с эжектором 7, плат РЭА 8, основания 9, шаровой опоры 10, корпуса 11, обмотки силового соленоида 12, платформы запуска 13, основания НС 14, шаровой опоры 15, механизма смещения платформы запуска 16-17, 24-25, электромагнита фиксации НС 18, штока 20, пружины 21, демпфера 22 и корпуса механизма смещения платформы 23. Наноспутник-спасатель имеет в своем составе две оптических камеры 26, фонарь 27, две раскрываемые ручки для удобства спасения космонавта 28, исполнительный блок 29. Узел крепления по своему исполнению повторяет вертлюг, исключающий передачу вращения с одного элемента соединения на другой. Следящее устройство состоит из защитного обтекателя 30 полусферической формы, выполненного из плавленного кварца, оптической высокоскоростной камеры 31, плоскости крепления 32.
Предлагаемый способ спасения заключается в следующем. При потере контакта космонавта с кораблем, роботизированный наноспутниковый комплекс спасения космонавтов автоматически или по команде космонавта-наблюдателя активирует режим «спасение» и рассчитывает оптимальную траекторию перехвата космонавта, с помощью системы автономного или телеоператорного наведения с высокой точностью запускает по рассчитанной траектории наноспутник - спасатель (НСС), доставляющий космонавту спасательный трос. Трос разматывается с барабана установленной в пусковом устройстве электромеханической лебедки, ходовой конец которого закреплен на торце наноспутника. НСС, в автоматическом или ручном режимах, стыкуется со стыковочным устройством скафандра космонавта, ориентируясь на оптические маяки. Обеспечивается жесткое соединение наноспутник - космонавт, после чего с помощью системы активного маневрирования наноспутника в автоматическом или ручном режиме компенсируется вращение космонавта относительно корабля, после чего космонавт доставляется на борт корабля путем сматывания спасательного троса электромеханической лебедкой, обеспечивающей натяжение троса, не превышающее допустимое.
Устройство роботизированного наноспутникового комплекса спасения космонавтов включает автоматизированную систему управления, высокоточное пусковое следящее устройство, электромеханическую лебедку с запасом спасательного троса, устройство отделения НСС и собственно НСС. НСС снабжен блоком маневрирования. На заднем по полету торце наноспутника, с помощью вертлюга фиг. 3, закреплен спасательный трос, на переднем торце установлены стыковочное устройство, осветительный фонарь 27 и видеокамеры 26, обеспечивающие передачу изображения на корабль. На боковой поверхности наноспутника установлены рычаги управления реактивными двигателями, позволяющие провести компенсацию вращения системы наноспутник-космонавт в ручном режиме, а скафандр космонавта спереди, на уровне пояса космонавта, в районе центра масс системы скафандр-космонавт оборудован ответным стыковочным устройством, позволяющим осуществить жесткое соединение НСС - космонавт.