СТЫКОВОЧНОЕ УСТРОЙСТВО КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
SPACESHIP DOCKING ASSEMBLY

Изобретение относится к космической технике, более конкретно к стыковочным устройствам космических кораблей к орбитальным станциям, например, метеорологических спутников, орбитальных навигационных маяков и т.п.
Известно стыковочное устройство космических аппаратов (Бунцев К.Д. Технология стыковки (стыковка в космических проектах будущего). - Наука и жизнь, 1973, №4, с.6-16), применяемое в космических аппаратах типа «Союз», состоящее из активного и пассивного агрегатов, установленных на стыкуемых аппаратах. В центре активного агрегата установлен стыковочный механизм со штырем с защелками, который при стыковке входит в приемный конус пассивного агрегата. Приемный конус пассивного агрегата снабжен датчиком сближения и заканчивается гнездом с пазами.
В результате сближения космических аппаратов центральный штырь активного агрегата входит в приемный конус пассивного агрегата и, в конце концов, в гнездо. Защелки, попадая в ответные пазы гнезда, осуществляют сцепку стыкуемых космических аппаратов.
В связи с тем что защелки выполнены с поступательным перемещением, сцепка и расцепка космических аппаратов сопровождается значительным трением защелок о стенки гнезда. Для расцепки требовалось использование амортизационных пружин, осуществляющих сведение защелок. Это обуславливает сложность эксплуатации стыковочного устройства.
Известно стыковочное устройство космических аппаратов (RU №2082654, В64G 1/64, 27.06.97), выбранное в качестве прототипа, содержит активный агрегат, в центре которого установлен стреловидный штырь, и пассивный агрегат с ответным приемным конусом, который заканчивается гнездом, гнездо выполнено в виде стакана, заполненного легкоплавким металлом (например, галлием или ртутью), на дне стакана установлен нагреватель, соединенный с источником питания, корпус стакана состоит из двух оболочек, внутренняя оболочка выполнена из тугоплавкого теплоизолирующего материала, внешняя - из ферромагнитного материала с пазами для укладки трехфазной винтовой оболочки, соединенной с источником питания.
При стыковке аппаратов, находящихся на теневой части орбиты, конец стреловидного штыря активного агрегата находится в приемном конусе пассивного агрегата другого космического аппарата в непосредственной близости от торца стыковочного стакана, которым заканчивается приемный конус. Легкоплавкий металл, находящийся в стакане, с помощью электронагревателя переводится в жидкое состояние. Одновременно с расплавлением металла запитывается трехфазная винтовая обмотка, которая создает магнитное поле, удерживающее жидкий металл в стакане. После проникновения штыря в жидкий металл винтовая обмотка обесточивается, и металл переходит в твердое состояние, т.о. происходит механическое сцепление аппаратов.
Необходимость использования нагревателя с источником питания обуславливает сложность эксплуатации устройства.
Перед автором стояла задача упростить стыковочное устройство космических аппаратов за счет отказа от использования нагревателя с источником питания для нагрева легкоплавкого металла.
Технический результат достигается тем, что в стыковочном устройстве космических аппаратов, содержащем активный агрегат, в центре которого установлен стреловидный штырь, и пассивный агрегат с ответным приемным конусом, который заканчивается гнездом, гнездо выполнено в виде стакана, заполненного легкоплавким металлом, корпус стакана состоит из двух оболочек, внутренняя оболочка выполнена из тугоплавкого теплоизолирующего материала, внешняя - из ферромагнитного материала с пазами для укладки трехфазной винтовой оболочки, соединенной с источником питания, на внутренней боковой поверхности внутренней оболочки стакана жестко закреплена третья оболочка из проводящего материала.
Стыковочное устройство космических аппаратов показано на чертеже. Стыковочное устройство космических аппаратов состоит из двух агрегатов: активного 1 и пассивного 2, расположенных на стыкуемых космических аппаратах 3. В центре активного агрегата 1 жестко закреплен стреловидный штырь 4. В пассивном агрегате 2 расположен приемный конус 5, который заканчивается гнездом 6, заполненным легкоплавким металлом 7, например, галлием или ртутью. Корпус гнезда 6 состоит из двух оболочек: внутренней 8, выполненной из тугоплавкого материала, например из керамики, и внешней 9, изготовленной из феромагнитного материала, например из стали 3. На внутренней поверхности внешней оболочки 9 выполнены пазы, в которых расположена трехфазная винтовая обмотка 10, которая соединена с источником питания, не показанным на чертеже. На внутренней боковой поверхности внутренней оболочки 8 жестко закреплена оболочка 11 из проводящего материала, например из меди.
Работы стыковочного устройства космических аппаратов происходит следующим образом. Когда сближающиеся космические аппараты 3 находятся на расстоянии, при котором стреловидный штырь 4 активного агрегата 1 находится в непосредственной близости приемного конуса 5 пассивного агрегата 2, включается питание трехфазной винтовой обмотки 9, которая создает электромагнитное поле, последнее индуцирует в металле 7 и в оболочке 11 вихревые токи. Данные вихревые токи нагревают металл 7 и оболочку 11. Под действием этого нагрева металл 7 переходит в жидкое состояние. Взаимодействие вихревых токов в металле 7 и электромагнитного поля трехфазной винтовой обмотки 9 приводит к возникновению радиальной и тангенциальной электромагнитных сил, действующих на металл 7. Радиальная сила начинает вращать жидкий металл 7 вокруг оси x, а тангенциальная препятствует вытеканию жидкого металла 7 из стакана приемного конуса 5. При увеличении вращения металла 7 величина вихревых токов уменьшается, что ведет к понижению его нагрева, обусловленного действием этих токов, величина же вихревых токов, индуцированных в оболочке 11, а следовательно, и величина ее нагрева остается неизменной, т.к. оболочка 11 неподвижна относительно трехфазной винтовой обмотки 9. Стреловидный штырь 4 проникает в жидкий металл 7, затем питание трехфазной винтовой обмотки 9 отключается и металл 7 переходит в твердое состояние. В результате - космические аппараты 3 жестко фиксируются один относительно другого.
Как можно видеть, в заявляемом стыковочном устройстве космических аппаратов исключена необходимость в использовании отдельного нагревателя и его блока питания, т.е. упрощена его конструкция.