Имитатор транспортно-пускового контейнера для поведения вибродинамических испытаний спутников стандарта CubeSat 1U-3U

Полезная модель относится к ракетно-космической технике, а именно к устройствам, используемым на этапе наземного тестирования космических аппаратов при проведении вибродинамических испытаний спутников стандарта CubeSat формата от 1U до 3U.
Рассматривая варианты закрепления спутника к столу вибростенда для поведения его вибродинамических испытаний, можно отметить, что в настоящее время для безопасного и удобного закрепления спутника на столе вибростенда могут применяться, например, транспортно-пусковые контейнеры (ТПК), такие как в US 9434486 B1, WO 2019078755 A1, US 2011240802 A1, RU 2658401 C1, RU 2631360 C1, RU 2541617 C1. Однако на этапе наземного тестирования спутников целесообразнее использовать не ТПК, а имитаторы транспортно-пускового контейнера (ИТПК), например, как в патенте RU 2758161 C1.
Изобретение RU 2758161 C1 является ближайшим аналогом предлагаемой нами полезной модели и представляет собой универсальный имитатор транспортно-пускового контейнера для поведения вибродинамических испытаний спутников стандарта CubeSat. ИТПК состоит из основания с набором отверстий для крепления к столам различных вибростендов, которое также имеет отверстия для крепления к корпусу. Корпус состоит из вертикальных боковых стенок, выполненных из швеллера, с окнами для удобного доступа к спутнику и его элементам. На боковых стенках корпуса имеются несколько профилей квадратного сечения с отверстиями для удержания цилиндрических направляющих передней крышки, а с противоположной стороны боковых стенок установлены направляющие для удержания спутника внутри контейнера. Передняя вертикальная крышка также выполнена из швеллера, на крышку установлены цилиндрические направляющие, которые позволяют устанавливать ее без перекоса. Передняя вертикальная крышка имеет вблизи торцов два отверстия, предназначенные для фиксации как передней, так и задней крышек. Конструкция задней крышки аналогична передней - она выполнена из швеллера с отверстиями вблизи торцов для фиксации. На задней крышке устанавливаются пружины, на которые, в свою очередь, устанавливается толкатель – пластина, перпендикулярная пружинам, передающая нагрузку от пружин на спутник. С помощью данного ИТПК можно тестировать спутники стандарта CubeSat формата 12U, при использовании перегородок - спутники формата 3U и 6U, а при использовании специальных проставок открывается возможность исследовать спутники форматов 1U и 2U. Для загрузки спутника в ИТПК используется передняя съемная крышка с направляющими, спутник задвигается по направляющим в корпусе ИТПК, сжимая пружины толкателя, при этом оказывается обратное давление со стороны пружин, а в качестве элемента страховки используются шпильки с фиксирующими гайками.
Техническая задача, которую решает предлагаемая полезная модель, - повышение безопасности и удобства загрузки спутника, обеспечение удобства подключения датчиков к спутнику.
Предлагаемое нами устройство состоит из основания, выполненного в виде плиты с отверстиями для крепления к столу вибростенда; боковых стенок с окнами; верхней крышки с окнами; верхних направляющих внутри корпуса и нижних направляющих, выходящих за его пределы (по направляющим спутник задвигается внутрь ИТПК); передней крышки с ручкой; пружинного механизма, состоящего из толкателя, пружины толкателя, задней крышки, воротка, двух контргаек, четырех цилиндрических направляющих толкателя, подшипника и шпильки, соединяющей толкатель и заднюю крышку.
Отличие от ближайшего аналога:
1) нижние направляющие выходят за пределы корпуса ИТПК для более точного позиционирования и удобства загрузки спутника;
2) наличие механизма на задней крышке, который отводит толкатель спутника путем сжатия его пружины, что исключает давление толкателя на корпус спутника при загрузке и обеспечивает безопасную установку спутника в ИТПК, при этом отпадает необходимость в страхующих шпильках;
3) окна на боковых и верхней крышках выполнены в форме прямоугольников для максимального удобства доступа к панелям спутника;
4) вертикальная крышка контейнера имеет ручку для удобства установки.
Поставленная техническая задача решается за счет того, что нижние направляющие выходят за пределы корпуса ИТПК, при этом позиционирование спутника происходит на входе в контейнер, что позволяет избежать перекоса и повреждения спутника. Безопасность загрузки обеспечивается путем отведения и фиксации подпружиненного толкателя, в результате чего спутник устанавливается в ИТПК без давления со стороны пружины в свободное пространство. После установки спутника и фиксации передней крышки толкатель и пружина с помощью воротка возвращаются в исходное положение, соответствующее подпружиниванию спутника в контейнере. ИТПК содержит прямоугольные отверстия для максимального удобства доступа к оборудованию спутника и подключения к нему датчиков. С помощью проставок реализуется возможность установки в ИТПК спутников разных форматов: формата CubeSat 2U - при использовании одной проставки и 1U - при использовании двух проставок.
Устройство представлено на следующих чертежах:
фиг. 1 - схема ИТПК в разобранном виде;
фиг. 2 - общий вид ИТПК в сборе без боковой вертикальной крышки с установленным в него спутником стандарта CubeSat 3U;
фиг. 3 -пружинный механизм в разрезе;
фиг. 4 - проставка.
Имитатор транспортно-пускового контейнера состоит корпуса, выполненного из элементов, которые крепятся между собой винтами 1: вертикальной передней крышки 2 с установленной на ней ручкой 3 (для удобства ее удержания и установки), боковых стенок 4 с прямоугольными окнами 8 для максимального доступа к спутнику и его элементам, верхней крышки 5 с прямоугольными окнами 8; верхних 7 и нижних 6 направляющих, причем нижние направляющие 7 выходят за пределы корпуса для начального позиционирования спутника перед его установкой в ИТПК; пружинного механизма, представляющего собой толкатель 11, передающий нагрузку от пружины 12 на спутник. Толкатель имеет четыре цилиндрические направляющие 13; пружину 12, центральное положение которой достигается за счет двух глухих отверстий 22 и 9. Шпилька 14 ввинчивается в толкатель 11 и дополнительно притягивается гайкой 17, чтобы предотвратить выкручивание шпильки под действием вибрации при проведении вибродинамических испытаний. Задняя крышка 15 пружинного механизма представляет собой пластину с центральным отверстием без резьбы 23 и еще одним соосным центральным глухим отверстием 21 для установки подшипника 20, снижающего трение между воротком 16 и крышкой. Вороток состоит из диска с центральным отверстием с резьбой и ручки, при этом фиксирующая гайка 18 не дает вращаться воротку при проведении вибродинамических испытаний; основания 10, выполненного в виде плиты с отверстиями для крепления к столу вибродинамического стенда. С помощью проставок 24 ИТПК позволяет тестировать спутники формата CubeSat 2U при использовании одной проставки и 1U – при использовании двух проставок.
Полезная модель используется следующим образом. ИТПК закрепляется на рабочем столе вибростенда путем прикручивания его основания к поверхности стола. Далее вращением воротка происходит полное сжатие пружины толкателя, при этом толкатель смещается к задней крышке, увеличивая внутреннее пространство ИТПК; затем на нижние направляющие, выступающие из корпуса, устанавливается спутник и задвигается внутрь контейнера, после чего передняя вертикальная крышка прикручивается к корпусу и основанию. После этого обратным вращением воротка пружина освобождается, и толкатель фиксирует спутник в ИТПК. По окончании установки спутника в контейнер через прямоугольные окна подключаются датчики, запускается вибростенд для проведения вибродинамических испытаний.
Технический результат полезной модели заключается в том, что универсальный имитатор транспортно-пускового контейнера позволяет протестировать спутники стандарта CubeSat от 1U до 3U, обеспечивая максимальную безопасность и удобство установки спутников в ИТПК за счет более точного позиционирования спутников перед загрузкой и фиксации пружинного толкателя в момент загрузки спутника, а также удобство подключения датчиков через прямоугольные отверстия на стенках и верхней крышке.
Список использованных источников:
1. Патент № RU 2758161 C1;
2. Патент № US 9434486 B1;
3. Патент № WO 2019078755 A1;
4. Патент № US 2011240802 A1;
5. Патент № RU 2658401 C1;
6. Патент № RU 2631360 C1;
7. Патент № RU 2541617 C1.