ТОРМОЗНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СПУСКА В АТМОСФЕРЕ ПЛАНЕТ

Предлагаемая полезная модель относится к области космической техники, а именно к тормозным конструкциям, предназначенным для снижения скорости спускаемых космических объектов в атмосфере планеты.
Известен спускаемый аппарат для доставки грузов с орбитальной пилотируемой станции на поверхность Земли [Патент на полезную модель №82679 от 10.05.2009], содержащий грузовой контейнер, размещенный в предназначенном для него отсеке, систему торможения и теплозащиты для обеспечения входа и движения спускаемого аппарата в плотных слоях атмосферы, а также радиосредства для его обнаружения. Недостатком такого спускаемого аппарата является низкая жесткость тормозной конструкции и, как следствие, ее недостаточная динамическая устойчивость при воздействии набегающего потока, которая может приводить к значительным деформациям гибкой оболочки тормозного устройства, неконтролируемым изменениям его аэродинамической формы, что приводит в свою очередь к существенным отклонениям от расчетной траектории спуска, увеличению тепловых и динамических нагрузок.
Известно тормозное устройство для спуска в атмосфере планет [Патент на полезную модель №81162 от 10.03.2009], состоящее из жесткого лобового экрана, с закрепленной на нем внешней гибкой оболочкой, покрытой теплозащитным чехлом, натянутой на каркас, образованный гибкими торовыми оболочками, закрепленных на лобовом экране баллонов с газом, пеногенератора и емкости с пенообразующими реагентами для пеногенератора, выход которого соединен системой гибких магистралей и запорно-регулирующей арматуры с эластичными торовыми оболочкам, которые при развертывании, перед входом в атмосферу, заполняются быстрозатвердевающей пеной производимой пеногенератором, образуя жесткий каркас. Недостатком этого тормозного устройства является большая относительная масса конструкции наполненного пеной каркаса и сложность системы распределения пены по оболочкам.
Наиболее близким аналогом является, развертываемое тормозное устройстве для спуска в атмосфере планет [Патент на полезную модель 132423 от 18.04.2013], содержащем жесткий лобовой экран с закрепленной на нем внешней гибкой оболочкой, покрытой теплозащитным чехлом, натянутой на каркас, образованный герметичными торовыми оболочками, соединенными с закрепленными на лобовом экране баллонами с газовой смесью, у которого герметичные торовые оболочки имеют внутренний слой из эластичного материала, затвердевающего под воздействием компонентов газовой смеси, содержащейся в баллонах. Внутренний эластичный слой торовых оболочек может состоять из одного слоя полимерной смолы покрытой защитным слоем из газопроницаемого материала, предотвращающим слипание оболочек или из, по крайней мере, одного слоя эластичного композиционного материала на основе армирующей сетки или ткани пропитанной синтетической смолой.
Недостатком такого тормозного устройства является различная скорость отвердевания полимерной смолы и как следствие различная радиальная механическая прочность торовых оболочек, а так же то, что торовые элементы подвергаются высоким механическим и тепловым нагрузкам и в процессе спуска вносят возмущения в траекторию тем больше, чем больше их диаметр.
Задачей данной полезной модели является создание эффективного тормозного устройства для спуска в атмосфере планет, обеспечение стабильного спуска космического аппарата с минимальными отклонениями от заданной траектории.
Решение указанной задачи достигается тем, что в тормозном устройстве для спуска в атмосфере планет, содержащем жесткий лобовой экран с закрепленной на нем внешней гибкой оболочкой, покрытой теплозащитным чехлом, натянутой на каркас, образованный герметичными торовыми оболочками, соединенными с закрепленными на лобовом экране баллонами с газовой смесью, у которого герметичные торовые оболочки имеют внутренний слой из эластичного материала, затвердевающего под воздействием компонентов газовой смеси, содержащейся в баллонах, согласно заявляемой полезной модели, тормозное устройство дополнительно снабжено свободнопоршневой системой стабилизации, закрепленной на лобовом экране, включающей размещенный внутри корпуса свободнопоршневой генератор рабочего тела, соединенный с тангенциально расположенными противоположно направленными выхлопными патрубками.
Вращение тормозного устройства позволяет обеспечить стабилизацию космического аппарата («Эффект вращающейся пули» Патент RU 2219478), уменьшая возмущающие воздействия со стороны атмосферы, где происходит спуск, и тем самым обеспечивая минимальные отклонения от заданной траектории.
Заявляемая полезная модель иллюстрируется следующими чертежами. На фиг. 1 и 2 изображен общий вид тормозного устройства, на фиг. 3 показан подробный вид сверху свободнопоршневой системы стабилизации.
Тормозное устройство содержит (фиг. 2): надувной корпус с элементами тепловой защиты (1), полезную нагрузку (2), носовую часть, закрытую теплозащитным экраном (3), внутри которой располагается свободнопоршневая система стабилизации (4).
Свободнопоршневая система стабилизации тормозного устройства содержит (фиг. 3): свободнопоршневой генератор рабочего тела (5), защитный корпус (6), выхлопные патрубки (7). Свободнопоршневой генератор рабочего газа состоит из корпуса, механизма синхронизации, обеспечивающего согласованную работу поршневых групп окислителя и горючего в камере сгорания, выхлопные окна которой соединены с выхлопными патрубками, через которые происходит истечение продуктов сгорания. Выхлопные патрубки расположены тангенциально и противоположно направлены.
Предлагаемая система стабилизации тормозного устройства для спуска в атмосфере планет работает следующим образом.
На определенной высоте производится пуск генератора (1) на «богатой» смеси, для обеспечения гарантированного запуска, затем система переходит на маршевый режим работы на «бедной» смеси, подобранный таким образом, что температура струи выхлопных газов, обеспечивающих вращение всей системы, не превышает температурный предел теплозащитного покрытия. Высокотемпературные продукты сгорания истекают из тангенциально расположенных патрубков (7), и создают реактивную тягу, которая в свою очередь создает крутящий момент, вращающий тормозное устройство.
Использование в системе стабилизации свободнопоршневого генератора газа дает следующие преимущества:
1. Свободнопоршневой привод является уравновешенной системой, поршни свободнопоршневого привода не испытывают боковых нагрузок связанных с перекосом штока как в обычном двигателе внутреннего сгорания.
2. Подача топливных компонентов и регулировка их дозировки осуществляется в автоматическом режиме без применения дополнительных сложных устройств.
3. Высокая удельная мощность на килограмм массы свободнопоршневого генератора газа по сравнению с генераторами газа других типов.
Источники информации:
1. Патент на полезную модель №81162 от 10.03.2009
2. Патент на полезную модель 132423 от 18.04.2013
3. Патент RU 2219478