СИСТЕМА ОТДЕЛЕНИЯ ПОЛЕЗНОГО ГРУЗА ОТ БОРТА КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА
SYSTEM FOR SEPARATING PAYLOAD FROM SPACE VEHICLE BOARD

Изобретение относится к области космической техники, в частности к средствам стыковки к основному космическому аппарату (КА) попутно-выводимых маломассогабаритных космических аппаратов (МКА) и отделения последнего от КА после выведения их на расчетную орбиту.
Для того, чтобы до минимума свести влияние совместной эксплуатации КА и МКА на надежность и другие характеристики КА, к системе отделения МКА (СО МКА) предъявляются повышенные требования в части ее надежности, минимизации веса и габаритов, уменьшение ударных нагрузок при срабатывании системы отделения (СО), удобству монтажа и эксплуатации МКА и др.
В ракетно-космической технике известны СО полезных нагрузок, состоящие из разделяемых переходных устройств (адаптеров, переходных рам) на которых установлены средства крепления, разделения и расталкивания космических аппаратов (КА).
Так, согласно описанию к патенту RU №2268208, МПК8 B64G 1/64 от 02.06.2003 СО содержит устройство удержания полезной нагрузки (ПН) на несущей конструкции ракеты-носителя (РН) с помощью механических замков, устройство фиксации замков в положении удержания (крепления) ПН с помощью тросовой системы, снабженной фиксирующей звездочкой, связанной с пиросредством и устройство расталкивания РН и ПН после разрыва связи между ними.
Недостатками такой системы отделения полезной нагрузки (СО ПН) является наличие тросовой системы в устройстве фиксации механических замков, которая создает опасность соударения тросов с выступающими элементами нижней части корпуса ПН. Кроме этого требуется регулировка натяжения тросовой системы.
В описании к патенту RU №2293694, МПК8 B64G 1/64, B64D 1/02, F42B 15/36 от 14.06.2005 расширяется возможность увеличения зоны размещения ПН за счет расположения плоскости установки многолучевой фиксирующей звездочки ниже плоскости установки замков. Однако сама тросовая система усложняется, а следовательно, сохраняется необходимость ее регулировки.
Кроме того, в приведенных выше вариантах СО, после ее срабатывания, на данной части ПН остается выступающий стержень замка с зубом, что создает опасность задевания его с подвижными элементами конструкции ПН (антеннами, крышками).
Недостатком является и то, что каждый замок после расфиксации раскрывается отдельным пружинным приводом, что снижает надежность системы.
Наиболее близким из известных технических решений является, выбранная в качестве прототипа, СО ПН по патенту RU №2396191, МПК8 B64G 1/64 от 18.03.2009.
СО содержит разъединяемое переходное устройство, которое одной стороной закреплено на ракете (или КА), а другой взаимодействует с ПН следующими элементами, установленными на нем:
- устройство крепления ПН механическими замками;
- устройство фиксации механических замков в положении удержания (крепления) ПН;
- устройство расталкивания ПН с КА.
Недостатками известной СО ПН являются:
- усложненная конструкция устройства фиксации механических замков, имеющая в своем составе значительное количество исполнительных элементов (кулачковая муфта, тандерные тяги с одностепенным и двустепенным шарнирами, пружинный привод поворота звездочки с применением пружин растяжения). Отказ каждого из данных элементов ведет к снижению надежности или даже к отказу устройства фиксации;
- все элементы конструкции устройства фиксации механических замков расположены внутри переходного устройства, что приводит к уменьшению зоны ПН, расположенной ниже плоскости стыка ПН с переходным устройством;
- необходимость расположения поворотной звездочки в центре окружности, по которой должны быть дискретно расположены замки, количество которых должно быть не менее трех. Конструкция ПН, расположенной ниже плоскости стыка ее с переходным устройством, не всегда позволяет выполнить эти требования, что снижает возможности известной СО ПН.
Задачами (целями) предполагаемой системы отделения полезного груза (СО ПГ) от борта КА является:
- повышение надежности СО;
- увеличение зоны размещения ПГ.
Для достижения поставленных задач предлагается СО ПГ от борта КА, содержащая разъединяемое переходное устройство, установленное между конструкциями КА и ПГ и включающее в себя механические замки с удерживающими и фиксирующими звеньями, устройство фиксации механических замков, при этом система содержит пружинные толкатели отделения полезного груза, где, согласно изобретению, устройство фиксации механических замков выполнено в виде равноплечей качалки без ограничения количества плеч, соответствующих количеству механических замков и установленной на оси вращения, закрепленной в корпусе переходного устройства, причем равноплечая качалка через сквозные окна переходного устройства, шарнирно взаимодействует посредством стержневых тяг с фиксирующими звеньями механических замков, подпружиненные стержни которых имеют выемку под удерживающий поворотный двуплечий рычаг, другим концом взаимодействующим с фиксирующим звеном замка, при этом одно из плеч равноплечей качалки шарнирно взаимодействует через стержневую тягу с пружинным толкателем, другое с пирочекой, которые жестко закреплены снаружи корпуса переходного устройства, а на полезном грузе выполнены ограничители хода, взаимодействующие с подпружиненными стержнями механических замков.
Заявленное техническое решение представлено на чертежах:
На фиг.1 представлен общий вид СО ПГ от борта КА.
На фиг.2 изображен вид А на фиг.1 (вид устройства в исходном положении со стороны ПГ).
На фиг.3 представлено сечение Б-Б на фиг.2. Замок в исходном (закрытом) положении.
На фиг.4 представлен замок в открытом положении.
СО ПГ от борта КА содержит переходное устройство 1 (раму или цилиндрическую обечайку), установленное между КА 2 и ПГ 3. ПГ (МКА) соединен с переходным устройством 1 механическими замками 4, которые соединены с устройством фиксации механических замков в положении удержания и выполнены в виде равноплечей качалки 5 стержневых тяг 6. Равноплечая качалка 5, количество плеч которой не ограничено и соответствует количеству механических замков, установлена с возможностью поворота вокруг оси 7, закрепленной в корпусе переходного устройства со смещением L относительно его центра симметрии. Для обеспечения свободного перемещения равноплечей качалки 5, в корпусе переходного устройства 1 выполнены сквозные окна 8.
В местах соединения стержневых тяг 6 с фиксирующими звеньями 9 механических замков 4 и тяг с равноплечей качалкой 5 выполнены шарнирные узлы 10.
Пружинные толкатели 11, расталкивающие основной КА и ПГ после раскрытия механических замков 4, закреплены на переходном устройстве 1 и упираются в днище ПГ. Пирочека 12 и пружинный толкатель 13 раскрытия механических замков 4 установлены на кронштейнах 14 и 15 соответственно, которые закреплены на наружной поверхности переходного устройства 1.
Одним из концов равноплечая качалка 5 взаимодействует с одной стороны через стержневую тягу 16 с толкателем 13, а с другой стороны через стержневую тягу 17 с пирочекой 12.
Механический замок 4 имеет подпружиненный стержень 18, пружина 19 которого размещена снаружи стакана 20, являющегося одновременно и ограничителем хода подпружиненного стержня 18 после раскрытия механического замка 4. Сам же подпружиненный стержень 18 имеет выемку 21, с помощью которой удерживается поворотным двуплечим рычагом 22, который другим концом взаимодействует с фиксирующим звеном 9 механического замка 4.
В исходном положении переходное устройство 1, прикрепленное к борту основного КА 2, стянуто с ПГ 3 механическими замками 4.
Поперечные нагрузки в стыке «ПГ - переходное устройство» воспринимаются штифтами 23.
Требуемое осевое усилие на механический замок 4 при стягивании создается затяжкой гайки 24.
Стержень 18 механического замка 4 удерживается поворотным двуплечим рычагом 22, другой конец которого взаимодействует с фиксирующим звеном 9 механического замка 4.
Фиксирующие звенья 9 всех механических замков 4 удерживаются в исходном положении поворотной равноплечей качалкой 5 с помощью стержневых тяг 6, а сама равноплечая качалка 5 своим концом с одной стороны соединена с пирочекой 12, а с другой стороны - с взведенным пружинным толкателем 13.
Пружинные толкатели 11, отталкивающие ПГ 3 от основного КА, взведены и упираются в днище ПГ 3.
По команде на отделение ПГ 3 срабатывает пирочека 12 и под действием усилия (Рт) пружинного толкателя 13 равноплечая качалка 5 поворачивается в направлении стрелки В и с помощью стержневых тяг 6 проворачивает фиксирующие звенья 9 всех механических замков 4 до момента расфиксации рычагов 22.
После этого все механические замки 4 раскрываются и ПГЗ отталкивается пружинными толкателями 11 от основного КА.
Так как качалка 5 выполнена равноплечей, окружная скорость всех шарнирных узлов 10 одинакова и, тем самым, происходит синхронное раскрытие всех механических замков. Длина тяг 6 подбирается с учетом величины (L) смещения центра вращения равноплечей качалки 5 относительно центра симметрии переходного устройства 1 или в случае невозможности (из-за конструкции донной части ПГ 3) дискретного расположения механических замков 4 по стыку переходного устройства 1 с ПГ 3.
В зависимости от количества механических замков 4, качалка 5 становится двуплечей при двух замках, трехплечей при трех и т.д.
После раскрытия механических замков 4, подпружиненные стержни 18 перемещаются пружинами 19 до упора в выступ каждого стакана 20, которые являются ограничителями хода подпружиненных стержней 18, обеспечивающих отсутствие выступающих элементов СО в донной части ПГ ниже плоскости стыка его с переходным устройством 1 после отделения.
Предложенная конструкция СО ПГ от борта КА позволяет исключить из его состава кулачковую муфту, тандерные тяги, пружинный привод поворота с применением пружин растяжения. Привод равноплечей качалки, выполненный в виде одного пружинного толкателя, имеет большую надежность, чем привод поворотной звездочки, состоящей из пружины растяжения, так как в случае разрушения пружина растяжения полностью теряет свое предназначение, а пружина сжатия в толкателе продолжает выполнение поставленной задачи. Уменьшенные количества исполнительных элементов в устройстве фиксации механических замков повышает надежность системы отделения ПГ от борта КА.
Предложенная конструкция СО ПГ от борта КА позволяет вынести исполнительные элементы устройства фиксации механических замков (пирочеку, стержневые тяги, толкатель) за пределы внутренней зоны переходного устройства и, тем самым, увеличить зону ПГ, расположенную ниже плоскости стыка его с переходником.
Представляется возможным применением предложенной конструкции СО ПГ от борта КА при количестве замков в ее составе меньше трех и исключаются требования дискретного расположения замков по стыку ПГ с переходником, а также расположение оси вращения равноплечего рычага строго в точке симметрии переходного устройства. При этом требуется всего лишь соответствующее изменение длин стержневых тяг. Это расширяет технические возможности СО.
Проведенные авторами расчеты параметров предложенной конструкции СО ПГ от борта КА в процессе ее проектирования, изготовления и экспериментальной отработки подтвердили эффективность принятого технического решения.
Заявленное устройство СО ПГ от борта КА по сравнению с прототипом обладает существенными отличиями и позволяет повысить его надежность, увеличить зону размещения ПГ.