Пристрій для орієнтації та стабілізації космічного апарата
Номер патенту: 43840
Опубліковано: 10.09.2009
Автори: Хорольський Петро Георгійович, Манойленко Олександр Олексійович, Кулабухов Анатолій Михайлович, Хитько Андрій Володимирович, Шептун Юрій Дмитрович, Дронь Микола Михайлович
Формула / Реферат
1. Пристрій для орієнтації та стабілізації космічного апарата, який включає корпус та гравітаційний стрижень, що висувається із корпусу, з вантажем на кінці, який відрізняється тим, що на кінці стрижня встановлено реактивних двигунів системи орієнтації і стабілізації та/або корекції орбіти космічного апарата.
2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що двигуни розташовані з можливістю створення тягових зусиль в площині, нормальній до прямої лінії, що проходить через центри мас космічного апарата і гравітаційного вантажу.
3. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що двигуни розташовані з можливістю створення моменту від їх тягових зусиль навкруги прямої лінії, що проходить через центри мас космічного апарата і гравітаційного вантажу.
4. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що двигуни розташовані з можливістю створення тягових зусиль вздовж прямої лінії, що проходить через центри мас космічного апарата і гравітаційного вантажу.
5. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що двигуни розташовані з можливістю створення тягових зусиль в площинах, що перпендикулярні одна до одної і мають лінію перетину, що співпадає з прямою лінією за п. 2.
6. Пристрій за пп. 2, 5, який відрізняється тим, що двигуни розташовані з можливістю створення тягових зусиль переважно вздовж перетинів площин, вказаних в пп. 2, 5.
7. Пристрій за пп. 1-6, який відрізняється тим, що містить реактивні двигуни одного типу одного виду палива або комбінації із двигунів різного типу одного або різних видів палива.
8. Пристрій за пп. 1-7, який відрізняється тим, що двигуни встановлені замість вантажу.
Текст
1. Пристрій для орієнтації та стабілізації космічного апарата, який включає корпус та гравітаційний стрижень, що висувається із корпусу, з вантажем на кінці, який відрізняється тим, що на кінці стрижня встановлено n ³ 1 реактивних двигунів системи орієнтації і стабілізації та/або корекції орбіти космічного апарата. 2. Пристрій за п.1, який відрізняється тим, що двигуни розташовані з можливістю створення тягових зусиль в площині, нормальній до прямої лінії, що проходить через центри мас космічного апарата і гравітаційного вантажу. 3. Пристрій за п.1, який відрізняється тим, що двигуни розташовані з можливістю створення мо U 2 (19) 1 3 ристання мас та об'ємів КА за додатковим призначенням. Поставлена задача вирішується тим, що в пристрої для орієнтації та стабілізації космічного апарата, який включає корпус та гравітаційний стрижень, що висувається із корпусу, з вантажем на кінці, на кінці стрижня встановлено n≥1 реактивні двигуни. Двигуни розташовані з можливістю створення тягових зусиль в площині, нормальній до прямої лінії, що проходить через центри мас космічного апарата і гравітаційного вантажі. Двигуни розташовані з можливістю створення моменту від їх тягових зусиль навкруг цієї прямої лінії. Двигуни розташовані з можливістю створення тягових зусиль вздовж цієї прямої лінії. Двигуни розташовані з можливістю створення тягових зусиль в площинах, перпендикулярних одна до одної і що мають лінію перетину, що співпадає з цією прямою лінією. Двигуни розташовані з можливістю створення тягових зусиль переважно вздовж перетинів площин. Реактивні двигуни одного типу одного виду палива або комбінації із двигунів різного типу одного або різних видів палива. Двигуни встановлені замість вантажу. Після відділення КА від ракети-носія він може в залежності від реалізації збурень зайняти одне із двох гравітаційно-стійких положень: гравітаційним вантажем уверх або униз. Для переведення апарата в потрібну орієнтацію необхідна додаткова система стабілізації - на практиці здебільшого використовують магнітну: за допомогою електромагнітів, які в подальшому польоті вже не потрібні. За допомогою реактивних двигунів КА також може бути не тільки переведений у вихідну орієнтацію, але і (в цьому полягає особлива перевага) у будь-яку довільну орієнтацію, яка може підтримуватися ними потрібний час незалежно від орієнтації місцевої вертикалі, що змінюється по орбіті. Якщо бортова апаратура на витку працює не постійно, то перехід і перебування у гравітаційностійкому положенні підтримувати відому орієнтацію на інтервалах часу між переорієнтаціями у робоче положення, чим зекономиться паливо, яке інакше було б потрібним для стабілізації КА на вказаних неробочих ділянках польоту. Запропоноване розташування двигунів на кінці гравітаційного стрижня дозволяє: - виконувати ними функцію гравітаційного вантажу; - збільшити плече для створення керуючого моменту (бо це найбільше плече в апараті такого типу), що дозволить для цілей стабілізації використовувати двигуни малої тяги і відповідно зменшити потрібну масу і збільшити точність стабілізації; - використовувати корисні об'єм та масу за додатковим призначенням без збільшення потреби в них. Все перелічене має найбільше значення, в першу чергу, для мікросупутників, для яких обмеження на об'єми, габарити та маси є найкритичнішими. Суть корисної моделі продемонстровано на кресленнях. На Фіг.1 зображено загальний вид пристрою в робочому стані; 43840 4 на Фіг.2 зображено вид зверху пристрою; на Фіг.3 зображено схему руху пристрою за найбільш близьким аналогом; на Фіг.4 зображено схему руху пристрою за корисною моделлю. На Фіг.1 зображено космічний апарат (КА) 1 з гравітаційним вантажем 2 і гравітаційним стрижнем (ГС) 3. Центр мас (ЦМ) 4 КА відповідає висунутому ГС 3. Такий склад пристрою за найбільш близьким аналогом. За винаходом - на кінці ГС 3 встановлені реактивні двигуни системи орієнтації і стабілізації та/або корекції орбіти КА 5, 6, 7. Вантаж 2 в даному прикладі виконує функцію адаптеру двигунів до ГС 3, в ньому може бути розміщена арматура двигунних установок. Він також, за потреби, може доповнювати масу двигунів до необхідної для гравітаційної стабілізації. На Фіг.2 показано двигуни каналу поздовжньої стабілізації 5, каналу бокової стабілізації 6 та каналу обертання 7. Лінії дій тяг всіх двигунів розташовані в площині, нормальній до осі ГС 3, тобто до лінії, що проходить через ЦМ космічного апарата та ЦМ узятих разом гравітаційного вантажу 2 і цих двигунів. Лінії дій двигунів 5, 6 розташовані в площинах відповідних каналів стабілізації. Ці ж двигуни 5, 6 можуть використовуватися для корекції орбіти або як маршові для орбітальних переходів в поздовжньому та боковому напрямках відповідно. Кількість двигунів визначається в залежності від задач КА і його характеристик. Так, кожен з двигунів 5, 6, 7 може бути доповнений до пари двигуном з протилежно направленою тягою. Заявлена корисна модель здійснюється таким чином. На Фіг.3 зображено орбітальний рух КА 1 по коловій орбіті 8 навколо Землі 9. В ідеальному випадку лінія, що проходить через ЦМ 4 КА 1 вздовж ГС 3 та ЦМ гравітаційного вантажу 2, повинна співпадати з місцевою вертикаллю 10. Внаслідок обертання КА навколо Землі 9 місцева вертикаль 10 обертається відносно нерухомих зірок (для спостерігача, що знаходиться у ЦМ 4 в одній фіксованій точці на орбіті, вертикаль в різних точках орбіти начебто обертається навколо ЦМ), що змушує змінюватися орієнтацію апарата. Це викликає коливання КА навколо ЦМ 4 з практично постійними амплітудою і частотою. Амплітуда коливань визначає точність орієнтації КА. Границі (діапазон) коливань 11 за найближчим аналогом, що дорівнюють їх подвійній амплітуді, показані на Фіг.3 і 4. На Фіг.4 зображено роботу пристрою за корисною моделлю (для наочності пристрій обернено за кутом обертання на 45° і двигуни 7 не показані): задіють двигуни 5, 6 і гальмують рух КА, чим гасять вказані коливання, знижуючи їх амплітуду до границь (діапазону) 12, тобто підвищуючи точність стабілізації, В загальному випадку руху можуть бути перехресні зв'язки між каналами керування, що змушує задіювати двигуни всіх каналів. Двигуни можуть бути одного типу одного виду палива, як-то: рідкісні реактивні, газо-, електрореактивні, твердопаливні, пульсуючі, ядерні та ін., або комбінації із них на одному або різних видах палива (рідке, тверде, пастоподібне та ін.). 5 43840 За оцінками точність орієнтації за корисною моделлю зросте з 2° до 0,3...0,5°. Технічна можливість реалізації пристрою не визиває сумнівів. Таким чином, вирішена задача розробки пристрою для орієнтації та стабілізації космічного апарата, що за рахунок розташування реактивних двигунів на кінці гравітаційного стрижня забезпечує розширення функціонально-експлуатаційних можливостей (суміщення функцій гравітаційної та активної орієнтації по всіх каналах), підвищення точності орієнтації, швидкості переорієнтації на довільні кути та покращення габаритно-масових характеристик (виключення використання додаткових корисних об'ємів і мас). Джерела інформації: 1. Пат. 2236993 Росія МПК7 B64G1/22. Устройство для попутного запуска космического апарата / Комп’ютерна верстка Н. Лиcенко 6 В.В.Маркелов, Н.Н.Иванов, В.Н.Блинов, Б.Ф.Нестеров. №2002121206/11; Заяв. 2002.08.05; Опубл. 2004.09.27. 2. Космические летательные аппараты. Назначение, структура и основные этапы создания: Учеб. пособие / Ю.Ф.Даниев, А.В.Демченко, В.С.Зевако, А.М.Кулабухов, В.В.Хуторный. Под общ. ред. д-ра техн. наук проф. А.Н.Петренко. Днепропетровск: «Системные технологии», 2005. 124 с. 3. Пат. 2128608 Росія МПК6 B64G1/34. Способ и устройство для одноосной гравитационной ориентации осесимметричного космического апарата на орбите спутника Земли / В.С.Борзов, Б.А.Вавилов, В.А.Фетисов. - №96114082/28; Заяв. 1996.04.10; Опубл. 1999.04.10. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601
ДивитисяДодаткова інформація
Назва патенту англійськоюDevice for orientation and stabilization of automatic spacecraft
Автори англійськоюDron Mykola Mykhailovych, Khytko Andrii Volodymyrovych, Khorolskyi Petro Heorhiiovych, Sheptun Yurii Dmytrovych, Manoilenko Oleksandr Oleksiiovych, Kulabukhov Anatolii Mykhailovych
Назва патенту російськоюУстройство для ориентации и стабилизации космических аппаратов
Автори російськоюДронь Николай Михайлович, Хитько Андрей Владимирович, Хорольский Пётр Георгиевич, Шептун Юрий Дмитриевич, Манойленко Александр Алексеевич, Кулабухов Анатолий Михайлович
МПК / Мітки
МПК: B64G 1/26
Мітки: орієнтації, апарата, пристрій, стабілізації, космічного
Код посилання
<a href="https://ua.patents.su/3-43840-pristrijj-dlya-oriehntaci-ta-stabilizaci-kosmichnogo-aparata.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Пристрій для орієнтації та стабілізації космічного апарата</a>
Попередній патент: Пілон-синхронізатор дроня
Наступний патент: Установка для забору і очищення води з поверхневих водних джерел
Випадковий патент: П'єзоелектричний перетворювач механічних величин