Запобіжний пристрій для роботи на космічному літальному апараті

Винахід відноситься до допоміжного устаткування, зокрема до пристроїв, що застосовуються на борті космічних літальних апаратів у відкритому космосі. Пристрій призначений для використання на зовнішній поверхні довгострокової орбітальної космічної станції або у вантажному відсіку транспортного багаторазового апарата. Винахід може бути використаний при проведенні космонавтом, спорядженим у скафандр, експериментальних робіт на борті космічного літального апарата з використанням ручного електроннопроменевого інструмента. Однією з важливих проблем у космосі є проведення за бортом космічних літальних апаратів експериментальних робіт з використанням ручного електронно-променевого інструмента. Найважливішою задачею є забезпечення безпеки оператора, спорядженого в скафандр. Зокрема, необхідно забезпечити влучення електронного променя тільки в робочу зону. При цьому варто виключити несанкціоноване влучення електронного променя на необроблювані елементи конструкцій космічного літального апарата чи на скафандр оператора. Для вирішення зазначеної задачі у відкритому космосі виникла проблема створення запобіжного пристрою, що механічно обмежує зону дії електронного променя (робочу зону) і відключає живлення ручного електронно-променевого інструмента при спробі вивести електронний промінь з робочої зони. Відомий пристрій для захисту зон переміщення рухливих об'єктів, що містить огородження, реле для блокування включення рухливого об'єкта і джерело постійної напруги, який відрізняється тим, що, з метою спрощення конструкції і підвищення надійності захисту, огородження виконане у вигляді стрижнів з електропровідного матеріалу, вільно підвішених до двох установлених рівнобіжних шин, підключених через обмотку реле до джерела постійної напруги, при цьому мінус джерела напруги заземлений і підключений до шини, установленої з боку рухливого об'єкта [Авторське свідоцтво СРСР №1142692, клас F16Ρ3/04, В25J19/00, опубліковано 28.02.85, бюлетень №8]. Такий пристрій для захисту зон переміщення рухливих об'єктів не може бути ефективно використаний для роботи у відкритому космосі тому, що вільно підвішені шини не можуть виконувати свої функції в умовах невагомості. Крім того, шини, підключені до джерела постійної напруги, є чинником підвищеної небезпеки для використовуваного устаткування космічного літального апарата і для життя оператора, спорядженого в скафандр. Відомий пристрій, який використовується разом із пресом, що має небезпечну зону роботи, доступ у яку обмежений, запобігає переміщенню руки оператора в цю зону. Вікно, через яке може проходити рука оператора, розташоване на визначеній відстані від зазначеної зони. Кільцева тверда гільза охоплює внутрішню частину пристрою, що прилягає до зап'ястя оператора. Радіальна внутрішня охоплююча ділянка гільзи прикріплена до пристрою і розташована стійко щодо нього. Гільза, яка має радіальну зовнішню охоплюючу ділянку, створює упор, який не може проходити через зазначене вікно. Упор нерухомий щодо поперечної площини, що проходить через пристрій. Це обмежує максимальне висування пальців оператора перед гільзою і зовні небезпечної зони. [Патент США №4479571, клас F16Ρ3/06, опубліковано 30.10.84, бюлетень №13]. Основним недоліком описаного пристрою, прийнятого нами за прототип, є застосування твердої кільцевої гільзи, що охоплює зап'ястя оператора. Такий пристрій може складати потенційну небезпеку для оператора, спорядженого в скафандр і не може бути використаний при проведенні робіт у відкритому космосі. Задачею винаходу є усунення та істотне зниження відзначених недоліків, а також забезпечення безпечної роботи оператора, спорядженого в скафандр, в умовах відкритого космосу за бортом космічного літального апарата при проведенні експериментальних робіт з використанням ручного електроннопроменевого інструмента. Нами встановлено, що для вирішення поставленої задачі в умовах відкритого космосу необхідно створити запобіжний пристрій, що дозволяв би механічно обмежити зону дії електронного променя (робочу зону) і відключати живлення ручного електронно-променевого інструмента при спробі вивести електронний промінь з робочої зони. Відомий запобіжний пристрій, прийнятий нами за прототип, складається з вікна, через яке проходить рука оператора, розташоване на визначеній відстані від зазначеної зони, кільцевої твердої гільзи, яка охоплює внутрішню частину пристрою, що прилягає до зап’ястя оператора та створює нерухомий упор щодо поперечної площини, що проходить через пристрій. Відповідно до прототипу пропонований запобіжний пристрій містить двоплечу вилку, через яку проходить рука оператора, спорядженого в скафандр, яка пружно закріплена з можливістю повороту, датчика положення й упора. Для безпечної роботи оператора, спорядженого в скафандр, а також для забезпечення цілісності конструкцій, що оточують робочу зону, відстань між зубами двоплечої вилки вибрана більшою, ніж габаритний розмір рукавички скафандра. В той же час зазначена відстань менша, ніж габаритний розмір використовуваного ручного електронно-променевого інструмента. Для електричного відключення живлення ручного електронно-променевого інструмента при спробі оператора вивести його за межі робочої зони, двоплеча вилка при взаємодії з ручним електроннопроменевим інструментом впливає на датчик положення, що відключає його живлення. Для механічного обмеження робочої зони ручного електронно-променевого інструмента в горизонтальному напрямку відношення відстані між зубами двоплечої вилки L і їхньою шириною В повинне бути більше 1 і менше 2. На практиці зазначене відношення вибирається виходячи з конструктивних розмірів скафандра і розмірів робочої зони. Для механічного обмеження робочої зони ручного електронно-променевого інструмента двоплеча вилка містить перемички, що дозволяють переміщувати руку оператора з ручним електронно-променевим інструментом у вертикальному напрямку тільки в заздалегідь визначеному просторі. Відстань між зазначеними перемичками може бути змінена в залежності від місця і розмірів зони проведення робіт. Використання ручних електронно-променевих інструментів, що відрізняються габаритними розмірами, стає можливим після встановлення на ручний електронно-променевий інструмент відкидних упорів, що збільшують його габаритні розміри в робочому положенні. На кресленні Фіг.1 схематично зображено загальний вигляд запропонованого запобіжного пристрою; Фіг.2 - показує вид А на Фіг.1; Фіг.3 - те ж саме із взаємодією руки оператора з двоплечою вилкою в горизонтальному напрямку; Фіг.4 - показаний вид Б на Фіг.1 з боку робочої зони; Фіг.5 - зображений перетин В-В на Фіг.3 з взаємодією руки оператора з двоплечею вилкою у вертикальному напрямку; Фіг.6 - показано фотографію макетного зразка запобіжного пристрою, що заявляється. Запропонований запобіжний пристрій складається з двоплечої вилки 1, закріпленої з можливістю повороту навколо осі 2, і датчика положення 3 (Фіг.1, 4). Верхнє плече 4 двоплечої вилки 1 взаємодіє з пружиною 5 і може взаємодіяти з датчиком положення 3. Нижнє плече 6 двоплечої вилки 1 складається з двох зубів 7 і спирається на упор 8. Перемички 9 встановлені між зубами 7 двоплечої вилки 1. На ручний електронно-променевий інструмент 10 встановлені двохпозиційні відкидні упори 11 (Фіг.2). Запобіжний пристрій працює наступним способом. Оператор вводить руку між зубами 7 двоплечої вилки 1, бере ручний електронно-променевий інструмент 10 і починає роботу. У процесі роботи рука з ручним електронно-променевим інструментом 10 може бути повернена вгору, вниз, вправо чи вліво до її зіткнення з зубами 7, які обмежують подальше переміщення руки з ручним електронно-променевим інструментом 10 і перешкоджають виходу електронного променя з робочої зони (Фіг.3, 4, 5). При русі ручного електронно-променевого інструмента 10 у напрямку від робочої зони ручний електронно-променевий інструмент 10 входить у зіткнення з зубами 7 чи з перемичками 9. Подальше переміщення ручного електронно-променевого інструмента 10 у цьому напрямку повертає двоплечу вилку 1. Верхнє плече 4 двоплечої вилки 1 виливає на датчик положення 3 і відключає живлення ручного електронно-променевого інструмента 10 (Фіг.1, 5). Наявність відкидних упорів 11 (Фіг.2) дозволяє використовувати ручний електронно-променевий інструмент 10, габаритні розміри якого менше розмірів між зубами 7 і перемичками 9. У цьому випадку запобіжний пристрій працює в такий спосіб. Оператор вводить руку між зубами 7 двоплечої вилки 1, бере ручний електронно-променевий інструмент 10. Другою рукою оператор переводить відкидні упори 11 із транспортного положення в робоче. Далі робота з ручним електронно-променевим інструментом 10 відбувається аналогічно описаної вище. В ІЕЗ ім. Є.О. Патона НАН України реалізовано макетний зразок запобіжного пристрою і були проведені його випробовування в умовах гідроневагомості в космічному центрі НАСА ім. Дж. Маршалла, м. Хантсвілл, США , які підтвердили працездатність описаної конструкції (Фіг.6).