Будова опорної конструкції космічної ракети для фіксації та відокремлення в польоті корисних вантажів

Будова опорної конструкції космічної ракети для фіксації та відокремлення в польоті корисних вантажів, яка вміщує силовий елемент з розташованими на ньому опорними кронштейнами, кабельну мережу задіяння піротехнічних пристроїв стикування та систему відокремлення корисних вантажів, яка відрізняє ться тим, що в ній силовий елемент виконано у вигляді центральної пустотілої розподільної колони, по периметру якої в декілька ярусів розташовані посадочні місця для фіксації відокремлюванних корисних вантажів, які виконано у вигляді групи коробчастих опорних кронштейнів, що відкриті у внутрішню порожнину центральної розподільної колони, зовнішні торці яких утворю A (54) БУДОВА ОПОРНОЇ КОНСТРУКЦІЇ КОСМІЧНОЇ РАКЕТИ ДЛЯ ФІКСАЦІЇ ТА ВІДОКРЕМЛЕННЯ В ПОЛЬОТІ КОРИСНИХ ВАНТАЖІВ 30658 Л.И. Старостина, сер. ХІІ, № 257 за 1972-1991 гг., с. 57, рис. 1, або патент США № 4789118 по классу В64G1/10, матеріали якого опубліковано в "Реферативном журнале № 41 - Ракетостроение и космическая техника № 10 за 1989 г., с. 19". Відомий також пристрій для скидання вантажів, описаний в матеріалах а.с. № 1733330 по кл. В64D1/02. Він містить корпус з розташованим на ньому вантажоопорним елементом та шарнірно закріпленими двоплечими важелями, двоплечі захва ти, один з яких шарнірно закріплений на корпусі і відкидний механізм, споряджений розривними елементами, відрізняється тим, що в ньому до корпусу прилаштовано виносний кронштейн, на якому шарнірно встановлено двоплечий важель, що споряджений противагою і сферічним шарніром, що взаємодіє з вантажоопорним елементом та першим двоплечим важелем, який є зв'язаний з двоплечим важелем за допомогою шарнірних тяг, на одній парі з яких закріплено відкидний механізм, що виконаний у вигляді планки, при цьому важелі споряждені притискачами, що взаємодіють з вантажоопорним елементом. Такому пристрію характерні ознаки, які звужують область його використання. До них потрібно віднести такі, як: великий об'єм його механізмів; складність конструкції; висока вага та інші. Найбільш близькою до запропонованого технічного рішення є вибрана прототипом будова опорної конструкції для фіксації та відділення корисного вантажу космічної ракети "Аріан-5", розробленої Францією. Вона забезпечує фіксацію та відділення трьох корисних вантажів, (см. например: "Ракетаноситель "Ариан-5", изданную Центром научнотехнической информации "Поиск", сер. I, № 248 (117) за 1988 г., под ред. Б.П. Кагальницкова, с. 42, рис. 20в). Зазначена опорна конструкція виконана у вигляді силового елемента, утвореного з об'ємних рам, встановлених вздовж осі ракети-носія. Кожна рама в її верхній та нижній частині містить в собі опорні елементи. В кожному опорному елементі виконано посадочні місця для установки піротехнічних пристроїв стикування. По електричним командам, поданим від системи керування по кабельній мережі, здійснюється відділення верхнього корисного вантажу. Потім подається команда на відділення верхньої рами для звільнення зони для відділення середнього відділяємого корисного вантажу. Після відділення середнього корисного вантажу відділяють раму кріплення середнього відділяємого корисного вантажу, звільнюючи таким чином зону для відділення нижнього корисного вантажу. Необхідно зазначити те, що відділення рам та корисних вантажів супроводжується гальмуванням останнього ступеня ракети-носія. Таким чином, опорна конструкція для фіксації та відділення корисних вантажів космічної ракети "Аріан-5" має більш високі характеристики в порівнянні з вище зазначеними аналогами. Вона забезпечує виведення на орбіту трьох відділяємих корисних вантажів. Однак і ця конструкція має ряд істотних недоліків, а саме: велика вага відділяємих рам, що обумовлена забезпеченням потрібної жорсткості; не забезпечено захист відокремлюваних корисних вантажів від забруднення продуктами спрацювання пірозасобів; мала кількість розміщення відокремлюванних корисних грузів; низькі енергетичні характеристики ракетиносія, обумовлені тим, що відокремлення рам та корисних вантажів вимагає витрат робочого тіла для гальмування пакета "останній ступінь ракети-носія - опорна конструкція" в момент відокремлення корисного вантажу та рам; строго фіксований порядок відокремлення корисних вантажів; довгочасний цикл відокремлення корисних вантажів. В основу винаходу поставлено задача підвищить кількість установок відокремлюваних корисних вантажів, підвищить надійність їх відокремлення, а також забезпечити їх чистоту (КА) шля хом запровадження нових елементів конструкції, а саме: силового елемента, виконаного у вигляді центральної пустотілої розподільної колони; посадочні місця під відокремлювані корисні вантажі виконано у вигляді коробчатих опорних кронштейнів; система відокремлення корисних вантажів виконана у вигляді пружинних штовхачів та підпружинених в механізмах з'єднувачів кабельної мережі; піротехнічні пристрої стиковки споряджено герметичними уловлювачами; розміщення силових елементів піротехнічних пристроїв стикування агрегатів та кабельної мережі у внутрішній порожнині центральної пустотілої розподільної колони. Завдяки впровадженню нових елементів забезпечується можливість: розміщення на центральній пустотілій розподільній колоні значно більшої кількості відокремлюваних корисних вантажів (КА); вилучення режиму гальмування двигуном останнього ступеня ракети-носія впродовж відокремлення корисних вантажів та складових частин силового елемента; відокремлення всіх корисних вантажів одночасно чи групами, наприклад, по чотири; розміщення силових елементів, піротехнічних пристроїв стикування, агрегатів та кабельної мережі у вн утрішній порожнині центральної розподільної колони, а також встановити відокремлювані корисні грузи з мінімальними зазорами одного відносно другого, виключити їх зіткнення при відділенні; підвищення енергетичних можливостей космічної ракети; зменшення кількості електричних команд завдяки вилученню відокремлення складових частин та, як наслідок цього, підвищення надійності виконання поставленого завдання; збереження заданої чистоти відокремлюваного корисного вантажу завдяки впровадженню герметичного уловлювача. Поставлена задача вирішується таким чином, що в будові опорної конструкції космічної ракети для фіксації та відокремлення корисних вантажів, 2 30658 яка містить в собі силовий елемент з розміщеними на ньому опорними кронштейнами, кабельну мережу для задіяння піротехнічних пристроїв стикування та систему відокремлення корисних вантажів, згідно з винаходом, силовий елемент виконано у вигляді центральної пустотілої розподільної колони, по периметру якої в декілька ярусів розташовані посадочні місця для корисних вантажів, які виконано у вигляді групи коробчатих опорних кронштейнів, що відкриті у внутрішню порожнину центральної розподільної колони із зовнішніми торцями, що утворюють єдину для кожного корисного вантажу стикувальну площину, при цьому піротехнічні пристрої стикування та система відокремлення корисних вантажів розміщені всередині коробчатих опорних кронштейнів. Система відокремлення корисних вантажів утворена з пружинних штовхачів зі штоками, на кінці яких розміщені сферичні наконечники, для взаємодії з тарованним зусиллям та заданим коефіцієнтом тертя з опорними пластинами, які розміщені на відокремлюваних корисних вантажах, а кожний піротехнічний пристрій стикування корисного вантажу збоку внутрішньої порожнини пустотілої центральної розподільної колони споряджено герметичним уловлювачем, виконаним у вигляді коничного стакана, що взаємодіє з кільцевим буртом гайки піротехнічного пристрою в його верхньому торці та еластичного чохла, один кінець якого закріплено на нижній частині коничного стакана, а другий його кінець закріплено на кабелі задіяння піротехнічного пристрою стикування, при цьому для безударного одиночного чи групового сходу відокремлюваних вантажів при їх щільній компоновці з мінімальними зазорами силові елементи конструкції, системи відокремлення, піротехнічні пристрої стикування та кабельна мережа розміщені у внутрішній порожнині центральної розподіленої колони. Виконана таким чином будова опорної конструкції космічної ракети для фіксації та відокремлення корисних вантажів вигідно відрізняється від прототипа тому, що усуває його недоліки, має більш високі характеристики, наприклад, забезпечує фіксацію та відокремлення значно більшої кількості відокремлюваних корисних вантажів, зберігає високу чистоту відокремлюваних вантажів, має вагову, енергетичну та габаритну досконалість. Для пояснення будови конструкції та її роботи прикладено креслення, на яких зображено: фіг. 1 - загальний вигляд будови опорної конструкції космічної ракети для фіксації та відокремлення в польоті корисних вантажів; фіг. 2 - вид А фіг. 1; фіг. 3 - вид А з відокремленими корисними вантажами; фіг. 4 - загальний вигляд центральної пустотілої розподільної колони; фіг. 5 - вид Е фіг. 4; фіг. 6 - розріз Б-Б фіг. 2; фіг. 7 - розріз В-В фіг. 3; фіг. 8 - виносний елемент Г фіг. 2; фіг. 9 - виносний елемент Д фіг. 3. Будова опорної конструкції космічної ракети для фіксації та відокремлення в польоті корисних вантажів, наприклад, космічного апарату 1, містить в собі силовий елемент 2 з розміщеними на ньому опорними кронштейнами 3, кабельну мережу 4 за діяння піроелементів 5 піротехнічних пристроїв стикування 6 та систему відокремлення 7 корисних вантажів 1. Силовий елемент 2 виконано у вигляді центральної пустотілої розподільної колони 8, по периметру якої в декілька ярусів з мінімальними зазорами розміщені відокремлювані корисні вантажі (КА) 1, посадочні місця 9 для кожного з яких виконано у вигляді гр упи коробчатих опорних кронштейнів 10, відкритих внутрішньою порожниною 11 в порожнину центральної пустотілої розподільної колони 8 із зовнішніми торцями 12, що утворюють єдину для кожного корисного вантажу стикувальну площину 13. Піротехнічні пристрої стикування 6 та система відокремлення 7 корисних вантажів 1 розміщені в середині коробчатих опорних кронштейнів 10. Система відокремлення 7 утворена із пружинних штовхачів 14. Пружинні штовхачі 14 мають штоки 15 з сферичними наконечниками 16 для взаємодії з тарованим зусиллям та заданним коефіцієнтом тертя з опорними пластинами 17, які розміщені на відокремлюваних корисних вантажах 1. Кожен піротехнічний пристрій стикування 6 відокремлюваного корисного вантажу 1 збоку внутрішньої порожнини 11 пустотілої центральної розподільної колони 8 споряджено герметичним уловлювачем 18, який виконано у вигляді коничного стакану 19, що взаємодіє з кільцевим буртом 20 гайки 21 піротехнічного пристрою стикування 6, в його верхньому торці 22, та еластичного чохла 23, один кінець якого закріплено на нижньому бурті 24 конічного стакана 19. Другий кінець еластичного чохла 23 закріплено на кабельній мережі 4 задіяння піроелемента 5 піротехнічного пристрою стикування 6. Для одиночного чи групового відокремлення відокремлюваних корисних вантажів 1 при їх щільній компоновці з мінімальними зазорами силові елементи 25 конструкції центральної розподільної колони 8, система відокремлення 7 корисних вантажів 1, кабельна мережа 4, а також зона їх обслуговування розміщені у внутрішній порожнині 26 центральної пустотілої розподільної колони 8. Зборка будови опорної конструкції космічної ракети для фіксації та відокремлення в польоті корисних вантажів, наприклад, космічних апаратів 1, здійснюється таким чином. З'єднують центральну пустотілу розподільну колону 8 з конічним перехідним відсіком 27. Перехідний відсік 27 з'єднують з останнім ступенем 28 ракети-носія. На центральній розподільній колоні 8 монтують кабельну мережу 4 та встановлюють відокремлювані корисні вантажі 1. Через відкриті у внутрішню порожнину 11 отвори коробчатих опорних кронштейнів 10 встановлюють піротехнічні пристрої стикування 6, ввертаючи їх різальні хвостовики 29 в різальні отвори 30, виконані на відокремлюваних корисних вантажах 1. Підключають електричні з'єднувачі 31 до піроелементів 5 та до відповідних з'єднувачів відокремлюваного корисного вантажу 1. Після цього встановлюють пружинні штовхачі 14 та проводять електровипробування. Після позитивних результатів електровипробувань виконують стиковку головного обтічника 32 до останнього ступеня 28 ракети-носія. Роботу будови опорної конструкції космічної ракети для фіксації та відокремлення в польоті корисних вантажів 1 необхідно розглядати впродовж роботи всього блока відокремлення корисних ван 3 30658 тажів (блока космічних апаратів). Так після виведення будови опорної конструкції космічної ракети для фіксації та відокремлення в польоті корисних вантажів на задану орбіту здійснюють їх відокремлення. Відокремлення корисних вантажів може бути одиночним, груповим та загальним, тобто одночасним для всіх відокремлюваних корисних вантажів. Відокремлення здійснюється після подачі електричної команди на піроелементи 5 піротехнічних пристроїв стикування 6, внаслідок чого відбудеться звільнення хвостовика 29 від заневоленного в корпусі піротехнічного устрою стикування 6 стану. Під впливом кінетичної енергії пружинних штовхачів 14 здійснюється відокремлення відокремлюваних корисних вантажів 1 із хвостовиками 29. Необхідно зазначити те, що в залежності від розташування центра мас відокремлюванного корисного вантажу 1 вибирається ладнання зусилля кожного з чотирьох пружинних штовхачів 14 та вибору (забезпечення) показника тертя штока 15 об пластину 17. Такий селективний вибір характерис тик забезпечує плоскопаралельне відокремлення корисного вантажу 1 відносно єдиної стикувальної площини 13, що є важливою складовою частиною виконання польотного завдання. Аналіз графічних матеріалів, опису будови опорної конструкції космічної ракети для фіксації та відокремлення в польоті корисних вантажів, а також її роботи, запропонованих у матеріалах винаходу, завдяки новим технічним рішенням при взаємодії з відомими ознаками забезпечують отримання нових те хнічних властивостей, тобто: розміщення значно більшої кількості корисних вантажів; відділення корисних вантажів в любій послідовності з високою якістю їх руху; відділення корисних вантажів забезпечене високою їх чистотою. Завдяки цьому достигнуто нового те хнічного наслідку, який запропоновано до впровадження в космічній програмі. Фіг. 1 4 30658 Фіг. 2 Фіг. 3 Фіг. 4 Фіг. 5 5 30658 Фіг. 6 Фіг. 7 Фіг. 8 6 30658 Фіг. 9 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 7