Держатель с двумя выступами для космических аппаратов (варианты) и способ поддерживания пары космических аппаратов на ракете-носителе - RU2288866C2
Код документа: RU2288866C2
Чертежи
Описание
Область изобретения
Настоящее изобретение относится к держателям для космических аппаратов, в частности, к держателю, предназначенному для поддерживания пары космических аппаратов, расположенных рядом и установленных на одном корпусе держателя.
Предпосылки создания изобретения
Держатели космических аппаратов используют в качестве опорной и удерживающей конструкции для таких космических аппаратов, как спутники, на средстве их выведения на орбиту, таком как ракета, во время пусковой фазы полета, в процессе которой космические аппараты выводят на околоземную орбиту. Наиболее оптимальное техническое решение, используемое для выведения на орбиту двух космических аппаратов с помощью одной ракеты-носителя, относящееся к держателям, служащим опорой этих космических аппаратов, известно в данной области техники как "Dual Manifest". В соответствии с указанным техническим решением для поддерживания полезного груза используют два отдельных конических адаптера (переходника), каждый из которых поддерживает отдельный космический аппарат. Адаптеры и соответствующие им космические аппараты скомпонованы вертикально, при этом верхние адаптер и космический аппарат поддерживаются цилиндрическим корпусом, в который помещен нижний космический аппарат.
Цилиндрический корпус служит, кроме того, для отделения нижнего космического аппарата и его адаптера от верхнего космического аппарата и его адаптера.
Описанное выше решение ("Dual Manifest") имеет несколько существенных недостатков. Во-первых, стоимость изготовления конструкции является затратоемкой из-за наличия двух отдельных адаптеров (переходников) и двух отдельных опорных цилиндрических корпусов, которые используют для поддерживания каждого из двух космических аппаратов, установленных на ракете-носителе один над другим. На указанные два адаптера и два опорных корпуса приходится значительная часть общего веса. Кроме того, верхний несущий корпус и его адаптер образуют очень большие куски орбитальных обломков, когда происходит их принудительный сброс во вне перед отделением нижнего космического аппарата. Дополнительный вес из-за наличия верхнего несущего цилиндрического корпуса и адаптера обуславливает, кроме того, уменьшение полезной нагрузки, что таким образом еще больше ограничивает общий вес двух космических аппаратов, по сравнению с их полезным весом, который могла бы транспортировать ракета-носитель.
Еще одним путем решения проблемы запуска нескольких космических аппаратов является применение держателя-выталкивателя платформенного типа, описанного в патенте США № 5605308, переуступленном правопреемнику настоящего изобретения. Основной недостаток держателя такого типа заключается в относительно большом весе конструкции, что также ограничивает полезную нагрузку, которая может быть выведена на орбиту ракетой-носителем.
В соответствии с изложенным основной задачей настоящего изобретения является обеспечение такой конструкции держателя, которая способна поддерживать пару космических аппаратов на одном несущем корпусе, чтобы тем самым использовать лишь один держатель, вес которого при этом значительно меньше веса ранее разработанных известных держателей космических аппаратов.
Еще одна задача изобретения заключается в создании держателя для пары космических аппаратов, установленных рядом (бок о бок) на одном корпусе держателя, что обеспечивает значительное снижение веса конструкции, обусловленного наличием держателя.
Задачей изобретения является также обеспечение держателя для пары установленных рядом космических аппаратов, содержащего нижнюю часть и пару верхних поддерживающих (опорных) частей, которые являются продолжением нижней части держателя и образуют пару опорных поверхностей, предназначенных для поддерживания пары космических аппаратов, размещенных рядом друг с другом на корпусе держателя, причем упомянутая пара опорных поверхностей расположена внутри огибающей кривой, проведенной по внешней кромке корпуса держателя.
Еще одной задачей предлагаемого изобретения является обеспечение такого держателя, который может быть легко адаптирован к различным и стандартизированным требованиям, касающимся монтажа и стыковки космического аппарата и ракеты-носителя.
Краткое описание изобретения
Вышеизложенные и другие задачи настоящего изобретения решаются с помощью выполненного с двумя выступами держателя и способа, реализуемых в соответствии с предпочтительными вариантами осуществления настоящего изобретения. Держатель в соответствии с данным изобретением содержит корпус, имеющий нижнюю часть и пару верхних опорных частей. В одном предпочтительном примере выполнения верхние опорные части сформованы как одно целое с нижней частью и образуют две опорные поверхности, на которых может быть установлена пара космических аппаратов при использовании только одного корпуса держателя. В другом варианте предпочтительного примера реализации изобретения на верхних опорных частях держателя установлена пара верхних цилиндрических удерживающих колец.
В различных предпочтительных вариантах осуществления изобретения верхние поддерживающие части представляют собой конические выступы, выполненные как одно целое с корпусом держателя и продолжающие его нижнюю часть. Указанные конические выступы могут поддерживать установленные непосредственно на них два космических аппарата. При этом упомянутые две отдельные выступающие опорные части держателя позволяют установить на корпусе держателя пару космических аппаратов рядом друг с другом, т.е. бок о бок, причем на одинаковом уровне над ракетой-носителем, на которой монтируют корпус держателя.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения к верхним опорным частям корпуса держателя прикрепляют пару конических корпусов адаптеров с образованием выступов - продолжений верхних опорных частей. Конические адаптеры позволяют осуществить стыковку верхних опорных частей с космическими аппаратами и поддерживать их, используя стандартную (37 дюймов, т.е. 937 мм) соединительную конструкцию.
В другом предпочтительном примере выполнения нижняя часть корпуса держателя состоит из первой детали и второй детали, при этом первая и вторая детали объединены посредством узла с соединительными кольцами. Такая конструкция позволяет устанавливать корпус держателя на ракеты-носители с различными диаметрами опорных поверхностей, к которым присоединяют держатель.
Каждый из различных предпочтительных вариантов осуществления изобретения включает корпус держателя, выполненный в виде одной детали или из нескольких деталей, приспособленный для поддерживания опирающихся на него и установленных бок о бок двух космических аппаратов таким образом, чтобы исключить необходимость использования дополнительной опорной конструкции, которая потребовалась бы для поддерживания пары космических аппаратов в ином случае - при их размещении на ракете-носителе по схеме один аппарат на другом (по известной компоновочной схеме "тандем"). Тем самым данное изобретение значительно уменьшает вес держателя и, следовательно, увеличивает его эффективность с точки зрения веса используемой полезной нагрузки наряду с уменьшением количества и веса орбитальных обломков, образующихся при развертывании космических аппаратов на орбите.
Краткое описание чертежей
Различные преимущества настоящего изобретения станут далее понятны специалистам в данной области техники из нижеследующего описания изобретения и изложенных после описания пунктов формулы изобретения со ссылкой на сопровождающие фигуры чертежей.
Фиг.1 изображает упрощенный вид в перспективе держателя, выполненного согласно предпочтительному примеру воплощения настоящего изобретения, несущего на части конструкции ракеты-носителя пару установленных бок о бок космических аппаратов.
Фиг.2 - вид в перспективе держателя, показанного на фиг.1.
На фиг.3 - вид сверху держателя, показанного на фиг.2.
Фиг.4 - вид сбоку держателя, показанного на фиг.3, в соответствии с направлением линии 4-4 на фиг.3.
На фиг.5 - вид в перспективе предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения, приспособленного, в частности, для использования со стандартным стыковочным узлом (62 дюйма, т.е. 157.48 см).
Фиг.6 - вид сверху держателя, показанного на фиг.5.
На фиг.7 - вид сбоку держателя, показанного на фиг.3, в соответствии с направляющей линией 7-7 на фиг.6.
На фиг.8 - вид в перспективе предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения с выполнением корпуса держателя из одной детали.
Фиг.9 - вид сверху держателя, показанного на фиг.8.
На фиг.10 - вид сбоку держателя, показанного на фиг.9, в соответствии с направляющей линией 10-10 на фиг.9.
На фиг.11 - вид сбоку держателя, показанного на фиг.10, в соответствии с направляющей линией 10-10 на фиг.9.
На фиг.12 - вид в перспективе еще одного предпочтительного варианта осуществления воплощения держателя, содержащего корпус, состоящий из двух деталей для его приспособления к стандартному стыку диаметром 173 дюйма.
На фиг.13 - вид сверху держателя, изображенного на фиг.12.
На фиг.14 - вид сбоку держателя, показанного на фиг.13, в соответствии с направляющей линией 14-14 на фиг.13.
На фиг.15 - вид сбоку держателя, показанного на фиг.14, в соответствии с направляющей линией 15-15 на фиг.14.
Подробное описание предпочтительных примеров осуществления изобретения
На фиг.1 показан держатель 10 в соответствии с предпочтительным примером осуществления настоящего изобретения. Держатель 10 используется для поддерживания пары независимых космических аппаратов 12, расположенных бок о бок на ракете-носителе 14. Фиг.1 также иллюстрирует часть внешнего обтекателя 16, предназначенного для размещения внутри него держателя 10 и космических аппаратов 12 при осуществлении пусковой стадии полета, в процессе которой указанные космические аппараты 12 выводят на околоземную орбиту.
На фиг.2-4 показана более детально конструкция держателя 10, включающая корпус 18 с плавным сопряжением образующих его нижней части 20 и двух верхних опорных частей 22. Каждая из верхних опорных частей 22 выполнена заодно с нижней частью 20 с образованием пары выступов, являющихся продолжением нижней части 20, которые могут независимо поддерживать каждый из космических аппаратов 12. К каждой верхней опорной части 22 держателя прикреплено верхнее цилиндрическое кольцо 24, которое приспособлено для присоединения к стыковочному удерживающему кольцу, с возможностью отсоединения, космического аппарата 12, который необходимо поддерживать с помощью предлагаемого держателя. Цилиндрические кольца 24 держателя предпочтительно имеют диаметр 37 дюймов (937 мм), который является стандартным диаметром, применяемым во многих конструкциях при монтаже космических аппаратов. Нижняя кромка 26 нижней части 20 корпуса держателя снабжена нижним кольцом 28, которое приспособлено для присоединения всей конструкции держателя 10 известным образом к верхней части ракеты-носителя 14 (см. фиг.1). Нижнее кольцо 28 держателя может иметь диаметр 200 дюймов (5.06 м) или же 173 дюйма (4.37 м). Указанные величины диаметра являются стандартными для многих ракет-носителей. Следует, однако, иметь в виду, что диаметр образующей нижней кромки 26 корпуса держателя 18 должнен удовлетворять специфическим требованиям со стороны любой конкретной ракеты-носителя.
Верхние опорные части 22, кроме того, выполнены таким образом, чтобы каждая из них плавно сопрягалась с нижней частью 20 корпуса 18 держателя. Эти две верхние поддерживающие части 22 образуют, таким образом, два расположенных рядом выступа, формирующие отдельные опорные поверхности 30, при этом указанные выступы выполнены как одно целое с корпусом 18 держателя.
Описанная выше форма корпуса 18 держателя весьма рациональна и обуславливает высокую удельную прочность и высокую удельную жесткость конструкции. Такая форма корпуса 18 обеспечивает равномерно-распределенную передачу веса полезной нагрузки - веса двух космических аппаратов 12 через корпус 18 держателя к нижерасположенной ракете-носителю, на которой установлены держатель 10 вместе с космическими аппаратами 12. Корпус 18 держателя может быть изготовлен из различных конструкционных материалов, но в одном из предпочтительных примеров практического осуществления он выполнен из композитного материала, включающего графит и эпоксидную смолу. Для обеспечения максимальной прочности конструкции держателя может быть также использована трехслойная структура. В рассматриваемом примере корпус 18 держателя выполнен в виде одной детали, изготовленной с помощью известной технологии.
Здесь необходимо отметить, что возможность поддерживания пары установленных бок о бок космических аппаратов 12 с помощью одного корпуса держателя 10, имеющего коническую форму, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, полностью исключает необходимость использования дополнительной опорной конструкции, обычно необходимой при использовании держателей, в которых пара космических аппаратов скомпонована вертикально, один аппарат на другом. В результате держатель 10 согласно настоящему изобретению обеспечивает значительно более легкую конструкцию, которая, следовательно, позволяет значительно увеличить используемую полезную нагрузку. Кроме того, предлагаемый держатель 10 исключает значительное количество орбитальных обломков, которые могли бы быть образованы в ином случае, при использовании держателей, позволяющих устанавливать два космических аппарата по вышеупомянутой вертикальной компоновочной схеме, один на другом. Кроме того, в результате уменьшения количества необходимых деталей, по сравнению с другими известными конструкциями, держатель 10 может быть изготовлен с меньшими затратами.
Как видно из фиг.3 и 4, расположение верхних опорных частей 22 позволяет паре опорных поверхностей 30 находиться внутри области, ограниченной огибающей кривой, проведенной по нижней кромке 26 корпуса 18 держателя. Кроме того, каждая из верхних опорных частей 22 содержит верхнюю кромку 32, что позволяет обеспечивать опору космических аппаратов 12 на одном уровне, показанном линией 34, которая параллельна плоскости 36, проходящей через нижнюю кромку 26 корпуса 18 держателя. Следует, однако, иметь в виду, что в случае необходимости одна из верхних опорных частей 22 может быть расположена выше другой опорной части. В этом случае оба космических аппарата 12 будут поддерживаться, находясь, как и в вышеописанном примере, рядом друг с другом, но один из космических аппаратов 12 по уровню будет расположен немного выше другого. Такой монтаж космических аппаратов 12 может быть желательным в зависимости от особенностей конструкции каждого из них.
Фиг.5-7 иллюстрируют выполнение держателя 100 в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления предлагаемого изобретения. Держатель 100 по конструкции подобен держателю 10, а сходные части или элементы обозначены позициями, по нумерации на 100 единиц большими, чем позиции, используемые выше при описании держателя 10. Основное отличие конструкции держателя 100 от держателя 10 заключается в наличии пары пустотелых насадных адаптеров (переходников) 149. Каждый насадной адаптер 149 состоит из конического корпуса 150, который присоединен к одной из верхних соответствующих опорных частей 122 корпуса 118 держателя с помощью нижнего кольца 152 адаптера и верхнего кольца 154 держателя. Каждый из адаптеров 149 снабжен, кроме того, верхним кольцом 156, приспособленным для присоединения к стандартизированному стыковочному кольцу диаметром 37 дюймов (937 мм), прикрепленному к каждому из космических аппаратов 12.
Корпуса 150 адаптеров имеют такую конусность, которая в целом совпадает с конусностью корпуса 118 держателя так, что корпуса 150 образуют плавные непрерывные продолжения соответствующих опорных частей 122. Из фиг.6 и 7 понятно, что держатель 100 также поддерживает космические аппараты 12, установленные бок о бок. Следует принять во внимание, что каждый из пустотелых адаптеров 149 может, кроме того, представлять собой металлический элемент в виде одной детали, в каждой из которых сформованы корпус 150, верхнее кольцо 156 и нижнее кольцо 152 адаптера.
Держатель 100 позволяет, помимо этого, поддерживать космические аппараты, которые имеют стыковочные кольца различного диаметра, например, стандартные стыковочные кольца диаметром 62 дюйма (157.48 см). Для этого диаметр нижнего кольца 152 адаптера выбран равным 62 дюйма. Таким образом, если удалить корпуса 150 адаптеров, то в этом случае держатель 100 может быть использован в качестве опоры для космических аппаратов, имеющих стыковочные кольца диаметром 62 дюйма. Таким образом, держатель 100 способен поддерживать космические аппараты, имеющие стыковочные кольца различных стандартизированных диаметров.
На фиг.8-11 показан еще один предпочтительный вариант осуществления 200 держателя согласно данному изобретению. Держатель 200 по конструкции подобен распределителю 10, а сходные части или элементы обозначены позициями с нумерацией на 200 единиц большей, чем используемая для обозначения позиций при вышеприведенном описании распределителя 10. Основная особенность держателя 200 заключается в том, что он выполнен в виде одной детали, включающий верхние опорные части 222, снабженные верхними кольцами 256, прикрепленными непосредственно к верхним опорным частям 222 корпуса 218 держателя. Кольца 256 держателя имеют такой диаметр, который обеспечивает соединение держателя со стандартным стыковочным кольцом (37 дюймов, т.е. 937 мм) каждого из космических аппаратов 12. Сформованные в одной детали верхние опорные части 222 исключают необходимость использования отдельных присоединяемых адаптеров 149, показанных на фиг.5-7. Следует, однако, учитывать, что при желании корпус 218 держателя может быть легко сформован таким, что его верхние выступающие опорные части заканчиваются верхними кольцами, имеющими диаметр 62 дюйма (157.48 см).
На фиг.12-15 показан еще один вариант предпочтительного воплощения 300 держателя согласно данному изобретению. Держатель 300 по конструкции подобен держателю 10, показанному на фиг.2-4, а сходные элементы держателя 300 обозначены цифровыми позициями, по нумерации на 300 единиц большими, чем используемые при описании распределителя 10.
Держатель 300 содержит корпус 318, имеющий верхние выступающие опорные части 322 и нижнюю часть 320. Каждая из опорных частей 322 снабжена верхними опорными кольцами 356, приспособленными для присоединения к стыковочному кольцу стандартного диаметра, используемому на космических аппаратах 12, показанных на фиг.1. Принципиальное отличие держателя 300 заключается в том, что его нижняя часть 320 состоит из первой детали 320а и отдельной второй детали 320b. Указанные детали 320а и 320b соединены вместе посредством стыковочного узла с кольцами, включающего верхнее стыковочное кольцо 358 и нижнее стыковочное кольцо 360. Выполнение нижней части 320 корпуса 318 держателя из двух деталей позволяет использовать держатель 300 для ракет-носителей, имеющих величину диаметра опорной части, равную 200 дюймов (5.06 м) или 173 дюйма (4.37 м). Если ракета-носитель имеет опорную часть диаметром 173 дюйма, то в этом случае деталь 320 b корпуса 318 держателя может быть удалена. В этом случае диаметр верхнего стыковочного кольца равен 173 дюйма. Если же ракета-носитель имеет диаметр опорной конструкции, равный 200 дюймов, тогда в конструкцию держателя может быть включена деталь 320b. В этом случае нижнее кольцо 362 держателя имеет диаметр 200 дюймов. Кроме того, следует отметить, что при необходимости нижняя деталь 320b корпуса держателя, нижнее стыковочное кольцо 360 и нижнее кольцо 362 держателя могут быть представлять собой единую металлическую конструкцию.
Держатели в каждом из описанных выше предпочтительных примеров осуществления настоящего изобретения обеспечивают, таким образом, возможность поддерживания пары космических аппаратов, установленных бок о бок, что таким образом исключает необходимость использования дополнительной опорной конструкции значительного размера, обычно требуемой в случае, когда два космических аппарата монтируют в вертикальной компоновке, т.е. один на другом.
Описанные выше держатели могут быть изготовлены из широко применяемых конструкционных материалов и с помощью хорошо известных технологий при уменьшении стоимости конструкции более чем на 50% по сравнению со стоимостью известных держателей, с помощью которых космические аппараты располагают в указанной вертикальной конфигурации. Держатели, описанные выше, обеспечивают, кроме того, снижение веса конструкции до 30% и более по сравнению с держателями, поддерживающими пару космических аппаратов при их вертикальной компоновке. Каждый из описанных выше держателей, помимо этого, исключает значительную часть орбитальных обломков, которая образовалась бы в противном случае, при использовании известных держателей для пары космических аппаратов, скомпонованных вертикально. Различные предпочтительные примеры выполнения корпуса держателя обеспечивают, кроме того, эффективное распределение веса опирающихся на него двух космических аппаратов, а также высокую удельную прочность и высокую удельную жесткость конструкции.
Следует также иметь в виду, что различные размеры, указанные в описании изобретения для различных стандартизированных стыков, используемых в настоящее время в промышленности, не следует рассматривать как ограничивающие объем данного изобретения. Различные предпочтительные варианты примеров осуществления на практике могут быть реализованы так, чтобы они отвечали требованиям, которые накладываются конкретными используемыми ракетой-носителем или космическими аппаратами, которые установлены на предлагаемый держатель.
Из вышеприведенного описания изобретения специалистам в данной области техники понятно, что раскрытые в общих чертах основные идеи настоящего изобретения могут быть реализованы в различных вариантах. Поэтому, несмотря на то, что данное изобретение описано с помощью частных примеров его осуществления, действительный объем настоящего изобретения не ограничен этими примерами, поскольку квалифицированному специалисту очевидны и другие модификации изобретения на основании изучения фигур чертежей, описания и нижеследующих пунктов формулы изобретения.
Реферат
Изобретения относятся к средствам и методам крепления нескольких космических аппаратов на транспортном средстве, в частности ракете-носителе при их совместном выведении. Предлагаемый держатель содержит корпус, включающий нижнюю и пару верхних, расположенных рядом конических опорных частей для поддерживания пары космических аппаратов. Нижняя часть корпуса выполнена с возможностью соединения с ракетой-носителем. Держатель дополнительно содержит по меньшей мере один конический корпус адаптера, присоединяемый к одной из указанных верхних опорных частей для ее удлинения и возможности присоединения к ней стыковочного кольца стандартного диаметра. В варианте исполнения пара верхних конических опорных частей выполнена как одно целое с нижней частью конического корпуса держателя. Держатель изготовлен из конструкционного материала, включающего графит и эпоксидную смолу, с помощью известных технологических процессов. Предлагаемый способ включает формирование держателя в виде пары верхних конических опорных частей в виде выступов-продолжений нижней части конического корпуса держателя. При этом эти верхние опорные части располагают рядом друг с другом с возможностью прикрепления к ним пары космических аппаратов, также расположенных рядом друг с другом. Технический результат изобретений направлен на уменьшение общей массы держателя по сравнению с известными держателями "тандемной" схемы, а также на сокращение числа орбитальных обломков, образующихся при отделении космических аппаратов от ракеты-носителя. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 15 ил.
