Отсек жидкостной ракетной двигательной установки космического аппарата - RU2059858C1

Чертежи

Описание

Изобретение относится к космической технике, а более конкретно к двигательным установкам космических аппаратов (КА), и может быть использовано для создания двигательных установок, обладающих повышенной экологической безопасностью и пожаровзрывобезопасностью, предназначенных для:
стабилизации и орбитального маневрирования космических аппаратов;
причаливания и ориентации КА;
проведения динамических операций с КА.

Известен отсек жидкостной ракетной двигательной установки (ЖРДУ) космического аппарата, включающий корпус, силовую раму с элементом соединения с отсеком аппарата, топливные баки и шар-баллоны системы вытеснения, топливную магистраль и двигатели стабилизации и коррекции орбиты аппарата (Куприянов В.К. Чернышев В.В. "И вечный старт." М. Москов. рабочий, 1988, с. 152). Приведенный отсек ЖРДУ применяется на ряде космических аппаратов серии "Космос".

Недостатками указанного отсека ЖРДУ являются:
сложность конструкции отсека ЖРДУ, топливные баки, агрегаты топливной системы, жидкостные ракетные двигатели малой тяги (ЖРДМТ) размещены на силовой раме, установленной в отсеке двигательной установки, при этом топливная магистраль, соединяющая топливные баки с ЖРД МТ, имеет разветвленную структуру и ее общая длина может достигать нескольких десятков метров;
сложность эксплуатации отсека ЖРДУ в составе космического аппарата, существующая конструкция отсека не обеспечивает замену отдельных блоков и агрегатов ЖРДУ, в том числе ЖРДМТ, при их неисправности, возможна замена всего отсека ЖРДУ, что приводит к значительному удорожанию ЖРДУ и к увеличению времени подготовки КА к старту, а это снижает эффективность использования КА;
сложность процессов заправки ЖРДУ компонентами ЖРТ и рабочим газом системы вытеснения; существующая конструкция отсека ЖРДУ требует значительного времени на подготовку и заправку ЖРДУ компонентами ЖРТ и системы вытеснения рабочим газом, довольно сложного наземного оборудования, которое, в свою очередь, требует дополнительных площадей на технических позициях для его размещения и хранения, а также большого количества обслуживающего персонала;
недостаточная надежность ЖРДМТ, сопровождающаяся уменьшением величины тяги ЖРДМТ, что может быть связано с закупоркой топливной магистрали по линии окислителя солями металлов, повышенное содержание которых связано с большой длиной магистрали, соединяющей топливные баки с ЖРДМТ.

Кроме того, существует пожаровзрывоопасность и экологическая опасность при заправке ЖРДУ компонентами топлив.

Задачей предлагаемого технического решения является улучшение эксплуатационных характеристик ЖРДУ.

Указанная задача решена за счет получения при реализации изобретения следующего технического результата:
обеспечение заправки ЖРДУ на заводе-изготовителе или на заводе-поставщике компонентов ЖРТ;
замена и перестыковка ЖРДУ в условиях орбитального полета КА;
возможность транспортировки ЖРДУ на орбиту посредством транспортного космического корабля в заправленном компонентами жидкостного ракетного топлива (ЖРТ) и рабочим газом состоянии и замены ЖРДУ, выработавшей топливо;
повышение пожаровзрывобезопасности и экологической безопасности эксплуатации ЖРДУ.

Решение этой задачи достигается тем, что в отсеке жидкостной ракетной двигательной установки космического аппарата, включающем корпус, силовую раму с элементом соединения с отсеком аппарата, топливные баки и шар-баллоны системы вытеснения, топливную магистраль и двигатели стабилизации и коррекции орбиты аппарата, в соответствии с изобретением силовая рама выполнена в виде лопастного колеса, содержащего ребра, соединенные с центральным стержнем, при этом каждая пара соседних ребер образует модульный отсек для размещения объединенных в модули элементов двигательных установок, управляющих космическим аппаратом в каждой из плоскостей стабилизации и изменением параметров орбиты.

Кроме того, в отсеке каждый модуль двигательной установки закреплен на ребрах отсека посредством стыковочного устройства, а ребра силовой рамы установлены с возможностью поворота вокруг ее продольной оси.

На фиг.1 представлен общий вид отсека ЖРДУ по полету К.А. на фиг.2 общий вид отсека ЖРДУ по стрелке А на фиг.1; на фиг.3 общий вид силовой рамы отсека ЖРДУ; на фиг.4 общий вид рамы по стрелке В на фиг.3; на фиг.5 пневмогидросхема модуля ЖРДУ.

Отсек ЖРДУ содержит силовую раму 1, выполненную в виде лопастного колеса и размещенную в корпусе 2, топливные баки 3, ракетные двигатели 4 для управления КА по каналам тангажа, курса и крена, а также для корректировки орбиты КА, объединенные в виде модулей, установленных на ребрах 5 и 6 силовой рамы 1, шар-баллон 7, полость которого посредством магистрали 8 соединена с газовой полостью топливных баков 3.

Силовая рама 1 имеет кольцевые опоры 9, посредством которых рама соединена с отсеком КА.

Для обеспечения требуемой жесткости рама 1 имеет продольные стержневые элементы 10, снабженные концевыми узлами 11 для соединения их с кольцевой опорой 9.

Модульная ЖРДУ, содержащая приведенные элементы и агрегаты, имеет компактную структуру. Схема размещения модульной ЖРДУ в модульном отсеке, образованном двумя смежными ребрами силовой рамы, приведена на фиг.1.

Размещение топливных баков и шар-баллона системы вытеснения в модульном отсеке показано на фиг.2.

Модульные ЖРДУ (фиг.1) взаимозаменяемы.

Для задания требуемого пространственного положения вектора тяги ЖРД и удобства проведения работ по замене модулей ЖРДУ, ребра силовой рамы выполнены с возможностью вращения их относительно продольной оси и фиксацией выбранного положения.

Установка модулей ЖРДУ в модульном отсеке ДУ осуществляется на соответствующих ребрах силовой рамы посредством стыковочного устройства, выполненного, например, в виде направляющих. Корпус отсека имеет люк для введения в модульный отсек модуля ЖРДУ.

В транспортном положении и при эксплуатации ДУ люк закрыт створками.

Наличие створок позволяет проводить профилактический осмотр модуля ЖРДУ без расстыковки отсеков КА, что особенно важно в орбитальном полете.

Так как модуль ЖРДУ гидравлически не связан с КА, а имеется только электрическая связь, то в условиях орбитального полета КА может производиться замена модуля ЖРДУ после выработки компонентов топлива или при возникновении отказов в этом модуле.

При замене отказавшего модуля ЖРДУ технический персонал не имеет непосредственного контакта с компонентами жидких ракетных топлив, являющихся наиболее токсичными среди применяемых в настоящее время ракетных топлив.

Это особенно важно при обеспечении экологической безопасности и пожаровзрывобезопасности при эксплуатации, хранении и транспортировке заправленной компонентами ЖРДУ.

Исследования показали, что данное техническое решение позволяет хранить ЖРДУ в заправленном компонентами ЖРТ виде в течение нескольких лет без изменения качества компонентов ЖРТ.

Реферат

Изобретение относится к ракетно-космической технике, а более конкретно - к жидкостным ракетным двигателям. Сущность: отсек ЖРДУ содержит силовую раму, выполненную в виде лопастного колеса и размещенную в корпусе, топливные баки, жидкостные ракетные двигатели для управления космическим аппаратом по каналам тангажа, курса, крена, а также для корректировки орбиты космического аппарата, объединенные в виде модулей, установленных на ребрах силовой рамы, шар-баллон, полость которого посредством магистрали соединена с газовой полостью топливных баков. Силовая рама имеет кольцевые опоры, посредством которых рама соединена с отсеком космического аппарата. Для обеспечения требуемой жесткости рама имеет продольные стержневые элементы с концевыми узлами. 2 з. п. ф-лы, 5 ил.

Формула