Баллистическая возвращаемая капсула

 

Изобретение относится к космической технике. С целью упрощения баллистическая возвращаемая капсула содержит корпус со срабатываемой теплозащитой, соединенные привязной системой полезную нагрузку, теплоизолирующую надувную многосекционную оболочку между теплозащитой и корпусом, связанную с источником давления, тормозную двигательную установку для схода с орбиты, парашютную систему В капсуле привязная система выполнена в виде одного центрального силового элемента, например троса тарированной длины закрепленного одним концом к теплозащите а другим к передней части надувной оболочки В надувной оболочке выделена центральная секция, в которой предусмотрены усиления с внешними и внутренними крепежными элементами, например кольцами Внешние элементы связаны с тросом и корпусом капсулы или чекой источника давления, внутренние - между собой неэластичным тросом На тросе вблизи капсулы установлен датчик натяжения троса 6 з п. ф-лы, 8 ил

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

is>>s B 64 G 1 /64

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4892587/23 (22) 20.12.90 (46) 23.07.92, Бюл. N 27 (71) Конструкторское бюро "Салют" (72) Н.А.Есипов, В.Ю.Катушкин, С,В.Антоненко и Г.М.Иванов (56) MAN propose une capsule remperable

europeene lancee par Arian (Разработка фирмой MAN возвращаемой капсулы для проведения экспериментов в условиях микрогравитации)((ап9егеизе Pierre/Air ett

cosmos. 1989,27,1231, с. 45, Фр РЖРКТ,1989, Я.41.99.

КМауег" Moses", Spacecraft and Rockets, V,20, %2,1983. р, 158-163. (54) БАЛЛИСТИЧЕСКАЯ ВОЗВРАЩАЕМАЯ

КАПСУЛА (57) Изобретение относится к космической технике. С целью упрощения баллистическая возвращаемая капсула содержит корпус со срабатываемой теплозащитой, Изобретение относится к области космической техники, связанной с созданием аппаратов для доставки готовой продукции космических аппаратов-заводов, производящих различную продукцию в условиях микрогравитации в интересах народного хозяйства, такую, как кристаллы, полупроводники для радиоэлектронной промышленности, лекарства для медицинской отрасли, биостимуляторы и образцы культур для сельского хозяйства и т,д.

Известна автоматическая возвращаемая капсула для проведения экспериментов в условиях микрогравитации, имеющая форму усеченного конуса. В качестве источнйка питания подсистем и полезной нагрузки предлагается энергоустановка с четырьмя панелями солнечных элементов, Капсула ос.. 0,» 1749125 А1 соединенные привязной системой, полезную нагрузку, теплоизолирующую надувную многосекционную оболочку между теплозащитой и корпусом, связанную с источником давления, тормозную двигательную установку для схода с орбиты, парашютную систему, В капсуле привязная система выполнена в виде одного центрального силового элемента, например троса тарированной длины. зэкрепленного одним концом к теплозащите, а другим к передней части надувной оболочки. В надувной оболочке выделена центральная секция, в которой предусмотрены усиления с внешними и внутренними крепежными элементами, например кольцами, Внешние элементы связаны с тросом и корпусом капсулы или чекой источника давления, внутренние — между собой неэласгичным тросом. На тросе вблизи капсулы установлен датчик натяжения троса. б з,п: ф-лы, 8 ил нащена основной гидразиновой двигательной установкой (ДУ) для выведения ее на расчетную орбиту и схода капсулы с орбиты и ДУ управления ориентацией,в составе шести газодинамических двигателей. На орбите капсула функционирует в автоматическом режиме. Для запуска капсулы предполагается использовать ракету-носитель Arian e IV или V.

Срок эксплуатационной готовности 1993 г.

Приведены схемы компоновочного решения капсулы и размещения ее в отсете полезной нагрузки, Недостатками этой капсулы. связанными с ее функциональным назначением, являются: сложность, большая масса и габариты, большие потребные затраты энергии на ее функционирование;

1749125 относительно небольшая оперативность использования; высокие весовые и стоимостные затраты на единицу полезной нагрузки (продук ции технологического производства в 5 космосе), Наиболее близким к предлагаемому яв.ляется устройство, представляющее собой баллистическую возвращаемую капсулу

SRV, содержащую корпус со сбрасываемой 10 теплозащитой, соединенные привязной си- . стемой, полезную нагрузку, теплоизолирующую надувную многосекционную оболочку между теплозащитой и корпусом, связанную с источником давления, тормоз- 15 ную двигательную установку для схода с орбиты, парашютную систему, Недостатками этой баллистической возвращаемой капсулы являются сложность капсулы, циклограммы ее фун- 20 кционирования, что снижает надежность капсулы; относительно большая ее стоимость; смягчение удара капсулы о земную поверхность осуществляется только работой строп парашютной системы (зарифление и 25 вытягивание строп); не используется отброшенная масса теплозащиты; жесткие временные требования к системе, обеспечивающей вытягивание строп. 30

Цель изобретения — упрощение конструкцйи, повышение ее надежности и технологичности при сохранении теплоизолирующих свойств надувной оболочки.

Цель достигается тем, что в баллистиче- 35 ской возвращаемой капсуле, содержащей корпус со сбрасываемой теплозащитой, со1 единенные привязной системой, полезную нагрузку, теплоизолирующую надувную многосекционную оболочку между теплоза- 40 щитой и корпусом, связанную с источником давления, тормозную двигательную установку для схода с орбиты, парашютную систему, привязная система выполнена в виде одного центрального силового элемента, 45 например троса, тарированной длины, закрепленного одним концом к теплозащите, а другим — к передней части надувной оболочки, в надувной оболочке выделена центральная секция, выполненная, например, в 50 виде цилиндра. продольная ось которого совпадает с продольной осью капсулы, в стенках центральной секции надувной оболочки, перпендикулярных продольной оси, выполнены усиления с внешними и внут- 55 ренними крепежными элементами, например, кольцами из материала с низкой теплопроводностью, например, стеклопластика, при этом крепежные элементы, расположенные вне надувной оболочки, связаны один с тросом привязной системы, вторбй — с корпусом капсулы, а крепежные элементы, расположенные во внутренней полости надувной оболочки, связаны между собой силовым элементом, например тросом, длина которого равна продольному размеру надувной оболочки. выполненным из неэластичного материала.

Один из внешних крепежных элементов усиления теплоизолирующей надувной оболочки связан с чекой источника давления, ! установленного на корпусе капсулы, а на тросе вблизи капсулы установлен датчик натяжения троса, электрически связанный с системой автоматики капсулы.

На фиг,1 представлено устройство в исходном положении, общий вид, на фиг, 2— вид А на фиг, 1; на фиг. 3 — устройство после сброса теплозащиты и.наддува теплоизолирующей оболочки; на фиг. 4 — вид Б на фиг, 3; на фиг. 5 — связка "теплозащита — трос— капсула"; на фиг. 6 — усиления надувной оболочки с внешними и внутренними крепе>кными элементами. два возможных варианта конструктивного исполнения; на фиг. 7 — связь внешнего троса через надувную оболочку с чекой источника давления; на фиг. 8 — график зависимости потребной площади основного парашюта от массы спускаемого груза и установившейся скорости снижения основного парашюта.

Баллистическая возвращаемая капсула

1 (фиг. 1) включает в себя корпус 2 со сбрасываемой теплоэащитой 3, которая крепится к корпусу 2 при помощи фланца 4. Внутри корпуса 2 размещена полезная нагрузка 5, Внешняя форма капсулы образована цилиндром 6, притупленным по сфере 7, с конической хвостовой юбкой 8. Корпус капсулы 2 включает в себя корпус отсека 9 полезной нагрузки 5 и корпус хвостовой юбки

10, связанные между собой при помощи фланца 4.

Корпус отсека 9 полезной нагрузки 5 представляет собой стакан с фланцем 4, закрытый гермоднищем 11, Между теплозащитой 3 и корпусом отсека 9 полезной нагрузки

5 размещена теплоизолирующая оболочка 12.

На донной части корпуса отсека 9 полезной нагрузки 5 установлен источник 13 давления, связанный с гермополостью термоизолирующей оболочки 12.

Корпус 10 хвостовой юбки 8 выполнен в виде конической оболочки со шпангоутами

14 — 16, Внутри корпуса 10 размещены тормозная двигательная установка (ТДУ) 17, двигатели 18 стабилизации положения капсулы 1, парашютная система 19. системы автоматики 20, электропитания 21. поиска

22 капсулы 1, мягкой посадки 23 (двигатели

1749125 мягкой посадки), ТДУ 17 и двигатели 18 стабилизации размещены на раме 24 и отделяются при помощи двигателя 25 увода (фиг, 1 и 2).

Связь капсулы .1 с КА осуществляется при помощи пирозамков 26 и шпилек 27 (фиг. 2).

На фиг.3 представлена баллистическая возвращаемая капсула 1 после отделения тормозной двигательной установки 17, двигателей 18 стабилизации, отстрела парашютной системы 19, отделения теплозащиты 3 и наддува теплоизолирующей оболочки 12.

Теплоизолирующая оболочка 12 разделена на секции 28 перегородками 29 в продольном и поперечном направлениях. Секции 28 соединены между собой калиброванными отверстиями 30. Внутри секций размещена многослойная оболочка 31, выполненная из перфорированной пленки, обладающей высокими радиационно-отражающими свойствами., В передней части 32 капсулы.1 выделена центральная секция 33, выполненная, например, в виде цилиндра, продольная ось

34 которого совпадает с продольной осью

35 капсулы 1. В стенках центральной секции

33 надувной оболочки, перпендикулярных продольной оси 35 капсулы, предусмотрены усиления с внешними 36 и 37 и внутренними

38 и 39 крепежными элементами. например .кольцами, выполненными из материала с низкой теплопроводностью. например, стеклопластика. При этом внешние 37 и 36 крепежные элементы; расположенные вне надувной оболочки, связаны соответственно один (36) с тросом 40 привязной системы, второй (37) с чекой 41 источника 13 давления, размещенного на корпусе отсека 9 полеэнрй нагрузки 5, э внутренние 38 и 39 крепежные элементы, расположенные во внутренней полости надувной оболочки, связаны между собой. например, тросом 42, длийа которого равна продольному размеру надувной оболочки, выполненным из неэластичного материала (фиг.3).

Капсула 1 связана с парашютной системой при помощи растяжек 43 через соединитег<ьный узел (не показан), к которому крепятся отройы парашюта

На фиг.4 показана надувная теплоизолирующая оболочка 12 со стороны передней ее части, Здесь 44 †. носовые секции, 45— промежуточные секции, э 46 — кормовые секции.

На фиг,5 представлена общая схема связки теплозащита 3 — трос 40 — капсула 1, Капсула 1, в свою очередь, через растяжки

43 соединена через соединительный узел 47 со стропами 48 парашюта (не показан).

15

30

45

На фиг.б укрупненно показаны два варианта (а и б) возможного исполнения усилений 49 (фиг.ба) с внешними 36 и 37 и внутренними 38 и 39 крепежными элемен1ами, например кольцами, выполненными из материала с низкой теплопроводностью, например, стеклопластика и связанными перемычкой 50. Перемычка 50 и часть колец заделаны в усиление (резину) 49 надувной теплоизолирующей оболочки 12.

На фиг.бб представлен второй вариант возможного исполнения надувной оболочки в виде единого конструктивного узла 51, проходящего насквозь через стенку надувной оболочки 12 и герметизированного с нею. Конструктивный узел-51 состоит из винта 52 со щечкой 53, переходящей в кольцо 38, и гайки 54, переходящей в.кольцо 36.

Конструктивный узел 51 через прокладки 55 обжимает надувную оболочку 12, обеспечивая герметизацию стыка. Для повышения надежности герметизации все соединения могут быть выполнены на клею, На фиг,7 укрупненно показано соедине5 ние троса 40 через надувную теплоизолирующую оболочку 12 с чекой 41 источника 13 давления.

Связь источника 13 давления с внутренней полостью 56 надувной оболочки 12 выполнена через штуцер 57 и трубопровод 58, связанный с выходным каналом 59 источника 13 да вления, Для обеспечения свободного размещения источника 13 давления нэ корпусе отсе5 ка 9 полезной нагрузки 5 в надувной теплоиэолирующей оболочке выполнена фигурная ниша 60.

На фиг.8 представлен график зависимости площади основного парашюта S

На тросе 40 установлен датчик натяжения троса, электрически связанный с системой автоматики, Крепление троса 40 может быть выпол. нено непосредственно к корпусу капсулы 1, B этом случае задействование источника 13 давления производится от системы ВВТоМВ5 тики 20, Это необходимо делать в случае, если при малых перегрузках (2-4) необходимо дополнительное усилие для сброса теплозащиты, которое и создается давлением надувной теплоизолирующей оболочки. При больших перегрузках можно испольэовать

1749125 усилие, возникающее при сбросе теплозащиты под воздействием инерционных нагрузок, для задействования источника 13 давления путем выдергивания, например, чеки. 5 .Трос 42 (фиг,7) выполнен из неэластичного материала с тем, чтобы не передавать силовую нагрузку от троса 40 на тейлоизолирующую надувную оболочку 12.

Устройство работает следующим обра- 10 зом, По команде системы управления КА баллистическая возвращаемая капсула 1, находящаяся в шлюзовой камере КА, с помощью, например, пружинного механизма 15 отделяется от КА с заданной скоростью.

После отхода баллистической возвращаемой капсулы 1 от КА на безопасное для KA расстояние система автоматики 20 включа ет тормозную двигательную установку 17, 20 обеспечивающую сход капсулы с орбиты, На участке отхода капсулы 1 от КА и в процессе работы ТДУ 17 обеспечивается стабилизация положения капсулы 1 при помощи двигателей 18 стабилизации. 25

После окончания работы ТДУ17 рама 24 с двигателями 17 и 18 определяется or капсулы 1 при помощи двигателей 25 увода.

Капсула 1 продолжает автономный полет.

На нисходящем участке траектории по- 30 сле входа в плотные слои атмосферы капсулы 1 аэродинамически стабилизируется, а после прохождения максимальных траекторных нагрузок (Н 30 км) производится отстрел крышки парашютного отсека и в 35 поток выводятся сначала тормозной (Н-18...20 км), а затем и основной (Н-10 км) парашюты. При выводе в поток основного парашюта одновременно задействуются система 22 поиска капсулы 1 (РТС, светомаяк, 40 дипольные отражатели), отделяется тепло-" защита 3 и производится наддув от источника 13 давления теплоизолирующей надувной оболочки 12.

При сходе теплозащиты 3 с корпуса кап- 45 сулы 1 задействуется чека 41 источника давления и сжатый газ поступает через трубопровод 58 и штуцер 57 во внутреннюю полость 56 надувной оболочки, обеспечивая ее наддув. Сход теплозащиты 3 обеспечива- 50 ется наличием перегрузки, действующей на теплозащиту прй содействии заторможенной парашютом капсулы 1. При этом сила F=. и. Mr3 должна быть больше силы трения

Ю

Frp, действующей между теплозащитой 3 и 55 тейлоизолирующей надувной оболочкой 12, Е>Гтр. Здесь n — перегрузка, а Мтз — масса теплозащиты, В случае малых перегрузок (и=

2 — 4) может оказаться F < Етр или Р=Етр, t.e. не обеспечивается надежный сход теплозащиты. В этом случае необходимо принудительно задействовать (например, электрически) источник 13 давления с тем, чтобы наддув теплоизолирующей надувной оболочки 12 начался до схода теплозащиты.

Возникающие при этом силы обеспечивают принудительный сброс теплозащиты 3, В йоследнем случае крепежный элемент 37 (фиг,7) связан не с чекой 41 источника давления, а просто с силовым элементом (пусть.

41) на корпусе источника давления или самом корпусе отсека 9 полезной. нагрузки 5.

После разделенйя теплозащита 3 уходит от корпуса капсулы 1, поскольку ее баллистический коэффициент (rx Cx . Ям/M меньше баллистического коэффициента связки капсула + основной парашют. Здесь

С, — коэффицйент аэродинамического сопротивления.

SM — площадь миделя, M — масса (теплозащита, капсула+ парашют, смотря что рассматри вается). При этом трос 40 натягивается, задействуя датчик 61. Датчик

61 выводится в рабочее состояние, но у него еще не снята ступень предохранения. Сгупень предохранения снимается при подлете капсулы 1 к поверхности Земли, например, на высоте 1 — 2 км по команде временного меха низма системы автоматики 20.

При касании о грунт трос 40 ослабляется. В результате срабатывает датчик 61, замыкая цепь, связывающую двигатели 23 мягкой посадки с источником питания. Двигатели 23 мягкой посадки задействуются, обеспечивая гашение скорости спуска до О.

Трос 40 крепится к петле 62 (фиг.1) теплозащиты, Время запуска двигателей мягкой посадки задается временной задержкой, определяемой тарированной длиной троса 40 (фиг,5), инерционностью всей системы в целом и временем работы самих двигателей мягкой посадки.

Одновременно с запуском двигателей

23 мягкой посадки система 20 автоматики выдает команду на отстрел с временной за держкой парашюта, При касанйи теплозащитй о грунт изменяется масса, спускаемая на парашюте, Она становится меньше на величину массы теплозащиты.

Mz = М1 — Мтз, где M1 — начальная масса капсулы, Мтз — масса теплозащиты. а М вЂ” остаточная масса капсулы.

Как видно из графиков. приведенных на фиг,8, для новой массы Mg при неизменной площади основного парашюта S оп опре11

10 деляется уточненная скорость снижейия дувной оболочки, в ней привязная система капсулы до приземления теплозащиты. выполнена в виде одного центрального сиСледовательно, наличие привязной лового элемента, в надувной оболочке выдемассы (массы теплозащиты) позволяет сни- лена центральная секция в стенках которой, зить скорость встречи с Землей капсулы. 5 перпендикулярных продольной оси, выполДлина троса 40 определяется; исходя из нены усиления с внешними и внутренними двух условий:: . крепежными элементами, при этом крепеж1)минимальная раскачиваемостьсисте- ные элементы, расположейные вне надув:мы теплозащиты — трос — капсула — основ- . ной оболочки, связаны один с тросом ной парашют; 10 привязной системы;.другой с корйусом кап2) наиболее эффективное использова- сулы, а крепежные элементы, расположенние уменьшения массы при приземлении ные во внутренйей полости надувной (успеть реализовать скорость V ), . оболочки, связаны между собой силовым

Таким образом, предложенное конструк- элементом, длина которого равна продоль. тивное исполнение баллистической возвра- 15 ному размеру надувной оболочки, выполщаемой капсулы позволяет обеспечить ненным из неэластичного материала. упрощение конструкции (применяется только один трос), повысить ее надежность и техно- 2. Капсула по п.1, о т л и ч а.ю щ а я с я логйчность(трос проходит через специально тем, что прйвязная система вь полнена в выделенную центральную секцию надувной 20 виде троса тарированной длины, закреплентеплоизолирующей оболочки, соответствую- ного одним концом к теплозащите, а другим щим образом конструктивно выполнейную) — к передней части надувной оболочки. при сохранении теплоиэолирующих свойств 3. Капсула по пп.1 и 2, отличающаяся надувной оболочки. В результате обеспечива- " тем, что центральная секция выполнена в виде ется сохранность полезной нагрузки при 25 цилиндра, продольная ось которого совпадает встрече капсулы с земной поверхностью пу- с продольной осью капсулы. тем уменьшения ударных нагрузок и обеспе- 4. Капсула по пп,1 — 3, о т л и ч а ю щ а ячения мягкой посадки, поскольку . с я тем, что крепежные элементы усилений предусмотренаорганизациясвоевременного выполнены в виде колец из материала с получения сигнала о встрече с земной повер- 30 низкой теплопроводностью типа стеклоплахностью и отработка этого сигнала с целью . стика. обеспечения мягкой посадки,:: 5, Капсула по пп,1-4, о-т л и ч а ю щ а яФ о р м у л а и з о б р е т е н и я . с я тем, что силовой элемент выполнен в

1. Баллистическая возвращаемая капсу- виде троса . ла, содержащая корпус со сбрасываемой 35 6, Капсула по пп,1-5, отл ич а ю ща я-... теплозащитой, соединенные привязной си- с я тем, что в ней один из внешних крепежстемой, полезную нагрузку, теплозащитную ных элементов усиления теплоизолируюнадувную многосекционную оболочку меж- щей надувной оболочки связан с корпусом ду защитой и корпусом, связанную с источ- капсулы через чеку источйика давления, ус-. ником давления, тормозную двигательйую 40 тановленного на корпусе капсульь установку для схода с орбйты, парашютную 7. Капсула по пп.1 — 6, о т л и ч а ю щ а ясистему, отличающаяся тем, что, с с я тем, что на тросе вблизи капсулы уста- . целью упрощения конструкции, повышенйя новлен датчик натяжения-троса, электричеее надежности и технологичности при,| .o- . ски связанный с системой автоматики хранении теплоизолирующих свойств на- 45 капсулы.

1749125

1749125

1749125

Редактор В,Бугренкова

Заказ 2558 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101 баб ввв

5ол 1

ФИГ св

Составитель Ю.И.Титов

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор Т,Палий