Устройство стыковки космических модулей

Изобретение относится к ракетно-космической технике и может быть использовано в развертываемых на орбите космических аппаратах, в том числе долговременных. Предлагаемое устройство включает в себя узел предварительной фиксации, состоящий из штыря на одном из стыкуемых модулей, конического гнезда на другом модуле и элементов фиксации штыря в гнезде. Элементы фиксации выполнены в виде утапливаемого подпружиненного клинового стопора, установленного в пазе, расположенном в донной части конического гнезда, и соответствующей стопору кольцевой проточки на штыре. Этим обеспечивается возможность свободного поворота штыря вокруг свой продольной оси в коническом гнезде. В устройстве предусмотрен узел взаимной угловой ориентации стыкуемых модулей в виде подпружиненного утапливаемого штока на одном модуле и приемного гнезда на другом. Данные шток и гнездо установлены со смещением в радиальном направлении от узла предварительной фиксации. Устройство содержит также замки окончательной стыковки, элементы которых расположены по периферии устройства на каждом из модулей. Техническим результатом изобретения является повышение удобства работы космонавтов в процессе стыковки модулей, например агрегатов, к орбитальной станции. 7 ил.

 

Изобретение относится к области ракетно-космической техники и предназначено для использования в развертываемых на орбите космических аппаратах (КА), в том числе долговременных.

Известны разного рода системы стыковки КА, описанные, например, в патентах США №4500057 от 19.02.85 г. и №4588150 от 13.05.86 г.

В состав каждой из таких систем входят узел предварительной фиксации и стягивания, включающий в себя выдвижную шарнирную штангу, размещаемую на одном из стыкуемых объектов, и приемное гнездо конической формы с фиксатором конца штанги, расположенное на другом стыкуемом объекте, а также замки окончательной стыковки объектов, элементы которых располагаются по периферии вышеупомянутых систем стыковки на каждом из КА.

Успешное функционирование подобных систем стыковки возможно при условии достаточно точной взаимной ориентации стыкуемых объектов и их сближения до минимально необходимого расстояния, что достигается обычно установкой на КА специальной системы управления. Следствием этого является довольно высокая стоимость подобных систем стыковки, которые по этой причине используются, главным образом, на транспортных и грузовых кораблях, космических станциях и т.п.

С развитием пилотируемой космонавтики в направлении создания долговременных развертываемых орбитальных станций, таких как ″Мир″ и МКС, возникла необходимость в достаточно простых и надежных системах стыковки отдельных приборов и агрегатов, размещаемых на станциях в процессе их развертывания. Для выполнения подобных работ на наружных поверхностях станции предусматриваются специальные стыковочные узлы или монтажные площадки. Подобные работы все чаще ведутся с участием космонавтов - операторов, которые нередко используют при этом разного рода монтажные приспособления такие, как грузовая стрела или манипуляторы.

Примером подобного устройства может служить система стыковки модулей КА по патенту США №4607815 от 26.08.86 г., взятая за прототип.

Эта стыковочная система содержит узел предварительной фиксации стыкуемых объектов, выполненный в виде размещенного на одном из стыкуемых объектов охватываемого элемента - штыря, и, соответственно, охватывающего элемента - конического гнезда на другом стыкуемом объекте; эти элементы удерживают стыкуемые объекты от взаимных поперечных перемещений, позволяя одновременно прокручивать их относительно оси штыря; а также замки окончательной стыковки, расположенные по периферии стыковочной системы, при этом каждый из замков состоит из профилированного гнезда, размещенного на одном из стыкуемых объектов, и стержня с головкой, расширяющейся внутри приемного гнезда, расположенного на другом.

Соединительные элементы обеспечивают взаимную фиксацию стыкуемых объектов за счет введения в приемные гнезда одного аппарата разжимных головок соответствующих стержней другого аппарата. Головки стержней разжимаются в соответствующих гнездах в результате воздействия на них расположенных внутри стержней подвижных в осевом направлении штоков.

Основными недостатками этой системы стыковки являются:

- отсутствие узла, позволяющего однозначно ориентировать стыкуемые объекты по углу с целью обеспечения совпадения осей соответствующих частей замков, необходимого для их нормального срабатывания;

- отсутствие в узле предварительной фиксации стопора, обеспечивающего удержание штыря в соответствующем коническом гнезде после их соединения, что приводит к необходимости удерживать стыкуемые объекты на необходимом расстоянии до момента фиксации замков посредством приложения внешнего воздействия в направлении стыковки.

Целью настоящего изобретения является повышение удобства работы для космонавтов-операторов в процессе выполнения ими работ по стыковке какого-либо агрегата, например, к орбитальной станции.

Данная цель достигается тем, что в состав устройства стыковки космических модулей, которое включает узел предварительной фиксации, состоящий из штыря, расположенного на одном из стыкуемых модулей, соответствующего конического гнезда на другом стыкуемом модуле и элементов фиксации штыря в коническом гнезде, и выполненный с возможностью свободного поворота штыря вокруг своей продольной оси в коническом гнезде, а также замки окончательной стыковки, элементы которых расположены по периферии устройства стыковки соответственно на одном и на другом стыкуемых модулях, введен узел взаимной угловой ориентации стыкуемых модулей в положении, который выполнен в виде подпружиненного, утапливаемого штока, установленного на одном из стыкуемых модулей со смещением в радиальном направлении относительно узла предварительной фиксации, и соответствующего приемного гнезда на другом стыкуемом модуле.

Техническим результатом такого конструктивного решения устройства стыковки космических модулей является возможность обеспечить совмещение соответствующих элементов замков для их гарантированного срабатывания после предварительного соединения стыкуемых модулей. Это достигается путем простого поворота любого из стыкуемых модулей относительно оси штыря узла предварительной фиксации до совпадения подпружиненного штока узла угловой ориентации, утопленного в ходе предварительного соединения модулей, с соответствующим приемным гнездом этого узла. В результате шток, войдя в соответствующее гнездо, фиксирует стыкуемые модули в необходимом угловом положении.

Изобретение поясняется чертежами, при этом:

на фиг.1 представлен общий вид заявляемого устройства стыковки в исходном положении (до начала стыковки);

на фиг.2 изображен вид по стрелке А на составные элементы устройства стыковки, расположенные на одном из стыкуемых КА, в исходном положении;

на фиг.3 изображен вид по стрелке Б на составные элементы устройства стыковки, расположенные на другом из стыкуемых КА, в исходном положении;

на фиг.4 изображен общий вид заявляемого устройства стыковки в положении предварительной фиксации аппаратов (до совмещения штока узла угловой ориентации с соответствующим гнездом);

на фиг.5 изображен общий вид заявляемого устройства стыковки после совмещения штока узла угловой ориентации с соответствующим гнездом (перед началом фиксации замков);

на фиг.6 изображен выносной элемент В с представленным на нем узлом фиксации штыря в коническом гнезде после выполнения предварительной фиксации стыкуемых модулей;

на фиг.7 изображен выносной элемент Г с представленным на нем узлом взаимной угловой ориентации стыкуемых модулей после его срабатывания (совмещения подпружиненного штока с приемным гнездом).

Устройство стыковки космических модулей 1 и 2 содержит узел предварительной фиксации 3 (см. фиг.6), включающий в себя заостренный штырь 4, расположенный на стыковочном шпангоуте 5 модуля 1, и соответствующее коническое гнездо 6, размещенное на стыковочном шпангоуте 7 модуля 2. В донной части 8 конического гнезда 6 в специальном пазу 9 (фиг.6) установлен подпружиненный клиновой стопор 10, а на штыре 4 выполнена специальная проточка 11; эти элементы позволяют удерживать штырь 4 в гнезде 6 после осуществления предварительной стыковки модулей 1 и 2 и одновременно дают возможность прокручивать его относительно этого гнезда. По периметру стыковочных шпангоутов 5 и 7 модулей 1 и 2 размещены соответственно активные 12 и пассивные 13 части замков стыковки 14. Кроме того, в состав устройства стыковки входит узел взаимной угловой ориентации 15 модулей 1 и 2. Этот узел включает в себя подпружиненный, утапливаемый шток 16, располагающийся в специальной полости 17, выполненной в шпангоуте 5 модуля 1 с радиальным относительно вышеупомянутого штыря 4 смещением, и соответствующее приемное гнездо 18, расположенное в стыковочном шпангоуте 7 модуля 2. При этом положение узла предварительной фиксации 3 устройства стыковки с положением замков 14 и узла угловой ориентации 15 согласовано таким образом, что попадание подпружиненного штока 16 в соответствующее приемное гнездо 18 при вращении стыкуемых модулей 1 и 2 относительно оси штыря 4 обеспечивает совпадение осей активной 12 и пассивной 13 частей замков 14, что и обеспечивает гарантированную стыковку последних.

Работа заявляемого устройства стыковки космических модулей, например, по установке вновь выведенного функционального космического модуля на специальной площадке орбитальной станции, осуществляется в следующей последовательности.

Стыкуемый модуль 1 с помощью грузовой стрелы или манипулятора извлекается космонавтами-операторами из доставившего его транспортного корабля и переносится к месту установки на поверхности станции. Здесь он подготавливается к стыковке, для чего штырь 4 узла фиксации 3 на модуле 1 ориентируется в направлении приемного гнезда 6 на стыковочной площадке станции (модуле 2). После этого модуль 1 надвигается на площадку до совмещения соответствующих сопрягаемых поверхностей 19 и 20 стыковочных шпангоутов 5 и 7 и попадания подпружиненного клинового стопора 10 в проточку 11 штыря 4. При этом подпружиненный шток 16 узла угловой ориентации 15, уткнувшись в поверхность 20 стыковочного шпангоута 7, утапливается в полости 17. Далее космонавтам-операторам необходимо осуществить разворот модуля 1 относительно оси штыря 4 в ближайшем направлении до попадания подпружиненного штока 16 в соответствующее гнездо 17 узла угловой ориентации. В результате этого оси активной 12 и пассивной 13 частей замков стыковки 14 совмещаются, что обеспечивает их нормальное срабатывание и надежную стыковку модулей.

Таким образом, предлагаемое устройство стыковки позволяет повысить удобство работы космонавтов-операторов в процессе выполнения ими стыковки разного рода агрегатов, например, на поверхности орбитальной станции. Достигается это введением в состав устройства стыковки дополнительного узла угловой ориентации модулей, что сводит достаточно тонкий процесс совмещения осей активной и пассивной частей замков стыковки с целью обеспечения их надежной стыковки к простой операции поворота стыкуемого модуля относительно оси штыря узла предварительной стыковки до совпадения подпружиненного штока с соответствующим гнездом.

Устройство стыковки космических модулей, включающее узел предварительной фиксации, состоящий из штыря, расположенного на одном из стыкуемых модулей, соответствующего конического гнезда на другом стыкуемом модуле и элементов фиксации штыря в гнезде, и выполненный с возможностью свободного поворота штыря вокруг свой продольной оси в коническом гнезде, узел взаимной угловой ориентации стыкуемых модулей в виде подпружиненного утапливаемого штока на одном модуле со смещением в радиальном направлении от узла предварительной фиксации и приемного гнезда на другом, а также замки окончательной стыковки, элементы которых расположены по периферии устройства стыковки соответственно на каждом из модулей, отличающееся тем, что элементы фиксации штыря в гнезде выполнены в виде утапливаемого подпружиненного клинового стопора, установленного в пазе, расположенном в донной части конического гнезда, и соответствующей стопору кольцевой проточки на штыре.