Адаптер космического летательного аппарата со встроенными ресурсами и способы его формирования
Изобретение относится к оборудованию космического летательного аппарата, а конкретнее - к средствам установки неосновной (попутной) полезной нагрузки на ракете-носителе. Адаптер включает в себя корпус, неподвижно прикрепленный к пусковой платформе, размещенные в корпусе источник энергии и подсистему разводки питания и управления, соединенную с упомянутым источником энергии. Имеется также по меньшей мере один интерфейсный модуль для взаимодействия с неосновной полезной нагрузкой, которую несет ракета-носитель. Для целей конкретной неосновной полезной нагрузки и/или ее программы полета могут быть предусмотрены другие модули подсистем (хранения данных, интерфейсы датчиков и данных, средства связи). Адаптер не взаимодействует со ступенью основной полезной нагрузки и может видоизменяться, предоставляя только те функциональные возможности, которые необходимы для данной неосновной полезной нагрузки. Технический результат изобретений состоит в снижении стоимости доставки в космос вновь разработанных космических летательных аппаратов при сохранении целостности и повышении надежности эксплуатации традиционной системы доставки в космос полезных нагрузок. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к космическому летательному аппарату, а конкретнее к адаптеру, используемому на ракете-носителе, в которой адаптер включает в себя встроенные модульные подсистемы, предназначенные для поддержки неосновной полезной нагрузки, которую несет ракета-носитель.
Уровень техники
Текущая технология космических летательных аппаратов предусматривает все ресурсы для космического летательного аппарата в части космического летательного аппарата, известной как «ступень» (иногда также называемой «ступень космического летательного аппарата»). Ступень обычно представляет собой очень большую часть космического летательного аппарата и содержит топливо, двигатель, связь, функции управления, сбор данных, солнечные батареи и антенны, необходимые для выполнения различных задач, которые должен будет выполнять космический летательный аппарат после выхода на орбиту. Однако более мелкие перспективные космические летательные аппараты требуют часов или дней работы, а не лет, как обычный космический летательный аппарат прошлых лет. Новый перспективный космический летательный аппарат также требует меньшей мощности аккумуляторов и зачастую не нуждается в солнечных батареях. Такой маленький и перспективный космический летательный аппарат может содержать антенны, конструкции для возвращения (в плотные слои атмосферы), двигательные устройства, устройства формирования изображений, погодные приборы или датчики, приборы или датчики радиации и окружающей среды и связные устройства или датчики. Далее, многие такие перспективные космические летательные аппараты, которые образуют неосновные полезные нагрузки, желательные для вывода на орбиту, просто требуют доступа в космическое пространство, а не конкретных орбит или наклонений, так что в результате нет надобности в бортовой подсистеме двигателя для неосновной полезной нагрузки.
Перспективный космический летательный аппарат часто не нуждается во всех возможностях традиционной ступени космического летательного аппарата, которая требуется, чтобы традиционный космический летательный аппарат достиг орбитального состояния. В настоящий момент платформы космических летательных аппаратов разрабатываются со стандартными возможностями в конкретных размерных и весовых категориях, что дает «платформо-центрический» подход, а не «пользовательско-центрический» подход. Пользовательско-центрический подход обеспечил бы перспективный космический летательный аппарат только теми ресурсами, которые требуются для его задания; например только аккумуляторное питание, или средство связи, или различные иные средства управления, а не полный набор функций и возможностей, предоставляемых традиционной ступенью космического летательного аппарата. Такой экономически эффективный подход снизил бы общую стоимость каждого перспективного космического летательного аппарата, который должен доставляться в космос на ракете-носителе, потому что космический летательный аппарат был бы снабжен только ограниченными ресурсами, подходящими для его конкретного задания. Такой подход также расширил бы общую целостность системы, потому что перспективный космический летательный аппарат не нуждался бы в доступе к традиционной ступени космического летательного аппарата или к основной полезной нагрузке(-ам) на ракете-носителе, чтобы удовлетворять его эксплуатационным требованиям. Это снизило бы точки потенциального отказа для традиционной ступени космического летательного аппарата и полностью не проникало бы в традиционную ступень космического летательного аппарата. Физическое отделение перспективного космического летательного аппарата от традиционной ступени космического летательного аппарата увеличило бы далее надежность и возможность действия ракеты-носителя, задания основной полезной нагрузки и заданий всех вторичных полезных нагрузок.
Раскрытие изобретения
Настоящее изобретение относится к системе и способу формирования адаптера космического летательного аппарата со встроенными (то есть специализированными) ресурсами. Адаптер космического летательного аппарата крепится на ракете-носителе и включает в себя свои собственные рабочие подсистемы, например топливную, средства связи, интерфейсные модули и т.д., отдельно от стандартной ступени космического летательного аппарата основной полезной нагрузки, которую несет ракета-носитель.
В одной предпочтительной форме адаптер космического летательного аппарата включает в себя аккумулятор, разводку питания и подсистему управления, и интерфейсную схему для взаимодействия с перспективным космическим летательным аппаратом или неосновной полезной нагрузкой, которую несет адаптер космического летательного аппарата. В альтернативных вариантах осуществления адаптер космического летательного аппарата может включать в себя свои собственные модуль хранения данных, независимые интерфейсы датчиков и данных, независимую подсистему связи и т.д., или ассортимент других подсистем, которые могут быть желательны/необходимы для выполнения конкретного задания перспективным космическим летательным аппаратом. Адаптер космического летательного аппарата образует, по существу, независимый компонент со специализированными ресурсами и не требует взаимодействия с традиционной ступенью космического летательного аппарата основной полезной нагрузки, которую несет ракета-носитель. Адаптер космического летательного аппарата может быть построен так, чтобы включать в себя те модули/подсистемы, которые необходимы для обеспечения только той степени функциональных возможностей, которые требуются для конкретного перспективного космического летательного аппарата. Это значительно снижает общую стоимость, связанную с выводом перспективного космического летательного аппарата в космос. Важно то, что нет надобности соединять адаптер космического летательного аппарата с какой-либо частью стандартной ступени космического летательного аппарата основной полезной нагрузки. Адаптер космического летательного аппарата может быть построен в различных конфигурациях так, чтобы предоставить только нужную степень функциональных возможностей для данного перспективного космического летательного аппарата и конкретного предпринимаемого задания и без потенциального снижения надежности стандартной ступени космического летательного аппарата.
Признаки, функции и преимущества могут быть достигнуты независимо в различных вариантах осуществления по данному изобретению или могут быть объединены в других вариантах осуществления.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение станет более понятым из подробного описания и сопровождающих чертежей, где:
фиг.1 представляет собой вид в перспективе части ракеты-носителя с адаптером космического летательного аппарата в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления по данному изобретению, прикрепленным к ракете-носителю;
фиг.2 представляет собой вид сбоку примерной неосновной полезной нагрузки, присоединенной к адаптеру космического летательного аппарата;
фиг.3 является упрощенной блок-схемой функций, которые могут содержаться в модульных компонентах, установленных в адаптере космического летательного аппарата, с корпусом адаптера, показанным в упрощенном виде пунктирной линией; и
фиг.4 представляет собой вид сверху адаптера космического летательного аппарата, поясняющий примерное размещение модульных компонентов в корпусе.
Осуществление изобретения
Нижеследующее описание предпочтительного варианта осуществления(-й) по своей природе представляет собой просто пример и никоим образом не предназначено для ограничения изобретения, его применений или использований.
На фиг.1 показан примерный вариант осуществления адаптера 10 космического летательного аппарата. Адаптер 10 космического летательного аппарата неподвижно прикреплен к части ракеты-носителя 12. Адаптер 10 может быть прикреплен к ряду областей на ракете-носителе, таких как на обтекателе. Точное расположение адаптера 10 космического летательного аппарата на ракете-носителе может зависеть от различных факторов, таких как функциональные ограничения, доступный объем или площадь поверхности пусковой платформы, соображения конструктивного крепления и (или) соображения, связанные с нагрузками.
Адаптер 10 космического летательного аппарата включает в себя фланец 18 со множеством отверстий 14. Фланец 18 выступает из корпуса 16. Форма, размер, конфигурация и прикрепление корпуса 16 могут быть изменены по необходимости, чтобы подходить к конкретной ракете-носителю и (или) к конкретной неосновной полезной нагрузке. Отверстия 14 принимают крепежи, чтобы удерживать корпус 16 на ракете-носителе 12.
Корпус 16 включает в себя опорную панель 19 с множеством стенок 19a-19d. Опорная панель 19 и стенки 19a-19d определяют кожух для ограждения модульных компонентов, которые взаимодействуют с неосновной полезной нагрузкой. Отверстие 20 допускает внешнее прикрепление неосновной полезной нагрузки к адаптеру. Для удобства, термин «неосновная полезная нагрузка» будет использоваться по всему последующему обсуждению, чтобы представить любую полезную нагрузку или перспективный космический летательный аппарат, который несет ракета-носитель 12, не иные, нежели основная полезная нагрузка, которую несет транспортное средство 12. Неосновная полезная нагрузка может быть сама прикреплена любым подходящим способом к ракете-носителю или к корпусу 16. Может быть воплощено большое многообразие других форм корпуса 16, и иллюстрируемый корпус 16 - просто один пример.
Фиг.1 и 2 иллюстрируют примерную неосновную полезную нагрузку 22, прикрепленную к корпусу 16. На фиг.1 опорная панель 19 имеет множество отверстий 21, чтобы обеспечить прикрепление неосновной полезной нагрузки 22 обычными крепежными элементами, такими как резьбовые крепежные детали, заклепки и т.д.
На фиг.3 показана упрощенная схема различных функций подсистем (то есть встроенных ресурсов), включенных в адаптер 10 космического летательного аппарата. Корпус 16 показан в очень упрощенном виде пунктирной линией 16. Адаптер 10 включает в себя такой источник энергии, как топливный элемент, аккумулятор, контейнер с аккумулятором или другое устройство накопления энергии. Для удобства, будет делаться ссылка на контейнер 24 с аккумулятором. Контейнер 24 с аккумулятором соединен через шину 26 с подсистемой 28 разводки питания и управления. Подсистема 28 разводки питания и управления соединена через шину 30 с интерфейсной схемой 32. Интерфейсная схема 32 подсоединена через подходящую кабельную систему 34 с электрическим интерфейсом к неосновной полезной нагрузке 22. В различных предпочтительных формах адаптер 10 может включать в себя модуль 36 хранения данных, соединенный с подсистемой 28 разводки питания и управления по шине 38. Интерфейс 40 датчиков и данных и (или) подсистема 42 связи могут быть также воплощены. Интерфейс 40 датчиков и данных может быть соединен через шины 44 и 46 с модулем 36 хранения данных и подсистемой 28 разводки питания и управления соответственно. Если используется подсистема 42 связи, она может быть соединена с модулем 36 хранения данных через шину 48. Понятно, что и другие подсистемы могут быть включены как часть адаптера 10 в зависимости от потребностей неосновной полезной нагрузки 22 и (или) конкретного задания, которое неосновная полезная нагрузка должна выполнить. В результате одна или несколько подсистем/модулей, показанные как составные части адаптера 10, могут быть опущены. Однако предполагается, что по меньшей мере аккумулятор или контейнер 24 с аккумулятором, система 28 разводки питания и управления и интерфейсная схема 32 может быть, в большинстве приложений, минимальной конфигурацией элементов, необходимой для обслуживания неосновной полезной нагрузки 22.
Подсистема 42 связи может включать в себя радиочастотный (РЧ) (RF) приемопередатчик или любой иной вид устройства связи для обеспечения возможности связи между неосновной полезной нагрузкой 22 и наземным или внеземным приемопередатчиком. Модуль 36 хранения данных может включать в себя оперативную память (ОЗУ) (RAM) или любой иной подходящий вид хранения данных для хранения информации, используемой или накапливаемой неосновной полезной нагрузкой 22. Интерфейс 40 датчиков и данных может использоваться для соединения по подходящему электрическому кабелю (не показан) с неосновной полезной нагрузкой 22, чтобы таким образом осуществлять связь с одним или несколькими бортовыми датчиками, которые несет неосновная полезная нагрузка. Подсистема 28 разводки питания и управления может использоваться для обеспечения регулируемой электроэнергией для питания различных модулей и подсистем адаптера 10, а также различных электрических компонентов или подсистем, которые несет неосновная полезная нагрузка 22. Интерфейсная схема 32 может включать в себя любую форму подходящей схемы, такую как RS422, RS232, IEEE 1394 или USB, которые соблюдают стандарты и протоколы, требуемые неосновной полезной нагрузкой 22.
Фиг.4 иллюстрирует упрощенный вид сверху корпуса 16, показывающий примерное расположение компонентов 24, 28, 32, 36, 40 и 42 внутри корпуса. Отверстие 20 разрешает одному или нескольким устройствам связи, таким как один или несколько жгутов электропроводов (не показаны), выходить из корпуса 16 и соединяться с неосновной полезной нагрузкой.
Преимущество адаптера 10 в том, что адаптер не нуждается в соединении со ступенью космического летательного аппарата основной полезной нагрузки, которую несет ракета-носитель 12. Таким образом, адаптер 10 может быть предоставлен в различных конфигурациях, чтобы обеспечить только ту степень функциональных возможностей, которая требуется конкретной неосновной полезной нагрузкой. Это значительно снизит стоимость, связанную с каждой неосновной полезной нагрузкой, которую несет ракета-носитель 12, и обеспечит значительную дополнительную гибкость проектировщику космического летательного аппарата. Без требования какого-либо взаимодействия со ступенью космического летательного аппарата основной полезной нагрузки точки отказа ступени космического летательного аппарата уменьшаются. Это улучшает общую надежность ступени космического летательного аппарата. Кроме того, целостность основной полезной нагрузки не затрагивается наличием и работой неосновной полезной нагрузки. Целостность самой ракеты-носителя далее не затрагивается наличием и работой неосновной полезной нагрузки 22.
Другое преимущество адаптера 10 космического летательного аппарата состоит в том, что он обеспечивает экономичное средство для большого многообразия неосновных полезных нагрузок для оперативной поддержки ракетой-носителем 12. Далее неосновная полезная нагрузка 22, показанная на фиг.2, может поддерживаться таким образом, который предназначен для развертывания при достижении желательного пункта в космосе, или может быть сконфигурирована так, что останется с частью ракеты-носителя 12, к которой она присоединена. Модульная конфигурация компонентов в адаптере 10 допускает сразу изменение и внедрение других функций подсистем при необходимости, чтобы соответствовать конкретным оперативным требованиям конкретных типов неосновных полезных нагрузок. Адаптер 10 также предоставляет проектировщику гибкость для того, чтобы сконфигурировать множество неосновных полезных нагрузок для использования одного или нескольких общих ресурсов, предоставленных адаптером 10.
Адаптер 10 может также быть выполнен с возможностью использовать любую комбинацию адаптированных к космосу и (или) коммерческих стандартных компонентов. Независимые модули и подсистемы адаптера 10 также предпочтительно имеют такие размеры, чтобы можно было достичь максимального использования по множеству пусковых платформ. За счет этого предполагается, что габариты различных модулей и подмодулей таковы, что различные диаметры пусковой платформы, компоновки и способы прикрепления могут быть поддержаны при минимальном приспособлении или вообще без приспособления либо к адаптеру 10, либо к пусковой платформе.
Хотя описаны различные предпочтительные варианты осуществления, специалисты распознают модификации или изменения, которые можно сделать без отхода от изобретательской идеи. Примеры иллюстрируют изобретение и не предназначены для его ограничения. Следовательно, описание и формула изобретения должны интерпретироваться подробно только с таким ограничением, которое необходимо для подходящего уровня техники.
1. Модульный адаптер со встроенными ресурсами для использования на пусковой платформе независимо от ступени космического летательного аппарата, которую несет пусковая платформа, содержащий корпус, неподвижно прикрепленный к пусковой платформе, источник энергии, размещенный в корпусе, подсистему разводки питания и управления, соединенную с упомянутым источником энергии и размещенную в корпусе, а также по меньшей мере один интерфейсный модуль для взаимодействия с по меньшей мере одной неосновной полезной нагрузкой, которую несет ракета-носитель.
2. Адаптер по п.1, содержащий по меньшей мере одну из следующих подсистем: подсистема хранения данных, подсистема связи, интерфейс данных.
3. Адаптер по п.1, содержащий интерфейс датчиков для взаимодействия непосредственно с датчиком, который несет упомянутая неосновная полезная нагрузка.
4. Адаптер по п.1, в котором упомянутый источник энергии включает в себя по меньшей мере один из следующих элементов: топливный элемент, аккумулятор или контейнер с аккумулятором.
5. Модульный адаптер со встроенными ресурсами для использования на пусковой платформе космического летательного аппарата независимо от ступени космического летательного аппарата, которую несет пусковая платформа, содержащий корпус, неподвижно прикрепленный к упомянутой пусковой платформе, источник энергии, размещенный в упомянутом корпусе, подсистему разводки питания и управления, соединенную с упомянутым источником энергии и размещенную в корпусе, модуль хранения данных, размещенный в упомянутом корпусе, и интерфейсный модуль, соединенный с упомянутой подсистемой разводки питания и управления и размещенной в упомянутом интерфейсном модуле для взаимодействия с неосновной полезной нагрузкой, которую несет упомянутая ракета-носитель.
6. Адаптер по п.5, содержащий подсистему связи, размещенную в упомянутом корпусе и соединенную с упомянутым модулем хранения данных, интерфейс датчиков и данных, размещенный в упомянутом корпусе и соединенный с упомянутой подсистемой разводки питания и управления, причем интерфейс датчиков и данных соединен с подсистемой хранения данных.
7. Адаптер по п.5, содержащий устройство связи для соединения упомянутого интерфейсного модуля с упомянутой неосновной полезной нагрузкой, причем упомянутый корпус включает в себя множество отверстий для прикрепления неосновной полезной нагрузки множеством крепежных элементов к наружной поверхности корпуса.
8. Модульный адаптер космического летательного аппарата для использования на ракете-носителе космического летательного аппарата независимо от ступени ракеты-носителя, содержащий корпус, приспособленный для неподвижного прикрепления к ракете-носителю, источник энергии, размещенный в упомянутом корпусе, подсистему разводки питания и управления, размещенную в упомянутом корпусе и соединенную с упомянутым источником энергии, размещенный рядом с упомянутым корпусом интерфейсный модуль для взаимодействия с упомянутой подсистемой разводки питания и управления, а также с неосновной полезной нагрузкой, и модуль связи, размещенный рядом с упомянутым корпусом.
9. Адаптер по п.8, содержащий модуль хранения данных, размещенный рядом с упомянутым корпусом.
10. Адаптер по п.8, содержащий интерфейс датчиков и данных, укрепленный рядом с упомянутым корпусом для взаимодействия с внешним датчиком, который несет упомянутая ракета-носитель, устройство связи для электрического соединения упомянутого интерфейсного модуля с упомянутой неосновной полезной нагрузкой, причем упомянутый корпус включает в себя опорную панель с отверстием, позволяющим упомянутой неосновной полезной нагрузке взаимодействовать с компонентами, размещенными в упомянутом адаптере.
11. Адаптер по п.8, содержащий множество отверстий, образованных в упомянутой опорной панели, для прикрепления упомянутой неосновной полезной нагрузки к упомянутой опорной панели.
