CC BY
31
УДК 629.76
С.К. Салопахин, S.K.Salopakhin, e-mail: [email protected] М.С. Петрашевская, M.S.Petrashevskay, e-mail: [email protected] Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия Omsk State Technical University, Omsk, Russia
РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ УСТРОЙСТВА ДОЗАПРАВКИ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ НА ОРБИТЕ
DEVELOPMENT OF METHOD OF DESIGNING UNIT REFUEL SPACECRAFT IN ORBIT
Рассматривается перспективные разрабатываемые космические аппараты (КА) и цели их использования. Производится постановка задачи исследования. Составляется предварительный план действий.
The perspective developed spacecrafts (SC) and the purposes of their use are considered. The research problem definition is made. The preliminary plan of actions is formed.
Ключевые слова: дозаправка, космический аппарат, разгонный блок, топливный бак, заправочное устройство
Keywords: refueling, spacecraft, booster, fuel tank, filling equipment
В настоящее время приоритеты развития ракетно-космической деятельности направленны на обеспечение увеличения сроков эксплуатации КА, которые достигаются различ-
260
Динамика систем, механизмов и машин, № 2, 2014
ными путями: увеличение сроков функционирования бортовой аппаратуры, увеличение массы заправляемого топлива.
Другой метод это разработка систем связанных с «обслуживаемым космосом» направленных на ремонт на орбите путем замены вышедших из строя бортовых систем, дозаправки двигательных установок и т. д. В рамках транспортно-технического обслуживания предлагается обеспечить[1]:
- довыведение КА на рабочие орбиты при отказах разгонных блоков (РБ) или апогей-ной двигательной установки;
- спуск с низких орбит в акваторию Мирового океана крупных или особо опасных неработающих космических аппаратов;
- очистку целевых орбит от неработающих КА, РБ или их фрагментов путем увода их на так называемые орбиты захоронения;
- проведение регламентной диагностики технического состояния КА;
- инспектирование группировки КА для проверки аппаратов, вышедших из строя на орбите;
- дозаправку КА рабочим топливом и другими расходными компонентами;
- замену отдельных блоков и модулей на КА;
- дистанционную энергопередачу на аварийный обесточенный аппарат;
- проведение сборочных операций, наращивание космических конструкций и т.д.
Основной решаемой проблемой является разработка методики проектирования устройства для проведения восстановительных работ (дозаправка жидким ракетным топливом, замена бортовых систем, установка дополнительного оборудования, модернизация)с рабочими КА, а также с некооперируемым КА. Под некооперируемым КА понимается аппарат, вышедший из строя по причине завершения срока эксплуатации или вследствие аварийной ситуации.
Подобная система уже существует. Патент № 2478534 на изобретение предлагает способ, систему и устройство для роботизированной дозаправки спутников через заправочную горловину. Ключевая техническая трудность заключается в том, что эти спутники не были разработаны для роботизированного обслуживания, и не является общепринятым, что такие миссии технически возможны. Конкретно, большинство спутников выполнены с клапанами
заправки и слива топлива, которые были предназначены для однократной заправки перед запуском и не предназначены для того, чтобы их открывали или ими управляли снова. Таким образом, удаленный доступ к этим клапанам заправки и слива топлива представляет несколько основных проблем и включал бы несколько операций, каждую из которых трудно выполнить с помощью робота, в том числе: разрезание и удаление тепловых защитных покрытий, удаление нескольких кантовочных проволок, обернутых вручную вокруг клапанов, распутывание и удаление внешних и внутренних крышек клапанов, соединение заправочного трубопровода для топлива с носиком клапана, механическое приведение в действие клапана и, когда дозаправка закончена, замена внутренней крышки клапана[1].
Предлагаемая к разработке система позволяет избежать описанных выше проблем путем врезки напрямую в стенку топливного бака. Идеей предлагаемой для разработки является автоматическая стыковка с некооперируемым КА на основе предлагаемых решений [2-3] и последующее осуществление дозаправки по аналогии с [1].
В качестве алгоритма последующих действий был разработан предварительный план реализации дозаправки:
1. Фиксация некооперируемого заправляемого КА с КА-заправщиком (сближение и стыковка в выбранном месте)
2. Определение места установки заправочного устройства (ЗУ) на топливном баке заправляемого КА.
3. Подготовка поверхности топливного бака для установки ЗУ (обезжиривание, зачистка, шлифовка)
261
Динамика систем, механизмов и машин, № 2, 2014
4. Установка и фиксация ЗУ в выбранной зоне поверхности бака (обеспечение прочной связки рукава заправочного устройства с некооперируемым КА по средствам отрицательного давления или сварки(склейки))
5. Вскрытие стенки бака в выбранной зоне (под горловиной ЗУ) и фиксация заправочной магистрали (фиксация заправочной горловины на внутренней поверхности бака)
6. Проверка герметизации бака (проведение операции вакуумирования) и подготовка к подаче компонента топлива (КТ)
7. Закачка КТ (выравнивание давлений, определение массовой скорости заправки)
8. Завершение процесса заправки (закрытие горловины, отстыковка от заправляемого КА)
Реализация предложенного плана работ позволит разработать методику дозаправки
КА на орбите. В дальнейшем будут предложены пути реализации отдельных задач, описанных в плане.
Библиографический список
1. Шохов, Г. В. Средства выведения нового поколения для реализации космических программ, связанных с обслуживаемым космосом / Г. В. Шохов // Космонавтика и ракетостроение. - 2013. - № 2(71). - С. 78-82.
2. Пат. 2478534 Российская Федерация, МПК Б6401/22. Система и способ дозаправки спутников / Л. Гриньевски, Д. Кримбл. - № 2009135297/11 ; заявл. 10.03.08 ; опубл. 20.04.11.
3. Пат. 2462399 Российская Федерация, МПК Б64 01/00. Способ увода космического мусора с орбит полезных нагрузок на основе использования отделившейся части ракеты-носителя, разгонного блока и устройства для его реализации / В. И. Трушляков ; заявитель и патентообладатель Омский гос. техн. ун-т. - № 2010119972 2010 ; опубл. 27.09.2012, Бюл. № 27.
4. Пат. 2490183 Российская Федерация, МПК Б64 01/64, Б42Б 15/36. Стыковочное устройство КА / В. И. Трушляков, Е. А. Юткин, Т. Т. Тютебаев, Ю. Н. Макаров, Я. Т. Шатров ; заявитель и патентообладатель Омский гос. техн. ун-т. - № 2012108867 ; заявл. 07.03. 12 ; опубл. 27.02.13.
