Патент на изобретение №2167795

(54) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ СТЫКОВКОЙ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области космической техники и может быть использовано для обеспечения жесткого механического соединения космических аппаратов. Согласно изобретению система состоит из привода стыковочного агрегата и блока управления приводом, входы которого соединены с блоками формирования команд управления приводом стыковочного агрегата. При этом в систему введены дополнительные одноименные приводы стыковочного агрегата, число которых соответствует числу дополнительных стыковочных агрегатов на изделии. Предусмотрены блок передачи информации о подключении привода стыковочного агрегата, а также блок соединителей. Каждый из соединителей связан с каждым указанным приводом, с выходом блока управления этим приводом, а также с входом блока передачи информации о подключении привода. Предлагаемая система позволяет использовать один блок управления приводом стыковки вместо нескольких, соответствующих числу стыковочных агрегатов. Изобретение направлено на упрощение структуры системы стыковки, уменьшение объема команд управления и сокращение массы аппаратуры. 5 ил.

Изобретение относится к области космической техники, в частности к системе управления стыковкой (СУС) космических летательных аппаратов, предназначенной для их жесткого механического соединения.

Известна активная система управления стыковкой (АСУС) [1, с. 27-30], блок-схема которой приведена на фиг. 1 и содержащая привод стыковочного агрегата (ПСА) 1, блок управления приводом стыковочного агрегата (БУПСА) 2, выход которого подключен к приводу ПСА 1, и пассивная система управления стыковкой (ПСУС), содержащая блок формирования команды управления на открытие привода стыковочного агрегата (БФКУОПСА) 3. Связь блока БФКУОПСА 3 пассивной системы управления стыковкой с блоком БУПСА 2 активной системы управления стыковкой осуществляется с помощью межбортовой командной радиолинии. Под АСУС понимается система, управляющая приводами активного стыковочного агрегата, под ПСУС – приводами пассивного стыковочного агрегата. В качестве привода ПСА может быть рассмотрен привод стягивания подвижного конуса или привод защелок.

Рассмотрим, например, работу привода стягивания подвижного конуса АСУС. При расстыковке космического аппарата (КА) команда выдается космонавтом вручную с помощью блока БФКУОПСА 3, которая по межбортовой командной радиолинии поступает в блок БУПСА 2. Блок БУПСА 2 осуществляет коммутацию двигателя привода ПСА 1, который в свою очередь выдвигает подвижный конус. После полного выдвижения привод стягивания подвижного конуса выключается, обеспечивая готовность к повторной стыковке.

Однако с развитием космической техники появилась потребность в выполнении стыковки беспилотных КА системой СУС.

Известна система СУС [1, с. 21-25], блок-схема которой приведена на фиг. 2 и включает в себя привод ПСА 1, блок БУПСА 2. Входы блока БУПСА 2 подключены к блоку БФКУОПСА 3 и блоку формирования команды управления на закрытие привода стыковочного агрегата (БФКУЗПСА) 4, а выход – к приводу ПСА 1. Под приводом АСУС со стыковочным устройством типа “штырь-конус” подразумевается любой из приводов: привод стыковочного механизма, привод замков стыковочного шпангоута или привод защелок; для ПСУС – привод замков стыковочного шпангоута или привод упоров гнезда. Под блоками БФКУОПСА 3 и БФКУЗПСА 4 понимаются блоки, формирующие команды управления по сигналам автоматической системой управления КА или командной радиолинии.

Рассмотрим работу ПСУС. Пусть требуется закрыть замки стыковочного шпангоута. Блок БФКУЗПСА 4 выдает команду в блок БУПСА 2, который в свою очередь коммутирует двигатель привода ПСА 1, обеспечивая его закрытие. По сигналу концевого выключателя закрытого положения привода ПСА 1 последний выключается. С помощью блока БФКУОПСА 3 аналогичным образом выполняется режим открытия замков стыковочного шпангоута.

Однако эксплуатация долговременных орбитальных станций, исследовательских модулей (доставка расходных материалов, присутствие на станции одновременно нескольких экипажей, наращивание станции за счет новых модулей и т.д.) потребовала применения системы СУС с несколькими стыковочными агрегатами (СА), включающими одноименные приводы ПСА. Известна система СУС орбитальной станции “Мир” [2, с. 306-307], включающая в себя шесть пассивных СА, из них два осевых и четыре боковых. Система СУС станции “Мир” для каждого СА в полном объеме соответствует системе, приведенной на фиг. 2.

Использование структуры системы СУС прототипа приводит к увеличению числа команд управления пропорционально числу стыковочных агрегатов, а также массы аппаратуры системы.

Задачей предлагаемого технического решения является упрощение структуры СУС, уменьшение объема команд управления и сокращение массы аппаратуры.

Поставленная задача решается за счет того, что в систему управления стыковкой, состоящую из привода стыковочного агрегата, блока управления приводом стыковочного агрегата, входы которого соединены с блоками формирования команд управления приводом стыковочного агрегата, в отличие от прототипа введены n дополнительных одноименных приводов стыковочного агрегата, где n = 1, 2,…k и соответствует числу дополнительных стыковочных агрегатов, блок передачи информации о подключении привода стыковочного агрегата, а также блок соединителей, при этом каждый из соединителей связан с каждым приводом стыковочного агрегата соответственно и с выходом блока управления приводом стыковочного агрегата, а также с входом блока передачи информации о подключении привода стыковочного агрегата. Предлагаемая структура СУС позволяет использовать один блок БУПСА вместо нескольких, соответствующих числу стыковочных агрегатов.

Суть предлагаемого решения поясняется фиг. 1, 2, 3, 4 и 5, где на фиг. 1 приведена блок-схема аналога, на фиг. 2 – блок-схема прототипа, на фиг. 3 – структурная схема предлагаемой системы СУС, на фиг. 4 – схемы электрические принципиальные блока БУПСА, блока соединителей (БС) и привода ПСА, на фиг. 5 – схемы электрические принципиальные блока передачи информации о подключении привода стыковочного агрегата (БПИППСА) и блока БС.

При этом на фиг. 3 приведены привод ПСА 1, блок БУПСА 2, блок БФКУОПСА 3, блок БФКУЗПСА 4, приводы ПСА 5 и 6, блок БС 7, блок БПИППСА 8. Каждый из соединителей блока БС 7 связан с каждым одноименным приводом ПСА 1, 5, 6 соответственно и с выходом блока БУПСА 2, а также с входом блока БПИППСА 8. Блоки БФКУОПСА 3 и БФКУЗПСА 4 подключены к входам блока БУПСА 2.

Реализация блока БУПСА 2 поясняется фиг. 4, на которой приведена схема электрическая принципиальная блоков БУПСА 2, БС 7 и привода ПСА 5. Блок БУПСА 2 состоит из восьми электромагнитных реле К1 9₁ – К8 9₈, двух реле времени РВ1 10₁ и РВ2 10₂. Каждый из приводов ПСА 1, 5, 6 состоит из концевого выключателя закрытого положения (КВЗ) привода стыковочного агрегата 11₁, концевого выключателя открытого положения (КВО) привода стыковочного агрегата 11₂ и двигателя с постоянными магнитами М 12. Блок БС 7 состоит из n+2 соединителей (C), из них n+1 являются соединителями-вилками 13₁, 13₂, 13₃ и один – соединитель-гнездо 14. Блок БС 7 представляет собой плату, на которой жестко закреплены соединители-вилки 13₁, 13₂ и 13₃, соединитель-гнездо 14 имеет возможность стыковаться с любым соединителем-вилкой. В исходном состоянии системы СУС соединитель-гнездо 14 состыкован с соединителем-вилкой 13₂, подключенным с помощью кабеля к приводу ПСА 5, обеспечивающим первую стыковку с другим КА. Перестыковка соединителей для подключения необходимого привода ПСА в соответствии с программой полета выполняется космонавтом вручную, а также может быть осуществлена автоматически за счет специального устройства.

Принцип действия блока БПИППСА 8 поясняется схемой электрической принципиальной, приведенной на фиг. 5, на которой также показана схема блока БС 7. Транзитные цепи, проходящие через блок БС 7, от блока БУПСА 2 к приводу ПСА 5 показаны на фиг. 4, к приводам ПСА 1 и 6 условно не показаны. В каждом соединителе-вилке 13₁, 13₂ и 13₃ блока БС 7 имеется перемычка, цепи от которой через соединитель-гнездо 14 поступают в блок БПИППСА 8. Блок БПИППСА 8 состоит из n+1 сигнализаторов (C_н) C_н1 15₁, C_н2 15₂, C_н3 15₃ по количеству стыковочных агрегатов. Каждая пара проводов от перемычек связана с каждым сигнализатором, инициализация которого определяет адрес подключенного привода ПСА. В качестве сигнализаторов могут быть использованы транспаранты пульта космонавтов. В этом случае сигнал с блока БПИППСА 8 о подключенном приводе ПСА поступает космонавту, который, получив подтверждение, с помощью блока БФКУОПСА 3 или БФКУЗПСА 4 выполняет тот или иной режим системы СУС. Кроме того, информация о подключении привода ПСА может быть передана в телеметрическую систему КА. В этом случае информация поступает в центр управления полетом и при правильно подключенном приводе ПСА наземная группа управления выдает разрешение космонавту на работу или команду по радиолинии на выполнение режима.

Как было сказано выше, под блоками БФКУОПСА 3 и БФКУЗПСА 4 понимаются блоки, формирующие команды управления по сигналам автоматической системы управления КА или командной радиолинии.

В приводах ПСА используются двигатели с постоянными магнитами [3, с. 321-324] , вследствие чего двигатели не имеют обмоток возбуждения. Принцип действия, кинематическая схема и конструкция приводов ПСА описаны в [1, с. 94-96] , например, для привода стыковочного механизма – [1, с. 18-21, рис. 1.8] ; для привода замков стыковочного шпангоута – [1, с. 80-83, рис. 3.5]; для привода защелок -[1, с. 87, рис. 1.11]; для привода упоров гнезда – [1, с. 24-25, рис. 1.11].

Рассмотрим работу блока БУПСА 2 и привода ПСА 5 системы ПСУС (см. фиг 4). Управление двигателем М 12 привода ПСА 5 в блоке БУПСА 2 осуществляется мостовой схемой, реализованной на контактах реле К3 9_3К и К7 9_7К, в одну диагональ которой включена обмотка якоря двигателя М12, а во вторую – источник бортового питания. Пусть требуется открыть замки стыковочного шпангоута, для чего в блок БУПСА 2 поступает импульсная команда “открыть”. При этом срабатывает электромагнитное реле К1 9₁, контакт которого 9_1К обеспечивает самоблокировку, реле К2 9₂, нормально замкнутый контакт которого 9_2К запрещает срабатывания реле К7 9₇, если блок БУПСА 2 выполнял противоположный режим, реле К3 ₃, контакт которого 9_3К подключает плюсовую шину питания к обмотке якоря двигателя М 12, другой конец которой через нормально закрытый контакт _7К реле К7 9₇ уже подключен к минусовой шине питания. Тем самым привод ПСА 5 через цепи блока БС 7 включается на открытие замков стыковочного шпангоута. Одновременно включается реле времени РВ1 10₁, которое через заданное время включает реле К4 9₄, подключающее с помощью контакта 9_4К в свою очередь реле времени РВ2 10₂ к концевому выключателю КВО 11₂. По достижении приводом ПСА 5 открытого положения срабатывает концевой выключатель КВО 11₂, сигнал которого включает реле времени РВ2 10₂ и через заданное время – реле К8 9₈. Контакт 9_8К реле К8 9₈ выключает реле К1 9₁, К2 9₂, К3 9₃, реле времени РВ1 10₁ и реле К4 9₄, а также реле времени РВ2 10₂ и реле К8 9₈, при этом привод ПСА 5 выключается и схема блока БУПСА 2 обесточивается. Наличие реле времени РВ2 10₂ обеспечивает надежный контакт концевого выключателя КВО 11₂ при его замыкании. С помощью команды “закрыть” аналогичным образом выполняется режим закрытия замков стыковочного шпангоута.

Данное техническое решение может быть применимо как для АСУС, так и для ПСУС. Рассмотрим, например, работу ПСУС. Допустим, что с целью увеличения жесткости стыка между активным и пассивным стыковочными агрегатами должен быть выполнен режим закрытия привода ПСА 5 замков стыковочного шпангоута. Для этого в блоке БС 7 должен быть состыкован соединитель-гнездо 14, связанный с выходом блока БУПСА 2, с соединителем-вилкой 13₂, подключенным к приводу ПСА 5. При этом электрические цепи перемычки в соединителе-вилке 13₂ проходят транзитом через соединитель-гнездо 14 в блок БПИППСА 8 и вызывают инициализацию сигнализатора C_н2 15₂, имеющего индекс привода ПСА 5. Тем самым подтверждается разрешение работы привода ПСА 5. С помощью блока БФКУЗПСА 4 включается блок БУПСА 2, который через блок БС 7 включает на закрытие привод ПСА 5 замков стыковочного шпангоута. По сигналу концевого выключателя КВЗ 11₁ привод ПСА 5 выключается. Таким образом, режим выполнен.

Для расстыковки КА выполняется режим открытия привода ПСА 5 замков стыковочного шпангоута пассивного СА. Разрешение на работу подтверждается инициализацией сигнализатора C_н2 15₂ с индексом привода ПСА 5. В противном случае необходимо выход блока БУПСА 2 соединить через блок БС 7 с приводом ПСА 5 замков стыковочного шпангоута. Далее с помощью блока БФКУОПСА 3 включается блок БУПСА 2, который в конечном счете включает на открытие привод ПСА 5 замков стыковочного шпангоута. По сигналу концевого выключателя КВО 11₂ привод ПСА 5 выключается. Работа приводов ПСА 1 и 6 других СА аналогична работе рассмотренного привода ПСА 5.

Предлагаемое техническое решение приводит к положительному эффекту. Количественные оценки зависят от числа используемых стыковочных агрегатов. Так, например, для системы ПСУС с пятью СА количество органов управления сокращается на 80%. При этом сокращается количество блоков БУПСА.

Предлагаемое техническое решение предполагается внедрить на служебном модуле в части управления приводами упоров гнезда и на универсальном стыковочном модуле международной космической станции в части управления приводами упоров гнезда и управления приводами замков стыковочного шпангоута.

Литература
1. ББК 39.62 С95 УДК 629.78 Сыромятников B.C. Стыковочные устройства космических аппаратов. – М.: Машиностроение, 1984. – 216 с., ил.

2. УДК. 629.78: 658.5(091) Ракетно-космическая корпорация “Энергия” имени С. П. Королева. 1946-1996. Гл. ред. Семенов Ю.П.: РКК им. С.П. Королева (МЕНОНСОВПОЛИГРАФ), 1996. – 670 с., ил.

3. ББК 3296-04 Ю93 УДК 621.313 Юферов Ф.М. Электрические машины автоматических устройств: – 2-е изд. – М.: Высш. шк., 1988. – 479 с.

Формула изобретения

Система управления стыковкой, состоящая из привода стыковочного агрегата, блока управления приводом стыковочного агрегата, входы которого соединены с блоками формирования команд управления приводом стыковочного агрегата, отличающаяся тем, что в нее введены n дополнительных одноименных приводов стыковочного агрегата, где n = l,2,…k и соответствует числу дополнительных стыковочных агрегатов, блок передачи информации о подключении привода стыковочного агрегата, а также блок соединителей, при этом каждый из соединителей связан с каждым приводом стыковочного агрегата соответственно и с выходом блока управления приводом стыковочного агрегата, а также с входом блока передачи информации о подключении привода стыковочного агрегата.

РИСУНКИ

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 22.02.2005

Извещение опубликовано: 27.01.2006 БИ: 03/2006