УСТРОЙСТВО ОТДЕЛЕНИЯ ДЛЯ НЕГЕРМЕТИЧНЫХ ПЛАТФОРМ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ НА БАЗЕ ИЗОГРИДНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Полный текст

С использованием в космической отрасли негерметичных платформ с силовой конструкцией корпуса (СКК) из изогридной углепластиковой структуры появилась возможность применения новых конструктивных решений в разработке устройства отделения (УО). В ОАО «ИСС» в качестве таких платформ используются платформы серии «Экспресс» (рис. 1) которые являются безусловным достижением по уровню технических и эксплуатационных характеристик, а также экономических показателей, которые обеспечивают высокую конкурентоспособность в сравнении с лучшими западными образцами. Построение платформы обеспечивает возможность ее простой адаптации для применения в составе спутников, предназначенных для эксплуатации на различных типах орбит (высокоэллиптических, геостационарных, круговых). Платформы отличаются по своей массе и по электрической мощности, выделяемой для модуля полезной нагрузки. Разработаны платформы с учетом возможностей российских космодромов и современных ракет-носителей, такие как «Протон-М» [1]. Силовыми элементами конструкции платформы являются: - сетчатый углепластиковый цилиндр, имеющий поперечное сечение в форме окружности и представляющий собой силовую конструкцию корпуса, на которую установлены навесные сотовые панели с оборудованием космического аппарата (КА); - сетчатый углепластиковый конический адаптер, который устанавливается на разгонный блок (РБ). Закрепление КА на РБ (через переходной углепластиковый адаптер) на период их совместной эксплуатации осуществляет УО. УО реализует финишную операцию выведения КА на целевую орбиту [2]. Была поставлена техническая задача: - разработать УО с использованием естественных окон конструкции с минимальным конструктивным изменением шпангоутов для установки оптимального количества замков УО; - обеспечение тандемного запуска КА. В процессе проработки были проведены анализы конструкции по оптимальной массе УО с учетом массы и жесткости соединяемых шпангоутов, по параметрам отделения с учетом разбросов центровочных и массово-инерционных характеристик спутника и РБ. Так же УО при срабатывании должно исключать выбросы твердых частиц, элементов конструкции и не должно генерировать на КА ударные нагрузки, превышающие допустимые. При этом учитывалась надежность УО при худших условиях эксплуатации (запас по срабатыванию при экстремальных температурах, дублирование). В результате разработано УО (рис. 2) исключающее дополнительные проставки и стыковки, стягивающее шпангоуты адаптера и СКК в 12-ти равномерно расположенных по окружности точках (механических замках) на интерфейсном диаметре 01177 мм. Конструкция УО позволяет комбинировать количество замков для одиночного и тандемного запуска КА (рис. 3). Параметры и характеристики УО: - предельно допустимая осевая эквивалентная сила по функциональному стыку КА - переходной системы составляет 875040 Н; - линейная скорость разделения составляет не менее 1 м/с; - угловая скорость не более 3°/с для КА; до 5,5°/с для РБ (оптимальная для системы ориентации и РБ); - масса УО составляет 14 кг с учетом: механических рычажных замков (12 шт.), тросового бандажа с двумя пирочеками и двумя стяжными муфтами, пру-жин-толкателей (8 шт.); - гарантийный срок УО 4,5 года, в том числе эксплуатация в натурных условиях не менее 10 часов. Рис. 1. Платформы семейства EXPRESS 154 № 6(52). 2013 Толкатель Тросовый бандаж Нижний шпангоут Рис. 2. Общий вид УО При необходимости можно разработать подобные УО на другие интерфейсные диаметры с различным количеством замков. Важным элементом для закрепления КА на РБ на период их совместной эксплуатации является замок УО. В настоящее время спроектирован механический рычажный замок УО, который является механизмом разового срабатывания по целевому назначению и предназначен для восприятия нагрузок действующих перпендикулярно плоскости стыка разъединяемых элементов конструкции [3]. Коромысло замков (см. рис. 2) устанавливается в естественные отверстия СКК и сжимают шпангоуты СКК и адаптера. При этом исполнительные механизмы замков стянуты тросовым бандажом. Тросовый бандаж за счет высокой упругой деформации позволяет удерживать замки от срабатывания в большом диапазоне температур конструкции от 70 до -60 °С. В конструкции УО разъединение тросового бандажа осуществляется при срабатывании хотя бы одной пирочеки - применено резервирование пирочеки. Резервирование других элементов отсутствует. Элементом для отделения КА с требуемыми параметрами является пружинный - толкатель. В качестве толкателей используются свободные пружины сжатия. Подбором по энергетическим характеристикам и положением пружин обеспечиваются требуемые параметры отделения (линейная и угловая скорость) Факт срабатывания УО регистрируется телеметрической системой РБ по разрыву электрических цепей отрывных соединителей. Отрывные соединители установлены в разделяемом стыке, одна часть соединителя закреплена на СКК, другая на ПС. Разделение каждого соединителя производится собственной пружиной расталкивания вилки и розетки. Для изготовления данного УО проводился большой комплекс подготовительных работ включающий изготовление технологической оснастки, изготовление опытных образцов и проведение квалификационных испытаний. При квалификационных испытания УО подвергалось внешним воздействиям, условия которых 155 Вестник СибГАУ (т. е. уровни и продолжительности) имеют запасы сверх возможных наихудших условий, которые могут встретиться в течение срока эксплуатации оборудования в составе платформы (спутника), и равны или жестче, чем условия внешних воздействий при квалификационных испытаниях платформы (спутника). Квалификация УО включала испытания на ресурс. Критериями положительной оценки результатов испытаний являлось: - отсутствие механических повреждений элементов конструкции и покрытий (остаточных деформаций, трещин, поломок, вмятин) в результате испытаний; - сохранение способности срабатывания элементов УО после воздействия механических нагрузок; - сохранение способности срабатывания УО при экстремальных температурах; - отсутствие зацепления с элементами конструкции изделия в процессе отделения; - отсутствие самоотвинчивания функциональных резьбовых элементов и элементов крепежа; - достаточность несущей способности силовых элементов и замков УО; - сохранение способности срабатывания УО после проведения ресурса из 10 срабатываний. Замок УО должен выдерживать срабатывание не менее 10 раз; - срабатывание УО от одной пирочеки [4]. УО подтвердило свою работоспособность на всех этапах испытаний (табл. 1). При разработке УО нами был проведен анализ конструкции в зоне установки УО с зарубежными аналогами (рис. 4). УО фирмы RUAG, примененное в конструктивной схеме выведения зарубежных КА предполагает наличие дополнительных силовых переходных элементов между изогридной углепластиковой структурой СКК и адаптера. Это потери полезной массы конструкции, от которых удалось уйти, применив конструкцию УО ОАО «ИСС» (см. рис. 2). Сравнительный анализ, проведенный по разработкам, показал преимущество конструкции разработки ОАО «ИСС» (табл. 2). Несмотря на более легкое УО фирмы RUAG по сравнению с УО изготовленного в ОАО «ИСС», зарубежная конструкция проигрывает в общей массе силовых элементов (адаптер). Таблица 1 Этапы испытаний УО Испытания Оценка Статические: различные случаи нагружения, в том числе и транспортирование в составе КГЧ Положительная Динамические (акустические и вибрационные нагрузки) Положительная Подтверждение параметров отделения УО (угловых скоростей) Положительная Проверка функционирования УО в вакууме при температуре плюс 80 °С (от одной пирочеки) Положительная Проверка функционирования УО в вакууме при температуре минус 70 °С (от одной пирочеки) Положительная * После каждого вида испытаний проводилась проверка функционирования УО Рис. 4. Схема установки УО RUAG Sweden - 1194VS 156 № 6(52). 2013 Таблица 2 Сравнительный анализ УО Наименование Адаптеры Устройство отделения Разработчик Высота, MM Масса, кг Разработчик Масса, кг Тяжелый КА: «Экспресс-АМ5» ОАО «ИСС» 650 54.48 ОАО «ИСС» 14 Тандемный запуск КА: «Луч-5Б» 650 60.2 14 Универсальный запуск: 1194VS RUAG Sweden 753 165 RUAG 12 Таким образом, УО позволяет унифицировать конструкцию входящих элементов и применить различные применения компоновки (кол. Замков, пружин толкателя). УО имеет лучшие характеристики в сравнении с зарубежными аналогами в зависимости от массовой конструкции выводимого КА. На данный момент конструкция УО успешно применена на КА «Amos-5», «Telkom-3», «Ямал-300К», «Луч-5Б».

Об авторах

А. С. Вехов

ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева»

Email: vas304@mail.ru
Россия, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52

Список литературы

Дополнительные файлы