RU178924U1 - MATRIX ROCKET MOTOR SYSTEM WITH INDIVIDUAL DIGITAL CONTROL OF THE GREAT DRAW OF EACH ENGINE CELL FOR SMALL SPACE VEHICLES - Google Patents
MATRIX ROCKET MOTOR SYSTEM WITH INDIVIDUAL DIGITAL CONTROL OF THE GREAT DRAW OF EACH ENGINE CELL FOR SMALL SPACE VEHICLES Download PDFInfo
- Publication number
- RU178924U1 RU178924U1 RU2017116244U RU2017116244U RU178924U1 RU 178924 U1 RU178924 U1 RU 178924U1 RU 2017116244 U RU2017116244 U RU 2017116244U RU 2017116244 U RU2017116244 U RU 2017116244U RU 178924 U1 RU178924 U1 RU 178924U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- micropores
- heat
- resistant dielectric
- spherical
- decoder
- Prior art date
Links
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 title claims description 15
- 239000004449 solid propellant Substances 0.000 claims abstract description 28
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 17
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 4
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 2
- 238000005303 weighing Methods 0.000 abstract description 4
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 5
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 235000015842 Hesperis Nutrition 0.000 description 1
- 235000012633 Iberis amara Nutrition 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005474 detonation Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 description 1
- 238000003032 molecular docking Methods 0.000 description 1
- JTJMJGYZQZDUJJ-UHFFFAOYSA-N phencyclidine Chemical compound C1CCCCN1C1(C=2C=CC=CC=2)CCCCC1 JTJMJGYZQZDUJJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000013139 quantization Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000002760 rocket fuel Substances 0.000 description 1
- 238000001338 self-assembly Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
- B64G1/00—Cosmonautic vehicles
- B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
- B64G1/40—Arrangements or adaptations of propulsion systems
- B64G1/403—Solid propellant rocket engines
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
- B81B7/04—Networks or arrays of similar microstructural devices
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02K—JET-PROPULSION PLANTS
- F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
- F02K9/94—Re-ignitable or restartable rocket- engine plants; Intermittently operated rocket-engine plants
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02K—JET-PROPULSION PLANTS
- F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
- F02K9/95—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof characterised by starting or ignition means or arrangements
Abstract
Полезная модель относится к двигательным ракетным системам для малоразмерных космических аппаратов (МКА) и предназначена для использования в качестве маневрового двигателя при выполнении линейных и угловых перемещений МКА, классифицируемых как фемтоспутники - весом менее 100 г.Согласно полезной модели монолитная термостойкая диэлектрическая подложка содержит упорядочение размещенные на поверхности конусообразные микропоры, ранжированные по объему в пропорциях последовательных степеней числа два (1-2-4-8-16) и заполненные твердым топливом. На центры оснований конусообразных микропор наложены сферические воспламенители, закрепленные в сквозных цилиндрических микропорах и зажатые между центрующими отверстиями шин строк и столбцов первой термостойкой диэлектрической мембраны, на которую наложена вторая термостойкая диэлектрическая мембрана со сквозными конусообразными микропорами, образующими сопла над конусообразными микропорами, заполненными твердым топливом. Адресные шины строк и столбцов соединены, соответственно, с дешифратором строк и через коммутатор адресов двигательных ячеек с дешифратором столбцов, и дешифратором данных, которые управляют координатами и величинами тяги двигательных ячеек. Входы дешифраторов соединены с информационными выходами блока памяти отработанных кодовых комбинаций, который соединен двунаправленной шиной с контролером.The utility model relates to propulsion rocket systems for small spacecraft (MCAs) and is intended to be used as a shunting engine for linear and angular movements of MCAs classified as femtosatellites weighing less than 100 g. According to a utility model, a monolithic heat-resistant dielectric substrate contains an ordering placed on the surface is cone-shaped micropores, ranked by volume in the proportions of successive powers of two (1-2-4-8-16) and filled with solid fuels ohm Spherical ignitors are attached to the centers of the bases of the conical micropores, fixed in through cylindrical micropores and sandwiched between the center holes of the row and column tires of the first heat-resistant dielectric membrane, on which a second heat-resistant dielectric membrane with through-conical micropores, forming nozzles above the conical micropores filled with solid fuel, is superimposed. The address buses of rows and columns are connected, respectively, with a row decoder and through a switchboard of addresses of motor cells with a column decoder, and a data decoder that control the coordinates and magnitudes of the traction of the motor cells. The inputs of the decoders are connected to the information outputs of the memory block spent code combinations, which is connected by a bi-directional bus to the controller.
Description
Полезная модель относится к двигательным ракетным системам для малоразмерных космических аппаратов (МКА) и предназначено для использования в качестве маневрового двигателя при выполнении операций ориентации, стыковки, причаливания, самосборки и трансформации конструкций, создаваемых из МКА, классифицируемых как пикоспутники (студенческие спутники) - весом менее 1000 г, фемтоспутники - весом менее 100 г и аттоспутники весом менее 10 г.The utility model relates to propulsion rocket systems for small spacecraft (MCAs) and is intended to be used as a shunting engine for orientation, docking, mooring, self-assembly and transformation of structures created from spacecraft, classified as picosatellites (student satellites) - weighing less than 1000 g, femtosatellites weighing less than 100 g and attosatellites weighing less than 10 g.
Известен управляемый цифровой кластер твердотопливных двигателей для ракет и генерации газов, используемый в качестве подруливающего устройства МКА, состоящий из множества базовых твердотопливных элементов в виде цилиндров, каждый из которых имеет электроды для избирательного воспламенения твердого топлива. Изготовление матрицы, в которую вкладываются элементы из твердого топлива или твердого раствора ракетных топлив, базируется на методах, используемых при изготовлении полупроводниковых микрочипов (Patent No.: US 8464640 В2, Date of Patent. Jun. 18, 2013, F02K 9/08, CONTROLLABLE DIGITAL SOLID STATE CLUSTER THRUSTERS FOR ROCKET PROPULSION AND GAS GENERATION).Known controlled digital cluster of solid propellant engines for rockets and gas generation, used as a thruster MKA, consisting of many basic solid fuel elements in the form of cylinders, each of which has electrodes for the selective ignition of solid fuel. The fabrication of a matrix in which elements of solid fuel or solid rocket fuel are embedded is based on the methods used in the manufacture of semiconductor microchips (Patent No .: US 8464640 B2, Date of Patent. Jun. 18, 2013,
Недостатком известного технического решения является отсутствие возможности индивидуального цифрового управления величиной тяги каждой двигательной ячейки матричной двигательной системы МКА.A disadvantage of the known technical solution is the lack of individual digital control of the magnitude of the thrust of each motor cell of the matrix motor system of the ICA.
Наиболее близким по технической сущности является двигательная система для малоразмерного спутника (МКА) стандарта CubeSat, содержащая подложку, сетевые каналы связи, кластер индивидуально выбираемых твердотопливных одинаковых двигательных элементов, размещенных на подложке и организованных в виде прямоугольной матрицы. Каждый двигательный элемент состоит из трубчатого корпуса, заполненного твердым топливом с воспламенителем, соединенным с сетевым каналом управления. Кластер может составлять от 10 до 1000 двигательных элементов, каждый из которых имеет микросхему с уникальным идентификатором и через сетевые каналы связи подключен к контролеру (Patent Application Publication, Pub. No.: US 20160061148 A1, Pub. Date Mar. 3, 2016, F02K 9/95, B64G 1/40, F02K 9/76, F02K 9/10, F02K 9/24, PROPULSION SYSTEM COMPRISING PLURALITY OF INDIVIDUALLY SELECTABLE SOLID FUEL MOTORS).The closest in technical essence is the propulsion system for a small satellite (MCA) of the CubeSat standard, containing a substrate, network communication channels, a cluster of individually selected solid propellant identical engine elements placed on a substrate and organized in the form of a rectangular matrix. Each motor element consists of a tubular body filled with solid fuel with an igniter connected to a network control channel. The cluster can comprise from 10 to 1000 motor elements, each of which has a chip with a unique identifier and is connected to the controller through network communication channels (Patent Application Publication, Pub. No .: US 20160061148 A1, Pub. Date Mar. 3, 2016,
Недостатком известного технического решения является отсутствие возможности индивидуального цифрового управления величиной тяги каждой двигательной ячейки матричной двигательной системы МКА.A disadvantage of the known technical solution is the lack of individual digital control of the magnitude of the thrust of each motor cell of the matrix motor system of the ICA.
Отличие предлагаемого технического решения от вышеизложенных заключается в использовании двигательных ячеек, состоящих из групп элементов в форме конусообразных микропор с распределением величин объемов в виде последовательных степеней числа два и заполненных твердым топливом в соответствующих пропорциях (1-2-4-8-16), что позволило ранжировать по весовым коэффициентам величины тяги двигательной ячейки. Это также позволило увеличивать точность маневрирования МКА, в зависимости от увеличения количества двоичных разрядов, и осуществить многократное использование остатков твердого топлива двигательных ячеек, компонуя из них новые двигательные ячейки. Кроме того, позволило осуществить прямое преобразование управляющего двоичного кода в величину тяги двигательной ячейки с использованием твердого топлива.The difference between the proposed technical solution and the foregoing consists in the use of motor cells, consisting of groups of elements in the form of cone-shaped micropores with a distribution of volume values in the form of successive powers of two and filled with solid fuel in appropriate proportions (1-2-4-8-16), which allowed ranking by weight coefficients the magnitude of the thrust of the motor cell. This also made it possible to increase the accuracy of maneuvering the MCA, depending on the increase in the number of binary bits, and to reuse the residual solid fuel of the engine cells, composing new engine cells from them. In addition, it allowed direct conversion of the control binary code to the thrust of the motor cell using solid fuel.
Введение блока памяти отработанных кодовых комбинаций позволило исключить повторное включение отработанных зарядов твердого топлива и осуществить взамен их выдачу команд контролеру на поиск альтернативных кодовых комбинаций для включения зарядов с равноценными величинами тягами.The introduction of a memory block of spent code combinations made it possible to exclude the re-inclusion of spent solid fuel charges and, instead of issuing them, issued commands to the controller to search for alternative code combinations to turn on charges with equivalent thrust values.
Введение дешифратора строк, дешифратора столбцов, дешифратора данных, коммутатора адресов двигательных ячеек позволило осуществить выбор любого сочетания включения нескольких сферических воспламенителей детонирующих различные объемы зарядов твердого топлива с различными величинами тяги, расположенных на монолитной термостойкой диэлектрической подложке в точках с различными координатами X, Y и с различными интервалами времени их включения.The introduction of a row decoder, column decoder, data decoder, engine cell address switcher made it possible to choose any combination of the inclusion of several spherical igniters detonating different volumes of solid fuel charges with different values of traction located on a monolithic heat-resistant dielectric substrate at points with different coordinates X, Y and c various time intervals for their inclusion.
Техническим результатом является возможность индивидуального цифрового управления величиной тяги каждой двигательной ячейки матричной двигательной системы МКА.The technical result is the possibility of individual digital control of the magnitude of the thrust of each motor cell of the matrix motor system of the ICA.
Технический результат предложенной полезной модели достигается совокупностью существенных признаков, а именно: матричная ракетная двигательная система с индивидуальным цифровым управлением величиной тяги каждой двигательной ячейки для малоразмерных космических аппаратов, содержащая плоскую прямоугольную подложку с размещенным на ней массивом двигательных элементов твердого топлива, соединенных через коммуникационную сеть с контроллером, содержит коммутатор адресов двигательных ячеек, дешифратор строк, дешифратор столбцов, дешифратор данных, блок памяти отработанных кодовых комбинаций, сферические воспламенители, первую термостойкую диэлектрическую мембрану с упорядочено расположенными сквозными цилиндрическими микропорами, количество которых равно количеству сферических воспламенителей, вторую термостойкую диэлектрическую мембрану с упорядочено расположенными конусообразными сквозными микропорами, монолитную термостойкую диэлектрическую подложку, на поверхности которой равномерно упорядочено размещены конусообразные микропоры, ранжированные по объему в пропорциях последовательных степеней числа два, геометрически сгруппированные и упорядоченно расположенные на одинаковом расстоянии друг от друга, образуя двигательные ячейки в виде упорядоченных групп конусообразных микропор, количество которых в каждой двигательной ячейке равно числу разрядов используемого двоичного кода для управления величиной тяги в зависимости от требуемой точности, конусообразные микропоры заполнены твердым топливом до основания конусообразных микропор, над центрами которых расположены сквозные цилиндрические микропоры первой термостойкой диэлектрической мембраны со сквозными микропорами, заполненными сферическими воспламенителями, соединенными с противоположных сторон над их центрами с электропроводящими шинами строк и столбцов, расположенных с наружных сторон первой термостойкой диэлектрической мембраны со сквозными цилиндрическими микропорами и имеющие на местах их пересечений над центрами сферических воспламенителей контактные отверстия с диаметрами, равными диаметрам оснований шаровых поясов сферических воспламенителей, высота между основаниями шаровых поясов которых равна толщине первой диэлектрической мембраны, сферические воспламенители, вложенные в сквозные поры которой электрически соединены по периметрам линий шаровых поясов сферических воспламенителей с шинами строк и столбцов, которые соответственно подключены на выходы дешифратора строк и выходы коммутатора адресов двигательных ячеек, входы которого соединены с выходами дешифратора столбцов и выходами дешифратора данных, входы которого соединены с выходами шины данных блока памяти отработанных кодовых комбинаций, строчные адресные шины которого соединены с входами дешифратора строк, столбцовые адресные шины соединены с дешифратором столбцов, а информационные входы и управляющие выходы блока памяти отработанных кодовых комбинаций соединены двунаправленной шиной с контролером, причем на первой термостойкой диэлектрической мембране с цилиндрическими сквозными микропорами с противоположной стороны от соединения с монолитной термостойкой диэлектрической подложкой закреплена вторая термостойкая диэлектрическая мембрана со сквозными конусообразными микропорами, ориентируемыми большими диаметрами оснований наружу, центры оснований которых расположены над центрами оснований конусообразных микропор.The technical result of the proposed utility model is achieved by a set of essential features, namely: a matrix rocket propulsion system with individual digital control of the thrust of each propulsion cell for small spacecraft, containing a flat rectangular substrate with an array of solid propellant propulsion elements placed on it, connected through a communication network to controller, contains a switch for the addresses of motor cells, a line decoder, a column decoder, deshi data fractor, memory block of worked-out code combinations, spherical igniters, the first heat-resistant dielectric membrane with ordered cylindrical through-hole micropores arranged, the number of which is equal to the number of spherical ignitors, ordered second heat-resistant dielectric membrane with arranged conical through-hole micropores, whose monolithic heat-resistant dielectric substrate has a uniform surface cone-shaped micropores ranked by in proportions of successive powers of two, geometrically grouped and ordered at equal distances from each other, forming motor cells in the form of ordered groups of cone-shaped micropores, the number of which in each motor cell is equal to the number of bits of the binary code used to control the amount of traction depending on the required accuracy, cone-shaped micropores are filled with solid fuel to the base of cone-shaped micropores, above the centers of which there are through cylindrical micropores of the first heat-resistant dielectric membrane with through micropores filled with spherical igniters connected on opposite sides above their centers with electrically conductive row and column buses located on the outside of the first heat-resistant dielectric membrane with through cylindrical micropores and having at their intersections above the centers of spherical ignitors contact holes with diameters equal to the diameters of the bases of the spherical ignition ball belts carriers, the height between the bases of the ball belts of which is equal to the thickness of the first dielectric membrane, spherical igniters embedded in the through pores of which are electrically connected along the perimeters of the lines of the ball belts of spherical igniters with row and column buses, which are respectively connected to the outputs of the line decoder and the outputs of the switch addresses of motor cells whose inputs are connected to the outputs of the column decoder and the outputs of the data decoder, whose inputs are connected to the outputs of the data bus of the memory unit the spent code combinations, the lowercase address buses of which are connected to the inputs of the row decoder, the column address buses are connected to the columns of the decoder, and the information inputs and control outputs of the memory block of the spent code combinations are connected by a bi-directional bus to the controller, and on the first heat-resistant dielectric membrane with cylindrical through micropores on the opposite side from the connection with a monolithic heat-resistant dielectric substrate, a second heat-resistant dielectric is fixed eskaya membrane with through tapered micropores orientable large diameters bases outwardly base centers which are arranged above the centers of the bases tapered micropores.
Сущность полезной модели поясняется на фиг. 1, где представлена матричная ракетная двигательная система с индивидуальным цифровым управлением величиной тяги каждой двигательной ячейки для малоразмерных космических аппаратов. На фиг. 2 представлен выносной элемент А (10:1) в увеличенном масштабе и разрезе, поясняющий конструкцию матричной ракетной двигательной системы с индивидуальным цифровым управлением величиной тяги каждой двигательной ячейки для малоразмерных космических аппаратов. На фиг. 3 приведен примерный трехмерный график распределения величин векторов тяги W по координате Z и координатам X, Y при выполнении маневра малоразмерным космическим аппаратом.The essence of the utility model is illustrated in FIG. 1, which presents a matrix rocket propulsion system with individual digital control of the magnitude of the thrust of each propulsion cell for small spacecraft. In FIG. Figure 2 shows an extension element A (10: 1) in an enlarged scale and section, explaining the design of a matrix rocket propulsion system with individual digital control of the magnitude of the thrust of each propulsion cell for small spacecraft. In FIG. Figure 3 shows an exemplary three-dimensional graph of the distribution of thrust vector values W along the Z coordinate and X, Y coordinates when performing a maneuver by a small-sized spacecraft.
Под используемым в тексте словосочетанием «двигательная ячейка» понимается следующее: двигательная ячейка - это группа F элементов ar(i, j) двигательной матрицы m×n, находящихся на пересечении строки mi с группой столбцов nj (количество которых равно количеству разрядов управляющего двоичного кода) и состоящих из набора коммутируемых разнокалиберных зарядов (элементов) F={a1w1(i, j+1), a2w2(i, j+2), a3w4(i, j+3), a4w8(i, j+4), a5w16(i, j+5)} твердого топлива в пропорциях 1-2-4-8-16. где: аr - элемент двигательной ячейки, r - номер ячейки (r=1, 2, …, N); wk - весовой коэффициент величины тяги элемента двигательной ячейки с распределением величин в виде последовательных степеней числа два (k=1, 2, 4, 8, 16, …, (1⋅2h)), (h - максимальное количество разрядов управляющего двоичного кода). Каждому элементу двигательной ячейки в зависимости от объема (массы) размещенного твердого топлива (после его воспламенения) соответствует определенный весовой коэффициент wk величины тяги. В зависимости от управляющего кода происходит изменение величины тяги двигательной ячейки в интервале от 0 до 100% за счет суммирования выбранных двоичным кодом сочетаний дискретных величин тяг двигательных элементов, образующих двигательную ячейку. Шаг дискретизации (шаг квантования) изменения величины тяги и соответственно точность перемещения определяется количеством разрядов двигательной ячейки, например, при пятиразрядной организации он составляет ~3.2% (100%/31), а для семиразрядной организации двигательной ячейки шаг составляет ~0.78% (100%/127). Количество ранжированных зарядов твердого топлива (элементов) в каждой двигательной ячейки должно быть больше двух и равно максимальной величине двоичного разряда (пять разрядов для данного примера) требуемой точности перемещения.The phrase “motor cell” used in the text means the following: a motor cell is a group F of elements a r (i, j) of an m × n motor matrix located at the intersection of row mi with a group of columns nj (the number of which is equal to the number of bits of the control binary code ) and consisting of a set of switched charges of different sizes (elements) F = {a 1 w 1 (i, j +1 ), a 2 w 2 (i, j +2 ), a 3 w 4 (i, j +3 ), a 4 w 8 (i, j +4 ), a 5 w 16 (i, j +5 )} of solid fuel in the proportions 1-2-4-8-16. where: r is the element of the motor cell, r is the cell number (r = 1, 2, ..., N); w k is the weight coefficient of the traction element of the motor cell with a distribution of quantities in the form of successive powers of two (k = 1, 2, 4, 8, 16, ..., (1⋅2 h )), (h is the maximum number of bits of the control binary code). Each element of the motor cell, depending on the volume (mass) of the placed solid fuel (after ignition), corresponds to a specific weight coefficient w k of thrust. Depending on the control code, there is a change in the magnitude of the thrust of the motor cell in the range from 0 to 100% due to the summation of binary combinations of discrete values of the thrusts of the motor elements forming the motor cell selected by the binary code. The discretization step (quantization step) of the change in the thrust magnitude and, accordingly, the displacement accuracy is determined by the number of discharges of the motor cell, for example, with five-digit organization it is ~ 3.2% (100% / 31), and for the seven-digit organization of the motor cell the step is ~ 0.78% (100% / 127). The number of ranked charges of solid fuel (elements) in each motor cell must be more than two and equal to the maximum value of the binary discharge (five digits for this example) of the required accuracy of movement.
Матричная ракетная двигательная система с индивидуальным цифровым управлением величиной тяги каждой двигательной ячейки для малоразмерных космических аппаратов фиг. 1 содержит монолитную термостойкую диэлектрическую подложку 1 с двигательными ячейками, (позиции 2-18) элементы которых в увеличенном масштабе приведены на выносном элементе А (10:1), представленном на фиг. 2 (фрагмент вида с боку в разрезе), дешифратор столбцов 19, коммутатор адресов двигательных ячеек 20, дешифратор данных 21, дешифратор строк 22, блок памяти отработанных кодовых комбинаций 23, контроллер 24.Matrix rocket propulsion system with individual digital control of the thrust value of each propulsion cell for small spacecraft of FIG. 1 contains a monolithic heat-resistant
На выносном элементе А (10:1) фиг. 2 представлены элементы (двигательная ячейка) в разрезе, где: монолитная термостойкая диэлектрическая подложка 1, первая конусообразная микропора 2, вторая конусообразная микропора 3, третья конусообразная микропора 4, четвертая конусообразная микропора 5, пятая конусообразная микропора 6, заполненные твердым топливом 7 (конусообразные микропоры 2, 3, 4, 5, 6. - калиброваны и ранжированы по объему соответственно в пропорциях 1-2-4-8-16.), сферические воспламенители 8, вложенные в сквозные цилиндрические микропоры 9, расположенные на первой термостойкой диэлектрической мембране 10, на поверхности которой обращенной к монолитной термостойкой диэлектрической подложке 1 нанесена строковая шина 11, на второй термостойкой диэлектрической мембране 12 расположены сквозные конусообразные микропоры 13, и со стороны меньших диаметров оснований конусов нанесены первая столбцовая шина 14, вторая столбцовая шина 15, третья столбцовая шина 16, четвертая столбцовая шина 17, пятая столбцовая шина 18.On the extension element A (10: 1) of FIG. 2 shows the elements (motor cell) in the context, where: a monolithic heat-resistant
В зависимости от класса управляемого МКА устройство может быть реализовано с помощью известных микроструктурных технологий, используемых для изготовления микроэлектромеханических систем (МЭМС) в диапазоне размеров элементов менее 100 микрометров. По этой технологии изготовлены, например, микроэлектромеханический (МЭМС) массив микродвигателей для подержания расстояния между малыми спутниками (Patent No.: US 6378292 B1, Date of Patent Apr.30, 2002, F02K 9/42; F02K 9/44; F02K 9/95; F02K 9/76 MEMS MICROTHRUSTER ARRAY) или, например, Микроэлектромеханический ракетный двигатель (патент RU 2498103 С1, 10.11.2013, F02K 99/00, В81В 7/04 ).Depending on the class of controlled MCA, the device can be implemented using well-known microstructural technologies used for the manufacture of microelectromechanical systems (MEMS) in the element size range of less than 100 micrometers. For example, a microelectromechanical (MEMS) array of micromotors for maintaining the distance between small satellites (Patent No .: US 6378292 B1, Date of Patent Apr.30, 2002, F02K 9/42; F02K 9/44; F02K 9 / 95; F02K 9/76 MEMS MICROTHRUSTER ARRAY) or, for example, a Microelectromechanical rocket engine (patent RU 2498103 C1, 11/10/2013, F02K 99/00, B81B 7/04).
Монолитная термостойкая диэлектрическая подложка может быть изготовлена из кварцевого стекла, керамики, кремния, термостойкого полимерного композита. В зависимости от назначения двигательной системы в качестве твердого топлива может быть использованы однокомпонентные, двухкомпонентные, композитные топлива и пиротехнические воспламенители, осуществляемые торцевое воспламенение заряда со стороны сопла, используемые в известных двигательных системах для МКА, построенные по МЭМС технологии. Микропоры различных форм в интервале, близком к нанометровому уровню, также могут быть получены с помощью ионно-трековых технологий (получение с помощью ионов узких латентных треков с последующим их травлением).Monolithic heat-resistant dielectric substrate can be made of quartz glass, ceramics, silicon, heat-resistant polymer composite. Depending on the purpose of the propulsion system, one-component, two-component, composite fuels and pyrotechnic igniters, end-face ignition of the charge on the nozzle side, used in the known propulsion systems for MCA constructed by MEMS technology can be used as solid fuel. Micropores of various shapes in the range close to the nanometer level can also be obtained using ion-track technologies (obtaining narrow latent tracks using ions and their subsequent etching).
Сборка предлагаемой конструкции двигательной матрицы при ее изготовлении может осуществляется, например, в следующей последовательности: на монолитную термостойкую диэлектрическую подложку с заполненными твердым топливом конусообразными микросферами накладывается первая термостойкая диэлектрическая мембрана с вложенными сферическими воспламенителями, на нее накладывается вторая термостойкая диэлектрическая мембрана со сквозными конусообразными микропорами. Конструкция выполнена таким образом, чтобы при сборке трехслойного пакета обеспечить самоцентровку полюсов сферических воспламенителей в прилегающих к ним контактных отверстиях шин строк и столбцов по линиям шаровых поясов при механическом стягивании или склеивании подложки с мембранами. После сборки проводится тестирование допусковых разбросов сопротивлений сферических воспламенителей, соединенных с шинами столбцов и строк, и последующая разбраковка по окончанию температурных вибрационных и ударных испытаний. Дешифраторы строк, столбцов, данных, коммутатор двигательных ячеек, блоки памяти могут быть реализованы на радиационно-стойкой (для использования в космосе) программируемой логической интегральной схеме (ПЛИС).The assembly of the proposed design of the motor matrix during its manufacture can be carried out, for example, in the following sequence: on the monolithic heat-resistant dielectric substrate with cone-shaped microspheres filled with solid fuel, a first heat-resistant dielectric membrane with embedded spherical ignitors is superimposed, a second heat-resistant dielectric membrane with through-cone-shaped micropores is superimposed on it. The design is made in such a way that, when assembling a three-layer package, self-centering of the poles of spherical igniters in the adjacent contact holes of the row and column tires along the lines of the ball belts during mechanical tightening or gluing of the substrate with the membranes is provided. After assembly, tolerance spreads of the resistance of spherical igniters connected to column and row tires are tested, and subsequent sorting is performed at the end of temperature vibration and shock tests. Line, column, data decoders, motor cell commutator, memory blocks can be implemented on a radiation-resistant (for use in space) programmable logic integrated circuit (FPGA).
Устройство работает следующим образом. Управляющее кодовое слово с контроллера 24 поступает на информационные входы блока памяти отработанных кодовых комбинаций 23. Кодовое слово состоит из кода адреса по координатам X и Y, определяющего геометрическое размещение двигательной ячейки на поверхности монолитной термостойкой диэлектрической подложки 1, и кода данных, определяющего в двоичном коде величину тяги двигательной ячейки. Блок памяти отработанных кодовых комбинаций 23 запоминает коды всех отработанных сферических воспламенителей 8, с целью исключения попыток повторного включения отработанных двигательных элементов, и, в случае появления повторной кодовой комбинации выдает команду на контролер 24 на выборку новых альтернативных кодовых комбинаций. С трех информационных выходов блока памяти отработанных кодовых комбинаций 23 кодовые комбинации через адресные шины строк, столбцов и шину данных одновременно поступают на вход дешифратора строк 22, который выбирает по координате Y адресную шину двигательной ячейки, со второго адресного выхода через дешифратор столбцов 19 выбирается адресная шина по координате X двигательной ячейки. Кодовое слово, определяющее адрес двигательной ячейки, с дешифратора столбцов 19 поступает на вход коммутатора 20, на второй вход которого поступает кодовое слово с выхода дешифратора данных 21, определяющее величину тяги двигательной ячейки. Коммутатор 20 производит соединение группы шин столбцов с группой шин данных каждой двигательной ячейки отдельно или нескольких одновременно, задавая кодовой комбинацией определенный весовой коэффициент тяги в двоичном коде, который в данном примере, при использовании пятиразрядного двоичного кода, может принимать значения от 1 до 31 (количество разрядов определяется требованиями к точности выполнения маневра МКА). Шины с выходов коммутатора 20 соединены с шинами столбцов, а шины с выхода дешифратора строк соединены со строковыми шинами, между которыми зажаты сферические воспламенители 8. В зависимости от поступившего управляющего кода каждой логической «1» осуществляется воспламенение соответствующих сферических воспламенителей 8 за счет протекания через них электрического тока, вызывающего их детонацию и воспламенение расположенных под ними зарядов твердого топлива 7. Каждый воспламенитель 8, разрушаясь, воспламеняет только свой заряд твердого топлива 7 с определенным весовым коэффициентом тяги в определенной двигательной ячейки. Продукты сгорания твердого топлива 7, вырываясь через сквозные цилиндрическое микропоры 9 (свободные от сферических воспламенителей после их распыления при детонации) и за тем через конусообразные сквозные микропоры 12, работающие как сопла, создают реактивную тягу. Величина тяги каждой двигательной ячейки может дискретно управляться в зависимости от ее разрядности и может принимать любые дискретные значения в заданном интервале, например при пятиразрядной организации - от 1 до 31 или при семиразрядной - от 1 до 127. В случае недостатка величины тяги одной двигательной ячейки, включаются другие ячейки целиком (в этом случае она играет роль дополнительного разряда) или частично. На фиг. 3 приведен примерный 3D график распределения величин векторов тяги W по координате Z и координатам X, Y при выполнении маневра малоразмерным космическим аппаратом, где на координате X - номер адреса столбца nj двигательной ячейки; на координате Y - номер адреса строки mi двигательной ячейки; на координате Z-W (о.е.) - величина вектора тяги двигательной ячейки в относительных единицах (при пятиразрядной организации двигательных ячеек, W принимает значения от 1 до 31 с шагом в одну единицу, задаваемые кодом от 00001 до 11111, при коде 00000 - двигательная ячейка выключена); ЦМ МКА - центр масс прямоугольной матричной двигательной системы плоского (панельного) малоразмерного космического аппарата.The device operates as follows. The control code word from the
Возможность включения двигательных ячеек в разных последовательностях с различными величинами тяги в различных координатных точках двигательной матрицы, размещенной на поверхности плоского МКА, позволяет одной плоской двигательной системой, производить линейные и угловые прецизионные перемещения МКА с помощью индивидуального цифрового управления величиной тяги каждой двигательной ячейки, что ранее невозможно было осуществить известными двигательными системами, работающими на твердом топливе.The ability to turn on the motor cells in different sequences with different thrust values at different coordinate points of the motor matrix located on the surface of a planar MCA allows one plane motor system to perform linear and angular precision movements of the MCA using individual digital control of the magnitude of the traction of each motor cell, which was previously It was not possible to implement the well-known solid fuel propulsion systems.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017116244U RU178924U1 (en) | 2017-05-10 | 2017-05-10 | MATRIX ROCKET MOTOR SYSTEM WITH INDIVIDUAL DIGITAL CONTROL OF THE GREAT DRAW OF EACH ENGINE CELL FOR SMALL SPACE VEHICLES |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017116244U RU178924U1 (en) | 2017-05-10 | 2017-05-10 | MATRIX ROCKET MOTOR SYSTEM WITH INDIVIDUAL DIGITAL CONTROL OF THE GREAT DRAW OF EACH ENGINE CELL FOR SMALL SPACE VEHICLES |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU178924U1 true RU178924U1 (en) | 2018-04-23 |
Family
ID=62043724
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017116244U RU178924U1 (en) | 2017-05-10 | 2017-05-10 | MATRIX ROCKET MOTOR SYSTEM WITH INDIVIDUAL DIGITAL CONTROL OF THE GREAT DRAW OF EACH ENGINE CELL FOR SMALL SPACE VEHICLES |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU178924U1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU183937U1 (en) * | 2018-07-09 | 2018-10-09 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" | MULTI-VECTOR MATRIX ROCKET MOTOR SYSTEM WITH DIGITAL VALUE CONTROL AND MOTOR CELL DRAW DIRECTION FOR SMALL SPACE VEHICLES |
RU2707474C1 (en) * | 2018-12-03 | 2019-11-26 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" | Multivector matrix rocket engine system with digital control of value and direction of thrust of motor cells for small space vehicles |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3815359A (en) * | 1966-02-23 | 1974-06-11 | Thiokol Chemical Corp | Ignition system for rockets |
US6378292B1 (en) * | 2000-11-10 | 2002-04-30 | Honeywell International Inc. | MEMS microthruster array |
RU2327892C2 (en) * | 2005-12-26 | 2008-06-27 | Александр Николаевич Бобров | Method of controlling solid-fuel rocket engine thrust and solid-fuel charge |
US8464640B2 (en) * | 2004-12-17 | 2013-06-18 | Digital Solid State Propulsion Llc | Controllable digital solid state cluster thrusters for rocket propulsion and gas generation |
RU2498103C1 (en) * | 2012-07-10 | 2013-11-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Microelectromechanical rocket engine |
US20160061148A1 (en) * | 2014-09-03 | 2016-03-03 | Pacific Scientific Energetic Materials Company | Propulsion system comprising plurality of individually selectable solid fuel motors |
-
2017
- 2017-05-10 RU RU2017116244U patent/RU178924U1/en active IP Right Revival
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3815359A (en) * | 1966-02-23 | 1974-06-11 | Thiokol Chemical Corp | Ignition system for rockets |
US6378292B1 (en) * | 2000-11-10 | 2002-04-30 | Honeywell International Inc. | MEMS microthruster array |
US8464640B2 (en) * | 2004-12-17 | 2013-06-18 | Digital Solid State Propulsion Llc | Controllable digital solid state cluster thrusters for rocket propulsion and gas generation |
RU2327892C2 (en) * | 2005-12-26 | 2008-06-27 | Александр Николаевич Бобров | Method of controlling solid-fuel rocket engine thrust and solid-fuel charge |
RU2498103C1 (en) * | 2012-07-10 | 2013-11-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Microelectromechanical rocket engine |
US20160061148A1 (en) * | 2014-09-03 | 2016-03-03 | Pacific Scientific Energetic Materials Company | Propulsion system comprising plurality of individually selectable solid fuel motors |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU183937U1 (en) * | 2018-07-09 | 2018-10-09 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" | MULTI-VECTOR MATRIX ROCKET MOTOR SYSTEM WITH DIGITAL VALUE CONTROL AND MOTOR CELL DRAW DIRECTION FOR SMALL SPACE VEHICLES |
RU2707474C1 (en) * | 2018-12-03 | 2019-11-26 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" | Multivector matrix rocket engine system with digital control of value and direction of thrust of motor cells for small space vehicles |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU183937U1 (en) | MULTI-VECTOR MATRIX ROCKET MOTOR SYSTEM WITH DIGITAL VALUE CONTROL AND MOTOR CELL DRAW DIRECTION FOR SMALL SPACE VEHICLES | |
RU178748U1 (en) | REVERSE MATRIX ROCKET MOTOR SYSTEM WITH INDIVIDUAL DIGITAL CONTROL OF THE MAGNETIC BRAKE OF EACH REVERSE MOTOR CELL FOR SMALL SPACE VEHICLES | |
RU178924U1 (en) | MATRIX ROCKET MOTOR SYSTEM WITH INDIVIDUAL DIGITAL CONTROL OF THE GREAT DRAW OF EACH ENGINE CELL FOR SMALL SPACE VEHICLES | |
US9790895B2 (en) | Propulsion system comprising plurality of individually selectable solid fuel motors | |
Tanaka et al. | MEMS-based solid propellant rocket array thruster | |
RU2660210C1 (en) | Matrix rocket engine system with individual digital management of the thrust value of each motor cell for small spacecraft | |
RU2654782C1 (en) | Reversible matrix missile engine system with individual digital control of the thrust magnitude of each reverse engine cell for small spacecraft | |
SE1051308A1 (en) | Electrode ignition and control of electrically ignitable materials | |
Teasdale et al. | Microrockets for smart dust | |
Shotwell et al. | Drivers, developments and options under consideration for a Mars ascent vehicle | |
CN104791136A (en) | Solid micro-thruster array structure for experiments | |
US5359935A (en) | Detonator device and method for making same | |
RU2700299C1 (en) | Multivector matrix rocket engine system with digital control of value and direction of thrust of motor cells for small spacecraft | |
RU2707474C1 (en) | Multivector matrix rocket engine system with digital control of value and direction of thrust of motor cells for small space vehicles | |
CN109723575B (en) | Tubular charging free-filling mode and method for realizing multi-thrust scheme | |
RU223962U1 (en) | MULTI-MATRIX MULTI-VECTOR PROPULSION SYSTEM FOR SMALL-SIZED SPACE VARICLES | |
EP1103714A2 (en) | Microthruster with spike nozzle | |
RU189442U1 (en) | MULTI-VECTOR MATRIX ROCKET MOTOR SYSTEM WITH DIGITAL CONTROL VALUE AND DIRECTION OF THE DRIVE MOTOR CELL FOR SMALL-DIMENSIONAL SPACE APPARATUS | |
US11643997B2 (en) | Propulsion system with single initiator for multiple rocket motors | |
Sawka et al. | Solid State Digital Propulsion “Cluster Thrusters” For Small Satellites, Using High Performance Electrically Controlled Extinguishable Solid Propellants | |
RU224770U1 (en) | MULTI-VECTOR MULTI-MATRIX PROPULSION SYSTEM FOR SMALL-SIZED SPACEVEHICLES | |
KR102413082B1 (en) | Thrusting panel | |
JP2016089654A (en) | Thruster and its process of manufacture | |
Ono et al. | Development of Commercially-Available Electrothermal Pulsed PlasmaThruster Systems for Micro/Nano-Satellites at Osaka Institute of Technology | |
US11852104B2 (en) | Propulsion system with single initiator for multiple rocket motors |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20180117 |
|
NF9K | Utility model reinstated |
Effective date: 20191115 |