RU2819744C1 - Cubesat standard satellites transport-launch container - Google Patents

Abstract

FIELD: cosmonautics.

SUBSTANCE: invention relates to space engineering, particularly, to CubeSat standard satellites transportation and launching devices. Transport-launch container for satellites of CubeSat standard comprises a housing with guides for the satellite and a basket which is self-opening due to spring-loaded hinges. Basket retains and simultaneously pushes the satellite along the guides of the frame of the device due to the use of toothed racks and transmission mechanisms in combination with synchronously operating step motors. Basket is limited in its movement by a stop plate, which rests upon its opening and output of the satellite into the frame posts of the device.

EFFECT: enabling rapid control of the speed of placing a satellite into orbit from the transport-launch container without significant effect on the electronic components of the satellite.

1 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к космической технике, а именно к устройствам для транспортировки и пуска спутников стандарта CubeSat. Устройство позволяет оперативно управлять скоростью выведения спутника на орбиту из транспортно-пускового контейнера (ТПК).The invention relates to space technology, namely to devices for transporting and launching satellites of the CubeSat standard. The device allows you to quickly control the speed of launching a satellite into orbit from a transport and launch container (TPC).

Из уровня техники известно, что для выталкивания спутника из транспортно-пускового контейнера часто используются пружинные толкатели, такие как представлены в RU 2558957 C1, RU 2786090 C1 и US 9415883 B2. Спутники, размещаемые внутри таких транспортно-пусковых контейнеров, выталкиваются наружу путем воздействия на них пружин, после срабатывания электромеханических затворов и открывания крышек контейнеров. Однако при данном методе выталкивания невозможно оперативно управлять скоростью выведения спутника на орбиту, вследствие чего спутник вынужден стабилизировать свое положение после отделения от ТПК в течение продолжительного времени.It is known from the prior art that spring pushers, such as those presented in RU 2558957 C1, RU 2786090 C1 and US 9415883 B2, are often used to push the satellite out of the transport and launch container. Satellites placed inside such transport and launch containers are pushed out by the action of springs on them, after the electromechanical shutters are activated and the container lids are opened. However, with this pushing method, it is impossible to quickly control the speed of putting the satellite into orbit, as a result of which the satellite is forced to stabilize its position after separation from the TPV for a long time.

Также известен способ выталкивания спутников из транспортно-пускового контейнера, представленный в «Магнитно-импульсный привод для управляемого отделения наноспутника»/4 и «Управляемое отделение наноспутников с помощью импульсного магнитного поля»/5, заключающийся в применении магнитно-импульсного привода, использующего импульсное магнитное поле, создаваемое разрядом емкостного накопителя энергии на индуктор. Энергия разряда в индукторе преобразуется в импульсное давление, воздействующее на спутник с интенсивностью, необходимой для его отделения. Недостатком данного метода выталкивания спутника от ТПК является то, что импульсное магнитное поле может отрицательно воздействовать на электронные компоненты спутника, поэтому возникает необходимость в их экранировании, что в свою очередь может привести к увеличению массы спутника.There is also a known method for pushing satellites out of a transport and launch container, presented in “Magnetic-pulse drive for controlled separation of a nanosatellite” / 4 and “Controlled separation of nanosatellites using a pulsed magnetic field” / 5, which consists in the use of a magnetic-pulse drive using a pulsed magnetic field created by the discharge of a capacitive energy storage device onto an inductor. The discharge energy in the inductor is converted into pulse pressure, which acts on the satellite with the intensity necessary for its separation. The disadvantage of this method of ejecting the satellite from the TPC is that the pulsed magnetic field can negatively affect the electronic components of the satellite, so there is a need to shield them, which in turn can lead to an increase in the mass of the satellite.

В патенте RU 2215235 C1 представлено устройство выдачи сжатого газа, которое может применяться для выталкивания спутника из ТПК. Данный метод подразумевает интеграцию в транспортно-пусковой контейнер как самого устройства, так и баллонов, содержащих сжатый газ. Недостатком данного метода является необходимость проектировать транспортно-пусковой контейнер с учетом расположения в нем устройства выдачи сжатого газа и баллона с ним, что приводит к увеличению массогабаритных характеристик ТПК. Помимо этого, во время доставки спутника в таком ТПК на орбиту, возможно стравливание газов из баллонов в ходе воздействия сильных вибродинамических нагрузок, источником которых служит ракета-носитель. В конечном итоге это может повлиять на скорость выталкивания спутника.Patent RU 2215235 C1 presents a device for dispensing compressed gas, which can be used to push a satellite out of a TPC. This method involves the integration of both the device itself and cylinders containing compressed gas into the transport and launch container. The disadvantage of this method is the need to design the transport and launch container taking into account the location of the compressed gas dispensing device and the cylinder with it, which leads to an increase in the weight and size characteristics of the TPK. In addition, during the delivery of a satellite in such a TPC into orbit, gases may be released from the cylinders during exposure to strong vibration-dynamic loads, the source of which is the launch vehicle. This could ultimately affect the satellite's ejection rate.

Изобретение RU 2658401 С1 является ближайшим аналогом предлагаемого нами изобретения. Это универсальный транспортно-пусковой контейнер, содержащий корпус с направляющими, толкатель по меньшей мере с одной подвижной платформой и по меньшей мере одну поворотную крышку и ее устройство расфиксации, каждая направляющая съемная и выполнена в виде ступенчатого профиля, ступени которого неравнозначны, на одной из боковых поверхностей которых выполнены паз и угловая выборка, взаимодействующие при переустановке направляющих с ответными частями конкретного запускаемого малого космического аппарата, при этом на подвижной платформе толкателя смонтированы кронштейны, которые установлены на направляющих с возможностью перемещения, причем МКА взаимодействует с подвижной платформой толкателя либо через кронштейны, либо через съемные дистанционные втулки, установленные на кронштейнах, либо через торцевую пластину, закрепленную на подвижной платформе толкателя, и кронштейны с фиксаторами, взаимодействующими с пазами направляющих.Invention RU 2658401 C1 is the closest analogue of the invention we propose. This is a universal transport and launch container containing a body with guides, a pusher with at least one movable platform and at least one rotary cover and its release device, each guide is removable and made in the form of a stepped profile, the steps of which are unequal, on one of the side the surfaces of which have a groove and an angular recess that interact when reinstalling the guides with the mating parts of a specific small spacecraft being launched, while brackets are mounted on the movable platform of the pusher, which are installed on the guides with the ability to move, and the small spacecraft interacts with the movable platform of the pusher either through the brackets or through removable spacer bushings installed on the brackets, or through an end plate mounted on the movable platform of the pusher, and brackets with clamps interacting with the grooves of the guides.

Выталкивание спутника из данного ТПК осуществляется посредством пружины, при этом нет возможности оперативного управления скоростью выталкивания.The ejection of the satellite from this TPK is carried out using a spring, and there is no possibility of operational control of the ejection speed.

Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в реализации механизма выталкивания спутника из ТПК позволяющего оперативно управлять скоростью выведения спутника на орбиту, при этом без значимого электромагнитного воздействия на электронные компоненты спутника.The technical problem solved by the proposed invention is to implement a mechanism for ejecting the satellite from the TPC, which allows you to quickly control the speed of launching the satellite into orbit, without significant electromagnetic impact on the electronic components of the satellite.

Необходимость решения такой технической задачи продиктована тем, что с каждым годом увеличивается количество запусков спутников стандарта CubeSat. При этом, в силу своих небольших размеров, как правило, в составе таких спутников отсутствуют маневровые двигатели, позволяющие быстро осуществить стабилизацию вращения спутника и его ориентацию после отделения от ТПК. Поэтому остро стоит вопрос об оперативном управлении скоростью выведения спутника на орбиту из транспортно-пускового контейнера.The need to solve such a technical problem is dictated by the fact that the number of launches of CubeSat standard satellites is increasing every year. At the same time, due to their small size, as a rule, such satellites do not contain maneuvering engines that would quickly stabilize the satellite’s rotation and its orientation after separation from the TPV. Therefore, the issue of operational control of the speed of launching a satellite into orbit from a transport and launch container is urgent.

Поставленная техническая задача решается за счет того, что устройство содержит корпус с направляющими, самораскрывающуюся корзину и механизм перемещения корзины со спутником с последующим его отделением и выведением на орбиту. Перемещение осуществляется с использованием зубчатых реек, передаточных механизмов и шаговых двигателей, позволяющих осуществлять оперативное управление скоростью выведения спутника из транспортно-пускового контейнера. The stated technical problem is solved due to the fact that the device contains a housing with guides, a self-expanding basket and a mechanism for moving the basket with the satellite, followed by its separation and launch into orbit. The movement is carried out using racks, transmission mechanisms and stepper motors, which allow for operational control of the speed of the satellite’s removal from the transport and launch container.

Отличие от ближайшего аналога заключается:The difference from the closest analogue is:

в реализации оперативного управления скоростью выведения спутника благодаря использованию зубчатых реек и передаточных механизмов в сочетании с шаговыми двигателями;in the implementation of operational control of the satellite launch speed through the use of gear racks and transmission mechanisms in combination with stepper motors;

в использовании в качестве удерживающего элемента спутника и его толкателя одновременно самораскрывающейся корзины.in the use of a self-expanding basket as a holding element of the satellite and its pusher.

Транспортно-пусковой контейнер для спутников стандарта CubeSat представлен на следующих чертежах:The transport and launch container for CubeSat standard satellites is shown in the following drawings:

фиг. 1 - транспортно-пусковой контейнер в сборе, с установленным в нем спутником стандарта CubeSat;fig. 1 - transport and launch container assembly, with a CubeSat standard satellite installed in it;

фиг. 2 - вид рамы транспортно-пускового контейнера для спутника стандарта CubeSat;fig. 2 - view of the frame of the transport and launch container for a satellite of the CubeSat standard;

фиг. 3 - корзина, удерживающая спутник стандарта CubeSat в ТПК, в раскрытом состоянии. Вид спереди;fig. 3 - basket holding the CubeSat standard satellite in the TPK, in the open state. Front view;

фиг. 4 - корзина, удерживающая спутник стандарта CubeSat в ТПК, в раскрытом состоянии. Вид сзади;fig. 4 - basket holding the CubeSat standard satellite in the TPK, in the open state. Back view;

фиг. 5 - вид одного из передаточных механизмов для перемещения корзины;fig. 5 - view of one of the transmission mechanisms for moving the basket;

фиг. 6 - фотография лабораторного прототипа для наземной отработки системы выталкивания спутника из ТПК.fig. 6 - photograph of a laboratory prototype for ground testing of the satellite ejection system from the TPC.

Устройство ТПК включает в себя раму 1 для удержания корзины 2, в которую устанавливается спутник 6, фиксируемый держателями 7 корзины 2, двигающийся при выведении по направляющим 10 рамы 1, при этом в качестве толкателя используется та же корзина 2, имеющая складывающиеся боковые, верхнюю и нижнюю стенки 12, которые могут двигаться по направляющим 9, причем верхняя и нижняя стенки корзины 2 снабжены жестко закрепленными зубчатыми рейками 5, взаимодействующими с передаточными механизмами 14 каждая, благодаря чему на корзину 2 передается воздействие от верхнего и нижнего шаговых двигателей 13 соответственно, в результате которого боковые, верхняя и нижняя стенки 12 корзины 2 выдвигаются из направляющих 9 наружу ТПК, после чего срабатывают подпружиненные шарниры 4 и корзина 2 раскрывается, как показано на фиг. 3, а спутник 6, под воздействием полученного импульса отделяется от ТПК, при этом сама корзина 2 остается в ТПК, поскольку имеет на задней стенке 11 стопорную пластину 3, упирающуюся после раскрытия корзины 2 в стойки 8 рамы 1.The TPK device includes a frame 1 for holding the basket 2, into which the satellite 6 is installed, fixed by the holders 7 of the basket 2, moving when removed along the guides 10 of the frame 1, while the same basket 2 is used as a pusher, having folding side, top and lower walls 12, which can move along guides 9, and the upper and lower walls of the basket 2 are equipped with rigidly fixed gear racks 5, interacting with transmission mechanisms 14 each, due to which the influence from the upper and lower stepper motors 13 is transmitted to the basket 2, respectively, as a result in which the side, upper and lower walls 12 of the basket 2 are pulled out from the guides 9 to the outside of the TPC, after which the spring-loaded hinges 4 are activated and the basket 2 opens, as shown in FIG. 3, and the satellite 6, under the influence of the received impulse, is separated from the TPC, while the basket 2 itself remains in the TPC, since it has a locking plate 3 on the rear wall 11, which rests after opening the basket 2 against the racks 8 of the frame 1.

Устройство работает следующим образом. Спутник 6 помещается на заднюю стенку 11 с внутренней стороны корзины 2, после чего боковые, верхняя и нижняя стенки 12 складываются и зафиксированный держателями 7 спутник 6 вместе с корзиной 2 помещаются в раму 1 по направляющим 10 и 9 соответственно. После этого на заднюю стенку 11 устанавливается и фиксируется стопорная пластина 3, а сверху и снизу на зубчатые рейки 5, верхней и нижней стенки корзины соответственно, устанавливаются передаточные механизмы 14 вместе с шаговыми двигателями 13, закрепляемые далее в отсеке для ТПК вместе с последним. Для выталкивания спутника из ТПК шаговые двигатели 13 синхронно приводятся в действие электроприводом. В результате корзина 2 со спутником 6 начинает двигаться наружу из ТПК по направляющим 9 и 10. Как только боковые, верхняя и нижняя стенки 12 корзины 2 высвобождаются из направляющих 9, то срабатывают подпружиненные шарниры 4 и корзина 2 раскрывается, а спутник 6 под воздействием полученного импульса отделяется от ТПК, корзина 2 при этом остается в ТПК, поскольку закрепленная на ней стопорная пластина 3 после раскрытия корзины 2 упрется в стойки 8 рамы 1.The device works as follows. Satellite 6 is placed on the back wall 11 from the inside of basket 2, after which the side, top and bottom walls 12 are folded and satellite 6 fixed by holders 7 together with basket 2 are placed in frame 1 along guides 10 and 9, respectively. After this, a locking plate 3 is installed and fixed on the rear wall 11, and transmission mechanisms 14 along with stepper motors 13 are installed on top and bottom of the gear racks 5, the upper and lower walls of the basket, respectively, and are further fixed in the compartment for the TPK along with the latter. To push the satellite out of the TPC, stepper motors 13 are synchronously driven by an electric drive. As a result, basket 2 with satellite 6 begins to move outward from the TPK along guides 9 and 10. As soon as the side, top and bottom walls 12 of basket 2 are released from guides 9, the spring-loaded hinges 4 are activated and basket 2 opens, and satellite 6 is influenced by the resulting impulse is separated from the TPK, basket 2 remains in the TPK, since the locking plate 3 attached to it, after opening the basket 2, will rest against the racks 8 of frame 1.

Технический результат использования изобретения заключается в том, что управляя (синхронно) скоростью вращения валов шаговых двигателей посредством передаточных механизмов, можно оперативно управлять скоростью выдвижения корзины, выполняющей роль толкателя, а следовательно управлять скоростью выведения спутника на орбиту из ТПК. При этом электропривод и шаговые двигатели не создают значительного электромагнитного импульса способного оказать значимое воздействие на электронные компоненты спутника.The technical result of using the invention is that by controlling (synchronously) the speed of rotation of the shafts of stepper motors through transmission mechanisms, it is possible to quickly control the speed of extension of the basket, which acts as a pusher, and therefore control the speed of launching the satellite into orbit from the TPC. At the same time, the electric drive and stepper motors do not create a significant electromagnetic pulse that can have a significant impact on the electronic components of the satellite.

Список использованных источников:List of sources used:

1. RU № 2558957 C1.1. RU No. 2558957 C1.

2. RU № 2786090 C1.2. RU No. 2786090 C1.

3. US № 9415883 B2.3. US No. 9415883 B2.

4. Кострюков, Е. Е. Магнитно-импульсный привод для управляемого отделения наноспутника / Е. Е. Кострюков, Р. Ю. Юсупов // XIII Королевские чтения: Международная молодежная научная конференция, сборник трудов, Самара, 06-08 октября 2015 года / Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет). Том 1. - Самара: Самарский государственный аэрокосмический университет им. академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет), 2015. - С. 90-91. - EDN URJSMN.4. Kostryukov, E. E. Magnetic-pulse drive for the controlled separation of a nanosatellite / E. E. Kostryukov, R. Yu. Yusupov // XIII Royal Readings: International Youth Scientific Conference, collection of proceedings, Samara, October 06-08, 2015 / Samara State Aerospace University named after Academician S.P. Queen (national research university). Volume 1. - Samara: Samara State Aerospace University named after. Academician S.P. Korolev (national research university), 2015. - pp. 90-91. - EDN URJSMN.

5. Глущенков, В.А. Управляемое отделение наноспутников с помощью импульсного магнитного поля / В.А. Глущенков, Р.Ю. Юсупов // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. - 2017. - № 1. - С. 3-9. - EDN YKMJUJ.5. Glushchenkov, V.A. Controlled separation of nanosatellites using a pulsed magnetic field / V.A. Glushchenkov, R.Yu. Yusupov // News of higher educational institutions. Aviation technology. - 2017. - No. 1. - P. 3-9. - EDN YKMJUJ.

6. RU № 2658401 С1.6. RU No. 2658401 C1.

Claims (1)

Транспортно-пусковой контейнер для спутников стандарта CubeSat, состоящий из корпуса с направляющими для спутника, отличающийся тем, что в его состав включена самораскрывающаяся за счёт подпружиненных шарниров корзина, удерживающая и одновременно толкающая спутник по направляющим рамы устройства благодаря использованию зубчатых реек и передаточных механизмов в сочетании с синхронно работающими шаговыми двигателями, ограниченная в своём движении стопорной пластиной, упирающейся после раскрытия корзины и вывода спутника в стойки рамы устройства.Transport and launch container for satellites of the CubeSat standard, consisting of a housing with guides for a satellite, characterized by that it includes a self-expanding basket due to spring-loaded hinges, which holds and simultaneously pushes the satellite along the guides of the device frame thanks to the use of gear racks and transmission mechanisms in combination with synchronously operating stepper motors, limited in its movement by a locking plate that rests after the basket is opened and the satellite is withdrawn into the racks of the device frame.