Устройство формирования команды на исключение аварийной ситуации при управлении исполнительными механизмами стыковочного агрегата

 

Изобретение относится к системам управления стыковкой космических летательных аппаратов. Предлагаемое устройство формирования команды на исключение аварийной ситуации состоит из блока выдачи сигнала на снятие блокировки и блока выдачи сигнала на введение блокировки. Эти блоки соединены с входами запоминающего элемента с двумя устойчивыми состояниями, выход которого соединен с входом логического элемента И. Другие входы этого элемента И соединены с датчиком состояния исполнительного механизма стыковочного агрегата и блоком выдачи исполнительного сигнала. Предусмотрены последовательно соединенные счетчик импульсов, формирователь импульсов и логический элемент НЕ, а также логический элемент ИЛИ. Один вход элемента ИЛИ соединен с выходом логического элемента НЕ, другой вход - с выходом логического элемента И, а вход счетчика импульсов соединен с блоком выдачи исполнительного сигнала. Изобретение обеспечивает повышение надежности предлагаемого устройства. 2 ил.

Изобретение относится к системам управления стыковкой (СУС) космических летательных аппаратов, предназначенным для их жесткого механического соединения на монтажной орбите, в частности к устройствам формирования команды на исключение аварийной ситуации при управлении исполнительными механизмами стыковочного агрегата (УФКИАСУИМСА).

Известно устройство формирования команды на исключение аварийной ситуации (УФКИАС) при неправильном управлении или повреждениях отдельных узлов электропривода [1, с. 110-111, рис. 3.2в, г], использование которых возможно в системе СУС. Структурная схема устройства УФКИАС содержит блоки выдачи исполнительного сигнала (БВИС) (для аналога сигнал "Вперед" или сигнал "Назад" или сигнал "Стоп"), логические элементы (ЛЭ) И, ИЛИ и НЕ.

Однако работа системы СУС связана с возможностью возникновения аварийных ситуаций, которые могут привести к разгерметизации космического аппарата (КА), что влечет за собой нарушение работоспособности аппаратуры СУС и угрозу жизни экипажа. Для исключения аварийных ситуаций за счет несанкционированной команды в систему СУС необходимо вводить блокировки, запрещающие выполнение режимов работы при отсутствии необходимых начальных условий. Такими командами в системе СУС [2, с. 23-25] являются расстыковка, открытие клапана сброса давления (КСД) из стыковочного туннеля, образованного двумя стыковочными агрегатами (СА), и открытие клапана выравнивания давления (КВД) между стыковочным туннелем и герметичным отсеком КА.

Известно устройство УФКИАСУИМСА системы СУС [2, с. 11-12, 25], блок-схема которого приведена на фиг. 1 и содержит блок выдачи сигнала на снятие блокировки (БВССБ) 1 и блок выдачи сигнала на введение блокировки (БВСВБ) 2, соединенные соответственно с входами запоминающего элемента с двумя устойчивыми состояниями 3 (далее запоминающий элемент - ЗЭ), выход которого соединен с ЛЭ И 4, другие входы которого соответственно соединены с датчиком состояния исполнительного механизма стыковочного агрегата (ДСИМСА) 5 и блоком БВИС 6. Элемент ЗЭ 3, например, может быть выполнен на R-S - триггере с входами S и R и выходом Q [3, с. 106-107, рис. 2.56]. Техническое решение, реализованное в рассмотренном устройстве УФКИАСУИМСА, позволяет исключить аварийную ситуацию при управлении исполнительными механизмами стыковочного агрегата за счет набора состояния датчика ДСИМСА 6 и выдачи ряда последовательных сигналов. Количество блокировок в системе СУС для различных КА и различных режимов может изменяться.

Рассмотрим принцип действия устройства УФКИАСУИМСА на примере формирования команды расстыковки. В качестве датчика ДСИМСА 5 используется датчик закрытия крышки переходного люка (ДЗКПЛ). Для формирования команды расстыковки необходимо, чтобы крышка переходного люка (КПЛ) была закрыта. Сигнал датчика ДСИМСА 5 (в этом случае ДЗКПЛ) поступает на вход ЛЭ И 4 и одновременно выдается оператору для контроля. Оператор с помощью блока БВССБ 1 выдает сигнал на вход S элемента ЗЭ 3, выходной сигнал Q которого поступает на вход ЛЭ И 4. Далее оператор с помощью блока БВИС 6 выдает сигнал на ЛЭ И 4, вызывая его срабатывание. При этом начинается режим расстыковки, который контролируется оператором по сигналам системы СУС. Далее оператор с помощью блока БВСВБ 2 выдает сигнал на вход R элемента ЗЭ 3, который снимает свой выходной сигнал, что в дальнейшем запрещает срабатывание ЛЭ И 4.

Однако с развитием космической техники появилась потребность в проведении ряда экспериментальных работ на борту КА (например, возвращаемая баллистическая капсула "Радуга" [4, с. 342-344, рис. Размещение возвращаемой баллистической капсулы при выведении, загрузке и возвращении на Землю. 3]) при открытой КПЛ системы СУС. В связи с этим, расстыковка КА должна выполняться с открытой КПЛ.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение надежности устройства формирования команды на исключение аварийной ситуации при управлении исполнительными механизмами стыковочного агрегата.

Поставленная задача решается за счет того, что в устройство формирования команды на исключение аварийной ситуации при управлении исполнительными механизмами стыковочного агрегата, состоящее из блока выдачи сигнала на снятие блокировки и блока выдачи сигнала на введение блокировки, соединенных соответственно с входами запоминающего элемента с двумя устойчивыми состояниями, выход которого соединен с логическим элементом И, другие входы которого соответственно соединены с датчиком состояния исполнительного механизма стыковочного агрегата и блоком выдачи исполнительного сигнала, в отличие от прототипа введены соединенные последовательно счетчик импульсов, формирователь импульсов и логический элемент НЕ, а также логический элемент ИЛИ, один вход которого соединен с выходом логического элемента НЕ, другой вход - с выходом логического элемента И, вход счетчика импульсов соединен с блоком выдачи исполнительного сигнала. Предлагаемое устройство УФКИАСУИМСА позволяет использовать существующие блокировки, а в случае отсутствия или отказа одной из них обеспечить штатную работу устройства за счет многократной выдачи исполнительного сигнала.

Суть предлагаемого решения поясняется фиг. 1 и 2, где на фиг. 1 приведена блок-схема прототипа, на фиг. 2 - структурная схема предлагаемого устройства УФКИАСУИМСА системы СУС.

При этом на фиг. 2 приведены блок БВССБ 1, блок БВСВБ 2, элемент ЗЭ 3, элемент ЛЭ И 4, датчик ДСИМСА 5, блок БВИС 6, счетчик импульсов (СИ) 7, формирователь импульсов (ФИ) 8, элемент ЛЭ НЕ 9 и элемент ЛЭ ИЛИ 10. Датчик ДСИМСА 5 соединен с ЛЭ И 4, другие входы которого соединены соответственно с выходом Q элемента ЗЭ 3 и блоком БВИС 6. Входы S и R элемента ЗЭ 3 соединены соответственно с блоками БВССБ 1 и БВСВБ 2. Вход счетчика СИ 7 соединен с блоком БВИС 6, а выход через формирователь ФИ 8 и элемент ЛЭ НЕ 9 - с ЛЭ ИЛИ 10, другой вход которого соединен с выходом ЛЭ И 4.

Под блоками БВССБ 1, БВСВБ 2, БВИС 6 понимаются блоки, осуществляющие выдачу сигналов управления с помощью пульта космонавтов или по командам радиолинии. Простейшим элементом памяти является триггер. Например, элемент ЗЭ 3 может быть реализован на R-S - триггере с входами S и R и выходом Q [3, с. 106-107, рис. 2.56]. Одним из вариантов реализации счетчика импульсов СИ 7 [5, с. 108-111, рис. 4.20а] может быть схема, приведенная на рис. 4.20а, которая для коэффициента пересчета, равного четырем содержит два Т - триггера. Так как на выходе счетчик СИ 7 образуется выходной сигнал в виде перепада напряжений, необходимо организовать импульсный сигнал. В качестве формирователя ФИ 8 может быть применена схема формирователя с RC-элементом задержки на элементах И-НЕ [5, с. 123-127, рис. 5.13]. Дополнительно необходимо отрицательный выходной импульс формирователя ФИ 8 преобразовать в положительный импульс, что обеспечивается элементом ЛЭ НЕ 9. Логические элементы И, ИЛИ, НЕ могут быть выполнены на аналогичных типах основной логической схемы аппаратуры системы СУС [3, с. 55]. Датчики ДЗКПЛ и ДОУ [2, с. 101] представляют собой автономные узлы с нажимным штоком поступательного перемещения, имеющие скользящие контакты или микропереключатели. В системе СУС могут быть использованы датчики, применяемые для контроля размеров, например, описанные в [6, с. 11-15, рис. 3]. При этом диаграмма замыкания контактов определяется требованиями исполнительных механизмов стыковочного агрегата.

Рассмотрим работу предлагаемого устройства УФКИАСУИМСА для команды расстыковки. Как было сказано выше, в качестве датчика ДСИМСА 5 в этом случае используется датчик ДЗКПЛ. Оператор закрывает КПЛ, при этом датчик ДЗКПЛ выдает сигнал на элемент ЛЭ И 4, что также контролируется оператором. Далее оператор с помощью блока БВССБ 1 выдает сигнал на вход S элемента ЗЭ 3, выходной сигнал Q которого поступает на вход элемента ЛЭ И 4. При выдаче блоком БВИС 6 сигнала, последний через элемент ЛЭ И 4 вызывает срабатывание элемента ЛЭ ИЛИ 10, что ведет к выполнению режима расстыковки.

При несрабатывании элемента ЛЭ И 4, ввиду невозможности снятия одной из блокировок или ее отказа, режим расстыковки не начинается. В этом случае оператору необходимо с помощью блока БВИС 6 многократно выдать сигнал (например, четыре раза). Двухкратная выдача сигнала может быть в результате ошибки оператора. Трех и более кратная выдача сигнала является результатом сознательной деятельности оператора по формированию команды расстыковки КА и является равноценной штатной работе по снятию блокировок. При этом выходной сигнал счетчика СИ 7 через формирователь ФИ 8 и элемент ЛЭ НЕ 9 поступает в элемент ЛЭ ИЛИ 10, который организует команду расстыковки. В качестве оператора может выступать космонавт или член наземной группы управления.

Принцип действия устройства УФКИАСУИМСА для команды открытия клапана КСД аналогичен порядку работы УФКИАСУИМСА для команды расстыковки, но используются соответственно аналогичные блоки БВССБ 1, БВСВБ 2, БВИС 6. В качестве датчика ДСИМСА 5 также используется датчик ДЗКПЛ, так как при сбросе давления из стыковочного туннеля должна быть закрыта КПЛ. Аналогично реализуется устройство УФКИАСУИМСА для команды открытия клапана КВД, но в качестве датчика ДСИМСА 5 используется датчик обжатия уплотнения (ДОУ), вырабатывающий информацию о герметизации стыковочного туннеля.

Предлагаемое техническое решение приводит к положительному эффекту, выражающемуся в безусловном формировании команды на исключение аварийной ситуации при управлении исполнительными механизмами стыковочного агрегата в случае отказа одной из блокировок или невозможности ее организации при проведении экспериментов на борту КА.

Предлагаемое техническое решение, в части формирования команд на расстыковку и на открытие клапана КСД, предполагается внедрить в российской системе стыковки европейского грузового корабля ATV, предназначенного для стыковки со служебным модулем международной космической станции.

Литература 1. 6П2.081 С40 УДК 62-83(075.8) Сиротин А.А. Автоматическое управление электроприводами. - М.: "Энергия", 1969. - 560 с., ил.

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

3. 6Ф7.3 П71 УДК 681.32(075) Преснухин Л.Н. и Нестеров П.В. Цифровые вычислительные машины. Учеб. пособие для втузов. - М.: "Высшая школа", 1974. - 415 с., ил.

4. 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.

5. ББК 32.847 Г63 УДК 621.374 Гольденберг Л.М. Импульсные устройства: Учебник для вузов. - М.: Радио и связь, 1981. - 224 с., ил.

6. УДК 621.753 Марков Н.Н. и др. Электроконтактные датчики для линейных измерений. - М.: Машиностроение, 1969. - 244 с., ил.

Формула изобретения

Устройство формирования команды на исключение аварийной ситуации при управлении исполнительными механизмами стыковочного агрегата, состоящее из блока выдачи сигнала на снятие блокировки и блока выдачи сигнала на введение блокировки, соединенных с входами запоминающего элемента с двумя устойчивыми состояниями, выход которого соединен с входом логического элемента И, другие входы которого соединены с датчиком состояния исполнительного механизма стыковочного агрегата и блоком выдачи исполнительного сигнала, отличающееся тем, что в него введены соединенные последовательно счетчик импульсов, формирователь импульсов и логический элемент НЕ, а также логический элемент ИЛИ, один вход которого соединен с выходом логического элемента НЕ, другой вход - с выходом указанного логического элемента И, а вход счетчика импульсов соединен с блоком выдачи исполнительного сигнала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2