Сборка унифицированных мобильных космических модулей и способ создания из них конструкции, позволяющей осуществить её посадку на поверхность луны, с последующим разделением на отдельные модули для автономного передвижения по поверхности луны.

Группа изобретений относится преимущественно к обитаемым космическим сооружениям на поверхности небесных тел или в открытом космосе. Сборка содержит не менее трех скреплённых между собой унифицированных мобильных космических модулей (УМКМ). УМКМ выполнен в форме цилиндра и двух полусфер, соединённых неподвижно или шарнирно. По концам цилиндра расположены полусферы, плоскости сечения которых наклонены к оси симметрии корпуса УМКМ под углом 45°, образуя между собой угол 90°. Каждый модуль выполнен поворотным относительно соседнего модуля, позволяя получить из нескольких УМКМ, путем соединения полусфер по их сечениям, конструкцию замкнутого типа. Технический результат состоит в повышении скорости сборки/разборки конструкции и удобства ее транспортировки. 2 н. и 4 з. п. ф-лы, 15 ил.

 

Настоящее техническое решение относится к области конструктивного выполнения сборки из нескольких унифицированных мобильных космических модулей (УМКМ) для транспортировки и развертывания многомодульной мобильной планетной базы, которое может использоваться для различных нужд: в космосе, в условиях микрогравитации, при нахождении на планетах солнечной системы, в том числе, и в земных условиях районов крайнего севера.

Известна ячеистая ярусная конструкция с посадочными местами и способ ее создания см. патент РФ №2555723, от 10.07.2015. Способ заключается в том, что устанавливают друг на друга пространственные ячеистые секции гексагонального поперечного сечения. Конструкцию составляют, по меньшей мере, из одного секционного модуля, включающего в себя три взаимообразованные сотовые секции. Недостатком данного решения является открытость конструкции и сложность возведения, низкая прочность и сопротивляемость ветрам.

Наиболее близким техническим решением является сетчатый объемный строительный модуль для возведения зданий и способ строительства, см. патент РФ №2546682, от 10.04.2015. Данный модуль образован из стандартных элементов в форме тетраэдра. Недостатком данного решения является сложность и долгое возведение конструкции.

Предлагаемое техническое решение направлено на устранение указанных выше недостатков.

Предлагается сборка УМКМ для возведения конструкций замкнутого типа, представляющая собой, по меньшей мере, три УМКМ, скреплённых между собой, каждый УМКМ выполнен в форме цилиндра и двух полусфер, соединённых шарнирными устройствами или цилиндра и двух полусфер, неподвижно соединённых между собой, краевые части УМКМ сформированы плоскостями сечения, которые проходят через диаметры формообразующих сфер, получая элементы корпуса УМКМ в виде полусфер, которые находятся по обоим концам цилиндрической части корпуса УМКМ, причём плоскости сечения проходят через параллельные оси, проходящие через диаметры формообразующих сфер, и наклонены по отношению к оси симметрии корпуса УМКМ навстречу друг другу под углом 45°, образуя таким образом между собой угол 90°, торцевые поверхности УМКМ представляют собой правильный круг, диаметр окружности которого равен диаметру полусферы, а каждый модуль выполнен с возможностью поворота на заданный угол относительно соседнего модуля и скрепления с соседним модулем для получения конструкции замкнутого типа.

В частном случае на круговой торцевой поверхности каждого унифицированного модуля монтируются поворотные механизмы, а также механизмы фиксации, стягивания и закрепления между собой.

В частном случае конструкции мест соединений УМКМ выполнены с возможностью поворота в автоматическом режиме модулей друг относительно друга, с шагом фиксации 45°, на заданный угол.

В частном случае угол поворота и количество модулей определяют форму возводимой конструкции каждого конкретного объекта.

В частном случае унифицированные модули выполнены с возможностью рассоединения и соединения между собой.

Создание готовой конструкции из сборки унифицированных мобильных космических модулей осуществляется следующим образом. В сборке осуществляется подключение всех энергетических систем, осуществляется поворот в автоматическом режиме первого УМКМ на заданный угол относительно следующего УМКМ и последующая его фиксация в данном положении, затем осуществляется поворот в автоматическом режиме следующего УМКМ совместно с первым унифицированным мобильным космическим модулем на заданный угол и последующая его фиксация в данном положении, операции поворота и фиксации повторяют до предпоследнего УМКМ включительно, после чего осуществляют соединение и стыковку первого и последнего УМКМ, причём количество УМКМ и угол их поворота подобраны таким образом, чтобы в результате поворота модулей осуществлялась вышеуказанная стыковка первого и последнего унифицированного мобильного космического модуля с получением многоугольной конструкции замкнутого типа.

Технический результат – повышение скорости сборки/разборки конструкции и удобство транспортировки.

Группа изобретений поясняется чертежами, фиг.1-7.

Фиг. 1. Сцепка из четырёх УМКМ. Стартовая конфигурация.

Фиг.2. Возможный вариант выполнения УМКМ.

Фиг.3. УМКМ, продольное сечение.

Фиг. 4. Сцепка из четырёх УМКМ. Орбитальная конфигурация.

Фиг.5. Ходовая часть УМКМ.

Фиг.6 а – е. Ходовая часть УМКМ.

Фиг. 7. Сцепка УМКМ, установленная в головном обтекателе.

Группа изобретений поясняется также масштабными моделями, показанными на фиг. 8 – 15.

Фиг. 8 – 10. Cцепка из четырёх УМКМ.

Фиг. 11. Сцепка из четырёх УМКМ. Орбитальная конфигурация.

Фиг. 12, 13. Отдельный УМКМ.

Фиг. 14, 15. Моделирование возможного применения УМКМ.

На иллюстрациях позициями обозначены:

1 рубка управления,

2 бытовой отсек,

3 иллюминатор,

4 солнечная батарея,

5 лобовое остекление,

6а откидной трап в открытом положении,

6б откидной трап в закрытом положении,

7 шасси,

8 шлюзовая камера,

9 запасной выход,

10 фары,

11 сцепка из четырёх УМКМ,

12 головной обтекатель.

Сущность предлагаемого решения.

Заявленное решение поясняется фиг.1-4, где показаны примеры предлагаемого устройства.

На фиг.1 показана транспортируемая сборка из четырех предлагаемых унифицированных мобильных космических модулей (далее по тексту УМКМ),

На фиг.2 показана готовая конструкция прямоугольной формы из сборки предлагаемых унифицированных мобильных космических модулей.

На фиг.3 показан процесс осуществления сборки предлагаемых унифицированных мобильных космических модулей.

На фиг.4 показана конструкция унифицированного мобильного космического модуля.

Унифицированный мобильный космический модуль конструктивно может быть выполнен в двух вариантах:

- сочетание цилиндра и двух полусфер, соединенных шарнирными устройствами;

- сочетание цилиндра и двух полусфер, неподвижно соединенных между собой.

Форма краевых частей УМКМ формируется плоскостями сечения, которые проходят через диаметры формообразующих сфер, получая элементы корпуса УМКМ в виде полусфер, которые находятся по обоим концам цилиндрической части корпуса УМКМ. Плоскости сечения проходят через параллельные оси, проходящие через диаметры формообразующих сфер, и наклонены по отношению к оси симметрии корпуса УМКМ навстречу друг другу под углом 45⁰. Создавая, таким образом, между собой угол 90⁰.

В носовой и кормовой полусфере размещаются, соответственно, рубка управления и шлюзовая камера с выходным откидным люком.

Рубка управления имеет лобовое остекление, а также, потолочные и боковые иллюминаторы обзора. Установлены фары, а по контрольным точкам всего модуля закреплены светоотражающие катафоты и габаритные огни.

Бытовой отсек снабжен иллюминаторами, на «крыше» раскладывающимися солнечными батареями, антенными системами и другими бортовыми устройствами (лазерные дальномеры и т.п.).

В донной части корпуса УМКМ расположены шасси в виде четырехосной силовой платформы-рамы с системой амортизации. В каждом колесе-катке находится свой электродвигатель и система подачи электропитания. Колеса-катки выполнены из металла с ребрами-грунтозахватами, по форме колеса-катки выполнены в виде цилиндра комбинированной формы – соединение цилиндра с конусом, сужающимся к корневой части, для увеличения проходимости УМКМ. За счет конусной формы корневой части колеса-катка уменьшается клиренсовая зона модуля, таким образом увеличивая проходимость.

На круговой торцевой поверхности каждого УМКМ монтируются поворотные механизмы, а также, механизмы фиксации, стягивания и закрепления между собой.

Конструкция мест соединения УМКМ может представлять собой поворотный механизм, состоящий из двух составляющих: ведомого зубчатого колеса, установленного на обечайке обреза полусферы первого УМКМ1 с одной стороны и нескольких ведущих зубчатых редукторов, установленных равноудаленно друг от друга на обечайке обреза полусферы второго УМКМ2 с другой стороны. Удержание и вращение модулей между собой осуществляется роликами-захватами первого УМКМ1 которые перекатываются по поверхности кольцевой направляющей, закрепленной на внешней поверхности обечайки второго УМКМ2. В случае реализации функционала мобильности модулей рабочие гермообъёмы соседних модулей не сообщаются друг с другом.

В случае реализации функционала стационарности унифицированных космических модулей (УКМ), сообщение рабочих гермообъемов соседних модулей происходит с помощью системы стыковки и внутреннего перехода, которая открывается после перемещения соседних УКМ на заданный угол и их стягивания и закрепления. Конструкции мест соединений нескольких УКМ должна позволять в автоматическом режиме осуществлять поворот модулей друг относительно друга, с шагом фиксации 45°, на заданный угол. Эти углы и количество модулей будут определять форму каждого конкретного объекта – квадрат, треугольник, шестиугольник, в пределе это будет объект близкий к окружности.

При завершении операции поворота УМКМ, входящих в буксируемую сборку, происходит стягивание и фиксация УМКМ в местах соединений, которые так же осуществляются автоматически.

После отделения сборки УМКМ от транспортного средства - космического корабля или прицепа автомобиля, осуществляется подключение всех энергетических систем сборки УМКМ необходимых для осуществления трансформации.

Используя особенности формы УМКМ и различные значения его габаритных размеров, а также, различные значения угла поворота, возможно создание нескольких различных видов конструкций «замкнутого типа» в форме: квадрата, прямоугольника, треугольника и т.д. Форма будет зависеть от назначения конструкции, работ, которые будут производиться в конструкциях и количество людей которые будут проживать и работать в предлагаемой конструкции. Скорость поворота УМКМ друг относительно друга и значение угла поворота будут определяться техническими условиями.

Для примера рассмотрим сборку из четырех, закрепленных (арретированных) между собой унифицированных мобильных космических модулей (далее УМКМ), доставленных на орбиту с помощью ракеты-носителя (РН).

1) Одновременно открываются (разарретируются): поворотный механизм сцепления УМКМ-1 и УМКМ-2 и поворотный механизм сцепления УМКМ-3 и УМКМ-4. Одновременно производится поворот в автоматическом режиме УМКМ-1 относительно УМКМ-2, а УМКМ4 относительно УМКМ3 по часовой стрелке, и против часовой стрелки соответственно на угол 180°, с целью парирования возмущающего момента, возникающего при осуществлении поворота.

2) Производится фиксация (арретирование) поворотных механизмов сцепления в местах соединения УМКМ-1 и УМКМ-2, и в местах соединения УМКМ-3 и УМКМ-4

3) Открывается (разарретируется) поворотный механизм сцепления УМКМ-2 и УМКМ-3. Производится поворот в автоматическом режиме УМКМ-1 и УМКМ-2 относительно УМКМ-3 и УМКМ-4 на угол 180°.

4) Производится фиксация (арретирование) поворотного механизма сцепления УМКМ-2 и УМКМ-3.

5) Производится фиксация (арретирование) механизма сцепления УМКМ-1 и УМКМ-4.

6) Получили замкнутую систему в форме квадрата. При реализации других функциональных назначений сборок из УМКМ, можно создавать конструкции других конфигураций, используя при этом различные углы поворота и количество модулей.

7) Угол поворота величиной в 180° необходим для совпадения положения донных и верхних частей УМКМ в транспортной конфигурации.

Группа изобретений обеспечивает повышение скорости сборки/разборки конструкции и удобство транспортировки. Группа изобретений обеспечивает получение конструкции, позволяющей создать квадратную сборку из четырёх унифицированных мобильных космических модулей, которая, в свою очередь, позволяет трансформировать сцепку четырех УМКМ из стартовой конфигурации в транспортно-посадочную, для транспортировки на поверхность Луны. Конструкция модулей и их сцепки позволяет осуществить посадку на поверхность Луны, с последующим разделением на отдельные модули для автономного передвижения по поверхности Луны.

1. Сборка унифицированных мобильных космических модулей (УМКМ) для возведения конструкций замкнутого типа, представляющая собой по меньшей мере три УМКМ, скреплённых между собой, причем каждый УМКМ выполнен в форме цилиндра и двух полусфер, соединённых шарнирными устройствами, или цилиндра и двух полусфер, неподвижно соединённых между собой, краевые части УМКМ сформированы плоскостями сечения, которые проходят через диаметры формообразующих сфер, с образованием элементов корпуса УМКМ в виде полусфер, расположенных по обоим концам цилиндрической части корпуса УМКМ, при этом указанные плоскости сечения проходят через параллельные оси, проходящие через диаметры формообразующих сфер, и наклонены по отношению к оси симметрии корпуса УМКМ навстречу друг другу под углом 45°, образуя таким образом между собой угол 90°, торцевые поверхности УМКМ представляют собой правильный круг, диаметр окружности которого равен диаметру полусферы, а каждый модуль выполнен с возможностью поворота на заданный угол относительно соседнего модуля и скрепления с соседним модулем для получения конструкции замкнутого типа.

2. Сборка УМКМ по п.1, отличающаяся тем, что на круговой торцевой поверхности каждого унифицированного модуля смонтированы поворотные механизмы, а также механизмы фиксации, стягивания и закрепления между собой.

3. Сборка УМКМ по п.1, отличающаяся тем, что конструкции мест соединений УМКМ выполнены с возможностью поворота в автоматическом режиме модулей относительно друг друга, с шагом фиксации 45°, на заданный угол.

4. Сборка УМКМ по п.1, отличающаяся тем, что угол поворота и количество модулей определяют форму возводимой конструкции каждого конкретного объекта.

5. Сборка УМКМ по п.1, отличающаяся тем, что УМКМ выполнены с возможностью отсоединения и соединения между собой.

6. Способ создания готовой конструкции из сборки УМКМ, заключающийся в том, что используют сборку УМКМ для возведения конструкций замкнутого типа по пп.1-5, в которой осуществляют подключение всех энергетических систем, осуществляют поворот в автоматическом режиме первого УМКМ на заданный угол относительно следующего УМКМ и последующую его фиксацию в данном положении, затем осуществляют поворот в автоматическом режиме следующего УМКМ совместно с первым УМКМ на заданный угол и последующую его фиксацию в данном положении, далее операции поворота и фиксации повторяют до предпоследнего УМКМ включительно, после чего осуществляют соединение и стыковку первого и последнего УМКМ, причём количество УМКМ и угол их поворота подобраны таким образом, чтобы в результате поворота модулей осуществлялась вышеуказанная стыковка первого и последнего УМКМ с получением многоугольной конструкции замкнутого типа.