Устройство герметизации дефектов оболочек космических аппаратов

Изобретение относится к устройствам определения на борту космического аппарата координат места пробоя высокоскоростными микрометеоридными или техногенными частицами и герметизации пробойного отверстия.

Известно устройство определения координат места пробоя гермооболочки пилотируемого космического объекта космическими частицами и способ определения координат места пробоя, патент RU №2387966, 16.10.2008 [1], которое содержит шесть акустических датчиков, размещенных в гермообъеме космического объекта, при этом четыре датчика располагаются попарно вблизи стенок гермообъема, причем отрезки линий, соединяющие каждую упомянутую пару датчиков, скрещиваются, а сами датчики внутри этих пар разнесены друг от друга на максимально возможное расстояние. Оставшиеся два датчика давления размещаются каждый вблизи противоположных стенок гермообъема космического объекта на наименьшем расстоянии от центра гермообъема.

К недостаткам приведенного технического решения следует отнести недостаточную точность определения координат места пробоя, а также необходимость применения дополнительных технических средств ликвидации течи в гермооболочке космического объекта, требующих проведения подготовительных операций и время на их реализацию по заделке отверстия в месте пробоя.

Известны способ и устройство (авторское свидетельство SU №1823479 - [2]), согласно которому герметизирующая композиция готовится заранее, вводится под давлением в место повреждения и выдерживается на воздухе до отверждения при температуре 20÷120°С. Недостатками данного технического решения являются необходимость использования специального оборудования с повышенным давлением, что неприемлемо на борту космического объекта, возможность герметизации только при прямом визуальном контакте персонала с пробойным отверстием, а также высокая токсичность используемых материалов.

Известны способ герметизации дефектов оболочек космических объектов и устройство для его реализации (патент RU №2131386, 30.12.1997 [3]), предусматривающие формирование оснастки в зоне дефекта, заполнение этой зоны герметиком через заливочное отверстие в оснастке. Устройство содержит крышку с уплотнением, прижим в виде балки с центральным регулировочным винтом, крышка снабжена ручкой и имеет продольный паз, а в балке выполнен продольный паз, перпендикулярный пазу крышки. Peгулировочный винт пропущен через плавающую гайку, установленную в пазу балки, концы балки пропущены через две стойки с цангами, закрепленными на выступающих конструктивных элементах пилотируемого космическою объекта (ПКО), и стянуты гайками. При этом в крышке выполнены отверстия для заливки герметика. Устройство также содержит пружинный прижим, в прижиме выполнено центральное отверстие и он снабжен ручкой с отверстием для заливки герметика, ось которого совпадает с осью отверстия прижима.

Также к аналогам могут быть отнесены и известные подобные способы и устройства, например: RU №2457157 С1, 27.07.2012 [4], RU №2479470 С2, 20.04.2013 [5], RU №2348515 С2, 20.03.2009 [6], JP №2001002000 А, 14.08.2000 [7], ЕР №2517960 А2, 31.10.2012 [8], US №3666133 А, 30.05.1972 [9], US №5152482 А, 06.10.1992 [10], FR №2812271 A1, 01.02.2002 [11], CN №101850852 A, 06.10.2000 [12], WO №2009150081 A1, 17.12.2009 [13], RU №2293688 C1, 20.02.2007 [14], SU №193849 A, 15.05.67 [15], RU №2084323 C1, 20.07.97 [16], SU №1511040 A1, 30.09.89 [17], SU №1712118 A, 27.12.88 [18], SU №163167 A1, 16.01.89 [19], SU №1411138 A1, 23.07.88 [20], US №4176437 A, 04.12.79 [21], US №5203066 A, 20.04.93 [22], FR №2705914 A, 09.12.94 [23]. Основные недостатки аналогов ([1-23]) заключаются в необходимости визуального определения отверстия в оболочке, невозможность оперативной герметизации из-за необходимости заделки отверстия с внешней стороны космического объекта в условиях вакуума.

Известно также техническое решение, сущность, которого заключается в том, что устройством определения координат места пробоя гермооболочки пилотируемого космического объекта космическими частицами и способом определения координат места пробоя находят ориентировочные координаты места пробоя. Затем вблизи предполагаемого места пробоя размешают устройство для определения координат места пробоя и герметизации гермооболочки пилотируемого космического объекта, расположенные на его наружной поверхности акустические датчики подключают к peгистратору и перемещают это устройство вдоль стенки гермоотсека. При резком уменьшении величины сигналов с акустических датчиков, возникающем при нахождении герметизирующего блока непосредственно над местом пробоя, с помощью державки сдвигают крышку. При этом герметизирующий элемент под действием волны разрежения, вызванной истечением воздуха из гермоотсека, выходит из пенала и притягивается к стенке гермооболочки, перекрывая пробойное отверстие. При полном прекращении поступления сигналов с акустических датчиков узел герметизации отделяют от стенки гермооболочки (RU №2568514 С1, 20.11.2015 [24]), а устройство для определения координат места пробоя и герметизации гермооболочки пилотируемого космического объекта содержит герметизирующий элемент из частичного материала пористой структуры, выполненный в виде пластины, покрытой жидким герметиком. Герметизирующий элемент размещен в пенале, который снабжен выдвижной крышкой. На неподвижной поверхности пенала закреплены два акустических датчика и магнит, при этом герметизирующий элемент помещен в пластиковый пакет, предохраняющий герметик от преждевременного затвердения. На поверхности пакета, обращенной к неподвижной крышке пенала, закреплена металлическая фольга с магнитными свойствами, другая сторона пакета приклеена к выдвижной крышке, причем акустические датчики размещены над пеналом, а магнит установлен между акустическими датчиками. Пенал и его выдвижная крышка снабжены державками. Также сущность изобретения заключается в выполнении герметизирующего элемента в виде пластины или набора пластин из пенополиуретана, покрытых слоем силиконового герметика.

Техническим результатом использования известного устройства [24] для определения координат места пробоя и герметизации гермооболочки ПКО является простота конструкции, его мобильность, увеличение точности определения места пробоя гермооболочки и уменьшение времени герметизации пробойного отверстия.

Недостатком известного способа и устройства [24] являются ограничения по применению, обусловленные невозможностью размещения пенала над отверстием при наличии выступающих элементов корпуса или приборных щитов, т.е. в труднодоступных местах космического аппарата. Недостатком аналогов является невозможность их использования для ремонта протяженных дефектов конструкций в условиях невесомости и вакуума, так как в условиях невесомости герметизирующая композиция за счет силы поверхностного натяжения старается занять минимальный объем, и гарантированное заполнение протяженного дефекта герметизирующей композицией становится практически неосуществимым. Выделяющиеся из композиции газы в вакууме также препятствуют гарантированному заполнению дефекта композицией. При этом ремонт можно проводить только со стороны более низкого давления и в условиях вакуума, а после ремонта объекта оболочка ПКО должна выдерживать наддув до нормального давления и держать его в течение требуемого времени.

В качестве прототипа выбрано техническое решение, направленное на обеспечение герметизации дефектов (преимущественно, протяженных) оболочек космических объектов в условиях космического полета, т.е. невесомости и перепада давления от 5-20 мм рт.ст. внутри объекта до вакуума за бортом 10-5 мм рт.ст.

Известный способ герметизации дефектов оболочек космических объектов реализуется следующим образом [3].: поверхность вдоль дефекта тщательно очищают металлической щеткой, удаляют пыль из зоны герметизации волосяной щеткой. Над зоной герметизации устанавливают оснастку, создавая при этом замкнутый объем. Предварительно на оснастку с внутренней стороны наносят состав, предотвращающий смачивание поверхности оснастки герметиком. В образовавшийся объем после установки оснастки вводят герметик, из компонентов которых предварительно удаляют адсорбированный воздух путем вакуумирования компонентов герметика в вакуумной камере, например, в течение 3 часов.

Перед вакуумированием герметик помещают в шприц, который затем вакуумируют вместе со шприцами. При этом давление в вакуумной камере понижают постепенно для предотвращения вытеснения герметика из шприца. Например, в качестве герметика криосила выбирается следующий режим дегазации: первые 30 минут дегазацию проводят при 20 мм рт.ст.; затем давление понижали до 10^-1 атм. и выдерживают герметик в течение 1,5 часов; после этого проводят непрерывную откачку герметика форвакуумным насосом в течение 2 часов.

Далее герметик можно вводить под оснастку методом заливки из шприца.

Данная задача достигается также и тем, что в устройстве герметизации дефектов оболочек космических объектов (вариант 1), содержащем крышку с уплотнением, прижим в виде балки с нейтральным регулировочным винтом, крышка снабжена ручкой и имеет продольный паз, а в балке выполнен продольный паз, перпендикулярный пазу крышки, при этом регулировочный винт пропущен через плавающую гайку, установленную в пазу балки, при этом концы балки пропущены через две стойки с цангами, закрепленными на выступающих конструктивных элементах ПКО и стянуты гайками, причем в крышке выполнены заливочные отверстия под герметик, а внутренняя поверхность крышки покрыта несмачиваемым герметиком составом.

Существенным недостатком прототипа [3] является то, что устройство представляет собой сложную конструкцию и следовательно имеются ограничения по ее применению в условиях насыщенности бортовым оборудованием внешних стен ПКО.

Задачей предлагаемого технического решения является расширение функциональных возможностей, путем герметизации места пробоя гермооболочки в труднодоступных местах космического аппарата.

Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве герметизации дефектов оболочек космических объектов, содержащем корпус, крышку, ручку, прижим, корпус снабжен крышкой, выполненной из полиэтиленовой пленки, внутри корпуса размещен прижим, выполненный в виде поршня с резьбой соединенного посредством штока с ручкой.

Устройство герметизации дефектов оболочек космических объектов, содержит (фигура) крышку 1, ручку 2, отверстия 3 для заливки герметика 4, корпус 5 устройства выполнен в виде вантуза, снабженного крышкой 1, выполненной из полиэтиленовой пленки. Внутри корпуса 5 размещен прижим 6, выполненный в виде поршня с резьбой 7, соединенного посредством штока 8 с ручкой 2, шток 8 выполнен с внешней резьбой. Крышка 1 выполнена из эластичного материала.

При обнаружении дефекта в корпусе космического аппарата, устройство, корпус 5 которого, выполнен в виде вантуза, внутри которого размещен герметик 4, накладывается на пробойное отверстие в корпусе космического аппарата. Посредством вращения ручки 2 под действием штока 8 герметик 4 перемещается к крышке 1 и разрывает эластичную крышку 1 и начинается процесс герметизации пробойного отверстия в корпусе космического аппарата.

По сравнению с прототипом, предлагаемое устройство имеет малые габариты, что позволяет использовать его в труднодоступных очагах пробоин пилотируемого космического аппарата.

Источники информации.

1. Патент RU №2387966,16.10.2008.

2. Авторское свидетельство SU №1823479.

3. Патент RU№2131386, 30.12.1997.

4. Патент RU №2457157 С1, 27.07.2012.

5. Патент RU №2479470 С2, 20.04.2013.

6. Патент RU №2348515 С2, 20.03.2009.

7. Заявка JP №2001002000 А, 14.08.2000.

8. Патент ЕР №2517960 А2, 31.10.2012.

9. Патент US №3666133 А, 30.05.1972.

10. Патент US №5152482 А, 06.10.1992.

11. Патент FR №2812271 А1, 01.02.2002.

12. Патент CN №101850852 А, 06.10.2000.

13. Заявка WO №2009150081 А1, 17.12.2009.

12. Патент CN №101850852 A, 06.10.2000.

13. Заявка WO №2009150081 A1, 17.12.2009.

14. Патент RU №2293688 C1, 20.02.2007.

15. Авторское свидетельство SU №193849 A, 15.05.67.

16. Патент RU №2084323 C1, 20.07.97.

17. Авторское свидетельство SU №1511040 A1, 30.09.89.

18. Авторское свидетельство SU №1712118 А, 27.12.88.

19. Авторское свидетельство SU №163167 А1, 16.01.89.

20. Авторское свидетельство SU №1411138 А1, 23.07.88.

21. Патент US №4176437 А, 04.12.79.

22. Патент US №5203066 А, 20.04.93.

23. Патент FR №2705914 А, 09.12.94.

24. Патент RU №2568514 С1, 20.11.2015.