Результат интеллектуальной деятельности: Устройство для забора проб космонавтом в скафандре с внешней поверхности гермооболочки космического объекта

Изобретение относится к космической технике, в частности к инструментам и приспособлениям, используемым космонавтом в процессе внекорабельной деятельности (ВКД), а также в наземных условиях оператором в обычной одежде для широкого спектра объектов.

Космическая пыль межпланетного и межзвездного пространства является одним из важнейших объектов исследования по проблемам устройства Вселенной, ее прошлого и настоящего. Процесс конденсации протопланетного пылевого облака лежит в основе гипотезы о формировании планет Солнечной системы. Современные исследования пылевой плазмы актуальны как для естественнонаучной проблематики, так и для космической техники.

Геоорбитальная космическая станция, в частности, МКС, является уникальной ловушкой космозоля, единственным заатмосферным инструментом для сбора и накопления мелкодисперсных осадков на ее поверхности. В 2010 г. впервые в истории науки и космонавтики был осуществлен забор мелкодисперсных осадков на внешней поверхности орбитальной станции, которые были гермоизолированы в вакууме за бортом гермоотсека и доставлены на Землю для лабораторных исследований. В период 2010-2018 гг. получены уникальные результаты исследований в области астробиологии и космохимии, которые привели к установлению новой высотной границы биосферы Земли. (http:/www.federalspace.ru/print/210669/). Однако потребности совершенствования средств и методов исследования космической пыли по-прежнему остаются актуальными.

В качестве прототипа выбрано устройство для отбора проб космонавтом с внешней поверхности космического объекта (КО), содержащее корпус из химически, термически, механически стойкого и γ-проницаемого материала, в корпусе выполнена, по меньшей мере, одна глухая полость с резьбой и конической поверхностью на входе, в полость ввернут пробозаборник с ответной конической поверхностью, обеспечивающий при завертывании герметизацию полости при контакте конических поверхностей, при этом, к одной из сторон корпуса прикреплена металлическая пластина, вырез в которой образует ручку, согласованную с перчаткой скафандра (патент №2536746 RU, опубл. 27.12.2014, бюл. №36, МПК: G01N 1/02 (2006.01), B64G 4/00 (2006.01)).

В процессе опытного применения устройств, изготовленных с использованием указанного патента, выявлен ряд существенных конструктивных и эксплуатационных недостатков:

1. В конструкции недостаточно учтено явление ползучести¹ (¹ Ползучесть - медленная непрерывная пластическая деформация твердого тела под действием постоянной нагрузки или механического напряжения. Ползучести подвержены все кристаллические и аморфные тела при всех видах механических нагрузок, при всех температурах. Справочник по пластическим материалам.// Под редакцией М.И. Гарбара. Издательство. Химия. 1967. С. 135; Новый политехнический словарь.// Под редакцией А.Ю. Ишлинского. Москва. Научное издательство «Большая Российская энциклопедия». 2000. С. 398.), свойственное материалу корпуса (фторопласт-4), по причине наличия металлической пластины только с одной стороны корпуса; деформация в виде изгиба или коробления деталей из фторопласта-4 в форме пластин приведет к искривлению оси полости и резьбового участка, станет препятствием для выворачивания или вворачивания пробозаборника.

2. Защищенность корпуса металлической пластиной только с одной стороны недостаточно предохраняет корпус от повреждений при контактах с металлическими элементами в процессе ВКД.

3. В резьбовой части полости и пробозаборника предусмотрено достаточное количество витков для обеспечения, в сочетании с конической поверхностью, гермоизоляции полости; космонавт в скафандре под избыточным давлением может повернуть пробозаборник на 1/4 часть оборота, что требует избыточных энерготрат и времени космонавта.

4. Ручка устройства, образованная вырезом в металлической пластине, по причине ее сравнительно малой толщины, недостаточно сопрягается с наддутой перчаткой скафандра; это же замечание относится к захватному элементу пробозаборника.

5. Наличие в прототипе только одной ручки не обеспечивает возможности передачи устройства от одного оператора другому в процессе ВКД; фиксация карабина страховочного фала за единственную ручку снижает удобство и надежность ее захвата и удержания рукой в наддутой перчатке.

6. В устройстве не предусмотрена возможность гермоизоляции макрочастиц, отделяемых от объектов на внешней поверхности.

Задачей изобретения является создание устройства для эффективного и надежного забора проб космонавтом в скафандре с внешней поверхности гермооболочки КО в процессе ВКД.

Техническим результатом изобретения является повышение эргономичности, надежности и безопасности забора проб космонавтом в скафандре с внешней поверхности гермооболочки космического объекта.

Технический результат изобретения достигается тем, что устройство для забора проб космонавтом в скафандре с внешней поверхности гермооболочки космического объекта содержит корпус из химически, термически, механического устойчивого и γ-проницаемого материала, в корпусе выполнена по меньшей мере одна глухая полость с многозаходной резьбой и конической поверхностью на входе, в полость ввернут пробозаборник с ответной конической поверхностью, обеспечивающий при завертывании гермоизоляцию полости при контакте конических поверхностей, при этом корпус снабжен металлической пластиной, в корпусе выполнена по меньшей мере одна глухая полость с многозаходной резьбой и коническими поверхностями на входе, в которую ввернута пробка с ответной конической поверхностью, обеспечивающая при ввертывании гермоизоляцию полости при контакте конических поверхностей, корпус помещен между двумя прикрепленными к нему металлическими пластинами-накладками, в корпусе и в упомянутых пластинах-накладках выполнены идентичные по контуру вырезы, которые образуют не менее двух противорасположенных ручек, сопряженных с наддутыми перчатками скафандра космонавта и карабином страховочного фала.

Конструкция предложенного устройства показана на фигурах 1 и 2.

На фиг. 1 - общий вид устройства.

На фиг. 2 - вид по стр. А.

На фигурах:

1 - корпус;

2 - полость для пробозаборника;

3, 19 - многозаходная резьба;

4 - коническая поверхность пробозаборника;

5, 6, 7 - пробозаборник;

8 - пробка;

9 - крепежный элемент;

10, 11 - пластины-накладки;

12, 13 - вырезы;

14, 15 - ручки;

16 - поперечное сечение ручки;

17 - тампон;

18- полость для пробки;

20 - коническая поверхность пробки.

В корпусе 1, например, из фторопласта-4 (ГОСТ 10007-80), выполнены глухие полости 2, 18 с многозаходной резьбой 3, 19 и коническими поверхностями 4, 20 на входе, в полости 2, 18 ввернуты пробозаборники 5, 6, 7, и пробка 8, выполненные, например, из сплава АМг-6, с ответными коническими поверхностями 4, 20, обеспечивающими при ввертывании и контакте конических поверхностей 4, 20 гермоизоляцию полости 2, 18 корпус 1 помещен между двумя пластинами-накладками 10, 11, например, из сплава АМг-6, прикрепленными крепежными элементами 9, в корпусе 1 и пластинах-накладках 10, 11 выполнены идентичные по контуру вырезы 12, 13, которые образуют не менее двух противорасположенных ручек 14, 15 с поперечным сечением 16, сопряженных с наддутыми перчатками скафандра космонавта и карабином страховочного фала.

Устройство используется следующим образом. Полость 2, 18 в корпусе 1, пробозаборники 5, 6, 7 с тампоном 17 и пробку 8 на Земле стерилизуют автоклавированием и ввертывают в полость, 18 по резьбе 3, 19 гермоизолируют при контакте конических поверхностей 4, 20 в таком виде корпус 1 подвергают γ-облучению, после чего устанавливают две пластины-накладки 10, 11, устройство доставляют на КО, например, на МКС.

Перед выходом космонавта в открытый космос устройство фиксируют страховочным фалом за ручку 14 или 15, выносят из шлюзового отсека; в процессе ВКД извлекают пробозаборник 5, 6, 7 из полости 2, забирают пробы-мазки с поверхности тампоном 17 на пробозаборниках 5, 6, 7 затем помещают пробозаборник 5, 6, 7 в полость 2, вворачивают пробозаборник 5, 6, 7 по резьбе 3, макрочастицы помещают в свободную полость 18, ввертывают пробку 8 непосредственно в вакууме за бортом, гермоизолируют полости 2, 18 при контакте конических поверхностей 4, 20, вносят устройство в шлюзовой отсек, затем в гермоотсек и далее возвращают в транспортном корабле на Землю для исследований.

Изобретение обладает следующими преимуществами.

1. Размещение корпуса из фторопласта между прикрепленными к нему металлическими пластинами-накладками купирует появление деформации вследствие явления ползучести материала корпуса, гарантирует безотказное применение устройства.

2. Наличие пробки обеспечивает возможность гермоизолировать в полости макрочастицы, отделяемые с внешней поверхности гермооболочки космических объектов.

3. Многозаходная резьба в полости, на пробозаборнике и пробке минимизирует энерготраты и время при выполнении манипуляций вращения, затруднительных для кисти космонавта в наддутой перчатке.

4. Наличие в устройстве не менее двух ручек оптимизирует возможности взаимодействия между членами экипажа, а также манипуляции по удержанию и фиксации устройства.