Андрогинная периферическая система прикрепления - Androgynous Peripheral Attach System

Андрогинная периферическая система прикрепления
Изображение APAS-75 обрезано и повернуто.jpg
АПАС-75 (американская версия)
Типандрогинный стыковочный механизм
РазработчикРКК Энергия
Масса286 кг (631 фунт)
Хост космический корабль
Первое использование1975
Последнее использование2011

Условия Андрогинная периферическая система прикрепления (APAS), Андрогинная периферийная система сборки (APAS) и Андрогинная периферийная стыковочная система (APDS),[1][2] используются как синонимы для описания семейства механизмы стыковки космических аппаратов, а также иногда используются как общее название для любой стыковочной системы в этом семействе. Система, аналогичная APAS-89/95, используется китайцами. Космический корабль Шэньчжоу.[3]

Обзор

Название системы русское по происхождению и является аббревиатурой, АПАС, в кириллице, с русского, Андрогинно-периферийный агрегат стыковки. Английская аббревиатура была создана из тех же букв, но в латинском алфавите, для которого первые два слова являются прямыми эквивалентами тех, что в оригинале. Третье слово в русском языке происходит от немецкого Агрегат, что означает «сложный механизм», а последнее означает «стыковка». Последние два слова в английском названии были выбраны так, чтобы они начинались с тех же букв, что и в русском названии.[нужна цитата ]

Идея дизайна заключается в том, что в отличие от система стыковки зондов и тормозов любое стыковочное кольцо APAS может соединяться с любым другим стыковочным кольцом APAS; обе стороны андрогинный. В каждой стыковке есть активная и пассивная сторона, но обе стороны могут выполнять любую роль. Существует три основных варианта системы APAS.

АПАС-75

Разработанный совместно американскими и советскими инженерами в ходе серии личных встреч, писем и телеконференций, APAS-75 изначально планировалось использовать в американской миссии в Космическая станция Салют который вместо этого стал Аполлон – Союз.[4] Между американской и советской версиями стыковочного механизма были различия, но они все же были совместимы по механике. Вначале американцы называли устройство как механизм стыковки Международной миссии рандеву и стыковки (IRDM), так и Международной системой стыковки.[5] В пресс-пакете NASA для ASTP устройство называется Андрогинной периферийной стыковочной системой (APDS).[1]

Дизайн

В отличие от предыдущих систем стыковки, любой блок APAS-75 мог выполнять активную или пассивную роль по мере необходимости. Для стыковки лопатообразные направляющие выдвинутого активного блока (справа) и убранного пассивного блока (слева) взаимодействовали для общего совмещения. Кольцо, удерживающее направляющие, сдвинуто, чтобы совместить защелки активного блока с защелками пассивного блока. После этого амортизаторы рассеивали остаточную энергию удара в американском агрегате; механические аттенюаторы выполняли ту же функцию на советской стороне. Затем активный блок убирался, чтобы соединить стыковочные хомуты. Направляющие и гнезда в стыковочных хомутах завершили совмещение. Четыре пружинных толкателя разъединяли космический корабль при расстыковке.[6]

Американцы выбрали Североамериканский Роквелл построить семь стыковочных механизмов (два летных, четыре испытательных и один запасной).[7]

Россия построила пять Союз космический аппарат, использовавший АПАС-75. Первые три полетели как тестовые системы (Космос 638, Космос 672 и Союз 16 ). Один использовался для испытательного проекта "Аполлон-Союз", Союз 19 единственный Союз, который действительно использовал систему стыковки, а последний летел как Союз 22. С американской стороны стыковочный модуль "Аполлон-Союз" нес одну стыковочную манжету АПАС-75 и одну стыковочную манжету "Аполлон".

Разработка

В апреле 1970 г. администратор НАСА Томас О. Пейн предложил на неформальной встрече с российским академиком Анатолий Благонравов в Нью-Йорке, что две страны сотрудничают в области безопасности космонавтов, включая совместимое стыковочное оборудование на космических станциях и космических кораблях, позволяющее проводить спасательные операции в чрезвычайных космических ситуациях.[8]

Инженер Колдуэлл Джонсон предложил систему кольца и конуса во время встречи в Москве в октябре 1970 года.[9] Борис Н. Петров отверг простую адаптацию «Аполлона и Союза» как «космический трюк» и предложил разработать универсальный стыковочный механизм, Джонсон предположил, что Центр пилотируемых космических аппаратов (MSC) разрабатывают «проект, специально отвечающий требованиям конкретной миссии CSM / Салюта, при этом конструкция отражает только фундаментальную форму и функцию стыковочного оборудования, удовлетворяющую требованиям для совместимой стыковочной системы для будущего космического корабля».[9]

Во время встречи в Хьюстоне в июне 1971 года советский специалист по стыковке Валентин Н. Бобков указал, что Советы также одобряют некоторую версию двойного кольца и конуса.[5] Бобков проиллюстрировал эскизами, что общий диаметр стыковочной системы не может превышать 1,3 метра, потому что для любой более крупной системы потребуется замена стартовой крышки.[5] Когда Джонсон поднял вопрос об изменении кожуха, Советы подчеркнули большое влияние, которое будет иметь такая модификация.[5] Помимо разработки нового кожуха, они должны были проверить аэродинамику стартовой части измененного оборудования.[5] Американцы надеялись выступить за более крупный туннель, но такое изменение оказалось слишком большим для их коллег.[5]

Чертеж стыковочной системы с четырьмя направляющими, которую НАСА предложило Советам во время встречи в ноябре 1971 года в Москве.

После июньских встреч Джонсон поручил Биллу Кризи и его конструкторам-механикам работать над предварительным проектом стыковочного механизма.[5] К тому времени, когда делегация НАСА отбыла в Москву, команда Кризи спроектировала и построила 1-метровую систему стыковки с двойным кольцом и конусом, которая имела четыре направляющих пальца и аттенюаторы на обоих кольцах, так что любая половина могла быть активной или пассивной во время стыковки.[5] Лаборатория структур и механики MSC сняла 16-миллиметровые фильмы, демонстрирующие эту систему в действии, которые Джонсон привез в Москву в ноябре вместе с буклетом с описанием системы и моделью фиксирующих защелок.[5] К удивлению Джонсона, Владимир Сыромятников работал над вариантом концепции кольца и конуса НАСА с октября прошлого года.[5] Вместо четырех направляющих пальцев в американском предложении Сыромятников предложил три, а вместо гидравлических амортизаторов - электромеханические глушители.[5] По сути, Советы приняли идею использования набора сцепляющихся пальцев для направления двух половин стыковочного устройства от точки первоначального контакта к точке захвата.[5] Также была приемлема концепция использования амортизаторов на захватном кольце активного космического аппарата для смягчения удара двух сближающихся космических аппаратов.[5] Обе группы инженеров планировали убрать активную половину стыковочного механизма с помощью лебедки с электрическим приводом для наматывания кабеля.[5] После втягивания структурные защелки или защелки корпуса будут задействованы, чтобы заблокировать два корабля вместе. Прежде чем приступить к проектированию универсальной системы, необходимо было решить три основных вопроса - количество направляющих, тип аттенюаторов и тип структурных защелок.[5]

Джонсон, Кризи и другие инженеры из отдела проектирования космических аппаратов хотели использовать четыре направляющих, поскольку считали, что они обеспечивают наилучшую геометрию при использовании гидравлических аттенюаторов.[5] Как впоследствии объяснил Билл Кризи, наиболее вероятной ситуацией отказа при использовании гидравлических аттенюаторов будет утечка, которая приведет к разрушению одного амортизатора при ударе.[5] Изучение различных комбинаций привело специалистов MSC к выводу, что четыре направляющих и восемь амортизаторов были оптимальной конструкцией.[5] Кризи также указал, что наиболее вероятной проблемой электромеханической системы будет замерзание или заклинивание одной из пар аттенюаторов.[5] Таким образом, Советы стремились минимизировать количество пар в своей системе по той же причине, по которой американцы предпочитали большее количество, чтобы ограничить вероятность того, что что-то пойдет не так.[5]

Поскольку Соединенные Штаты не имели значительного инженерного или аппаратного капитала в предлагаемой конструкции, а СССР имел значительную долю участия в предлагаемой конструкции, советская конструкция была выбрана в качестве основы для следующего этапа исследований.[5]

К концу ноябрьско-декабрьской встречи две команды подписали протокол, в котором излагалась основная концепция универсальной андрогинной системы стыковки.[5] Официальное заявление гласило: «Конструктивная концепция включает кольцо, оснащенное направляющими и фиксирующими защелками, которые были расположены на подвижных стержнях, которые служат в качестве аттенюаторов и приводов втягивания, а также стыковочное кольцо, на котором расположены периферийные сопрягаемые захватные защелки с стыковочным уплотнением».[5] В протокол также была включена основная информация о формах и размерах направляющих.[5] Они должны были быть прочными, а не стержневыми; как впервые было предложено Советами, и их было три.[5] До тех пор, пока выполнялось требование поглощения стыковочного усилия, каждая сторона могла реализовать фактическую конструкцию аттенюатора так, как она лучше всего подходила.[5] Советы планировали использовать электромеханический подход, разработанный для стыковочного зонда «Союз», а американцы предложили использовать гидравлические амортизаторы, аналогичные тем, которые использовались на зонде «Аполлон».[5] Это предложение также призывало к разработке стыковочного оборудования, которое можно было бы использовать как в активном, так и в пассивном режиме; когда система одного корабля была активна, другая была пассивной.[5]

Изучив детальную конструкцию механизма, стороны пришли к соглашению, что фиксирующие защелки будут соответствовать конструкции, разработанной в MSC, а структурные защелки и кольцо будут соответствовать советскому образцу.[5] Эти парные комплекты крючков успешно использовались как на кораблях «Союз», так и на «Салют».[5] Кроме того, группа согласилась с деталями, касающимися установочных штифтов, пружинных двигателей (для помощи в отделении космического корабля при расстыковке) и расположения электрических разъемов.[5] Чтобы оценить концепцию системы стыковки и обеспечить совместимость на ранней стадии разработки, мужчины планировали построить испытательную модель в масштабе двух пятых, точные детали которой будут определены на следующем совместном заседании.[5]

По возвращении в Хьюстон Колдуэлл Джонсон подготовил меморандум, в котором задокументировал некоторые неформальные договоренности, достигнутые в Москве.[5] Он указал, что это отразилось «на том, как две страны будут проводить и координировать следующий этап инженерных исследований этих систем ... Понимание ... чаще всего достигалось вне официальных встреч, и так оно и есть. вряд ли будет сообщено иначе ".[5] Например, в области диаметра люка он отметил, что «с самого начала стало очевидно ... что люк диаметром более 800 мм не может быть без особого труда встроен в космический корабль« Салют »», но у MSC было «долгое время». смирился «на испытательный люк диаметром менее 1 метра.[5] Джонсон далее прокомментировал, что «узел захватывающего кольца по-разному назывался кольцо и конус, двойное кольцо и конус, кольцо и пальцы.[5] Отныне было решено называть захватное кольцо «кольцом», а пальцы - «направляющими» ».[5]

Билл Кризи и несколько его коллег работали с Евгением Геннадьевичем Бобровым за чертежным столом, чтобы выложить эти первые советско-американские инженерные чертежи.[10] Ларри Рэтклифф нарисовал захватное кольцо и направляющие на чертежной бумаге, Роберт МакЭлья предоставил детали структурного интерфейсного кольца, а Бобров подготовил аналогичный чертеж для структурных защелок.[10] К. Затем Росс взял эти чертежи и провел анализ размеров, чтобы убедиться, что все элементы совместимы.[10] Соглашение о технических характеристиках стыковочной системы дало НАСА возможность начать переговоры с Роквеллом о создании стыковочной системы.[10]

В апреле 1972 года Советы сообщили НАСА, что они решили использовать космический корабль «Союз» вместо космической станции «Салют» по экономическим и техническим причинам.[4]

Окончательное официальное одобрение совместной стыковочной миссии было получено в Москве 24 мая 1972 года. Президент США Никсон и премьер СССР Алексей Н. Косыгин подписали Соглашение о сотрудничестве в исследовании и использовании космического пространства в мирных целях, включая разработку совместимых стыковочных систем космических кораблей. повысить безопасность пилотируемых космических полетов и сделать возможными совместные научные эксперименты.[8] Первый полет для проверки систем должен был состояться в 1975 году с модифицированными космическими кораблями «Аполлон» и «Союз».[8] Ожидается, что после этой миссии будущие пилотируемые космические корабли двух стран смогут состыковаться друг с другом.[8]

Масштабные прототипы были созданы, чтобы помочь в разработке

В июле 1972 года группа сконцентрировалась на более полных технических характеристиках стыковочной системы.[11] Были внесены некоторые доработки в направляющие и другие части механизма; как и в случае с другими группами, был составлен график на ближайшие месяцы с указанием документов, которые необходимо подготовить, и тестов, которые необходимо провести.[11] После того, как команда тщательно изучила американскую стыковочную систему в масштабе двух пятых, которая помогла конструкторам обсудить работу механизма и принять решение о доработках, они запланировали совместные испытания модели на декабрь.[11] Тогда инженеры смогут увидеть, как взаимодействующие элементы системы одной страны сочетаются с элементами другой.[11] Советы заявили, что они разработают «План испытаний масштабных моделей стыковочной системы« Аполлон »и« Союз »» (СВУ 50003), в то время как американцы определят размеры модели и испытательного оборудования.[11]

Под руководством Сыромятникова советская группа подготовила документацию на английском и русском языках и подготовила модель стыковочной системы в масштабе двух пятых к совместной встрече.[12] Некоторые американцы отметили, что, хотя механизм СССР был более сложным механически, чем американский, он подходил для этой миссии и был «сложен» в исполнении.[12] Обе стороны рассмотрели и подписали план испытаний модели на две пятых и назначили испытания на декабрь в Москве.[12]

Предварительный обзор системы (PSR) планировался как «формальный обзор конфигурации ... начатый ближе к концу концептуальной фазы, но до начала рабочего проектирования» работы над механизмом стыковки.[12] В рамках своей презентации Совету по предварительному анализу систем (Советом являются технические директора) Дон Уэйд и Сыромятников включили все данные испытаний, спецификации и чертежи для системы стыковки, а также оценку конструкции механизма. Выслушав их отчет, Ланни и Бушуев почувствовали, что три проблемные области требуют дальнейшего изучения.[12] Во-первых, их внимание привлекла потребность в пружинном двигателе, предназначенном для разделения двух космических кораблей, поскольку отказ этого двигателя при сжатии должным образом может помешать завершению стыковки.[12] Во-вторых, Ланни и Бушуев подчеркнули важность индикатора, который подтвердит, что структурные защелки находятся на своих местах.[12] Американская система предоставила информацию о функционировании каждой защелки, но не указала, что уплотнения интерфейса были сжаты, в то время как советская система предоставила данные о сжатии уплотнений, но не указала на защелки.[12] Для обеспечения структурной целостности переходного туннеля было важно знать, что все восемь защелок закрыты.[12] Третья проблема заключалась в том, возможно ли случайное высвобождение структурных защелок.[12] Бушуев и Ланни призвали к тщательной переоценке всех этих вопросов и посоветовали группе представить им свои конкретные рекомендации в декабре и январе.[12]

Групповые испытания модели в масштабе двух пятых и вторая часть Предварительного обзора систем для стыковочной системы были последним совместным мероприятием, запланированным на 1972 год.[13] Американцы прибыли в Москву 6 декабря и работали до 15 декабря.[13] Тестирование масштабных моделей происходило в Институте космических исследований в Москве.[13]

В октябре 1973 года в Хьюстоне начались полномасштабные испытания советской и американской стыковочных систем.[14]

АПАС-89

Пассивный
Активный

Когда в СССР начали работать Мир они также работали над Буран челночная программа. АПАС-89 задумывался как стыковочный комплекс Бурана с космической станцией "Мир". Конструкция АПАС-75 была сильно доработана. Внешний диаметр был уменьшен с 2030 мм до 1550 мм, а установочные лепестки были направлены внутрь, а не наружу. Это ограничило внутренний диаметр стыковочного канала примерно до 800 мм.[15] Шаттл Буран был окончательно отменен в 1994 году и никогда не летал на космическую станцию ​​"Мир". Кристалл Модуль был оснащен двумя стыковочными механизмами АПАС-89. В Док-станция "Мир", по сути, разделительный модуль между «Кристаллом» и «Шаттлом», также использовал APAS-89 с обеих сторон.

АПАС-95

Пассивная сторона (геометрия элементов стыковки и фиксации остается андрогинной, но этот вариант предназначен для уменьшения воздействия стыковки с дополнительным контролем положения с одной стороны. Любая сторона все еще может использоваться вместе с любой стороной, но сопряжение двух активных сторон будет ненужный)
Активный

APAS был выбран для Шаттл-Мир программа и производится российской компанией РКК Энергия по контракту на 18 миллионов долларов, подписанному в июне 1993 года.[16] Rockwell International, генеральный подрядчик Shuttle, приняла поставку оборудования от Энергии в сентябре 1994 г.[16] и интегрировал его в систему стыковки орбитального корабля космических челноков, надстройку, которая была установлена ​​в отсеке для полезной нагрузки и изначально предназначалась для использования с Свобода космической станции.

Хотя код Energia для APAS Shuttle - APAS-95, он был описан как в основном такой же, как APAS-89.[17] Он имел массу 286 кг.[16]

АПАС-95 был выбран в состав американского и российского модулей на Международная космическая станция (МКС) и позволить космическим кораблям "Шаттл", "Союз", "Прогресс" и Автоматическая транспортная машина состыковаться. Система стыковки орбитального корабля шаттла осталась неизменной с того момента, когда она использовалась для Программа "Шаттл – Мир" в 1995 году. кольцо захвата который простирается наружу от космического корабля, захватил пассивное ответное кольцо на соединении APAS-95 космической станции на Ответный адаптер под давлением. Улавливающее кольцо выровняло их, стянуло вместе и развернуло 12 структурных крючков, фиксируя две системы герметичным уплотнением. Ответные переходники под давлением постоянно пассивны.

Изображений

  • APAS в Шаттл-Мир стыковка.

  • Система стыковки орбитального аппарата (снизу, белый), APAS-95 (в центре, белый / серый) и PMA-3 (сверху, черный / серый).

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б "Испытательный проект" Аполлон-Союз ": Информация для прессы: 1975 г." (PDF). НАСА. 1975 г.. Получено 2 ноября 2015.
  2. ^ Хизер Хинке; Мэтью Штрубе; Джон Дж. Зипей; Скотт Крайан (5 марта 2016 г.). «Разработка технологий автоматизированных датчиков сближения и стыковки / захвата, а также механизма стыковки для пилотируемой миссии по перенаправлению астероидов» (PDF). НАСА. Получено 30 октября 2015.
  3. ^ "Свидетельство Джеймса Оберга: Слушания Сената по науке, технологиям и космосу: Международная программа исследования космоса". spaceref.com. Получено 2008-04-07.
  4. ^ а б Эдвард Клинтон Эзелл; Линда Нойман Эзелл (1978). "SP-4209 Партнерство: История испытательного проекта" Аполлон-Союз ": апрель в Москве". НАСА. Получено 2 ноября 2015.
  5. ^ а б c d е ж грамм час я j k л м п о п q р s т ты v ш Икс у z аа ab ac объявление ае аф аг ах ай эй ак Эдвард Клинтон Эзелл; Линда Нойман Эзелл (1978). "SP-4209 Партнерство: история испытательного проекта" Аполлон-Союз: международная стыковочная система ". НАСА. Получено 2 ноября 2015.
  6. ^ Дэвид С. Ф. Портри. «Мир аппаратного наследия» (PDF). Космический центр Линдона Б. Джонсона. Архивировано из оригинал (PDF) 10 апреля 2008 г.. Получено 2008-04-05.
  7. ^ Эдвард Клинтон Эзелл; Линда Нойман Эзелл (1978). «SP-4209 Партнерство: История испытательного проекта« Аполлон-Союз »: оценка стоимости полета». НАСА. Получено 2 ноября 2015.
  8. ^ а б c d Хелен Т. Уэллс; Сьюзен Х. Уайтли; Кэрри Э. Карегеннес (1975). "Истоки названий НАСА: пилотируемый космический полет". НАСА. Получено 2 ноября 2015.
  9. ^ а б Эдвард Клинтон Эзелл; Линда Нойман Эзелл (1978). "SP-4209 Партнерство: История испытательного проекта" Аполлон-Союз ": исследовательская группа". НАСА. Получено 2 ноября 2015.
  10. ^ а б c d Эдвард Клинтон Эзелл; Линда Нойман Эзелл (1978). "SP-4209 Партнерство: История испытательного проекта" Аполлон-Союз ": разработка интерфейса". НАСА. Получено 2 ноября 2015.
  11. ^ а б c d е Эдвард Клинтон Эзелл; Линда Нойман Эзелл (1978). "SP-4209 Партнерство: История испытательного проекта" Аполлон-Союз ": июль в Хьюстоне". НАСА. Получено 2 ноября 2015.
  12. ^ а б c d е ж грамм час я j k Эдвард Клинтон Эзелл; Линда Нойман Эзелл (1978). "SP-4209 Партнерство: История испытательного проекта" Аполлон-Союз ": предварительная проверка системы (этап I)". НАСА. Получено 2 ноября 2015.
  13. ^ а б c Эдвард Клинтон Эзелл; Линда Нойман Эзелл (1978). "SP-4209 Партнерство: История испытательного проекта" Аполлон-Союз ": предварительная проверка системы (этап 2)". НАСА. Получено 2 ноября 2015.
  14. ^ Эдвард Клинтон Эзелл; Линда Нойман Эзелл (1978). "SP-4209 Партнерство: История испытательного проекта" Аполлон-Союз ": годы напряженной работы". НАСА. Получено 2 ноября 2015.
  15. ^ Джон Кук; Валерий Аксаментов; Томас Хоффман; Вес Брунер (2011). «Механизмы сопряжения МКС и их наследие» (PDF). Боинг. Получено 26 мая 2012.
  16. ^ а б c Эванс, Бен (2014). Двадцать первый век в космосе. Springer. п. 186. ISBN  9781493913077.
  17. ^ Барт Хендрикс; Берт Вис (2007). Энергия-Буран: советский космический корабль. Чичестер, Великобритания: Praxis Publishing Ltd., стр. 379–381. ISBN  978-0-387-69848-9. Хотя внутреннее обозначение "Энергии" для APAS Shuttle - APAS-95, по сути это то же самое, что и APAS-89 Бурана.

внешняя ссылка