Андрогинная периферическая система прикрепления - Androgynous Peripheral Attach System
 АПАС-75 (американская версия)
| |
| Тип | андрогинный стыковочный механизм |
|---|---|
| Разработчик | РКК Энергия |
| Масса | 286 кг (631 фунт) |
| Хост космический корабль | |
| Первое использование | 1975 г. |
| Последнее использование | 2011 г. |
Термины Андрогинная периферийная система присоединения ( APAS ), Андрогинная периферийная система сборки ( APAS ) и Андрогинная периферийная стыковочная система ( APDS ) взаимозаменяемы для описания семейства стыковочных механизмов космических кораблей , а также иногда используются в качестве общего названия для любой стыковки. система в этой семье. Система, аналогичная APAS-89/95, используется на китайском космическом корабле Шэньчжоу .
Обзор
Название системы русское по происхождению и представляет собой аббревиатуру АПАС в кириллице от русского Андрогинно-периферийный агрегат стыковки . Английская аббревиатура состоит из тех же букв, но в латинском алфавите, для которого первые два слова являются прямыми аналогами оригинальных. Третье слово в русском языке происходит от немецкого Aggregat , что означает «сложный механизм», а последнее - «стыковка». Последние два слова в английском названии были выбраны так, чтобы они начинались с тех же букв, что и в русском названии.
Идея, лежащая в основе конструкции, заключается в том, что в отличие от стыковочной системы типа "зонд и якорь" любое стыковочное кольцо APAS может соединяться с любым другим стыковочным кольцом APAS; обе стороны андрогинны . 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 на космическую станцию Салют, которая вместо этого стала Аполлон-Союз . Между американской и советской версиями стыковочного механизма были различия, но они все еще были совместимы по механике. Вначале американцы называли устройство как механизм стыковки International Rendezvous and Docking Mission (IRDM), так и Международной системой стыковки. В пресс-пакете NASA для ASTP устройство называется Андрогинной периферийной стыковочной системой (APDS).
Дизайн
В отличие от предыдущих систем стыковки, любой блок APAS-75 мог выполнять активную или пассивную роль по мере необходимости. При стыковке 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 их улавливания 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.
Американцы выбрали North American Rockwell для создания семи стыковочных механизмов (двух летных, четырех испытательных и одного запасного).
Россия построила пять космических кораблей " Союз", которые использовали АПАС-75. Первые три летали в качестве испытательных комплексов (« Космос 638» , « Космос 672» и « Союз 16» ). Один использовался для испытательного проекта «Аполлон-Союз», « Союз-19» - единственный «Союз», который фактически использовал систему стыковки, а последний летал как « Союз-22» . С американской стороны стыковочный модуль "Аполлон-Союз" нес один стыковочный узел АПАС-75 и один стыковочный узел "Аполлон".
Разработка
В апреле 1970 года администратор НАСА Томас О. Пейн на неофициальной встрече с российским академиком Анатолием Благонравовым в Нью-Йорке предложил двум странам сотрудничать в вопросах безопасности космонавтов, включая совместимость стыковочного оборудования на космических станциях и космических кораблях для проведения спасательных операций в чрезвычайных космических ситуациях.
Инженер Колдуэлл Джонсон предложил систему кольца и конуса во время встречи в Москве в октябре 1970 года. Борис Н. Петров отверг простую адаптацию «Аполлона и Союза» как «космический трюк» и предложил разработать универсальный стыковочный механизм, Джонсон предположил, что пилотируемый Центр космических аппаратов (MSC) разработал «проект, специально соответствующий требованиям конкретной миссии CSM / Салюта, при этом конструкция отражает только фундаментальную форму и функцию стыковочного оборудования, удовлетворяющую требованиям к совместимой стыковочной системе для будущих космических кораблей».
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. 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. Когда Джонсон поднял вопрос об изменении кожуха, Советы подчеркнули большое влияние, которое будет иметь такая модификация. Помимо разработки нового кожуха, им пришлось бы проверить аэродинамику стартового оборудования измененного оборудования. Американцы надеялись выступить за больший туннель, но такое изменение оказалось слишком большим для их коллег.
После июньских встреч Джонсон поручил Биллу Кризи и его конструкторам-механикам разработать предварительный проект стыковочного механизма. 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. 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 защелок захвата. К удивлению Джонсона, Владимир Сыромятников работал над вариацией концепции кольца и конуса НАСА с октября прошлого года. Вместо четырех направляющих пальцев в американском предложении Сыромятников предложил три, а вместо гидравлических амортизаторов - электромеханические глушители. По сути, Советы приняли идею использования набора сцепляющихся пальцев для направления двух половин стыковочного устройства от точки первоначального контакта к точке захвата. Также приемлемой была концепция использования амортизаторов на захватном кольце активного космического аппарата для смягчения удара двух сближающихся космических аппаратов. Обе группы инженеров планировали убрать активную половину стыковочного устройства с помощью лебедки с электрическим приводом для наматывания троса. 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.
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. Как впоследствии объяснил Билл Кризи, наиболее вероятной ситуацией отказа при использовании гидравлических аттенюаторов будет утечка, которая может привести к разрушению одного амортизатора при ударе. Изучение различных комбинаций привело специалистов MSC к выводу, что четыре направляющих и восемь амортизаторов были оптимальной конструкцией. Кризи также указал, что наиболее вероятной проблемой электромеханической системы будет замерзание или заклинивание одной из пар аттенюаторов. Таким образом, Советы стремились минимизировать количество пар в своей системе по той же причине, по которой американцы предпочли большее количество, чтобы ограничить вероятность того, что что-то пойдет не так.
Поскольку Соединенные Штаты не имели значительного инженерного или аппаратного капитала в предлагаемой конструкции, и поскольку СССР имел значительную долю участия в предлагаемой конструкции, советская конструкция была выбрана в качестве основы для следующего этапа исследований.
К концу ноябрьско-декабрьской встречи две команды подписали протокол, в котором излагалась основная концепция универсальной андрогинной стыковочной системы. Официальное заявление гласило: «Конструктивная концепция включает кольцо, оборудованное направляющими и захватными защелками, которые были расположены на подвижных стержнях, которые служат в качестве аттенюаторов и приводов втягивания, и стыковочное кольцо, на котором расположены периферийные сопрягаемые захватные защелки с стыковочным уплотнением». В протокол также была включена основная информация о формах и размерах направляющих. Они должны были быть твердыми, а не стержневыми; как впервые было предложено Советами, и их было три. До тех пор, пока выполнялось требование по поглощению стыковочных сил, каждая сторона могла реализовать фактическую конструкцию аттенюатора так, как это было лучше всего. Советы планировали использовать электромеханический подход, разработанный для стыковочного зонда «Союз», а американцы предложили использовать гидравлические амортизаторы, аналогичные тем, которые используются на зонде «Аполлон». 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.
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. Эти парные комплекты крючков успешно использовались как на кораблях «Союз», так и на «Салют». Кроме того, группа согласилась с деталями, касающимися установочных штифтов, пружинных двигателей (для помощи в отделении космического корабля при расстыковке) и расположения электрических разъемов. Чтобы оценить концепцию системы стыковки и обеспечить совместимость на раннем этапе разработки, люди планировали построить испытательную модель в масштабе двух пятых, точные детали которой будут определены на следующем совместном совещании.
По возвращении в Хьюстон Колдуэлл Джонсон подготовил меморандум, в котором задокументировал некоторые неофициальные договоренности, достигнутые в Москве. 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 иначе будет сообщено ". Например, в области диаметра люка он отметил, что «с самого начала стало очевидно ... что люк с диаметром более 800 мм не может быть без особого труда встроен в космический корабль Салют», но у MSC было «длинное время». смирился «с испытательным люком диаметром менее 1 метра». Джонсон далее прокомментировал, что «узел захватывающего кольца по-разному назывался кольцом и конусом, двойным кольцом и конусом, безымянным и пальцами. Впредь было решено называть захватывающее кольцо« кольцом », а пальцы -« направляющими »».
Билл Кризи и несколько его коллег работали с Евгением Геннадьевичем Бобровым за чертежным столом над созданием этих первых советско-американских инженерных чертежей. 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. Затем Т. Росс взял эти чертежи и провел анализ размеров, чтобы убедиться, что все элементы совместимы. Соглашение о технических характеристиках стыковочной системы дало возможность НАСА начать переговоры с Роквеллом о создании стыковочной системы.
В апреле 1972 года Советы сообщили НАСА, что они решили использовать космический корабль «Союз» вместо космической станции «Салют» по финансовым и техническим причинам.
Окончательное официальное утверждение совместной стыковочной миссии было получено в Москве 24 мая 1972 года. Президент США Никсон и премьер-министр 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. Первый полет для проверки систем должен был состояться в 1975 году с модифицированными космическими кораблями «Аполлон» и «Союз». Ожидается, что после этой миссии будущие пилотируемые космические корабли двух стран смогут состыковаться друг с другом.
В июле 1972 года группа сконцентрировалась на более полных технических характеристиках стыковочной системы. 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 проведения тестов. 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. Тогда инженеры смогут увидеть, как взаимодействующие элементы системы одной страны сочетаются с элементами другой. Советы заявили, что они разработают «План испытаний масштабных моделей стыковочной системы« Аполлон »и« Союз »» (СВУ 50003), а американцы определят размеры модели и испытательного оборудования.
Под руководством Сыромятникова советская группа подготовила документацию на английском и русском языках и подготовила модель стыковочной системы в масштабе двух пятых к совместному совещанию. Некоторые американцы отметили, что, хотя механизм СССР был более сложным механически, чем американский, он был пригоден для выполнения задачи и «сложен» в исполнении. Обе стороны рассмотрели и подписали план испытаний модели на две пятых и назначили испытания на декабрь в Москве.
Предварительная проверка системы (PSR) планировалась как «формальная проверка конфигурации ... начатая ближе к концу концептуальной фазы, но до начала рабочего проектирования» работы над механизмом стыковки. 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 нуждаются в дальнейшем изучении. 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. Во-вторых, Ланни и Бушуев подчеркнули важность индикатора, который подтвердит, что структурные защелки находятся на своих местах. 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. Для обеспечения структурной целостности переходного туннеля было важно знать, что все восемь защелок были закрыты. Третья проблема заключалась в том, возможно ли случайное высвобождение структурных защелок. Бушуев и Ланни призвали к тщательной переоценке всех этих вопросов и посоветовали группе представить им свои конкретные рекомендации в декабре и январе.
Групповые испытания модели в масштабе две пятых и вторая часть Предварительного обзора систем для стыковочной системы были последним совместным мероприятием, запланированным на 1972 год. Американцы прибыли в Москву 6 декабря и работали до 15 декабря. модели произошли в Институте космических исследований в Москве.
В октябре 1973 года в Хьюстоне начались полномасштабные испытания советской и американской стыковочных систем.
АПАС-89
Когда в СССР начали работать над " Миром", они работали и над программой " Буран" . 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 ограничивало внутренний диаметр стыковочного канала примерно до 800 мм. Шаттл «Буран» был окончательно отменен в 1994 году и никогда не летал на космическую станцию «Мир», но модуль « Кристалл » « Мира » был оснащен двумя стыковочными механизмами APAS-89. Стыковочный модуль « Мир» , по сути, разделительный модуль между «Кристаллом» и «Шаттлом», также использовал APAS-89 с обеих сторон.
АПАС-95
АПАС был выбран для программы « Шаттл-Мир » и произведен российской компанией РКК «Энергия» по контракту на сумму 18 миллионов долларов, подписанному в июне 1993 года. Rockwell International, генеральный подрядчик шаттла, приняла поставку оборудования от Энергии в сентябре 1994 года и интегрировала его в космические шаттлы. «Система стыковки орбитального корабля» - надстройка, которая была установлена в отсеке полезной нагрузки и изначально предназначалась для использования с космической станцией «Свобода» .
Хотя код Energia для APAS Shuttle - APAS-95, он был описан как в основном такой же, как APAS-89. Он имел массу 286 кг.
APAS-95 был выбран для присоединения к американскому и российскому модулям на Международной космической станции (МКС) и для стыковки космического корабля "Шаттл". Система стыковки орбитального корабля "Шаттл" осталась неизменной с того момента, когда она использовалась для программы " Шаттл-Мир" в 1995 году. Активное кольцо захвата, которое выходит наружу от космического корабля, захватило пассивное стыковочное кольцо на соединении APAS-95 космической станции на герметичном стыковочном адаптере . Захватывающее кольцо выровняло их, стянуло вместе и развернуло 12 структурных крючков, зафиксировав обе системы герметичным уплотнением. Ответные переходники под давлением постоянно пассивны.
Изображений
АПАС в стыковке " Шаттл-Мир" .
Система стыковки орбитального аппарата (снизу, белый), APAS-95 (средний, белый / серый) и PMA-3 (верх, черный / серый).
.jpg)