Автоматическая бортовая система управления давлением и газовым составом в скафандре при шлюзовании в процессе выхода в открытый космос

Данная полезная модель относится к устройствам для работы в открытом космосе, обеспечивающим жизнедеятельность и работоспособность космонавтов при выходе в открытый космос из пилотируемых космических объектов. Бортовая система управления давлением и газовым составом в скафандре предназначена для обеспечения заданных величин давления и газового состава в скафандре, необходимых для жизнедеятельности и работоспособности космонавта при шлюзовании в процессе выхода в открытый космос из пилотируемых космических объектов. В основу полезной модели положена задача создания бортовой системы управления скафандром с таким ее конструктивным исполнением, которое позволило бы обеспечить необходимую последовательность выполнения операций по циклограмме шлюзования, управление исполнительными агрегатами, контроль времени и правильности выполнения режимов и работоспособности системы без активного участия космонавта. Решение этой задачи позволяет снизить нагрузку на космонавта при шлюзовании в процессе выхода в открытый космос. Поставленная техническая задача решается автоматизированной бортовой системой управления давлением и газовым составом в скафандре, включающей блок управления системой с клапанами, в который вместо кулачкового механизма встроено программируемое устройство на основе микропроцессора (микроЭВМ), а вместо набора клапанов в качестве исполнительных агрегатов введены электроуправляемые пневматические клапаны (ЭПК), источник кислорода высокого давления, контур среднего давления с исполнительными агрегатами, редукторы для понижения давления кислорода в источнике кислородного питания до давления в магистралях контура среднего давления, контур низкого давления с исполнительными агрегатами, жгут шлангов с бортовой колодкой разъема коммуникаций для объединения бортового контура среднего давления с автономным контуром среднего давления кислородной системы скафандра и бортового контура низкого давления с внутренним объемом скафандра, аварийный шланг подачи кислорода, а также датчик давления в контуре среднего давления и сигнализаторы состояния агрегатов.

Данная полезная модель относится к устройствам для работы в открытом космосе, обеспечивающим жизнедеятельность и работоспособность космонавтов при выходе в открытый космос из пилотируемых космических объектов.

Бортовая система управления давлением и газовым составом в скафандре предназначена для обеспечения заданных величин давления и газового состава в скафандре, необходимых для жизнедеятельности и работоспособности космонавта при шлюзовании в процессе выхода в открытый космос из пилотируемых космических объектов.

Известна бортовая система скафандров типа «Орлан-М», используемая при шлюзовании в процессе выхода в космос - БСС-4 (И.П.Абрамов, М.Н.Дудник, В.И.Сверщек, Г.И.Северин, А.И.Скуг, А.Ю.Стоклицкий. Космические скафандры России. Москва, ОАО «НПП «Звезда», 2005 г.).

Система представляет собой совокупность конструктивных элементов, включающих: блок управления системой, состоящий из управляемого вручную кулачкового механизма и набора клапанов, которые открываются и закрываются при установке кулачкового механизма в заданные позиции, источник кислорода высокого давления, редукторы для понижения давления кислорода в источнике кислородного питания, бортовые контуры среднего и низкого давления с исполнительными агрегатами, жгут шлангов с бортовой колодкой объединенного разъема коммуникаций, электрический кабель и аварийный шланг подачи кислорода.

Бортовая система функционирует совместно с автономной системой обеспечения жизнедеятельности (АСОЖ) скафандра, включающей в себя комплекс подсистем, в том числе подсистемы измерения, кислородного обеспечения и охлаждения.

В прототипе для управления давлением и газовым составом в скафандре при шлюзовании в процессе выхода в открытый космос используется управляемый вручную блок управления скафандром (БУС), который обеспечивает следующие режимы:

- наддув скафандра;

- проверка герметичности;

- сброс давления из скафандра;

- продувка скафандра (смена газового состава в скафандре);

- десатурация, сброс отсека;

- подача кислорода от бортового запаса к агрегатам АСОЖ скафандра;

- отключение агрегатов АСОЖ скафандра от бортового запаса кислорода.

Космонавт, вращая ручку БУС, устанавливает режимы работы системы, необходимые для выполнения операций по циклограмме шлюзования. Кроме работы ручкой БУС, космонавт при выполнении ряда операций должен вести контроль времени по секундомеру, давления в скафандре - по манометру и дополнительно работать с органами управления АСОЖ, расположенными на скафандре. Недостатками указанного прототипа являются:

- наличие конструктивно сложного и громоздкого механизма переключения пневмоклапанов с ручкой управления БУС;

- поддержание необходимого уровня избыточного давления в скафандре вручную;

- выполнение операций с органами управления по циклограмме шлюзования одновременно с визуальным контролем показаний измерительных приборов;

- необходимость запоминания последовательности выполнения операций или обращение к бортовой инструкции в процессе работы.

Таким образом, прототип при шлюзовании в процессе выхода в открытый космос функционирует в необходимых режимах только с помощью действий космонавта, осуществляемых вручную, и под его постоянным контролем, что приводит к увеличению общей физической и психологической нагрузки на космонавта.

В основу полезной модели положена задача создания бортовой системы управления скафандром с таким ее конструктивным исполнением, которое позволило бы обеспечить необходимую последовательность выполнения операций по циклограмме шлюзования, управление исполнительными агрегатами, контроль времени и правильности выполнения режимов и работоспособности системы без активного участия космонавта. Решение этой задачи позволяет снизить нагрузку на космонавта при шлюзовании в процессе выхода в открытый космос.

Поставленная техническая задача решается автоматизированной бортовой системой управления давлением и газовым составом в скафандре, включающей блок управления системой с клапанами, в который вместо кулачкового механизма встроено программируемое устройство на основе микропроцессора (микроЭВМ), а вместо набора клапанов в качестве исполнительных агрегатов введены электроуправляемые пневматические клапаны (ЭПК), источник кислорода высокого давления, контур среднего давления с исполнительными агрегатами, редукторы для понижения давления кислорода в источнике кислородного питания до давления в магистралях контура среднего давления, контур низкого давления с исполнительными агрегатами, жгут шлангов с бортовой колодкой разъема коммуникаций для объединения бортового контура среднего давления с автономным контуром среднего давления кислородной системы скафандра и бортового контура низкого давления с внутренним объемом скафандра, аварийный шланг подачи кислорода, а также датчик давления в контуре среднего давления и сигнализаторы состояния агрегатов.

На фиг.1 представлена блок-схема взаимодействия элементов заявляемой системы между собой, со скафандром и бортовым запасом кислорода.

На фиг.2 представлена принципиальная схема блока исполнительных агрегатов заявляемого решения.

Блок управления обеспечивает обработку информации, поступающей из блока исполнительных агрегатов от датчика среднего давления кислорода и сигнализаторов давления, датчиков высокого давления кислорода в баллонах бортового запаса и датчиков и сигнализаторов АСОЖ скафандра, а также обеспечивает анализ состояния систем и формирование управляющих команд на исполнительные агрегаты.

В блоке исполнительных агрегатов в качестве агрегатов, управляемых микроЭВМ, использованы электропневматические клапаны 3, 4, 12, 15, 16, 17.

Информация о текущем состоянии системы и сообщения космонавту, сформированные в результате анализа, отображаются на дисплее скафандра.

Подсоединение автоматизированной бортовой системы управления давлением и газовым составом в скафандре к системам скафандра осуществляется через бортовую колодку объединенного разъема коммуникаций 10. Передача информации от датчиков и сигнализаторов скафандра в блок управления и информации от блока управления для отображения на дисплее скафандра осуществляется по электрическому кабелю.

Подача кислорода от бортового запаса 6 в автоматизированную бортовую систему управления давлением и газовым составом в скафандре осуществляется через запорный кран 1, который открывается космонавтом вручную при подготовке системы до надевания скафандра. Давление кислорода в системе контролируется датчиком среднего давления 2.

Управление подачей кислорода в магистрали подсистемы кислородного обеспечения скафандра осуществляется с помощью электропневматического клапана 12.

В случае отказа электропневматического клапана 12 или невозможности подстыковать бортовую колодку объединенного разъема коммуникаций 10 к скафандру при возвращении в шлюзовой отсек после завершения работ для подачи кислорода в магистрали подсистемы кислородного обеспечения скафандра используется аварийный шланг 13.

Подача кислорода в скафандр для повышения давления или смены газового состава в нем осуществляется через электропневматические клапаны 3, 4 и 15. Предусмотрена подача кислорода с тремя величинами расхода путем открытия электропневматических клапанов 4 и 15 по одному, или одновременно при открытом электропневматическом клапане 3, который дублирует электропневматические клапаны 4 и 15 в случае их незакрытия.

Регулирование избыточного давления в скафандре в заданном диапазоне при постоянном или меняющемся давлении в шлюзовом отсеке осуществляется по показаниям датчика избыточного давления в скафандре подачей необходимого количества кислорода в скафандр путем открытия электропневматических клапанов 4 или 15 (в зависимости от скорости изменения давления в шлюзовом отсеке) при открытом электропневматическом клапане 3.

Проверка герметичности скафандра осуществляется автоматически после подтверждения космонавтом готовности к выполнению проверки. Наддув скафандра до давления проверки осуществляется с помощью электропневматических клапанов 3 и 15. Контроль избыточного давления в скафандре при наддуве и величина падения давления за заданный промежуток времени осуществляются по показаниям датчика избыточного давления в скафандре. Результат проверки отображается на дисплее.

Сброс газа из скафандра для понижения давления и при смене газового состава осуществляется через клапаны 5 и 9, управляемые электропневматическими клапанами 16 и 17 соответственно.

Продувка скафандра кислородом для смены газового состава осуществляется автоматически после подтверждения космонавтом готовности к продувке одновременным открытием электропневматических клапанов 3, 4, 15 (для подачи кислорода в скафандр) и клапанов 5, 9, управляемых электропневматическими клапанами 16, 17 (для сброса газовой смеси из скафандра). Контроль продувки определяется по времени и расходу кислорода из бортового запаса. Результат продувки и отсчет времени десатурации отображаются на дисплее.

Поддержание заданного избыточного давления в скафандре при снижении давления в шлюзовом отсеке осуществляется подпорным клапаном 7 при открытом с помощью электропневматического клапана 17 клапане 9.

На случай отказа блока управления или исполнительных электропневматических клапанов для подачи кислорода в скафандр предусмотрен запорный кран 14, а для сброса газа из скафандра - запорный кран 8.

Таким образом, обеспечивается автоматическое функционирование системы управления давлением и газовым составом в скафандре на всех режимах при шлюзовании в процессе выхода в открытый космос из пилотируемых космических объектов, что позволяет снизить общую физическую и психологическую нагрузку на космонавта и, тем самым, повысить комфорт пребывания космонавта в скафандре в процессе выполнения работ.

1. Бортовая система управления давлением и газовым составом в скафандре при шлюзовании в процессе выхода в открытый космос, состоящая из блока управления системой с клапанами, источника кислорода высокого давления, редукторов для понижения давления кислорода в источнике кислородного питания, бортовых контуров среднего и низкого давления, жгута шлангов с бортовой колодкой объединенного разъема коммуникаций, аварийного шланга подачи кислорода, электрического кабеля, отличающаяся тем, что в блок управления системой встроена микро-ЭВМ, которая на основании анализа информации, поступающей от датчиков и сигнализаторов бортовой системы и датчиков и сигнализаторов автономной системы жизнеобеспечения скафандра, обеспечивает управление исполнительными агрегатами по заданным алгоритмам в соответствии с текущими режимами шлюзования, а также формирует сообщения для отображения на дисплее скафандра.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что в бортовые контуры среднего и низкого давления в качестве исполнительных механизмов введены управляемые от микро-ЭВМ электропневматические клапаны, обеспечивающие в бортовом контуре среднего давления подачу кислорода в автономный контур среднего давления скафандра для обеспечения функционирования агрегатов автономной кислородной системы скафандра от бортового запаса кислорода, а также подачу кислорода непосредственно в объем скафандра при смене газового состава в скафандре с воздушного на кислородный и для повышения давления в скафандре при проверках герметичности скафандра и регулировании избыточного давления в скафандре на всех этапах шлюзования при выходе в открытый космос, а в бортовом контуре низкого давления обеспечивающие сброс газа из скафандра при смене газового состава в скафандре с воздушного на кислородный, после проверок герметичности скафандра и в процессе понижения давления в шлюзовом отсеке, а также для выравнивания давления в скафандре с давлением в шлюзовом отсеке перед выходом космонавта из скафандра.