Androgynní systém připojení periferií - Androgynous Peripheral Attach System

Androgynní systém připojení periferií
Obrázek APAS-75 oříznutý a otočený.jpg
APAS-75 (americká verze)
Typhermafroditní dokovací mechanismus
VývojářRKK Energiya
Hmotnost286 kg (631 lb)
Hostitelská kosmická loď
První použití1975
Poslední použití2011

Podmínky Androgynní systém připojení periferií (APAS), Androgynní systém periferních sestav (APAS) a Androgynní periferní dokovací systém (APDS),[1][2] jsou zaměnitelně používány k popisu rodiny dokovací mechanismy kosmických lodí, a někdy se také používají jako obecný název pro jakýkoli dokovací systém v dané rodině. Systém podobný APAS-89/95 používají Číňané Kosmická loď Shenzhou.[3]

Přehled

Název systému je ruského původu a je zkratkou, АПАС, v azbuce, z ruštiny, Андрогинно-периферийный агрегат стыковки. Anglická zkratka byla navržena tak, aby obsahovala jen stejná písmena, ale latinská abeceda, přičemž první dvě slova jsou přímými protějšky originálu. Třetí slovo v ruštině pochází z němčiny Agregát, což znamená „komplikovaný mechanismus“, a poslední znamená „ukotvení“. Poslední dvě slova v anglickém názvu byla vybrána tak, aby začínala stejnými ekvivalentními písmeny jako v ruském názvu.[Citace je zapotřebí ]

Myšlenka designu je, že na rozdíl od dokovací systém sonda a drogue, jakýkoli dokovací kroužek APAS se může spojit s jakýmkoli jiným dokovacím kroužkem APAS; obě strany jsou hermafroditní. V každém doku je aktivní a pasivní strana, ale obě strany mohou plnit obě role. Existují tři základní varianty systému APAS.

APAS-75

APAS-75, který společně vyvinuli američtí a sovětští inženýři prostřednictvím řady osobních setkání, dopisů a telekonferencí, byl původně plánován pro použití na americké misi na Saljut vesmírná stanice který se místo toho stal Apollo – Sojuz.[4] Mezi americkou a sovětskou verzí dokovacího mechanismu byly rozdíly, ale stále byly mechanicky kompatibilní. Američané na začátku nazývali toto zařízení jak dokovacím mechanismem International Rendezvous and Docking Mission (IRDM), tak i mezinárodním dokovacím systémem.[5] Zařízení se nazývá Androgynní periferní dokovací systém (APDS) v tiskovém balíčku NASA pro ASTP.[1]

Design

Na rozdíl od předchozích dokovacích systémů mohla jednotka APAS-75 podle potřeby převzít aktivní nebo pasivní roli. Při ukotvení vzájemně spolupůsobily rýčové vodítka rozšířené aktivní jednotky (vpravo) a zasunuté pasivní jednotky (vlevo) pro hrubé vyrovnání. Kroužek, který drží vodítka, se posunul, aby se zarovnaly aktivní západky jednotky s západkami pasivní jednotky. Po jejich zachycení tlumiče nárazů rozptýlily zbytkovou energii nárazu v americké jednotce; mechanické tlumiče sloužily stejné funkci na sovětské straně. Aktivní jednotka se poté zatáhla, aby spojila dokovací obojky. Vodítka a zásuvky v dokovacích obojcích dokončily vyrovnání. Čtyři pružinové tlačné tyče odháněly kosmickou loď při odpojení.[6]

Američané vybrali Severoamerický Rockwell postavit sedm dokovacích mechanismů (dva letové, čtyři testovací a jeden náhradní).[7]

Rusko postavilo pět Sojuz kosmická loď, která používala APAS-75. První tři létaly jako testovací systémy (Kosmos 638, Kosmos 672 a Sojuz 16 ). Jeden byl použit pro testovací projekt Apollo-Sojuz, Sojuz 19 jediný Sojuz, který skutečně používal dokovací systém, a poslední letěl jako Sojuz 22. Na americké straně měl dokovací modul Apollo – Sojuz jeden dokovací obojek APAS-75 a jeden dokovací obojek Apollo.

Rozvoj

V dubnu 1970 administrátor NASA Thomas O. Paine navrhl na neformálním setkání s ruským akademikem Anatoli Blagonravov v New Yorku, že tyto dva národy spolupracují na bezpečnosti astronautů, včetně kompatibilního dokovacího vybavení na vesmírných stanicích a kosmických lodích, aby umožnily záchranné operace v případě nouze ve vesmíru.[8]

Inženýr Caldwell Johnson navrhl prsten a kónický systém během setkání v Moskvě v říjnu 1970.[9] Boris N. Petrov odmítl jednoduchou adaptaci Apolla a Sojuze jako „vesmírný kousek“ a navrhl vytvoření univerzálního dokovacího mechanismu, Johnson navrhl, aby Středisko s posádkou (MSC) vypracuje „návrh specificky odpovídající požadavkům konkrétní mise CSM / Salyut, přičemž návrh reprezentuje pouze základní formu a funkci dokovacího zařízení splňující požadavky na kompatibilní dokovací systém pro budoucí kosmické lodě.“[9]

Během setkání v Houstonu v červnu 1971 naznačil sovětský dokovací specialista Valentin N. Bobkov, že Sověti také upřednostňovali nějakou verzi dvojitého prstenu a kužele.[5] Bobkov prostřednictvím náčrtů ilustroval, že celkový průměr dokovacího systému nesmí překročit 1,3 metru, protože jakýkoli větší systém by vyžadoval změnu nosného pláště.[5] Když Johnson nastolil otázku změny krytu, Sověti zdůraznili zásadní dopad, který by taková úprava měla.[5] Kromě toho, že budou muset navrhnout nový plášť, budou muset vyzkoušet startovací aerodynamiku změněného hardwaru.[5] Američané doufali, že budou prosazovat větší tunel, ale taková změna se zdála pro jejich protějšky příliš velká.[5]

Nákres dokovacího systému se čtyřmi vodítky, který NASA navrhla Sovětům během setkání v Moskvě v listopadu 1971

Po červnových schůzkách dal Johnson Billovi Creasymu a jeho mechanickým konstruktérům práci na předběžném návrhu dokovacího mechanismu.[5] Než delegace NASA odjela do Moskvy, Creasyho posádka navrhla a vyrobila dokovací systém s dvojitým prstencem a kuželem o délce 1 metr, který měl na obou prstencích čtyři vodicí prsty a atenuátory, takže během dokování mohla být buď polovina aktivní nebo pasivní.[5] Laboratoř struktur a mechaniky v MSC natočila 16 milimetrové filmy, které demonstrovaly tento systém v akci, což Johnson vzal v listopadu do Moskvy, spolu s brožurou popisující systém a model západek zachycení.[5] K Johnsonovu překvapení Vladimir Syromyatnikov pracoval na variantě konceptu prstenů a kuželů NASA od předchozího října.[5] Místo čtyř vodicích prstů v americkém návrhu Syromyatnikov navrhl tři a místo hydraulických tlumičů navrhl elektromechanické tlumiče.[5] Sověti v podstatě přijali myšlenku použít sadu záběrových prstů k vedení dvou polovin dokovací soukolí z bodu počátečního kontaktu k zajetí.[5] Koncept použití tlumičů tlumících nárazy na záchytném prstenci aktivní kosmické lodi k tlumení dopadu dvou kosmických lodí, které se spojily, byl také přijatelný.[5] Obě skupiny inženýrů plánovaly zatáhnout aktivní polovinu dokovacího zařízení pomocí elektricky poháněného navijáku k navinutí kabelu.[5] Jakmile jsou zataženy, byly by použity západky konstrukce nebo karoserie, aby se obě lodě spojily. Než mohl pokračovat návrh univerzálního systému, musely být vyřešeny tři základní problémy - počet průvodců, typ útlumových článků a typ konstrukčních západek.[5]

Johnson, Creasy a další inženýři v konstrukční divizi kosmických lodí chtěli použít čtyři vodítka, protože věřili, že poskytuje nejlepší geometrii při použití hydraulických útlumů.[5] Jak to následně vysvětlil Bill Creasy, nejpravděpodobnější situací selhání pomocí hydraulických tlumičů by byla netěsnost, která by způsobila zhroucení jednoho tlumiče při nárazu.[5] Studie různých kombinací vedla odborníky MSC k závěru, že optimální konstrukcí jsou čtyři vodítka a osm tlumičů.[5] Creasy také poukázal na to, že nejpravděpodobnějším problémem s elektromechanickým systémem by bylo zamrznutí nebo vazba jednoho z dvojic tlumičů.[5] Sověti se tedy snažili minimalizovat počet párů v jejich systému ze stejného důvodu, že Američané upřednostňovali větší počet, aby omezili pravděpodobnost, že se něco pokazí.[5]

Vzhledem k tomu, že Spojené státy neměly ve svém navrhovaném návrhu žádnou významnou inženýrskou nebo hardwarovou rovnost a protože SSSR měl značnou spravedlnost v navrhovaném návrhu, byl jako základ pro další fázi studia vybrán sovětský design.[5]

Na konci schůzky v listopadu a prosinci podepsaly oba týmy soubor zápisů, které nastiňovaly základní koncepci univerzálního androgynního dokovacího systému.[5] Formální prohlášení znělo: „Konstrukční koncepce zahrnuje prstenec vybavený vodítky a západkami zachycení, které byly umístěny na pohyblivých tyčích, které slouží jako útlumové a zasouvací akční členy, a dokovací kroužek, na kterém jsou umístěny obvodové protilehlé záchytné západky s těsněním dokování.“[5] V zápisu byly rovněž zahrnuty základní informace o tvarech a rozměrech vodítek.[5] Měly být pevné a ne podobné tyči; jak poprvé navrhli Sověti, a tři v počtu.[5] Dokud byl splněn požadavek na absorpci dokovacích sil, mohla každá strana provádět skutečný design útlumu, jak nejlépe uznal.[5] Sověti plánovali použít elektromechanický přístup určený pro dokovací sondu Sojuz a Američané navrhli držet se hydraulických tlumičů podobných těm, které se používají na sondě Apollo.[5] Tento návrh rovněž požadoval vývoj dokovacího zařízení, které by bylo možné použít v aktivním nebo pasivním režimu; když byl systém jedné lodi aktivní, druhá by byla pasivní.[5]

Při pohledu na podrobný návrh mechanismu se obě strany dále dohodly, že záchytné západky budou následovat design vyvinutý v MSC a strukturální západky a prsten budou následovat sovětský vzor.[5] Tyto spárované sady háčků byly úspěšně použity jak u Sojuzu, tak u Saljuta.[5] Kromě toho se skupina shodla na podrobnostech týkajících se vyrovnávacích čepů, pružinových trysek (na pomoc při oddělení kosmické lodi při vyjmutí z doku) a umístění elektrických konektorů.[5] Aby bylo možné vyhodnotit koncept dokovacího systému a zajistit zajištění kompatibility v rané fázi vývoje, muži plánovali vybudovat testovací model v měřítku dvou pětin, o jehož přesných detailech bude rozhodnuto na příštím společném setkání.[5]

Po svém návratu do Houstonu připravil Caldwell Johnson memorandum, které dokumentovalo některé neformální dohody dosažené v Moskvě.[5] Naznačil, že se to odráží „na způsobu, jakým budou obě země provádět a koordinovat další fázi inženýrských studií těchto systémů ... K porozumění ... bylo dosaženo častěji než mimo formální schůzky, a tak jsou není pravděpodobné, že by bylo hlášeno jinak.[5] Například v oblasti průměru poklopu poznamenal, že „od začátku bylo zřejmé ... že průměr poklopu větší než asi 800 mm nelze do kosmické lodi Salyut bez velkých obtíží zabudovat,“ ale MSC měla „dlouhý protože se smířil "s průměrem zkušebního poklopu menším než 1 metr.[5] Johnson dále uvedl, že „sestava zachycovacího prstence byla různě nazývána prsten a kužel, dvojitý prsten a kužel a prsten a prsty.[5] Od nynějška bylo dohodnuto nazývat zajatecký prsten „prsten“ a vodítka prstů. ““[5]

Bill Creasy a několik jeho kolegů spolupracovali s Jevgenijem Gennadijevičem Bobrovem na redakčním stole, aby sestavili tyto první sovětsko-americké technické výkresy.[10] Larry Ratcliff nakreslil záchytný kroužek a vodítka na kreslicí papír a Robert McElya dodal podrobnosti konstrukčního mezikroužku, zatímco Bobrov připravil podobný výkres pro konstrukční západky.[10] NA. Ross pak vzal tyto kresby a provedl rozměrovou analýzu, aby se ujistil, že všechny položky jsou kompatibilní.[10] Dohoda o technických specifikacích dokovacího systému uvolnila NASA cestu k zahájení jednání se společností Rockwell o vybudování dokovacího systému.[10]

V dubnu 1972 Sověti informovali NASA, že se místo nákladu a technických důvodů rozhodli místo kosmické stanice Salyut použít kosmickou loď Sojuz.[4]

Konečné oficiální schválení společné dokovací mise přišlo v Moskvě dne 24. května 1972. Americký prezident Nixon a premiér SSSR Aleksey N. Kosygin podepsali Dohodu o spolupráci při průzkumu a využívání vesmíru pro mírové účely, včetně vývoje kompatibilních dokovacích systémů kosmických lodí zlepšit bezpečnost pilotovaného kosmického letu a umožnit společné vědecké experimenty.[8] První let k testování systémů měl být v roce 1975 s upravenými kosmickými loděmi Apollo a Sojuz.[8] Kromě této mise doufali budoucí kosmické lodě obou národů s posádkou.[8]

Prototypy v měřítku byly zkonstruovány s cílem pomoci při vývoji

V červenci 1972 se skupina soustředila na upřesnění specifikací dokovacího systému.[11] Některá vylepšení byla provedena ve vodítkách a jiných částech mechanismu; stejně jako u ostatních skupin byl sepsán harmonogram nadcházejících měsíců s uvedením dokumentů, které je třeba připravit a provést testy.[11] Poté, co se tým důkladně podíval na americký dokovací systém ve dvou pětinách, který pomohl konstruktérům diskutovat o fungování mechanismu a rozhodnout o vylepšeních, naplánovali na prosinec společné modelové testy.[11] Pak by inženýři mohli vidět, jak se propojené prvky systému jedné země spojily s prvky druhé.[11] Sověti uvedli, že vypracují „Testovací plán pro zmenšené modely dokovacího systému Apollo / Sojuz“ (IED 50003), zatímco Američané vypracovali rozměry modelu a testovacích přípravků.[11]

Pod vedením Syromyatnikova připravil sovětský tým dokumentaci v angličtině i ruštině a připravil pro společnou schůzku model dokovacího systému ve dvou pětinách.[12] Někteří Američané poznamenali, že zatímco mechanismus SSSR byl mechanicky složitější než americký, byl vhodný pro misi a „sofistikovaný“ při jeho provádění.[12] Obě strany přezkoumaly a podepsaly plán testování dvou pětin modelů a naplánovaly test na prosinec v Moskvě.[12]

Předběžná kontrola systému (PSR) byla plánována jako „formální kontrola konfigurace ... zahájená těsně před koncem koncepční fáze, ale před zahájením detailního návrhu“ práce na dokovacím mechanismu.[12] V rámci prezentace pro Preliminary Systems Review Board (představenstvo je technickými řediteli) zahrnovali Don Wade a Syromyatnikov všechna testovací data, specifikace a výkresy pro dokovací systém, stejně jako hodnocení návrhu mechanismu. Po vyslechnutí jejich zprávy pocítili Lunney a Bushuyev tři další problémové oblasti, které je třeba dále studovat.[12] Nejprve upoutal jejich pozornost požadavek na pružný propeler navržený tak, aby pomohl oddělit dvě kosmické lodě, protože selhání tohoto kompresoru správně stlačit by mohlo zabránit dokončení dokování.[12] Zadruhé Lunney a Bushuyev zdůraznili důležitost ukazatele, který by ověřoval, že strukturální západky jsou správně na svém místě.[12] Americký systém poskytoval informace o fungování každé západky, ale neindikoval, že těsnění rozhraní byla komprimována, zatímco sovětský systém poskytoval údaje o kompresi těsnění, ale žádné pro západky.[12] K zajištění strukturální integrity přenosového tunelu bylo důležité vědět, že všech osm západek bylo uzavřeno.[12] Třetí problémovou oblastí bylo, zda je možné neúmyslné uvolnění konstrukčních západek.[12] Bushuyev a Lunney vyzvali k důkladnému přehodnocení všech těchto otázek a doporučili skupině, aby jim v prosinci a lednu předložila svá konkrétní doporučení.[12]

Skupinové testy modelu v měřítku dvě pětiny a druhá část předběžného přehledu systémů pro dokovací systém byly poslední společnou aktivitou plánovanou na rok 1972.[13] Američané přijeli do Moskvy 6. prosince a pracovali do 15. prosince.[13] Testování zmenšených modelů proběhlo na Institutu kosmického výzkumu v Moskvě.[13]

Testy rozsáhlých sovětských a amerických dokovacích systémů začaly v Houstonu v říjnu 1973.[14]

APAS-89

Pasivní
Aktivní

Když SSSR začal pracovat Mir také pracovali na Buran kyvadlový program. APAS-89 byl představen jako dokovací systém pro Burana s vesmírnou stanicí Mir. Konstrukce APAS-75 byla silně upravena. Vnější průměr byl snížen z 2030 mm na 1550 mm a seřizovací lístky byly namířeny dovnitř místo ven. To omezilo vnitřní průměr průchodu dokovacího portu na asi 800 mm.[15] Buranský raketoplán byl nakonec zrušen v roce 1994 a nikdy neletěl na vesmírnou stanici Mir, ale Mirův Kristall modul byl vybaven dvěma dokovacími mechanismy APAS-89. The Mir Docking Module, v podstatě distanční modul mezi Kristall a Shuttle, také používal APAS-89 na obou stranách.

APAS-95

Pasivní strana (geometrie spojovacích a západkových prvků je stále androgynní, ale tato varianta je určena ke snížení dopadu dokování s dodatečným ovládáním polohy na jedné straně. Obě strany lze stále používat společně s oběma stranami, ale spojení dvou aktivních stran by bylo zbytečné)
Aktivní

APAS byl vybrán pro Shuttle-Mir program a vyráběn ruskou společností RKK Energiya na základě smlouvy o hodnotě 18 milionů dolarů podepsané v červnu 1993.[16] Rockwell International, hlavní dodavatel raketoplánu, přijal dodávku hardwaru od Energiya v září 1994[16] a integroval jej do dokovacího systému raketoplánu Orbiter, doplňku, který byl nainstalován v nákladovém prostoru a původně byl určen pro použití s Svoboda vesmírné stanice.

Ačkoli kód společnosti Energia pro Shuttle APAS je APAS-95, byl popsán jako v zásadě stejný jako APAS-89.[17] Měl hmotnost 286 kg.[16]

APAS-95 byl vybrán, aby se připojil k americkému a ruskému modulu na Mezinárodní vesmírná stanice (ISS) a umožnit raketoplán, Sojuz, Progress a Automated Transfer Vehicle do doku. Dokovací systém raketoplánu Shuttle zůstal nezměněn od doby, kdy byl použit pro Shuttle – Mir Program v roce 1995. Aktivní zachytit prsten který sahá ven z kosmické lodi zachytil pasivní spojovací prstenec na spojení APAS-95 vesmírné stanice na Adaptér pro páření pod tlakem. Zachycovací prsten je srovnal, stáhl k sobě a nasadil 12 konstrukčních háků, přičemž oba systémy zajistil vzduchotěsným těsněním. Adaptéry pro páření pod tlakem jsou trvale pasivní.

snímky

  • APAS v a Shuttle-Mir dokování.

  • Dokovací systém Orbiter (spodní, bílý), APAS-95 (střední, bílý / šedý) a PMA-3 (horní, černý / šedý).

Viz také

Reference

  1. ^ A b „Testovací projekt Apollo-Sojuz: Informace pro tisk: 1975“ (PDF). NASA. 1975. Citováno 2. listopadu 2015.
  2. ^ Heather Hinke; Matthew Strube; John J. Zipay; Scott Cryan (5. března 2016). „Technologický vývoj automatizovaných setkávacích a dokovacích / snímacích senzorů a dokovacího mechanismu pro misi s posádkou s přesměrováním na asteroid“ (PDF). NASA. Citováno 30. října 2015.
  3. ^ „Svědectví Jamese Oberga: Senát pro vědu, technologii a vesmír: Mezinárodní program pro průzkum vesmíru“. spaceref.com. Citováno 2008-04-07.
  4. ^ A b Edward Clinton Ezell; Linda Neuman Ezell (1978). „SP-4209 Partnerství: Historie testovacího projektu Apollo-Sojuz: duben v Moskvě“. NASA. Citováno 2. listopadu 2015.
  5. ^ A b C d E F G h i j k l m n Ó str q r s t u proti w X y z aa ab ac inzerát ae af ag ah ai aj ak Edward Clinton Ezell; Linda Neuman Ezell (1978). „SP-4209 The Partnership: A History of the Apollo-Sojuz Test Project: an International Docking System“. NASA. Citováno 2. listopadu 2015.
  6. ^ David S. F. Portree. „Mir Hardware Heritage“ (PDF). Vesmírné centrum Lyndona B. Johnsona. Archivovány od originál (PDF) dne 10. dubna 2008. Citováno 2008-04-05.
  7. ^ Edward Clinton Ezell; Linda Neuman Ezell (1978). „SP-4209 Partnerství: Historie testovacího projektu Apollo-Sojuz: Odhad nákladů na misi“. NASA. Citováno 2. listopadu 2015.
  8. ^ A b C d Helen T. Wells; Susan H. Whiteley; Carrie E. Karegeannes (1975). „Počátky názvů NASA: Obsluhovaný vesmírný let“. NASA. Citováno 2. listopadu 2015.
  9. ^ A b Edward Clinton Ezell; Linda Neuman Ezell (1978). „SP-4209 The Partnership: A History of the Apollo-Sojuz Test Project: A Study Task Team“. NASA. Citováno 2. listopadu 2015.
  10. ^ A b C d Edward Clinton Ezell; Linda Neuman Ezell (1978). „SP-4209 The Partnership: A History of the Apollo-Sojuz Test Project: Designing the interface“. NASA. Citováno 2. listopadu 2015.
  11. ^ A b C d E Edward Clinton Ezell; Linda Neuman Ezell (1978). „SP-4209 The Partnership: A History of the Apollo-Sojuz Test Project: July in Houston“. NASA. Citováno 2. listopadu 2015.
  12. ^ A b C d E F G h i j k Edward Clinton Ezell; Linda Neuman Ezell (1978). „SP-4209 The Partnership: A History of the Apollo-Sojuz Test Project: Preliminary Systems Review (Stage I)“. NASA. Citováno 2. listopadu 2015.
  13. ^ A b C Edward Clinton Ezell; Linda Neuman Ezell (1978). „SP-4209 The Partnership: A History of the Apollo-Sojuz Test Project: Preliminary Systems Review (Stage 2)“. NASA. Citováno 2. listopadu 2015.
  14. ^ Edward Clinton Ezell; Linda Neuman Ezell (1978). „SP-4209 The Partnership: A History of the Apollo-Sojuz Test Project: Years of Intense Activity“. NASA. Citováno 2. listopadu 2015.
  15. ^ John Cook; Valery Aksamentov; Thomas Hoffman; Wes Bruner (2011). „Mechanismy rozhraní ISS a jejich dědictví“ (PDF). Boeing. Citováno 26. května 2012.
  16. ^ A b C Evans, Ben (2014). Dvacáté první století ve vesmíru. Springer. p. 186. ISBN  9781493913077.
  17. ^ Bart Hendrickx; Bert Vis (2007). Energiya-Buran: Sovětský raketoplán. Chichester, Velká Británie: Praxis Publishing Ltd. str. 379–381. ISBN  978-0-387-69848-9. Ačkoli interním označením Energiya pro raketoplán APAS je APAS-95, je v podstatě stejný jako Buranův APAS-89

externí odkazy