Поворотное устройство имитатора транспортно-пускового контейнера спутника CubeSat 1-3U
ROTARY DEVICE OF CUBESAT 1-3U SATELLITE TRANSPORT AND LAUNCH CONTAINER SIMULATOR

Изобретение относится к ракетно-космической технике, а именно к устройствам, используемым при вибро-динамических испытаниях спутника стандарта CubeSat формата от 1U до 3U, позволяющим во время тестирования имитировать условия транспортировки спутника.
Вибро-динамические испытания спутников стандарта CubeSat, как и других космических аппаратов, проводят с использованием оснастки для их закрепления на столе вибростенда. Для спутников стандарта CubeSat, как правило, в качестве оснастки используют имитаторы транспортно-пусковых контейнеров (ИТПК). Так, из данного уровня техники известны следующие конструкции ИТПК: RU 2758161 C1, RU 211274 U1. Эти конструкции закрепляются на рабочем столе вибростенда путем прикручивания их основания к поверхности стола. По угловым направляющим устройств тестируемые спутники устанавливаются внутрь ИТПК и фиксируются в нем крышками. Для рассматриваемых конструкций не предусмотрено изменение угла наклона ИТПК относительно поверхности стола стенда в процессе испытания спутника. ИТПК закрепляются жестко, спутники в них ориентированы в строго определенном направлении. Только в паузах проведения вибро-динамических испытаний можно изменить ориентацию спутника внутри контейнера или поменять направление воздействия на стол вибростендом.
Для изменения ориентации оснастки можно использовать известные поворотные столы: JPH10316220A, US7753629B1. Изменение угла наклона столов этих устройств осуществляется с помощью электродвигателей и может проходить непосредственно в процессе тестирования. Однако в конструкции этих устройств не предусмотрены системы балансировки центра масс оснастки и спутника относительно конструкции оснастки. Также данные устройства не могут осуществить поворот оснастки при проведении испытаний на угол 360°.
Ближайшим аналогом предлагаемого нами изобретения является наклонный стол US7753629B1. Данное изобретение состоит из монтажной плиты, на которую устанавливаются поворотные опоры, с установленными в них подшипниками стола, выполненного в виде двух г-образных профилей, и его верхней пластины. Для изменения угла поворота стола в конструкции описываемого устройства предусмотрен поворотный узел, который в свою очередь состоит из электродвигателя, вращательный момент от которого передается с помощью зубчато-ременной передачи на ходовой вал. Вращение вала вызывает перемещение ходовой гайки, жестко зафиксированной в вилке, которая в свою очередь крепится к столу с помощью подшипников в ее торцах. Наклонение ходового вала обеспечивается его установкой на вилке с запрессованными в нее подшипниками. Данное изобретение предназначено для использования на фрезерном станке. В его конструкции не предусмотрена балансировка оснастки, отсутствует возможность поворота стола оснастки на угол 360° (только 45°), нет фиксатора стола оснастки.
Техническая задача, решаемая предлагаемым нами изобретением, заключается в создании поворотного устройства оснастки в виде имитатора транспортно-пускового контейнера для спутников стандарта CubeSat формата от 1U до 3U. Для проведения точных вибро-динамических испытаний предусматривается балансировка оснастки с установленным в нее спутником относительно оси вращения конструкции поворотного устройства. Спутник, установленный в оснастку, должен вместе с ней иметь возможность поворачивается на любой угол (вплоть до 360°) в процессе проведения испытаний для имитации условий его транспортировки. Обязательно в устройстве должен быть фиксатор, исключающий случайное проворачивание оснастки при установке спутника.
Необходимость решения вышеописанной технической задачи связана, с одной стороны, с ежегодным увеличением количества запусков спутников формата CubeSat (https://www.nanosats.eu/), а с другой - с возрастающими требованиями к наземным испытаниям спутников. Перед запуском спутники должны подвергаться испытаниям, среди которых одними из самых важных являются вибро-динамические. Точность таких испытаний зависит от возможности максимально сымитировать условия транспортировки спутника. Анализируя известные источники, можно заключить, что большинство запущенных спутников стандарта CubeSat имеют формат 3U, поэтому необходимо поворотное устройство, поддерживающее данный формат.
Поставленные задачи решаются за счет того, что предлагаемое нами устройство состоит из монтажной плиты, которая крепится на столе вибростенда, имеет ребра жесткости и поворотные опоры, на которых закрепляются подшипники, через которые проходят полуоси. На полуосях закрепляется стол оснастки, который может быть составной частью оснастки. Крепление полуосей к столу с оснасткой осуществляется с помощь фиксаторов полуосей. Полуоси, вращаясь в подшипниках, позволяют повернуть оснастку на любой угол вплоть до 360°. Для балансировки оснастки с установленным в нее спутником относительно оси вращения поворотного устройства имеется система балансиров. Данная система включает в себя два цилиндрических балансира, накрученных на шпильки в горизонтальной плоскости, расположенные соосно с противоположных концов стола, и один цилиндрический балансир, накрученный на шпильку в вертикальной плоскости. Для фиксации стола оснастки на время установки в нее спутника предусмотрен узел на основе штифта, фиксатора штифта и специальных отверстий в поворотных опорах.
Отличие от ближайшего аналога заключается:
1. в возможности балансировки центра масс оснастки со спутником относительно оси вращения поворотного устройства, благодаря наличию системы балансиров;
2. в возможности поворота ИТПК на любой угол вплоть до 360°, благодаря наличию свободно вращающихся полуосей, к которым прикреплен стол оснастки;
3. в возможности фиксации стола оснастки на время установки в нее спутника, благодаря узлу фиксации.
Поворотное устройство имитатора транспортно-пускового контейнера спутника CubeSat 1-3U представлено на следующих чертежах:
фиг. 1 - Общий вид поворотного устройства в сборе;
фиг. 2 - Вид части поворотного устройства, закрепляемой на вибростенде;
фиг. 3 - Вид стола оснастки с системой балансировки;
фиг. 4 - Вид части поворотного устройства, расположенной на отдельной раме.
В общем виде изобретение представляет собой поворотное устройство имитатора транспортно-пускового контейнера спутника CubeSat 1-3U состоящее из двух частей, первая из которых содержит поворотное основание 4 со столом оснастки 6 с системой балансировки центра масс 2, 3 и оснасткой в виде ИТПК 1, закрепляется на вибростенде 5 (не входящем в устройство). Изменение угла поворота стола оснастки 6 с ИТПК 1 происходит через передачу крутящего момента от вала двигателя 10, посредством двух шкивов 7, 11 и ремня 8 на полуоси 21, жестко соединенными фиксаторами полуосей 22 со столом оснастки 6, свободное вращение которых обеспечивается подшипникам 18. Для управления двигателем 10, закрепленным с помощью уголка 26, предусмотрен электронный блок 12 с драйвером 9, программируемые посредством сенсорного дисплея 27 и установленные на плиту 25 рамы 13. Натяжение ремня происходит путем отведения рамы 13 от вибростенда 5. Во избежание перемещения рамы 13 в процессе виброиспытаний предусмотрен утяжелитель 14. Система балансировки центра масс оснастки со спутником относительно поворотного устройства включает в себя два цилиндрических балансира 2, накрученных на шпильки 20 в горизонтальной плоскости, фиксируемых гайками 19, расположенных соосно с противоположных концов стола оснастки 6, и одного цилиндрического балансира 3, накрученного на шпильку 24 в вертикальной плоскости, зафиксированного гайкой 23. Узел фиксации стола оснастки 6, использующийся на время установки в нее спутника, включает в себя штифт 15 и его фиксатор 16, а также два проходных отверстия 17.
Устройство используется следующим образом. На время установки спутника стол фиксируется штифтом, во избежание его случайного проворачивания.
После установки и закрепления спутника в оснастке (ИТПК) с помощью горизонтальных и вертикального балансиров, путем их вращения в нужную сторону, стол оснастки со спутником балансируется относительно оси вращения поворотного устройства, проходящей через центры полуосей.
Задав строго параллельное расположение стола оснастки относительно вибростенда, с помощью сенсорного дисплея фиксируется нулевое положение стола (0°). Далее осуществляется запуск программы управления электронным блоком, который посредством драйвера, электродвигателя и зубчато-ременной передачи задает нужные углы поворота стола оснастки относительно стола вибростенда, а также скорость изменения этих углов. Выполнение смены углов возможно проводить при работающем вибростенде.
Список использованных источников
1. Патент RU 2 758 161 C1.
2. Патент RU 211274 U1.
3. Патент JPH10316220A.
4. Патент US7753629B1.