ПАРАБОЛИЧЕСКИЙ ПРЯМОФОКУСНЫЙ ТРАНСФОРМИРУЕМЫЙ РЕФЛЕКТОР

Полезная модель относится к области космической техники, в частности, к проектированию трансформируемых рефлекторов.
Известен патент на параболическую разворачивающуюся антенну (US 2016/0352022 А1), трансформируемая конструкция которой включает в себя сетеполотно, прикрепленное к складным спицам, облучатель и контррефлектор.. Установка контррефлектора выполнена по схеме Кассеграна.
Основными недостатками этого устройства являются наличие транспортировочного контейнера, что увеличивает массу выводимого спутника, развертывание сетеполотна происходит путем раскрытия спиц после их вывода из транспортировочного контейнера, что повышает вероятность зацепления сетеполотна за элементы антенны.
-6
Также известен патент на развертываемый крупногабаритный рефлектор космического аппарата (RU 2382453 С1, МПК H01Q 15/16, B64G 1/22). Рефлектор включает в себя стойки силового кольца, соседние концы которых с обеих сторон торца силового кольца соединены упруго эластичными периферийными силовыми шнурами, расположенный в центральной зоне силового кольца центральный узел, имеющий два фланца, каждый из которых радиальными эластичными шнурами соединен со стойками силового кольца в зоне их торцов, расположенных со стороны раскрытия рефлектора, и присоединенные к радиальным шнурам перекрещивающиеся эластичные шнуры, образующие две сетки с требуемыми ячейками, одна из которых является профилирующей рабочую поверхность, к которой прикреплено сетеполотно, а другая - поддерживающей, при этом обе сетки упруго соединены между собой по противолежащим узловым точкам в местах перекрещивания шнуров параллельными эластичными стяжными нитями, фланец центрального узла, соединенный с поддерживающей сеткой, выполнен подвижным без закручивания относительно продольной оси, проходящей через оба фланца, и механически соединен с устройством подстройки формы радиоотражающей поверхности рефлектора, основание которого расположено на плоскости, проходящей через торцы стоек силового кольца со стороны поддерживающей сетки, и выходные элементы вышеуказанного устройства соединены со спицами, каждая из которых выполнена из заранее определенного одинакового нечетного количества звеньев, жестко зафиксированных в прямолинейном положении пружинами и фиксаторами относительно их осей вращения после развертывания рефлектора в рабочее положение, причем другой конец каждой спицы присоединен и зафиксирован с L-образным концом противостоящей стойки. Сетеполотно изготовлено из шнуров и нитей из размеростабильного (с коэффициентом термического расширения менее 1⋅10 1/град) материала, например, из полиимида (из кевлара). Экраны изготовлены из неэлектропроводной пленки.
К недостаткам данного устройства-аналога относятся: высокий вес конструкции для использования на малых спутниках, сложность в обеспечении жесткости спиц и требуемой точности отражающей поверхности, включение в конструкцию электродвигателей основного и резервного, что также увеличивает вес конструкции.
В качестве ближайшего аналога выбран параболический офсетный трансформируемый рефлектор по патенту (RU 183908 U1, МПК H01Q 15/16, B64G 1/22), который принят за прототип полезной модели.
Разворачивающаяся конструкция параболического трансформируемого рефлектора состоит из трансформируемого полого обода рефлектора, который представляет собой круглое сечение, протянутое вдоль профиля, из радиоотражающей параболической поверхности, закрепленной на ободе (представляет собой параболическую офсетную мембрану), механизма раскрытия рефлектора, состоящего из гибких шарниров, представляющих собой сквозные отверстия по ободу рефлектора и электромеханического привода для раскрытия рефлектора. Устройство сдерживания, входящее в состав механизма раскрытия, состоит из троса, расположенного внутри полого обода, и обеспечивает раскрытие рефлектора посредством стравливания со шкива электромеханического привода.
Основными недостатками прототипа являются: ограничения, наложенные на компоновку рефлектора в сложенном положении из-за офсетной формы параболической радиоотражающей поверхности, низкая технологичность изготовления полого трансформируемого обода и офсетной радиоотражающей параболической поверхности.
Техническим результатом разрабатываемой полезной модели является снижение веса, простота и технологичность изготовления параболического прямофокусного трансформируемого рефлектора
Технический результат достигается тем, что разработан параболический прямофокусный трансформируемый рефлектор, состоящий из трансформируемого обода рефлектора, радиоотражающей параболической поверхности, закрепленной на ободе посредством клеевого соединения, механизма раскрытия обода рефлектора, который состоит из гибких шарниров в виде вырезов на образующей обода, равномерно расположенных по его длине, электромеханического привода для раскрытия обода рефлектора и устройства сдерживания раскрытия, состоящее из троса, расположенного внутри полого обода, обеспечивающее раскрытие обода рефлектора посредством стравливания со шкива электромеханического привода, при этом трансформируемый обод рефлектора выполнен в виде тора, а радиоотражающая поверхность представляет собой параболическую прямофокусную мембрану.
Технический результат достигается благодаря следующему исполнению силовой конструкции рефлектора.
Рефлектор содержит трансформируемый полый обод, представляющий собой тор, механизм раскрытия которого состоит из гибких шарниров, в виде вырезов на образующей обода, равномерно расположенных по его длине Радиоотражающая поверхность, закрепленная на ободе посредством клеевого соединения представляет собой параболическую прямофокусную мембрану. Раскрытие мембраны осуществляется запасенной энергией деформации обода, в то время как обод сдерживается посредством устройства сдерживания, состоящего из троса, расположенного внутри полого обода, обеспечивающего раскрытие обода рефлектора посредством стравливания со шкива электромеханического привода.
Поскольку предложенный рефлектор является осесимметричным, повышается технологичность изготовления полого торообразного обода и радиоотражающей параболической прямофокусной поверхности (мембраны). Во избежание ударных нагрузок и повреждения отражающей части в процессе перевода рефлектора из транспортировочного положения в рабочее используется сдерживающее устройство, представляющее собой трос, расположенный внутри обода и стравливающийся со шкива электромеханического привода (ЭМП) в процессе раскрытия.
Техническая сущность и принцип действия предложенного устройства поясняются чертежами, на которых показаны:
на фиг. 1 - вид сверху на обод рефлектора в рабочем положении;
на фиг. 2 - общий вид рефлектора в рабочем положении;
на фиг. 3 - общий вид части рефлектора с гибким шарниром с приклеенным элементом мембраны;
на фиг. 4 - общий вид обода рефлектора в транспортировочном положении внутри виртуального цилиндрического пространства;
на фиг. 5 - общий вид на элементы обода в сложенном положении с указанием расположения троса сдерживающего устройства;
на фиг. 6 - общий вид на элемент обода, где трос закреплен с одной стороны и выходит на шкив привода с другой стороны;
на фиг. 7 - вид сверху на обод рефлектора в транспортировочном положении внутри виртуального цилиндрического пространства.
На вышеуказанных фигурах изображена конструкция предлагаемого рефлектора с использованием следующих элементов: 1 - радиоотражающая параболическая прямофокусная поверхность (мембрана); 2 - трансформируемый торообразный обод; 3 - гибкий шарнир, сдерживающее устройство, состоящее из троса - 4 (расположен внутри трансформируемого обода, (согласно фиг. 5), обеспечивающего раскрытие рефлектора посредством стравливания со шкива ЭМП 5.
Предложенное устройство конструкции параболического прямофокусного трансформируемого рефлектора, представленное на фигурах, состоит из следующих элементов:
- прямофокусной мембраны радиоотражающей параболической поверхности 1, образованной вырезкой параболоидной формы, элементы которой 3.1 закреплены при помощи клеевого соединения 3.2 вокруг трансформируемого обода (фиг. 3);
- трансформируемого полого торообразного обода рефлектора 2, например, из композитного углепластика, форма которого определяется мембранной поверхностью;
- гибких шарниров в виде вырезов на образующей обода, равномерно расположенных по его длине 3, которые переводят рефлектор из транспортировочного положения в рабочее за счет действия упругих сил;
- сдерживающего устройства, состоящего из троса 4, который расположен внутри обода 2 и в сложенном положении рефлектора при помощи собственного натяжения создает усилие в радиальном направлении для удержания обода рефлектора в сложенном положении и шкива ЭМП 5. Трос 4 действует на элементы обода 2 в точках касания 5.1 и 5.2 (фиг. 5). В точке 6.1 (фиг. 6) трос 4 жестко закреплен на ободе 2. Трос 4 выходит из обода 2 на шкив ЭМП 5, на которую наматывается трос 4 и обеспечивает приемлемую скорость стравливания троса 4 в процессе раскрытия рефлектора.
Описанная выше конструкция параболического прямофокусного трансформируемого рефлектора с гибким шарниром 3 переводится из транспортировочного положения в рабочее следующим образом:
После вывода целевого спутника на орбиту, трос 4 устройства сдерживания начинает стравливаться со шкива ЭМП 5, постепенно уменьшая сдерживающее усилие для обода 2 рефлектора. Гибкие шарниры 3 приводятся в действие, благодаря упругой силе. Мгновенное раскрытие рефлектора с ударными нагрузками блокируется тросом 4. Радиоотражающая параболическая поверхность (мембрана) 1 переводится из транспортного положение в рабочее, благодаря своему закреплению на ободе 2.
Таким образом, простота и технологичность изготовления рефлектора решается путем выполнения полого обода в виде тора и радиоотражающей поверхности в виде параболической прямофокусной мембраны, введения в конструкцию параболического прямофокусного трансформируемого рефлектора механизма раскрытия обода рефлектора, состоящего из гибких шарниров, в виде вырезов на образующей обода, равномерно расположенных по его длине. Тем самым уменьшается вероятность несрабатывания механизма раскрытия (устранение большого количества механических элементов устройства раскрытия рефлектора).
Проблема большого веса рефлектора устраняется за счет использования сверхлегких материалов для трансформируемой конструкции торообразного обода, например, композитного углепластика, в совокупности с отсутствием большого числа механических элементов, а также путем введения трансформируемого обода и параболической прямофокусной мембраны, закрепленной на ободе посредством клеевого соединения.
Техническим результатом полезной модели является создание конструкции рефлектора без ограничений на расположение рефлектора на космическом аппарате, небольшой массой.
Для заявленного параболического прямофокусного трансформируемого рефлектора был изготовлен опытный образец, который подтвердил возможность осуществления предполагаемого технического решения с получением вышеуказанного технического результата.