ЗОНТИЧНАЯ АНТЕННА КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА
SPACECRAFT UMBRELLA ANTENNA

Изобретение относится к космической технике, в частности к зеркальным антеннам с развертываемым крупногабаритным рефлектором зонтичного типа.
В настоящее время на телекоммуникационных спутниках широко используются зонтичные антенны с развертываемым крупногабаритным (осесимметричным или осенесимметричным) рефлектором: см. конструкции таких антенн на стр.7-12 в монографии Гряник М.В., Ломан В.И. Развертываемые зеркальные антенны зонтичного типа. М.: Радио и связь, 1987 [1], согласно патентам Российской Федерации (РФ) по заявкам 2007122219 [2], 2008135204 [3].
Вышеуказанные антенны, установленные на космических аппаратах, на участке выведения их на рабочую орбиту находятся в свернутом, транспортировочном положении.
После выведения космического аппарата на рабочую орбиту рефлекторы антенн раскрываются в рабочее положение.
Анализ функционирования антенн на орбите показал, что для обеспечения оптимального облучения заданной области (зоны связи) или оптимального распределения поля в фокусирующем пятне необходимо предусмотреть возможность изменения (подкорректировки) профиля (формы) радиоотражающей поверхности рефлектора антенны в условиях работы его на орбите.
Наиболее близким по технической сути прототипом предлагаемой зонтичной антенны космического аппарата является антенна согласно [3], конструкция которой позволяет изменять профиль радиоотражающей поверхности рефлектора.
1
Вышеуказанная антенна содержит следующие основные элементы (см. фиг.1): облучатель 1 и рефлектор 2, включающий в себя: центральный узел 2.1, шарнирно соединенный с ним силовой каркас, выполненный в виде спиц 2.2, механически связанный с сетеполотном 2.3, ступицу 2.4, прикрепленную к центральному узлу 2.1 с противоположной стороны от раскрыва рефлектора 2, которая в районе торца с помощью оттяжек 2.5 единым центром O соединена со спицами 2.2, при этом на свободном торце ступицы установлено устройство 2.6 подстройки формы радиоотражающей поверхности рефлектора, выходные элементы которого, выполненные в виде винтов 2.6.1, связаны передачей «винт-гайка» с торцом 2.5.1 каждой оттяжки и конкретный винт 2.6.1 передачи при функционировании механически связан с выходным валом привода устройства 2.6.
Однако, как показал анализ, в [3] не указано, каким образом возможно получить конструкцию антенны с минимально возможным увеличением ее массы за счет дополнительного вышеуказанного устройства 2.6 с одновременным обеспечением относительной простоты управления им в процессе его работы, что является существенными недостатками известной антенны [3].
Целью предлагаемого авторами технического решения является устранение вышеперечисленных существенных недостатков.
Поставленная цель достигается выполнением конструкции зонтичной антенны космического аппарата (состоящей из облучателя и рефлектора, включающего в себя центральный узел, шарнирно соединенный с ним силовой каркас, выполненный в виде спиц, механически связанный с сетеполотном, ступицу, прикрепленную к центральному узлу с противоположной стороны от раскрыва рефлектора, которая в районе торца с помощью оттяжек единым центром соединена со спицами, при этом на свободном торце ступицы установлено устройство подстройки формы радиоотражающей поверхности рефлектора, выходные элементы которого, выполненные в виде винтов, связаны передачей «винт-гайка» с каждой оттяжкой и конкретный винт передачи при функционировании механически связан с выходным валом электромеханического привода устройства) таким образом, что механический интерфейс между функционирующим конкретным винтом и выходным валом выполнен в виде поворотной платформы, связанной посредством зубчатой конической передачи с выходным валом привода, на которой установлены электромагнитная муфта и токосъемник контактно-токосъемного устройства, причем в режиме натяжения или отпускания конкретной оттяжки муфта механически соединена с соответствующим функционирующим винтом и указанный винт механически соединен через коническую зубчатую передачу с выходным валом, а в режиме поворота платформы винты механически разъединены от выходного вала, который при этом механически соединен через коническую зубчатую передачу с поворотной платформой, что и является, по мнению авторов, существенными отличительными признаками предлагаемого авторами технического решения.
В результате анализа, проведенного авторами известной патентной и научно-технической литературы, предложенное сочетание существенных отличительных признаков заявляемого технического решения в известных источниках информации не обнаружено, и, следовательно, известные технические решения не проявляют тех же свойств, что в заявляемой зонтичной антенне космического аппарата.
Сущность изобретения поясняется фиг.2, 3, 4, 5, где изображен общий вид предложенной авторами зонтичной антенны космического аппарата, которая содержит следующие основные элементы: облучатель 1 и рефлектор 2, включающий в себя: центральный узел 2.1, шарнирно соединенный с ним силовой каркас, выполненный в виде спиц 2.2, механически связанный с сетеполотном 2.3, ступицу 2.4, прикрепленную к центральному узлу 2.1 с противоположной стороны от раскрыва рефлектора 2.
На торце ступицы 2.4 установлено устройство 2.6 подстройки формы радиоотражающей поверхности рефлектора 2, выполненное согласно предложенному авторами техническому решению: в результате проектного анализа различных вариантов конструкции устройства 2.6 авторами установлено, что в результате выполнения устройства 2.6 согласно нижеизложенному обеспечивается минимально возможное увеличение массы рефлектора (на не более 3%) при одновременном обеспечении относительной простоты управления его работой.
Устройство 2.6 предназначено для коррекции формы радиоотражающей поверхности рефлектора 2 по сигналам, идущим от блока управления КА согласно командам с Земли.
Устройство 2.6 состоит из корпуса 2.6.1, внутри которого установлены электромеханический привод 2.6.2, включающий в себя редуктор 2.6.2.1 и синхронный электродвигатель с электромагнитной редукцией 2.6.2.2, поворотная платформа 2.6.3, контактно-токосъемное устройство 2.6.4. На поворотной платформе установлены электромагнитная муфта 2.6.5 и токосъемник 2.6.4.1 контактно-токосъемного устройства 2.6.4. По периметру корпуса расположены винты 2.6.6 передачи: «винт 2.6.6-гайка 2.6.7». Связь между выходным валом редуктора 2.6.2.1 и поворотной платформой 2.6.3 или винтом 2.6.6 (в зависимости от состояния муфты 2.6.5) осуществляется посредством зубчатой конической передачи 2.6.8. Для обеспечения требуемого температурного режима устройства 2.6 установлены электрообогреватели. Включение (выключение) обогревателей обеспечивается по сигналам с термодатчиков. Основные элементы устройства 2.6 зарезервированы:
- электродвигатель 2.6.2.2 с двумя статорами и сдвоенным ротором;
- электромагнитная муфта 2.6.5 имеет резервную обмотку;
- контактно-токосъемное устройство 2.6.4 имеет основные и резервные контакты и цепи.
На торце ступицы устройство крепится за шпильки.
В качестве электродвигателя 2.6.2.2 применен синхронный электродвигатель с электромагнитной редукцией. При эксплуатации электродвигателя под током находится один статор, другой обесточен.
Редуктор 2.6.2.1 предназначен для передачи вращения с электродвигателя на платформу 2.6.3 или на винты 2.5.6 с необходимой скоростью.
Контактно-токосъемное устройство 2.6.4 предназначено для передачи сигналов управления от блока управления на электромагнитную муфту 2.6.5.
Электромагнитная муфта 2.6.5 предназначена для переключения с режима вращения платформы 2.6.3 на натяжение (или отпускание) выбранной оттяжки. Электромагнитная муфта 2.6.5 включает в себя электромагнит 2.6.5.1 и подвижный якорь, соединенный с муфтой 2.6.5.2.
Винты 2.6.6 с гайками 2.6.7 являются исполнительным органом устройства 2.6; предназначены для перемещения оттяжек и спиц антенны и фиксации их в данном положении. Каждая передача «винт-гайка» состоит из собственно винта 2.6.6 и гайки 2.6.7. Устройство 2.6 обеспечивает следующие режимы работы:
- выбор необходимого винта 2.6.6;
- отработку необходимого количества шагов в любом направлении (отпускания или подтягивания оттяжек 2.5).
Рабочий ход винтов 2.6.6, например, ±20 мм, ограниченный механическими упорами.
Винты 2.6.6 - самотормозящие - обеспечивается конструкцией пары «винт-гайка» выбором соответствующего момента сопротивления винтовой пары.
В условиях эксплуатации рефлектора 2 на орбите изменение профиля его радиоотражающей поверхности осуществляют следующим образом.
В исходном положении рефлектор 2 раскрыт в рабочем положении.
В процессе эксплуатации, например, на начальном этапе эксплуатации космического аппарата после выведения его в заданную точку орбиты, проверяют работу антенны совместно, например, с наземными средствами, расположенными в зоне обслуживания, и определяют необходимость изменения (подкорректировки) профиля (формы) радиоотражающей поверхности рефлектора антенны. Если такая потребность есть, по командам с Земли включают в работу устройство 2.6 и работа устройства 2.6 происходит по следующему алгоритму:
- исходное положение: электромагнитная муфта 2.6.5, контакты контактно-токосъемного устройства 2.6.4, электродвигатель привода 2.6.2 отключены от шин питания;
- запитывается необходимый контакт контактно-токосъемного устройства 2.6.4 соответствующим конкретному выбранному винту 2.6.6;
- включается привод 2.6.2 в режим поворота платформы 2.6.3 и поворачивает ее вместе с переключающей электромагнитной муфтой 2.6.5 к конкретному винту 2.6.6;
- включается электромагнитная муфта 2.6.5 по замыканию запитанного контакта контактно-токосъемного устройства 2.6.4;
- при включении электромагнитной муфты 2.6.5 выдается команда СТОП (на выключение привода 2.6.2);
- включение муфты 2.6.5 осуществляет механическую связь конкретного винта 2.6.6 и привода 2.6.2;
- включается привод 2.6.2 в режим натяжения или отпускания конкретной оттяжки 2.5: осуществляется перемещение гайки 2.6.7 передачи «винт-гайка» на заданное количество шагов.
2
Операция настройки формы радиоотражающей поверхности рефлектора 2 продолжается до приведения в нужное положение всех гаек 2.6.7, механически связанных с оттяжками 2.5: конкретная оттяжка 2.5, перемещаясь поступательно, изменяет эффективное расстояние от точки 2.5.2 соединения оттяжки 2.5 со спицей 2.2 до единого центра O, и положение спицы 2.2 изменяется и, следовательно, изменяется профиль соответствующей зоны радиоотражающей поверхности сетеполотна 2.3 (в результате упругой деформации его) до требуемого; при необходимости, включают в работу согласно вышеописанному и другие гайки 2.6.7 и такой вышеописанный процесс изменения профиля радиоотражающей поверхности антенны продолжают до получения требуемых характеристик луча, оптимально согласующегося с зоной обслуживания.
Таким образом, как следует из вышеизложенного, предложенное новое техническое решение обеспечивает минимально возможное увеличение массы антенны за счет наличия в ее конструкции вышеуказанного устройства при одновременном обеспечении относительной простоты управления им в процессе его работы, т.е. тем самым достигаются цели изобретения.
В настоящее время предложенное авторами техническое решение отражено в технической документации на вновь создаваемую антенну.