МИКРОСПУТНИК
MINIATURE SATELLITE

Изобретение относится к малым космическим аппаратам, в частности к микроспутникам для научных исследований, выводящимся на орбиту с использованием специального контейнера при обратном ходе грузового корабля и может быть выведено на орбиту, например, с корабля «Прогресс» после отстыковки от международной космической станции (МКС).
Из уровня техники известен микроспутник VENµS (см. журнал «Новости космонавтики», №6, июнь 2007 г., стр. 42; приложение, рис. 1, 2) на базе унифицированной служебной платформы IMPS (Improved Multi Purpose Satellite), где размещается все служебное оборудование, включающее источники питания, двигатели ориентации, солнечные батареи, звездный датчик, радиотехнические и другие системы.
Из уровня техники также известна космическая платформа, содержащая несущий корпус, откидные модули с механизмами поворота вокруг шарниров и узлами фиксации, солнечные батареи с электроприводами, служебные системы и пр., причем откидные модули фиксируются на корпусе при помощи пирозамков (см. патент RU 2410294, кл. B64G 1/10, опубл. 27.01.2011).
К недостаткам указанных микроспутников следует отнести значительные энергоемкость и массу вспомогательных механизмов (до 50% и более): электроприводов, механизмов поворота, замков и фиксаторов, которыми снабжены все выдвижные или раскрывающиеся элементы микроспутника, что одновременно снижает его надежность. Кроме этого, категорически недопустимо при способе выведения микроспутников посредством специального контейнера с борта «Прогресса» (после отделения от МКС) применение пиросредств, так как данный способ предполагает нахождение определенное время микроспутника с контейнером на МКС.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является микроспутник, содержащий корпус, установленные на нем в узлах крепления и поворота раскрывающиеся солнечные панели и антенны, а также узел соединения с системой отделения микроспутника, расположенной на нижнем торце корпуса (см. патент RU 2457157, кл. B64G 1/10, опубл. 27.07.2012). Корпус известного микроспутника выполнен в виде прямоугольного параллелепипеда и состоит из силового каркаса с закрепленными в нем параллельно друг другу верхней и нижней торцевыми платами и двумя промежуточными платами. Внутри корпуса смонтированы приборы целевой и служебной аппаратуры. На верхней торцевой плате расположены антенны, на нижней плате - узлы стыковки с системой отделения микроспутника. На верхней и нижней торцевых платах со стороны двух из боковых панелей диаметрально противоположно смонтированы верхние и нижние узлы крепления и поворота панелей солнечных батарей. Солнечная батарея состоит из четырех панелей - по две на каждой из сторон корпуса микроспутника. Панели соединены между собой шарнирными узлами. Для их относительного поворота служит электропривод. К корпусу панели крепятся также при помощи шарнирных узлов, установленных на торцевых платах микроспутника. Для поворота панелей также служит электропривод.
Недостатками известного микроспутника являются значительные энергоемкость и масса вспомогательных средств (электроприводов, механизмов поворота, замков и фиксаторов), а также ограничение размеров антенн, определяющихся габаритными размерами микроспутника (тогда как, например, антенны для радиочастотного анализатора должны быть 1,5 и более метров). Указанные недостатки обуславливают значительные затраты на изготовление микроспутника и его вывод на орбиту.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков. Технический результат заключается в упрощении конструкции микроспутника и его вывода на орбиту. Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в микроспутнике, содержащем корпус, установленные на нем в узлах крепления и поворота раскрывающиеся солнечные панели и антенны, а также узел соединения с системой отделения микроспутника, расположенной на нижнем торце корпуса, каждый узел крепления и поворота оснащен пружинным механизмом, а на корпусе микроспутника установлены поворотные рычаги, удерживающие солнечные панели и/или антенны в транспортном положении, причем корпус и поворотные рычаги снабжены элементами качения, которые в транспортном положении опираются на внутреннюю поверхность транспортно-пускового контейнера микроспутника. Часть антенн может быть выполнена в виде упругих деформируемых лент длиной более длины микроспутника, которые намотаны на барабаны и удерживаются в транспортном положении поворотными рычагами. Элементы качения поворотных рычагов в транспортном положении предпочтительно образуют оконечную часть микроспутника со стороны нижнего торца корпуса.
На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемого микроспутника в транспортном положении;
на фиг. 2 - его расположение внутри контейнера, вид сбоку;
на фиг. 3 - его расположение внутри контейнера, вид сверху;
на фиг. 4 - общий вид предлагаемого микроспутника в рабочем положении;
на фиг. 5 - вид А по фиг. 4;
на фиг. 6 - узел Б по фиг. 5.
Предлагаемый микроспутник содержит корпус 1 приборного блока в форме прямоугольного параллелепипеда, выполненный в виде силовых фрезерованных плат с установленными на них приборами целевой и служебной аппаратуры. На корпусе 1 диаметрально противоположно в узлах крепления и поворота расположены два блока раскрывающихся панелей солнечной батареи 2. На верхнем и нижнем торцах корпуса 1 в узлах крепления и поворота закреплены раскрывающиеся антенны малой длины 3 и 4 радиометрического комплекса. Каждый узел крепления и поворота выполнен в виде шарнира, оснащенного пружинным механизмом на основе пружины кручения (в транспортном положении пружины нагружены). На внешней стороне нижнего торца корпуса 1 смонтированы две антенны 5 радиочастотного анализатора. Антенны 5 выполнены в виде упругих деформируемых лент длиной более длины микроспутника (для радиочастотного анализатора длина антенн 1.5-2.0 м), которые намотаны на барабаны с тормозным блоком.
Для удерживания панелей солнечной батареи 2 в сложенном транспортном положении на корпусе 1, в средней его части, расположены два фиксатора 6. Запирающим элементом фиксаторов 6 и, одновременно, тормозных блоков барабанов антенн 5 являются два шарнирно закрепленных на корпусе 1 поворотных рычага 7. Рычаги 7 удерживают солнечные панели и/или антенны в транспортном положении и снабжены в шарнирных узлах пружинами кручения. Один конец каждого поворотного рычага 7 соединен с фиксатором 6, а другой снабжен элементом качения в виде свободно посаженного на ось колеса 8. Колеса 8 в транспортном положении предпочтительно образуют оконечную часть микроспутника со стороны нижнего торца корпуса, т.е. находятся на большем удалении от нижнего торца, чем все остальные элементы конструкции. Для уменьшения потерь на трение при выходе из контейнера, корпус 1 микроспутника также снабжен в верхней, средней и нижней частях симметрично расположенными по контуру и свободно сидящими на осях элементами качения в виде роликов 9. Элементы качения 8-9 в транспортном положении опираются на внутреннюю поверхность транспортно-пускового контейнера микроспутника, служащую запирающим устройством.
На внешней стороне нижнего торца корпуса 1 расположен узел соединения с системой отделения микроспутника 10.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
В транспортном положении, когда микроспутник заключен в специальный контейнер, пружины кручения всех узлов крепления и поворота взведены. Панели солнечной батареи 2 сложены и удерживаются фиксатором 6, который при этом заперт поворотным рычагом 7. Рычаг 7 удерживает также барабаны антенн 5. Свободные концы антенн малой длины 3 и 4, а также колеса 8 поворотных рычагов 7 упираются во внутреннюю стенку контейнера (см. фиг. 1, вид сверху). Таким образом, контейнер, наряду с основными функциями, выполняет роль замка.
При обратном ходе корабля «Прогресс» (или другого грузового корабля) после отстыковки от МКС, выход микроспутника из контейнера и его раскрытие происходит в следующей последовательности:
- срабатывает механизм отделения 10 микроспутника от контейнера;
- под действием выталкивающего механизма контейнера начинается выход микроспутника, свободные концы антенн 3 и 4, колеса 8 поворотных рычагов 7, а также ролики 9 скользят по внутренней поверхности контейнера;
- как только свободные концы антенн 3 и 4, закрепленных на верхнем торце корпуса 1, выходят за открытый торец контейнера, за счет взведенных пружин кручения происходит их перевод в рабочее положение;
- далее движение микроспутника идет без изменений до момента выхода колес 8 поворотных рычагов 7 за открытый торец контейнера (при этом все остальные элементы конструкции микроспуника уже вышли из контейнера, т.к. расположены по уровню выше);
- под действием пружин кручения поворотные рычаги 7 поворачиваются, последовательно освобождая фиксаторы 6 и антенны 5 (рычаги 7 могут также раскрываться под действием усилия пружин узлов крепления и поворота панелей солнечной батареи 2);
- фиксаторы 6 срабатывают и освобожденные панели солнечной батареи 2 под действием пружин кручения раскрываются - переводятся в рабочее положение;
- освобожденная упругая лента антенны 5 за счет потенциальной энергии деформируемого профиля при сматывании с барабана сворачивается в трубу, образуя штангу длиной более габаритов микроспутника; т.о. антенны 5 переводятся в рабочее положение.
Основная задача любого способа доставки микроспутника на орбиту - это высокая надежность и минимальные затраты. При этом основными требованиями к микроспутнику являются:
- минимальная масса и габариты микроспутника для обеспечения запуска групповым, попутным способом или с использованием специального контейнера;
- снижение вибромеханических нагрузок;
- повышение надежности доставки и функционирования микроспутника;
- обеспечение технологичности работ по сборке/разборке и наземных испытаниях микроспутника.
Предлагаемое изобретение решает все поставленные задачи за счет снижения объема и массы вспомогательных механизмов в общем объеме и упрощения конструкции микроспутника. Предлагаемое устройство имеет улучшенные габаритно-массовые, эксплуатационные и технологические характеристики, повышенную надежность функционирования и сниженную себестоимость.
Преимущества изобретения достигаются тем, что приводами раскрывающихся элементов конструкции микроспутника (панелей солнечных батарей 2 и антенн 3-5) являются расположенные в узлах крепления и поворота пружины. Приводы, механизмы поворота, замки и фиксаторы конструктивно упрощены и сведены к минимуму.
Таким образом, заявляемое решение на микроспутник по сравнению с прототипом обеспечивает при данном способе вывода на орбиту:
- отделение микроспутника и раскрытие его элементов без специальных электроприводов и источников питания;
- снижение общей массы и габаритов микроспутника за счет снижения количества и массы вспомогательных механизмов;
- упрощение конструкции, повышение технологичности;
- повышение надежности;
- снижение затрат на создание микроспутника, его наземную отработку и доставку на орбиту.