ТЕЛЕСКОПИЧЕСКАЯ АНТЕННА КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к конструкциям антенн телескопического типа, которые развертываются из компактного транспортного в функциональное положение.
Известна антенна космического аппарата (КА), выполненная в виде трансформируемой конструкции "зонтичного типа" с параллелограммным механизмом и радиальными профилированными ребрами, закрепленными на центральном узле этой конструкции. В транспортном положении ребра складываются поворотом к оси конструкции. К профилированной кромке ребер крепится поддерживающая сеть, на которую монтируется радиоотражающий элемент антенны. Достигаемая точность формы обеспечивается количеством ребер, см. патент США №2945234, 1960 г.
Основным недостатком этой конструкции является ограниченные размеры в раскрытом состоянии и сравнительно большой объем, занимаемый антенной в сложенном положении. Это приводит к необходимости в увеличенных размерах головных обтекателей и, следовательно, к увеличению массы и нагрузок на ракету-носитель с ужесточением требований к системе управления ракеты-носителя.
Известна также антенна КА, содержащая выдвижные трансформируемые стержневые элементы, направляющие средства и формируемый с помощью указанных элементов и средств гибкий структурный элемент (см. патент США №3 582020; B64G 1/10; 1971).
В качестве стержневых элементов использованы выдвижные упруго трансформируемые элементы, изготовленные из предварительно напряженных пружинящих лент, наматываемых на катушки и принимающих при освобождении трубчатую форму. В качестве гибкого структурного элемента используется трос, несущий полезную нагрузку.
Наиболее близким аналогом предлагаемой полезной модели является антенна КА, включающая трансформируемый каркас и гибкий толкатель, намотанный на катушку, а также привод толкателя, (см. RU №2123459, МПК B64G 1/10,1998 г.)
Недостатками этих аналогов являются ограниченные возможности гибкого структурного элемента как несущего и/или функционального элемента каркаса, трудность обеспечения заданной формы антенны, а также отсутствие возможности оперативной корректировки размеров антенны в процессе ее функционирования.
Технической задачей, решаемой предложенной полезной моделью, является создание развертываемой конструкции антенны космического аппарата компактной при транспортировке и надежной при эксплуатации с обеспечением возможности оперативной корректировки размеров антенны в процессе ее функционирования.
Решение поставленной задачи обеспечено тем, что антенна КА, включающая трансформируемый каркас и гибкий толкатель (ГТ) намотанный на катушку, а также привод ГТ, согласно полезной модели, каркас выполнен в виде телескопической конструкции (ТК) из концентричных цилиндрических элементов, выполненных из электропроводящего материала, при этом ГТ выполнен в виде троса один из концов которого закреплен в центральном цилиндрическом элементе ТК, причем ГТ снабжен резьбой, выполненной на его поверхности, с возможностью образования винтового соединения с охватывающим ГТ винтовым элементом, выполненным с возможностью вращения за счет привода.
В вариантах выполнения, привод может быть выполнен в виде высокооборотного электродвигателя с редуктором или в виде нескольких высокооборотных электродвигателей с общим редуктором; винтовой элемент выполнен в виде гайки или в виде винтового участка полого вала низкооборотного электродвигателя привода; гайка выполнена из капролона; в качестве материала трансформируемого каркаса антенны использован углепластик; качестве материала ГТ использован неэлектропроводный материал, например, нейлон; ГТ может быть снабжен сердечником из электропроводного материала, например в виде медного провода; привод выполнен реверсивным; трансформируемый каркас антенны снабжен устройством регулирования последовательности выдвижения телескопических секций.
Техническим результатом от использования предложенной полезной модели, является обеспечение:
- необходимой компактности антенны в сложенном (транспортном) положении;
- необходимой жесткости антенны в раскрытом (рабочем) положении.
Описание полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1, 2 и 3 показаны аксонометрия и поперечные сечения антенны в соответствии с вариантом 1 (с механическим редуктором - фиг. 1, 2 и без редуктора - фиг. 3); на фиг. 4 - устройство регулирования последовательности выдвижения секций (по обоим вариантам), на фиг.5 -аксонометрия антенны по варианту 2.
Сущность полезной модели по варианту 1 заключается в следующем.
В сложенном состоянии трубчатые секции телескопической антенны 1 полностью входят одна в другую. Гибкий и упругий винт-толкатель в виде троса 2 намотан на катушку 3 с малым моментом инерции. Излучающим элементом антенны могут быть либо трубчатые секции, либо винт-толкатель. Если излучающим радиосигнал элементом являются секции телескопической антенны 1, то они должны быть выполнены из электропроводящего материала, например, углепластика. В качестве материала троса винта-толкателя 2 использован нейлон. Если излучающим радиосигнал элементом является винт-толкатель 2, он должен быть выполнен также из неэлектропроводящего материала с сердечником из электропроводного материала, при этом сердечник может быть выполнен из медного провода, а секции телескопической антенны должны быть неэлектропроводящими, чтобы избежать экранирования радиосигнала.
После выведения КА на орбиту на высокооборотный электродвигатель 4 подается электрическое напряжение, за счет чего ротор электродвигателя с шестерней 5 приводится во вращение, которое с шестерни 5 (фиг. 1 и 2) передается на гайку 6, в виде зубчатого колеса 7 механического редуктора. Гайка 6 (зубчатого колеса 7) винтовой передачи механизма раскрытия выполнена из капролона. Зубчатое колесо 7 вращается в подшипнике скольжения (вкладыше) 8, установленном в корпусе 9. В корпусе 9 закреплен также электродвигатель 4. Вращающейся гайкой 6 винту-толкателю (тросу) 2 сообщается поступательное - осевое перемещение, в результате чего происходит осевое выдвижение секций, т.е. раскрытие телескопической антенны 1. Винт-толкатель (трос) 2 при этом не вращается.
Для увеличения мощности и резервирования с целью повышения надежности привода может быть использовано два или более электродвигателей 4, вращающих шестерни 5, входящих в зацепление с зубчатым колесом 7 механического редуктора. После выведения на орбиту КА, осуществляется однократное раскрытие антенны 1.
При использовании в качестве привода высокомоментного низкооборотного электродвигателя, например, индукторного или с возбуждением от постоянных магнитов с электромагнитной редукцией частоты вращения, антенна может быть выполнена без редуктора (фиг. 3). В этом случае, низкооборотный электродвигатель 4 должен быть выполнен с полым валом, внутри которого должен быть выполнен участок с резьбой 11. Этот участок по существу является гайкой винтовой передачи механизма раскрытия. При работе, за счет вращения полого вала 11 винту-толкателю (тросу) 2 сообщается поступательное осевое перемещение, в результате чего происходит осевое выдвижение телескопических секций, т.е. раскрытие и/или изменение размеров телескопической антенны 1.
Для обеспечения наилучшей управляемости КА в процессе раскрытия антенны необходимо обеспечить заданную последовательность выдвижения телескопических секций трансформируемого каркаса. Оптимальной является последовательность выдвижения секций от наименьшего диаметра к наибольшему. Такую последовательность выдвижения обеспечивает устройство регулирования последовательности выдвижения (УРПВ), показанное на фигуре чертежа 4. На телескопической секции 12 наибольшего диаметра закреплено УРПВ крепежным изделием 13 (например, болтом с гайкой и шайбой), состоящее из хомута 14, пластинчатых пружин 15 и пружин, работающих на растяжение 16. Усилие сжатия УРПВ, обеспечиваемое пружинами 14 и 15 выбрано так, чтобы обеспечить поочередное выдвижение телескопических секций, начиная с наименьшего диаметра, далее по мере возрастания диаметра, к наибольшему.
При необходимости складывания антенны 1 привод может быть выполнен реверсивным.
Сущность полезной модели по варианту 2 заключается в следующем.
В сложенном состоянии трубчатые секции телескопической антенны 1 полностью входят одна в другую. Гибкий и упругий толкатель в виде пружины 17 намотан на катушку 3 с малым моментом инерции (фиг. 5). В качестве материала толкателя 17 использована пружинная углеродистая сталь. Излучающим элементом антенны могут быть либо трубчатые секции, либо электрический провод 18, проложенный с внешней стороны телескопической антенны 1 и прикрепленный к ней. В случае, если секции телескопической антенны 1 являются излучающим элементом, то они должны быть выполнены из электропроводящего материала, например, углепластика.
После выведения КА на орбиту на высокооборотный электродвигатель 4 подается электрическое напряжение, за счет чего ротор электродвигателя при помощи редуктора (например, червячного) вращает катушку 3. Конец толкателя 17 закреплен в центральном цилиндрическом элементе телескопической конструкции. Начало толкателя 17 закреплено на оси 18 катушки 3, поэтому толкатель 17 посредством направляющих роликов 19 обеспечивает осевое выдвижение секций, т.е. раскрытие телескопической антенны 1, а вместе с антенной 1 и разматывание с катушки 20 электрического провода 18, конец которого закреплен на секции наименьшего диаметра антенны 1.
Для увеличения мощности и резервирования с целью повышения надежности привода может быть использовано два или более электродвигателей 4, вращающих механический редуктор. После выведения на орбиту КА, осуществляется однократное раскрытие антенны 1.
При необходимости складывания антенны 1 привод может быть выполнен реверсивным.
За счет компактной, легкой и надежной конструкции, предложенная антенна может быть успешно использована на ряде орбитальных КА, предназначенных, например, для исследования ионосферы Земли.