Механизмы ориентации антенн космических аппаратов

Секция

«МОДЕЛИ И МЕТОДЫ АНАЛИЗА ПРОЧНОСТИ ДИНАМИКИ И НАДЕЖНОСТИ КОНСТРУКЦИЙ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ»

УДК 621.01

Е. С. Дорофеева, Р. А. Мирзаев Научный руководитель - Н. А. Смирнов Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

МЕХАНИЗМЫ ОРИЕНТАЦИИ АНТЕНН КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

Предложено решение задачи по осуществлению поворота антенны космического телескопа при помощи механизмов параллельной структуры. Проанализированы схемы таких механизмов, определена их кинематика при повороте рефлектора.

На сегодняшний день, перед разработчиками стоит ряд проблем связанных с высокими требованиями, предъявляемыми по точности и надежности функционирования механических систем в космосе, т. е. при сверхнизких температурах и колоссальном удалении от Земли. Для решения подобного рода проблем требуется разработка новых эффективных решений, основанных на применении современных интеллектуальных систем, способных, в свою очередь, автономно и длительно функционировать в экстремальных условиях. Так, например, одной из проблем является гравитационная и инерциальная чувствительность. Под гравита-ционно-инерциальной чувствительностью космических систем понимается недопустимое изменение их тактико-технических характеристик в орбитальном полете под влиянием внешних и внутренних микродинамических воздействий гравитационного и инерционного происхождения. Также одной из проблем, является обеспечение сверхвысокоточного наведения антенны телескопа на исследуемые объекты и периодический контроль геометрии главного зеркала [1].

В работе [2], рассматривающей особенности синтеза механизмов ориентации космического телескопа, предлагается применение параллельных механизмов в космической сфере для ориентации рефлекторов антенн и телескопов.

Традиционно синтез механизмов проводится в несколько этапов: первым является структурный синтез, то есть определение всех возможных схем плоских рычажных шестизвенных механизмов с тремя степенями свободы, пригодных к использованию их по заданному функциональному назначению. Их же в свою очередь можно получить из анализа всех шестизвен-ных замкнутых кинематических цепей. Цепей, состоящих из пяти подвижных звеньев и шести вращательных пар, можно образовать всего две. Эти шестизвен-ные замкнутые кинематические цепи могут рассматриваться в качестве исходных вариантов для синтеза шестизвенных механизмов с тремя степенями свободы.

Данные механизмы могут быть построены либо на основе одного кривошипа, одного коромысла и одного двойного маятника, либо на основе одного тройного маятника (см. рисунок). В первом случае к ведущему звену 1 и двойному маятнику с ведущими

звеньями 5 и 4 присоединена структурная группа Ас-сура второго класса первого вида со звеньями 2 и 3. Во втором случае к тройному маятнику, состоящему из ведущих звеньев 5, 4 и 3, присоединена структурная группа Ассура со звеньями 2 и 1.

А' ...

б

Рис. 1. Плоский шестизвенный механизм с тремя степенями свободы: а - конструкция; б - расчетная схема

а

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2014. Технические науки

Для определения координат центров шарниров механизма вводится система координат ОХУ с началом в центре шарнира О на левой опоре (рис. б). На втором этапе синтеза необходимо по заданным условиям определить размеры звеньев механизма, предназначенного для поворота звена 3 из его верхнего крайнего (горизонтального) положения в крайнее нижнее (вертикальное).

Для выполнения основного назначения рассматриваемый механизм должен удовлетворять следующим условиям.

1. Для осуществления свободного поворота антенны телескопа, в крайнем вертикальном положении выходного звена должен быть некоторый зазор между опорной линией ОЕ и точкой М. Другими словами, траектория точки не должна пересекаться с опорной линией.

2. Движения звеньев рассматриваемого механизма должны происходить выше опорной линии ОЕ, т. е. координаты центров шарниров А и Б должны быть только положительными.

Как для исходного, так и для рабочего положений механизма необходимо определить длины звеньев I и углы их поворота. С этой целью структурную цепь механизма разбиваем на две части: цепь ЕБСЕ, представляющую собой механизм двойного маятника и цепь ОАВСО, которая является двухкоромысловым механизмом.

Предложенная конструкция механизма параллельной структуры является перспективной для ориентации антенн космических аппаратов. Это обусловлено тем, что данные механизмы обладают высокими функциональными свойствами ввиду их высокой точности, грузоподъемности, наличия возможности установить приводы на основании. А это в свою очередь является важным условием для разработки системы наведения космического радиотелескопа.

Библиографические ссылки

1. Синтез механизмов параллельной структуры для ориентации антенны космического телескопа / Ю. Н. Артеменко, В. А. Глазунов, Э. Е. Сильвестров, В. В. Кореновский, С. М. Демидов // Наука и образование. 2013. № 5.

2. Пестериков А. А. Устройство ориентации лепестков рефлектора космического телескопа «Миллиме-трон» // Разработка, производство, испытания и эксплуатация космических аппаратов и систем : материалы науч.-техн. конф. // ОАО «ИСС». Железно-горск. 2011. С. 211-212.

3. Merlet J.-P. Parallel Robots. Solid mechanics and its applications. Kluwer Academic Publishers, 2000. 394 p.

© Дорофеева Е. С., Мирзаев Р. А., 2014

УДК 629.7.021.6

Д. А. Климовский Научный руководитель - Н. А. Смирнов Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

КОНСТРУКЦИЯ ГРАВИТАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ СТАБИЛИЗАЦИИ НАНОСПУТНИКА

Представлена раскрывающаяся конструкция системы гравитационной стабилизации наноспутника на основе актуатора с желобчатой лентой.

В последнее время в мире вырос интерес к созданию малых спутников. Одно из основных направлений, где они демонстрируют свои преимущества, это технологические эксперименты по тестированию миниатюрной элементной базы и отработке новых технологических решений. Другое направление - использование малогабаритных спутников в образовательном процессе. Такое применение обусловлено относительно невысокой стоимостью миссий и коротким временным циклом цепочки «идея - результаты летных испытаний» [1].

Для стабильного и правильного функционирования, наноспутник на орбите должен обладать определенным положением относительно Земли. Для стабилизации ИСЗ применяются два метода: пассивный и активный. Так как у наноспутников имеются высокие требования к массе и компактности, то установка на них активных органов стабилизации приведет к утяжелению конструкции и увеличению габаритов изделия, а так же к установке дополнительных источников энергии. Пассивные методы стабилизации отличаются

тем, что не требуют запасание дополнительной энергии на борту КА. Наиболее распространены следующие пассивные методы стабилизации [2]:

• гравитационный;

• аэродинамический;

• давлением солнечных лучей;

• вращением.

За счет того, что спутник имеет небольшие размеры, воздействие на него со стороны аэродинамических сил и давления солнечных лучей пренебрежимо мало. Стабилизация вращением так же малоэффективна для таких размеров. В основном она используется в сочетании с активными методами.

Гравитационная система стабилизации основана на использовании гравитационного момента и ориентирует одну из осей спутника по местной земной вертикали, причем, одновременно с этим возможна ориентация двух других осей.

В качестве основы конструкции предлагается использовать актуатор на основе желобчатой ленты [3] (рис. 1). За счет формы сечения ленты она обладает