Способ компоновки оптико-электронных приборов космического аппарата
METHOD OF ASSEMBLING OPTOELECTRONIC DEVICES OF SPACECRAFT

Изобретение относится к ракетно-космической технике, в частности к телекоммуникационным и связным спутникам.
При создании телекоммуникационных и связных космических аппаратов (КА) важным является требование такой компоновки антенн, панелей солнечных батарей и астроприборов системы ориентации и стабилизации под головным обтекателем ракеты-носителя, которая бы обеспечивала рациональное и оптимально плотное размещение оптико-электронных приборов с обеспечением свободного поля обзора от элементов конструкции и обеспечением температурных развязок относительно корпуса КА.
Известны прецизионные конструкции для размещения высокоточного оборудования, в частности конструкция из сотовых панелей и анизогридная сетчатая конструкция для установки оптико-электронных приборов [Е.Г. Пацкова, Разработка прецизионных конструкций для размещения высокоточного оборудования / Е.Г. Пацкова, О.А. Исеева, Р.И. Бикмаев, И.В. Филимонов, А.Е. Шарнин // Решетневские чтения. - 2013. - Ч. 1. - С. 90-91]. Представлены два варианта способа компоновки оптико-электронных приборов, которые обеспечивают, в частности, размещение самих приборов на определенной высоте с обеспечением свободного обзора.
Для реализации по первому способу компоновки применяют конструкцию в виде параллелепипеда, которую собирают из трехслойных сотовых панелей, состоящих из углепластиковых обшивок и алюминиевого сотозаполнителя. Для соединения сотовых панелей между собой используют блоковые вставки, фрезерованные кронштейны, уголки и другие конструктивные элементы.
Недостатками известного решения являются: сложность размещения всего комплекта оптико-электронных приборов на едином основании, трудоемкость изготовления, громоздкость конструкции из-за наличия дополнительных крепежных элементов, высокая масса. Вследствие непосредственной связи данной конструкции с астроплатой и панелями-радиаторами корпуса КА, возникают температурные деформации, которые передаются через астроплату рассматриваемой конструкции. Данное обстоятельство приводит к угловым уходам оптико-электронных приборов.
При реализации второго варианта способа оптико-электронные приборы устанавливают на анизогридной сетчатой конструкции, которую изготавливают методом намотки группы шпангоутов и соединяют их между собой стержневыми соединительными связями. Данная сетчатая конструкция зарекомендовала себя при осевых нагрузках "растяжение-сжатие".
К недостаткам данного способа относятся: невозможность установки всего комплекта оптико-электронных приборов на едином основании из-за большого удаления приборов вследствие требований по размещению. В связи с небольшим диаметром, основание анизогридной сетчатой конструкции имеет малую жесткость, в свою очередь увеличение диаметра опоры сетки влечет резкое увеличение массы всей конструкции. Необходимость подкрепления анизогридной сетчатой конструкции в нескольких точках с опорой на астроплату, что также приводит к угловым уходам оптических датчиков.
Анализ источников информации по патентной и научно-технической литературе показал, что наиболее близким по технической сути (прототипом) предлагаемого технического решения является способ размещения оптико-электронных приборов в обособленный от полезной нагрузки модуль (патент на изобретение РФ №2247683, МПК B64G 1/10), который выполняют независимым от корпуса спутника. Оптико-электронные приборы устанавливают на подвижной размеростабильной раме и развязывают раму через шарнирные опоры от корпуса КА. Целевую аппаратуру, а также приборы командно-измерительной системы управления монтируют на отдельных модулях и, тем самым, обеспечивают независимое положение визирных осей оптико-электронных приборов от раскрываемых элементов (например, панелей солнечных батарей, подвижного модуля целевой аппаратуры).
Недостатком прототипа является отсутствие элементов, обеспечивающих жесткость конструкции космического аппарата в целом, привязка шарнирных опор к сотовой панели, отсутствие регулировки каждой группы оптико-электронных приборов независимо от размеростабильной рамы.
Для заявленного способа выявлены основные общие с прототипом существенные признаки: оптико-электронные приборы устанавливают в обособленный от полезной нагрузки модуль на подвижной размеростабильной раме; развязывают раму через три шарнирные опоры от корпуса КА.
Технической проблемой изобретения является обеспечение стабильности положения большого количества оптико-электронных приборов с исключением влияния температурных деформаций корпуса аппарата на их угловые развороты.
Поставленная техническая проблема решается способом компоновки оптико-электронных приборов космического аппарата, заключающимся в том, что оптико-электронные приборы устанавливают на обособленную от полезной нагрузки размеростабильную раму. Развязывают раму через шарнирные соединения от корпуса КА и тем самым обеспечивают независимое положение визирных осей приборов от раскрываемых элементов. Согласно заявленному изобретению оптико-электронные приборы располагают на удалении друг от друга в объеме, ограниченном размерами головного обтекателя, устанавливают сгруппированные оптико-электронные приборы на независимые кронштейны, которые закрепляют на узловых элементах размеростабильной рамы. Размеростабильную раму изготавливают из набора углепластиковых стержней круглого сечения и соединяют через прямой интерфейс стыковки непосредственно с углепластиковой силовой трубой корпуса КА. Узловые элементы собирают из тонкостенных титановых фитингов с шарнирами и обеспечивают с помощью узловых элементов компенсацию температурных деформаций по трем осям относительно одной жестко закрепленной точки, а также выполняют регулировку каждого независимого кронштейна для задания точного позиционирования оптико-электронных приборов.
На фиг. 1 показана установка кронштейнов с оптико-электронными приборами на размеростабильной раме, общий вид;
фиг. 2 - установка кронштейнов с оптико-электронными приборами на размеростабильной раме, вид сверху;
фиг. 3 - узел крепления размеростабильной рамы к силовой конструкции корпуса космического аппарата.
Способ компоновки оптико-электронных приборов космического аппарата заключается в следующем.
Оптико-электронные приборы (фиг. 1, 2) 1 располагают на удалении друг от друга в объеме, ограниченном размерами головного обтекателя, и устанавливают, сгруппировав, оптико-электронные приборы на кронштейны 3. Кронштейны 3 изготавливают из сотопанелей с расположенными на них элементами крепления (на фиг. не показаны). Кронштейны 3 с оптико-электронными приборами 1 монтируют на узловых элементах 4 рамы. Размеростабильную раму 2 изготавливают из набора углепластиковых стержней круглого сечения и стыкуют при помощи четырех титановых фитингов 6 (показаны на фиг. 1, 3) непосредственно с углепластиковой силовой трубой корпуса КА 5. Стержни изготавливают из переплетенных слоев углеродного жгута и пропитывают полимерным связующим.
Узловые элементы 4 собирают из тонкостенных титановых фитингов с шарнирами и обеспечивают с их помощью компенсацию температурных деформаций по трем осям, а также выполняют регулировку каждого кронштейна 3 для задания точного позиционирования оптико-электронных приборов 1.
Силовая труба 5 является основным несущим элементом КА, которую выполняют в виде сетки из высокомодульного углепластика с интерфейсными точками (на фиг. не показаны) для крепления панелей корпуса КА 7 (фиг. 1). Силовая труба 5 обладает высокой жесткостью и низким коэффициентом линейного температурного расширения [Васильев, В.В. Анизогридные композитные сетчатые конструкции - разработка и приложение к космической технике / В.В. Васильев, В.А. Барынин, А.Ф. Разин, С.А. Петроковский, В.И. Халиманович // Композиты и наноструктуры, 2009. №3. - С. 38-50]. К силовой трубе 5 крепят панели 7 корпуса КА (фиг. 1, 3). Размеростабильную раму 2 (фиг. 1, 2) крепят при помощи четырех титановых фитингов 6 к силовой трубе 5 корпуса КА через отверстия в панели 7 (фиг. 1, 3).
Размещение оптико-электронных приборов на размеростабильной раме из композиционных материалов, которая имеет прямой интерфейс стыковки непосредственно с углепластиковой силовой трубой корпуса, позволит снизить влияние температурных деформаций и обеспечить необходимую стабильность положения при воздействии динамических нагрузок. Также особенностью данной размеростабильной рамы от применяемых конструктивно-компоновочных схем является вариантность ее сборки в произвольных направлениях, что дает возможность установки оптико-электронных приборов в заданных точках пространства, с учетом полей зрения самих оптико-электронных приборов и элементов конструкции корпуса КА.