Устройство для засветки фотоэлектрических преобразователей солнечной батареи космического аппарата
DEVICE FOR PHOTOELECTRIC CONVERTERS BLANKET EXPOSURE OF THE SPACECRAFT SOLAR BATTERY

Предлагаемое изобретение относится к наземному технологическому оборудованию изделий космической техники, а более конкретно к устройствам для засветки фотоэлектрических преобразователей солнечных батарей космического аппарата, и может быть использовано при наземной подготовке космических аппаратов для проверки работоспособности фотоэлектрических преобразователей солнечных батарей.
Известно устройство для засветки фотоэлектрических преобразователей солнечных батарей космического аппарата, содержащее закрепленные на стационарных или подвижных рамах осветители большой мощности (порядка 20-30 кВт), установленные напротив находящихся в рабочем (раскрытом) положении солнечных батарей космического аппарата. В качестве осветителей данного устройства используются вольфрамовые лампы накаливания мощностью порядка 500 Вт каждая (см., например, Осветитель. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. ЖЦИШ.676755.001.ТО, 1986 г., предприятие «Квант», стр. 7, 8).
К недостаткам данного устройства для засветки фотоэлектрических преобразователей солнечных батарей можно отнести значительные габаритные размеры оборудования, требующие для его размещения больших площадей как при хранении, так и при функционировании устройства (т.е. при засветке).
Кроме того, при работе ламп накаливания такой мощности и такого количества (несколько десятков ламп), зависящего от площади засвечиваемой поверхности солнечной батареи, происходит значительный нагрев фотоэлектрических преобразователей солнечных батарей и повышение температуры окружающего воздуха сверх нормативных значений, что может привести к выходу из строя (деградации) фотоэлектрических преобразователей солнечных батарей и создает тяжелые условия для работы обслуживающего персонала.
Известно также устройство для засветки фотоэлектрических преобразователей солнечных батарей космического аппарата, реализованное в конструкторской документации 14Ф147.9733-400СБ «Осветитель», 14Ф147.9524-000СБ «Подставка для осветителя» разработки ПО «Полет», 2014 г. в соответствии с техническим решением по патенту РФ №2440920 от 02.07.2010 г., содержащее кожух, закрывающий в плане солнечную батарею и снабженный опорными регулируемыми стойками, и светодиодные (оптические импульсные электрические) излучатели, установленные внутри кожуха со стороны фотоэлектрических преобразователей солнечных батарей.
Недостатком данного устройства являются фиксированные размеры кожуха, внутри которого размещены светодиодные (оптические импульсные электрические) излучатели, определяемые площадью засвечиваемой солнечной батареи, т.е. известные устройства пригодны для засветки солнечных батарей определенного типоразмера и не позволяют произвести засветку всей солнечной батареи в случае превышения ее поверхности (необходимой для засветки) фиксированной площади кожуха. В этом случае возможна поэтапная (частичная) засветка отдельных участков солнечной батареи, что приведет к увеличению времени и трудоемкости процесса засветки и к возможным недостоверным результатам (за счет многократной засветки пограничных зон) при проверке работоспособности фотоэлектрических преобразователей солнечных батарей.
Кроме того, устройство крепится к засвечиваемой солнечной батареи посредством технологических элементов крепления типа прижимов - «прищепок» и поэтому нагружает ее, что является существенным недостатком, особенно для раскрываемых солнечных батарей, которые при засветке находятся в закрепленном положении на системе обезвешивания.
Задачей (целью) предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей (формирования кожуха переменной площади для засветки солнечных батарей различных типоразмеров, входящих в состав космических аппаратов) устройства для засветки фотоэлектрических преобразователей солнечных батарей.
Поставленная задача (цель) достигается тем, что в предлагаемом устройстве для засветки фотоэлектрических преобразователей солнечных батарей космического аппарата, содержащем кожух, закрывающий в плане солнечную батарею и снабженный опорными регулируемыми стойками, светодиодные излучатели, установленные со стороны фотоэлектрических преобразователей солнечных батарей внутри кожуха, кожух выполняется состоящим из корпусов (из набора корпусов) параллелепипедной формы, установленных рядами на несущей балке, горизонтально закрепленной на опорных регулируемых стойках. Светодиодные излучатели размещаются внутри каждого корпуса (блока), а снаружи каждого корпуса (блока) со стороны, обращенной к фотоэлектрическим преобразователям солнечных батарей космического аппарата, закрепляются откидные крышки. Корпуса выполняются из термостойкой пластмассы, а откидные крышки корпусов - из прозрачного оргстекла. Взаимная фиксация смежных корпусов кожуха между собой и горизонтальная фиксация корпусов нижнего ряда относительно несущей балки осуществляются посредством съемных фиксирующих штырей, взаимодействующих с ответными отверстиями, выполненными в смежных корпусах кожуха и в несущей балке, а вертикальная фиксация корпусов кожуха относительно несущей балки осуществляется посредством горизонтальной складной планки и двух боковых складных планок, состоящих из плоских звеньев (секций), шарнирно связанных между собой. Горизонтальная складная планка устанавливается на корпуса верхнего ряда посредством съемных фиксирующих штырей, взаимодействующих с соответствующими пазами, выполненными в звеньях горизонтальной складной планки, и связывается с боковыми складными планками посредством стыковочных уголков, а боковые складные планки связываются с несущей балкой посредством резьбовых стяжек и соединительных кронштейнов. Поперечное сечение съемных фиксирующих штырей и форма ответных отверстий в корпусах кожуха и в несущей балке выполняются в виде многоугольника, например квадрата. На корпусах, образующих периметр кожуха, устанавливаются прокладки, размещенные с возможностью их взаимодействия с солнечной батареей. В корпусах выполняются тепловентиляционные отверстия.
Предложенная конструкция устройства для засветки фотоэлектрических преобразователей солнечной батареи космического аппарата позволяет формировать (создавать) кожух (закрывающий в плане солнечную батарею) разной площади (с разными габаритными размерами по ширине и высоте) в зависимости от площади солнечной батареи, подлежащей засветке. Для этого достаточно набрать необходимое количество корпусов, установить их рядами на несущей балке (снизу вверх), зафиксировать смежные корпуса между собой и нижний ряд корпусов на несущей балке посредством фиксирующих штырей, а также провести вертикальную фиксацию (исключить вертикальное перемещение рядов корпусов) корпусов кожуха относительно несущей балки посредством горизонтальной складной планки и двух боковых складных планок переменной длины, складные планки соединить между собой и с несущей балкой. Количество корпусов (количество корпусов в ряду и количество рядов по высоте кожуха) рассчитывается исходя из величины засвечиваемой площади солнечной батареи и размеров отдельного корпуса. Площадь кожуха предложенного устройства может быть легко изменена (трансформирована) в сторону увеличения или уменьшения путем удаления или дополнения необходимого количества корпусов. Складные планки, состоящие из отдельных плоских звеньев (подобно «складному метру»), шарнирно соединенных между собой, позволяют закрепить к несущей балке кожух (набор корпусов) разного размера, т.к. длина планок может изменяться (регулироваться) за счет раскладывания или складывания их плоских звеньев. При этом длина рабочей (разложенной) части горизонтальной складной планки определяется количеством корпусов, находящихся в горизонтальном ряду, а длина рабочей (разложенной) части боковых складных планок определяется количеством горизонтальных рядов корпусов. Незадействованные (нерабочие) звенья складных планок остаются в сложенном положении.
Предлагаемое устройство поясняется на фиг. 1-8.
На фиг. 1 представлен общий вид устройства со стороны, обращенной к фотоэлектрическим преобразователям солнечной батареи.
На фиг. 2 изображен общий вид устройства со стороны, обратной от фотоэлектрических преобразователей солнечной батареи.
На фиг. 3 показан вид А согласно фиг. 1.
На фиг. 4 представлен вид Б согласно фиг. 1.
На фиг. 5 изображен выносной элемент В согласно фиг. 1.
На фиг. 6 показан вид Г согласно фиг. 5.
На фиг. 7 представлен объемный вид устройства для засветки фотоэлектрических преобразователей солнечной батареи.
На фиг. 8 изображен объемный вид отдельного корпуса кожуха.
(Откидные крышки показаны только на фигурах 4 и 6, а тепловентиляционные отверстия - только на фигуре 8, на остальных фигурах данные элементы условно не показаны).
Устройство для засветки фотоэлектрических преобразователей солнечных батарей космического аппарата содержит кожух 1 (фиг. 1, 2, 7), состоящий из отдельных корпусов 2, имеющих параллелепипедную форму и установленных рядами (ярусами) на несущей балке 3, горизонтально закрепленной на опорных регулируемых стойках 4. Внутри каждого корпуса 2 размещены и закреплены (элементы крепления  условно не показаны) светодиодные излучатели 5, а снаружи каждого корпуса 2 со стороны фотоэлектрических преобразователей солнечных батарей закреплены откидные крышки 6 (фиг. 4, 6) для защиты светодиодных излучателей 5 от механических повреждений и загрязнений. Откидные крышки 6 крепятся к корпусам 2 посредством шарниров (условно не показаны). Набор корпусов 2 в плане закрывает поверхность солнечной батареи (условно не показана), подлежащую засветке. Корпуса 2 выполнены из термостойкой пластмассы (например, полистирола) с низким значением коэффициента линейного расширения (для минимизации деформаций корпусов при нагреве во время работы устройства), а откидные крышки 6 - из прозрачного оргстекла. Для воздушного охлаждения светодиодные излучатели 5 устанавливаются на радиаторы (условно не показаны). Для уменьшения рассеивания светового потока на внутреннюю поверхность корпусов 2 наносится светоотражающее покрытие (условно не показано).
Для установки светодиодных излучателей 5 в одну плоскость для обеспечения равномерной засветки фотоэлектрических преобразователей солнечных батарей необходима взаимная фиксация корпусов 2 между собой и на несущей балке 3. Взаимная фиксация смежных корпусов 2 кожуха 1 между собой и горизонтальная фиксация корпусов 2 нижнего ряда относительно несущей балки 3 осуществляется посредством съемных фиксирующих штырей 7 (фиг. 5), взаимодействующих с ответными отверстиями 8 (фиг. 5, 6), выполненными в корпусах 2 кожуха 1 и в несущей балке 3. Отверстия 8 выполнены на всех боковых сторонах корпусов 2 для обеспечения возможной фиксации определенного корпуса 2 со смежными корпусами 2 (фиг. 5), установленными снизу, сверху и с боковых сторон от фиксируемого корпуса 2. Такие же отверстия 8 выполнены и на несущей балке 3 для взаимодействия с корпусами 2 нижнего ряда. Отверстия 8 являются глухими отверстиями, а длина съемных фиксирующих штырей 7 выполнена меньше суммарной длины отверстий 8 в смежных корпусах 2 (фиг. 5) для обеспечения их фиксации. Поперечное сечение съемных фиксирующих штырей 7 и форма ответных отверстий 8 в корпусах 2 кожуха 1 и в несущей балке 3 выполняются, например, в виде квадрата (фиг. 5, 6, 8), для более надежной фиксации (исключения возможных поворотов) корпусов 2 по сравнению с их фиксацией посредством штырей круглого сечения и ответных отверстий круглой формы.
Вертикальная фиксация корпусов 2 кожуха 1 относительно несущей балки 3 осуществляется посредством горизонтальной складной планки 9 (фиг. 1, 2), состоящих из плоских звеньев (секций) 11 (фиг. 3, 7) и двух боковых складных планок 10 (фиг. 1, 2), состоящих из плоских звеньев (секций) 12 (фиг. 4, 7). Звенья 11 горизонтальной складной планки 9 соединены между собой посредством шарниров 13 (фиг. 3, 7). Звенья 12 боковых складных планок 10 соединены между собой посредством шарниров 14 (фиг. 4, 7). Горизонтальная складная планка 9 установлена на корпуса 2 верхнего ряда посредством съемных фиксирующих штырей 7, взаимодействующих с соответствующими пазами 15 (фиг. 3, 7), выполненными в звеньях 11 горизонтальной складной планки 9, и связана с боковыми складными планками 10 посредством стыковочных уголков 16 (фиг. 1, 2, 3, 4, 7) и элементов крепления (условно не показаны), при этом боковые складные планки 10 связаны с несущей балкой 3 посредством соединительных кронштейнов 17 (фиг. 1, 2, 3, 4, 7) и элементов крепления (условно не показаны). Регулировка натяжения боковых планок 10 производится посредством резьбовых стяжек 18 (фиг. 1, 2, 3, 4, 7). Горизонтальная планка 9 и две боковые планки 10, их взаимное крепление и крепление к несущей балке 3 с усилием натяжения позволяют зафиксировать горизонтальные ряды корпусов 2 на несущей балке 3 от вертикального перемещения. Для унификации конструкции звеньев 11 и 12 пазы 15 (фиг. 7) выполняются в звеньях 11 и 12. При этом пазы 15 в звеньях 12 не задействуются при вертикальной фиксации корпусов 2.
Для исключения возможного повреждения фотоэлектрических преобразователей солнечных батарей космического аппарата на корпусах 2, образующих периметр кожуха 1, установлены прокладки 19 (фиг. 3, 7), выполненные, например, из резины, поролона, войлока, с возможностью их взаимодействия (контакта) с солнечными батареями.
Для уменьшения нагрева (за счет вентиляции и отвода тепла) и увеличения срока службы светодиодных излучателей (светодиодов) 5 в корпусах 2 выполнены тепловентиляционные отверстия 20 (фиг. 8).
Для подключения к источнику питания устройство снабжено контактными соединителями, разъемами и соответствующей кабельной сетью (условно не показаны).
Перед проведением засветки фотоэлектрических преобразователей солнечных батарей проводят сборку предлагаемого устройства в следующей последовательности.
Перед началом проведения засветки определяется количество корпусов 2, необходимых для засветки фотоэлектрических преобразователей солнечных батарей определенной площади. На несущую балку 3, горизонтально закрепленную на регулируемых опорных стойках 4, устанавливаются фиксирующие съемные штыри 7 (в отверстия 8 несущей балки 3), на которые устанавливается нижний ряд корпусов 2. На нижний ряд корпусов 2 с помощью штырей 7 устанавливаются верхние ряды корпусов 2. Для унификации корпусов 2 отверстия 8 под штыри 7 выполняются по всем четырем поверхностям (сторонам) корпусов 2. Сборка кожуха 1 устройства может производиться рядами снизу вверх. При таком варианте сборки корпуса 2 фиксируются между собой с помощью штырей 7, установленных на боковые поверхности корпусов 2, образуя горизонтальный ряд корпусов 2. После этого собранный таким образом ряд корпусов 2 устанавливается нижними поверхностями на верхние поверхности нижестоящего ряда корпусов 2, в которые предварительно установлены штыри 7. При таком варианте сборки каждый корпус 2, находящийся внутри кожуха 1, фиксируется со смежными корпусами 2 штырями 7 с четырех сторон, как показано на фиг. 5. Практически для удобства фиксации и обеспечения собираемости смежных корпусов 2 достаточно установить по одному штырю 7 снизу или сверху каждого корпуса 2 и не более одного штыря 7 сбоку каждого корпуса 2. При таком варианте сборки каждый корпус 2 будет фиксироваться со смежными корпусами 2 с двух сторон и потребуется меньшее количество штырей 7. После установки необходимого количества корпусов 2 (рядов корпусов 2) проводится их крепление к несущей балке 3. Для этого на фиксирующие штыри 7 верхнего ряда корпусов 2 пазами 15 укладывается горизонтальная складная планка 9 и соединяется с двумя боковыми складными планками 10 с помощью стыковочных уголков 16 и элементов крепления (условно не показаны). Боковые складные планки 10 с помощью соединительных кронштейнов 17 и элементов крепления (условно не показаны) крепятся к несущей балке 3 и натягиваются резьбовыми стяжками 18.
Таким образом, устройство собрано и подготовлено для проведения засветки фотоэлектрических преобразователей солнечных батарей (условно не показаны).
Предлагаемое устройство функционирует следующим образом.
Устройство подкатывается на определенное расстояние к солнечной батарее космического аппарата (условно не показана) и устанавливается напротив нее. Посредством элементов регулировки (условно не показаны) опорных стоек устройство выставляется в нужное положение по высоте. С помощью элементов фиксации (условно не показаны) колесного хода (условно не показан) устройство стопорится напротив засвечиваемой солнечной батареи. В том случае, если необходимо провести засветку солнечных батарей, свернутых, например, в крыло, предварительно проводится их раскрытие с применением системы обезвешивания (условно не показана). Светодиодные излучатели 5 каждого корпуса 2 подключаются к источнику питания (условно не показан), и в соответствии с программой производится засветка фотоэлектрических преобразователей солнечных батарей космического аппарата. Следует отметить, что расстояние между фотоэлектрическими преобразователями солнечных батарей и светодиодными излучателями 5 определяется из условия обеспечения гарантированного засвечивания всей площади солнечной батареи световым потоком заданной мощности.
По сравнению с техническим решением - прототипом предложенное устройство не крепится к засвечиваемой солнечной батарее и поэтому не нагружает ее. В устройстве возможен только контакт (взаимодействие, примыкание) корпусов 2, установленных по периметру кожуха 1, с фотоэлектрическими преобразователями солнечных батарей через прокладки 19.
После проведения испытаний по засветке светодиодные излучатели 5 отключаются от источника питания, колесный ход опорных стоек 4 расфиксируется и устройство отводится от солнечной батареи. После окончания засветки одной солнечной батареи для засветки солнечной батареи космического аппарата, имеющей другую площадь, устройство может быть увеличено (или уменьшено) до необходимых размеров (соответственно, дополнением или сокращением числа корпусов 2).
После проведения засветки всех солнечных батарей космического аппарата устройство разбирается на отдельные составные части в обратной последовательности сборке. Следует отметить, что после разборки комплектующие устройства (несущая балка, опорные регулируемые стойки, отдельные корпуса, складные планки) могут быть компактно упакованы и уложены для хранения до следующего использования (применения) по назначению.
Следует также отметить, что с помощью данного устройства можно проводить засветку солнечных батарей сложной конфигурации (не прямоугольной формы). В этом случае могут потребоваться дополнительные складные планки и стыковочные уголки.
Предложенная конструкция кожуха, состоящая из набора корпусов, позволяет достаточно оперативно формировать и трансформировать (создавать и изменять) устройство различной площади (под конкретные размеры солнечных батарей) для проведения последующей проверки работоспособности (засветки) фотоэлектрических преобразователей солнечных батарей, входящих в состав космических аппаратов, различных типоразмеров.
Таким образом, предложенное устройство для засветки фотоэлектрических преобразователей солнечных батарей космических аппаратов имеет существенные отличия от ранее известных устройств и позволяет расширить их функциональные возможности.