МЕХАНИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО БАТАРЕИ СОЛНЕЧНОЙ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА

Полезная модель относится к космической технике, а именно к конструкциям солнечных батарей и может быть использована при создании космического аппарата (КА).
Из существующего уровня техники известно механическое устройство батареи солнечной космического аппарата описанное в изобретении «Способ развертывания многосекционных конструкций и многосекционная конструкция для его реализации» (патент RU №2123875С1, B64G 1/44).
Многосекционная конструкция содержит опорное основание и секции связанные шарнирными соединениями. Шарнирные соединения снабжены дополнительными фиксаторами взаимоположения секций выполненными, например, в виде подпружиненного рычага, одно из плеч которого представляет захват, удерживающий в состоянии контакта опоры секций, а другое плечо выполнено свободным и содержит опорную площадку для освобождения захвата при наваливании на упор.
Недостатком данного устройства является то, что при раскрытии компактно сложенных секций в шарнирном соединении между опорным основанием и первой секцией возникает наибольший изгибающий момент, так как первая секция раскрывается первой. В результате это накладывает дополнительные требования к прочности и жесткости шарнира и конструкции космического аппарата, увеличивая их размеры, массу и усложняя конструкцию для исключения разрушения ее элементов.
Из существующего уровня техники известно механическое устройство батареи солнечной космического аппарата описанное в изобретении «Солнечная батарея космического аппарата» (патент RU №2619158С1, B64G 1/44). Батарея солнечная содержит панели и раму. Космический аппарат, рама и панели соединены между собой посредством шарнирных соединений. Все шарнирные соединения последовательно связанны тросовой передачей со шкивами. Для многоразового перевода батареи солнечной в раскрытое и сложенное положение предусмотрен двигатель, установленный в одном из шарнирных соединений. В состав каждого шарнирного соединения входит приводные пружины, обеспечивающие полное раскрытие или складывание батареи солнечной.
Из существующего уровня техники наиболее близким к заявленному решению (прототипом) является механическое устройство батареи солнечной космического аппарата описанное в изобретении «Солнечная батарея» (патент RU №2258640С1, B64G 1/44). Солнечная батарея содержит гармоникообразно сложенные треугольную раму и панели, соединенные между собой и через раму с КА посредством шарнирных соединений, установленных по краям панелей. Все шарнирные соединения последовательно соединены тросовой передачей со шкивами, установленными в шарнирных соединениях, обеспечивающей синхронное раскрытие рамы и панелей в рабочее положение относительно КА. Раскрытие происходит за счет приводных пружин, установленных во всех шарнирных соединениях, и двигателя. Двигатель установлен в шарнирном соединении между КА и рамой, и определяет скорость раскрытия.
Недостатком описанных выше устройств является то что, тросовая передача, соединяющая все шарнирные соединения, усложняет конструкцию механического устройства батареи солнечной космического аппарата, так как состоит из множества конструктивных элементов, таких как ветви синхронизации и шкивы. Также раскрытие всех шарнирных соединений становится взаимозависимым, что может привести к невозможности раскрытия батареи солнечной при выходе из строя хотя бы одного шарнирного узла. Таким образом, в случае если нагрузки раскрытия в шарнирных соединениях некритичны для конструкции, наличие тросовой передачи приводит к снижению надежности системы раскрытия батареи солнечной и усложняет ее конструкцию.
Для заявленной полезной модели выявлены следующие основные общие существенные признаки: Механическое устройство батареи солнечной космического аппарата, содержащее гармоникообразно сложенные раму и панели, соединённые между собой и через раму с космическим аппаратом посредством шарнирных соединений, снабженных приводными пружинами, раскрывающими их.
Технической проблемой, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является сложность конструкции и низкая надежность системы раскрытия батареи солнечной.
Поставленная техническая проблема решается тем, что механическое устройство батареи солнечной космического аппарата содержит гармоникообразно сложенные раму и панели. Панели соединены между собой и через раму с космическим аппаратом посредством шарнирных соединений. Шарнирные соединения снабжены приводными пружинами раскрытия солнечной батареи. Шарнирные соединения между космическим аппаратом и рамой, а так же между рамой и первой панелью соединены тросовой передачей со шкивами, установленными в этих шарнирных соединениях, обеспечивающей синхронное раскрытие рамы и первой панели, со скоростью определяемой двигателем, установленным в шарнирном соединении между рамой и первой панелью. Порядок раскрытия каждой следующей панели, определяется устройством, отпускающим ее в момент раскрытия каждой предыдущей панели. Устройство, определяющее порядок раскрытия панели может быть выполнен в виде крючка входящего в зацепление с этой панелью.
На фиг. 1 представлено механическое устройство батареи солнечной в сложенном положении.
На фиг. 2 представлено механическое устройство батареи солнечной в раскрытом положении.
На фиг. 3 представлено шарнирное соединение между космическим аппаратом и рамой.
На фиг. 4 представлено шарнирное соединение между рамой и первой панелью с тросовой передачей со шкивом.
На фиг. 5 представлено шарнирное соединение между рамой и первой панелью с двигателем.
На фиг. 6 представлено устройство, определяющее порядок раскрытия второй и третей панели.
На фиг. 7 представлен процесс раскрытия.
Механическое устройство батареи солнечной 1 космического аппарата 2, содержит гармоникообразно сложенные раму 3 и панели 4, 5 6 (например три), соединённые между собой и через раму с космическим аппаратом посредством шарнирных соединений 7, 8, 9 и 10, снабженных приводными пружинами 11 (например, пружины часового типа), раскрывающими их. Шарнирные соединения 7 и 8 связаны тросовой передачей 12, со шкивами 13 и 14, обеспечивающей синхронное раскрытие этих шарнирных соединений. При этом шкив 13 установлен неподвижно на кронштейне 15 шарнирного соединения 7 связанного с космическим аппаратом, а шкив 14 установлен неподвижно на кронштейне 16 шарнирного соединения 8 связанного с панелью 4. Скорость раскрытия рамы 3 и первой панели 4 определяется двигателем 17, установленным неподвижно на кронштейне 18, а выходной вал двигателя жестко связан с кронштейном 19 шарнирного соединения 8. Также в шарнирном соединении 8 установлено устройство, определяющее порядок раскрытия панели 5 (например, крючок 20, зацепленный за панель 5), а в шарнирном соединении между панелью 8 и 9 – устройство, определяющее порядок раскрытия панели 6 (например, крючок 20, зацепленный за панель 6).
Механическое устройство батареи солнечной работает следующим образом:
Первый этап раскрытия. После освобождения сложенных на корпусе космического аппарата 2 рамы 3 и панелей 4, 5 и 6 происходит синхронное раскрытие рамы 3 и панели 4 за счет тросовой передачи 12 под действием приводных пружин 11, при этом скорость раскрытия определяется приводом, установленным в шарнирном соединении 8. Панель 5 удерживается крючком 20, зацепленными за эту панель и установленным в шарнирном соединении 8. Панель 6 удерживается крючком 20, зацепленными за эту панель и установленным в шарнирном соединении 9.
Второй Этап раскрытия. После раскрытия рамы 3 и панели 4 (из положения I в положение II) кронштейн 22 (в шарнирном соединении 8), установленным на нем упоре 23, упирается в выступ крючка 20 и поворачивает его вокруг оси 21 отпуская панель 5. Панель 5 раскрывается под действием приводных пружин 11 в направлении Г. Панель 6 удерживается крючком 20, зацепленным за панель 6 и установленным в шарнирном соединении 9.
Третий этап раскрытия. После раскрытия панели 5 (из положения  I в положение II) кронштейн 22 (в шарнирном соединении 9), установленным на нем упоре 23, упирается в выступ крючка 20 и поворачивает его вокруг оси 21 отпуская панель 6. Панель 6 раскрывается под действием приводных пружин 11 в направлении Г.
Техническим результатом полезной модели является повышение надежности функционирования системы раскрытия механического устройства батареи солнечной за счет использования, как тросовой передачи, соединяющей шарнирные соединения, так и устройств, определяющих раскрытие панелей.