Наземная экспериментальная отработка и особенности подтверждения надежности крупногабаритных солнечных батарей космических аппаратов

"Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических, аппаратов

мирования (при неизменных углах армирования имеющихся слоев), что увеличат общую толщину и также приведет к снижению перепада температур.

Анализ влияния перепадов температур во время работы КА по целевому назначению в расчетных случаях ЛСС и ЗСС с применением теплоизоляционных покрытий показал, что заданные требования по точности всей антенны выполняются для штанги. Согласно проведенному анализу факторов, влияющих на температурные деформации, необходимо проведение дополнительных работ для выбора наиболее рационального варианта конструкции штанги с ЭВТИ (по критерию минимальной массы).

Библиографические ссылки

1. Сапунов В. Т. Задачи прикладной теории упругости. М. : НИЯУ МИФИ, 2011. 208 с.

2. Композиционные материалы : справочник / В. В. Васильев, В. Д. Протасов, В. В. Болотин и др. М. : Машиностроение, 1990. 512 с.

3. Композиционные материалы : справочник / Д. М. Карпинос. Киев : Наукова думка, 1985. 592 с.

4. ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Сер. «Машиностроение». 2012.

References

1. Sapunov V. T. Zadachi prikladnoy teorii uprugosti [Problems of the applied theory of elasticity]. Moskow : MEPhI, 2011. 208 p.

2. Vasilev V. V., Protasov V. D., Bolotin V. V. Kompozitsionnyie materialyi: Spravochnik [Composite Materials: Handbook]. Moskow : Mashinostroenie, 1990. 512 p.

3. Karpinos D. M. Kompozitsionnyie materialyi: Spravochnik [Composite Materials: Handbook]. Kiev, Naukova dumka, 1985. 592 p.

4. ISSN 0236-3941. Vestnik Bauman MSTU. "Mashinostroenie". 2012.

© Егорова В. Д., Колесников А. П., Шендалев Д. О., 2016

УДК 621.01

НАЗЕМНАЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОТРАБОТКА И ОСОБЕННОСТИ ПОДТВЕРЖДЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ КРУПНОГАБАРИТНЫХ СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЙ

КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

С. А. Захаров

АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнёва» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52 Е-таП: szaharov@iss-reshetnev.ru

Для обеспечения высокого качества НЭО важно принять правильную концепцию подтверждения надежности БС с учётом специфики построения БС и реальных возможностей экспериментальной базы.

Ключевые слова: солнечная батарея, устройство обезвешивания, дифференциальные уравнения, панель, шарнирный узел, экспериментальная отработка, надёжность.

GROUND EXPERIMENTAL DEVELOPMENT TEST AND FEATURES OF RELIABILITY DEMONSTRATION FOR LARGE SIZE SPACECRAFT SOLAR ARRAY

S. A. Zakharov

JSC Academician M. F. Reshetnev Information Satellite Systems 52, Lenin Street, Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: szaharov@iss-reshetnev.ru

To ensure high quality GTD it is important to accept the correct concept of SA reliability demonstration, taking into account the features of the SA design and the real capabilities of the test facilities.

Keywords: a Solar Array, a gravity off-loader, differential equations, a panel, a hinge, ground experimental development test, reliability.

Введение. 26 декабря 2013 года осуществлен запуск спутника «Экспресс-АМ5», а 15 декабря 2014 года выведен на рабочую орбиту спутник «Ямал-401» [1]. В качестве модуля служебных систем в этих аппаратах применена унифицированная негерметичная

платформа «Экспресс-2000» мощностью порядка 15 кВт [2]. Размах крыльев батарей солнечных платформы «Экспресс-2000» превышает 33 метра.

Актуальность проблемы. Имеющееся в отрасли оборудование не позволяет выполнять полномас-

<Тешетневс^ие чтения. 2016

штабную наземную экспериментальную отработку (НЭО) крупногабаритных трансформируемых батарей солнечных (КТ БС) с имитацией всех факторов космического пространства, воздействующих на КТ БС в процессе выведения КА на орбиту и развертывания БС в рабочее положение, в силу их возросших габаритов. Для решения задач по подтверждению надёжности срабатывания всех элементов КТ БС требуются соответствующие обоснования и отдельный подход, учитывающий возможности имеющейся экспериментальной базы и доказательства по декомпозиции особо ответственных составных частей крупногабаритных трансформируемых конструкций солнечных батарей.

Концепция подтверждения надежности солнечной батареи при НЭО. Прочность и надёжность элементов конструкции БС определяется из условия воздействия технологических нагрузок этапа изготовления, нагрузок участка выведения КА и этапа развертывания КТ БС на орбите из стартового положения в рабочее. Необходимая прочность и надёжность всех механических устройств (МУ) МС при проектировании крупногабаритных конструкций БС должна максимально обеспечиваться при минимальных массо-габаритных параметрах [3-4].

Описание предмета исследования. В качестве примера рассмотрим конструкцию крыла БС космического аппарата «Ямал-401».

Применение специального оборудования при НЭО БС. Проверка раскрытия панелей БС в рабочее положение проводится на различных этапах экспериментальной отработки конструкции КА. Применяются специальные стенды обезвешивания при раскрытии крыла БС в условиях действия земной гравитации, которые необходимы для компенсации весовой составляющей каждого подвижного звена при раскрытии БС.

Концепция подтверждения прочности конструкции БС. Проверка прочности конструкции БС при их развертывании определяется сопоставлением результатов:

- расчета нагрузок при раскрытии в условиях космического пространства;

- расчета нагрузок при раскрытии на стенде обез-вешивания;

- расчета эквивалентных статических нагрузок по известным энергетическим характеристикам пружинных приводов;

- проведения испытаний крыла БС на воздействие эквивалентных статических нагрузок с подтверждением установленных запасов по прочности, в том числе и с созданием необходимых специальных стендов для обеспечения расчетного нагружения с воспроизведением расчетных скоростей раскрытия.

Для оценки влияния характеристик стендового оборудования на достоверность результатов измерений параметров многозвенных механизмов необходимо:

- получить уравнения движения системы БС на стенде совместно с его элементами;

- произвести расчет параметров движения механической системы БС;

- оценить погрешность экспериментально измеренных параметров движения системы БС по сравнению с параметрами движения в реальных условиях космического пространства (моделируемых условиях). Варианты построения механических систем БС зависят от конкретного назначения КА.

Вывод системы дифференциальных уравнений раскрытия БС на стенде обезвешивания. Важным этапом подготовки к комплексным раскрытиям БС при НЭО является выполнение расчетов по определению погрешностей, вносимых оснасткой в динамику МС БС [5; 6]. Рассмотрим для примера часто применяемую схему механической системы БС типа «гармошка» с дополнительными боковыми панелями.

Интегрирование системы дифференциальных уравнений проводилось методом Рунге-Кутта с постоянным шагом интегрирования Д? = 0,01 с.

Для оценки влияния элементов стенда на параметры движения проведены расчеты движения МС БС в реальных условиях (силы натяжения равны 0, силы натяжения подвесок равны 0, плотность воздуха равна 0, при неподвижно закрепленном объекте) и далее на стенде с постепенным накапливанием погрешностей настройки стенда в допустимых пределах.

Область применения результатов исследования. Разработанные математический аппарат и методика расчета параметров движения МС БС позволяют проводить оперативную оценку технических характеристик стендового испытательного оборудования.

Применение метода декомпозиции позволяет проводить испытания на подтверждение надёжности всех составных частей конструкции крупногабаритных БС, в том числе в условиях воздействия вакуума и экстремальных температур, на имеющейся экспериментальной базе.

Расчет надежности МС БС. Надежность срабатывания узлов МС БС характеризуется вероятностью превышения движущего момента (движущей силы) над моментом сопротивления (силой сопротивления).

Библиографические ссылки

1. Патент на промышленный образец № 92619 Российская Федерация. Аппарат космический / Н. А. Тестоедов, В. В. Попов, А. В. Яковлев, С. А. Захаров и др. ; заявитель и патентообладатель АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева». Опубл. 30.12.2013.

2. Патент на промышленный образец № 92570 Российская Федерация. Платформа космическая / Н. А. Тестоедов, В. В. Попов, А. В. Яковлев, С. А. Захаров и др. ; заявитель и патентообладатель АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева». Опубл. 30.12.2013.

3. Суайнерд Г., Старк Д. Разработка систем космических аппаратов : пер. с англ. ; под ред. П. Фортес-кью. М. : Альпина Паблишер, 2015. 765 с.

4. Афанасьев В. Г., Верхотуров В. И. и др. Проектирование надежных спутников связи / под ред. М. Ф. Решетнева. Томск : МГП «РАСКО», 1993. 221 с. (Серия «Космическая связь»).

"Крупногабаритные трансформируемые конструкиии космических, аппаратов

5. Михалкин В. М., Романенко И. В. Анализ применимости системы обезвешивания пассивного типа для крупногабаритного крыла батареи солнечной // Решетневские чтения : материалы XVII Междунар. науч. конф. (12-14 нояб. 2013, г. Красноярск). Красноярск, 2013. С. 88-89.

6. Романенко И. В., Двирный В. В., Куклин В. А. и др. Моделирование процесса раскрытия крупногабаритных трансформируемых механических систем при комплексных проверках функционирования на этапе НЭО // Вестник СибГАУ. 2013. Вып. 6(52). С. 132-137.

References

1. Testoyedov N. A., Popov В. B., Jakovlev A. V., Zakharov S. A. Apparat kosmicheski [Spacecraft ]. Patent RF, No.92619, 2013.

2. Testoyedov N. A., Popov В. B., Jakovlev A. V., Zakharov S. A. Platforma kosmicheskaya [Space platform]. Patent RF, No.92570, 2013.

3. Suajnerd G., Stark D. Razrabotka sistem kosmicheskih apparatov. [ System engineering of Spacecraft]. Moscow : Alpina Pablisher Publ., 2015. 765 p.

4. Afanas'ev V. G., Verkhoturov V. I. Proektirovanie nadezhnykh sputnikov svyazi. [Design of reliable communication satellites]. Tomsk : RASKO Publ., 1993. 221 p.

5. Mikhalkin V. M., Romanenko I. V. [Analysis of the applicability of a passive 0g system for a large solar array wing] // Reshetnevskie chteniya : materialy XVII Mezhdunar. nauch. konf. [Proceedings of the XVII Intern. scientific conference Reshetnev readings]. Krasnoyarsk, 2013. P. 88-89 (In Russ.).

6. Romanenko I. V., Dvirnyj V. V., Kuklin V. A. et al. [Deployment dynamics mathematical models used for the oversized transformable mechanical systems during on-ground complex functional tests] // Vestnik SibGAU. 2013. No. 6(52). P.132-137 (In Russ).

© Захаров С. A., 2016

УДК 629.78.064.56

ДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ РАСКРЫТИЯ БАТАРЕЙ СОЛНЕЧНЫХ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА

Е. П. Зернова, Т. С. Третьякова

АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнёва» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52

E-mail: ilmika-k26@mail.ru

Приведен перспективный метод определения динамических характеристик раскрытия батарей солнечных с помощью специального программного комплекса.

Ключевые слова: батареи солнечные, динамический анализ, логика функционирования, раскрытие, нагрузки.

DYNAMIC ANALYSIS OF THE DEPLOYMENT OF SPACECRAFT SOLAR BATTERIES

E. P. Zernova, T. S. Tretyakova

JSC Academician M. F. Reshetnev Information Satellite Systems 52, Lenin Street, Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: ilmika-k26@mail.ru

The research presents promising method for determining the dynamic characteristics of the deployment of solar batteries using the special software package.

Keywords: solar batteries, dynamic analysis, logic of performance, deploy, loads.

При помощи программного комплекса, предназначенного для динамического анализа и компьютерного моделирования сложных механических систем в ракетно-космической технике и авиации, проведен расчет параметров раскрытия и нагрузок, возникающих при зачековке в рабочем положении крыльев панелей батарей солнечных (БС) космического аппарата [1; 3; 4].

По результатам численного анализа движения раскрывающихся элементов конструкции определены максимальные нагрузки в шарнирных узлах, возникающие при раскрытии конструкции БС [2; 5]. Ис-

ходные данные для расчета приведены в табл. 1. Расчетная модель приведена на рисунке.

В рассчетной модели звенья представлены жесткими телами. Возможность деформации целостной конструкции крыла учитывается через угловую жесткость в шарнирном соединении звеньев. Угловая жесткость рассчитана с помощью конечно-элементной модели в программе, предназначенной для решения задач инженерного анализа.

Результаты расчетов для каждого крыла приведены в табл. 2. Частота колебаний крыла БС в рабочем положении 0,117 Гц.