КОСМИЧЕСКАЯ ПЛАТФОРМА

Полезная модель относится к космической технике, конкретно к космическим платформам (КП), и может быть использована при создании космических аппаратов (КА) с массой до 300 кг. (мини КА) для функционирования на низких околоземных орбитах с доставкой на орбиту групповым или попутным способом.
Современным направлением развития космической техники является использование при создании КА космических платформ (КП). КП - это модуль в виде скомпонованного на несущем основании стандартного набора служебных систем (электропитания, управления движением, ориентации и стабилизации, терморегулирования, управления и передачи служебной телеметрической информации), необходимых на любом КА. Для решения целевой задачи конкретного КА, на КП устанавливается полезная нагрузка (ПН), т.е. совокупность целевых приборов и устройств, при этом КП должна обеспечивать их функционирование. За счет выбора конкретной конструкции КП обеспечивается возможность создания серии КА в некотором диапазоне технических характеристик. В сравнении с индивидуальным изготовлением, использование КП при создании КА имеет следующие преимущества:
- Уменьшение расходов на проектирование за счет серийности производства и возможности распределения стоимости проектирования платформы между всеми КА серии;
- увеличение надежности КА из-за многократной проверки и отработки их систем (в составе КП);
- существенное сокращение времени производства КА.
Из уровня техники известна КП с корпусом в виде параллелепипеда, снабженного приводными откидными модулями, приводными солнечными батареями, приборами служебных систем, размещенными внутри корпуса и элементами крепления полезной нагрузки. Откидные модули снабжены узлами их фиксации и механизмами поворота с реверсивными электроприводами, при этом внутри этих модулей размещены элементы крепления ПН, а на боковых поверхностях корпуса установлены дополнительные солнечные батареи (см. патент RU №2410294, М.кл. B64G 1/10 30.12.2008 г).
Эта КП из-за наличия откидных ферм имеет значительные габариты и не может быть использована в качестве КП для КА, запускаемых попутным способом и функционирующих на низких околоземных орбитах.
Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа заявленной полезной модели, является КП, содержащая гермоконтейнер, солнечную батарею, размещенную на каркасе вокруг гермоконтейнера, бортовую служебную аппаратуру (бортовой комплекс управления, системы ориентации и стабилизации, системы электропитания, системы обеспечения теплового режима), установленную в гермоконтейнере и на раме, смонтированной на одном из торцов гермоконтейнера. На упомянутой раме также смонтированы магнитометр, антенны и выдвижная штанга гравитационного устройства. Полезная нагрузка в виде научных приборов размещена внутри и вне гермоконтейнера на соответствующих платах (см. RU №2268205, МПК B64G 1/10, 2004 г.)
Недостатками этой КП являются влияние магнитного поля, создаваемого электромагнитными устройствами системы ориентации и стабилизации на работу магнитометра; недостаточная площадь солнечной батареи, что снижает эффективность системы электроснабжения; увеличение массы КП из-за необходимости в дополнительной радиационной и тепловой защите приборов служебных систем; отсутствие двигательной установки для коррекции орбиты, наличие которой обязательно для низких орбит, высотой до 2000 км.
Задачей, решаемой предложенной полезной моделью, является повышение надежности функционирования за счет повышения эффективности системы электроснабжения и рационального размещение элементов системы ориентации и стабилизации КП с исключением возможности их взаимного влияния, а также обеспечения тепловой и радиационной защиты ПН и расширение функциональных возможностей КП за счет обеспечения возможности коррекции орбиты.
Решение указанной задачи обеспечено тем, что КП, содержащая гермоконтейнер с герморазъемами и элементами его крепления к системе отделения, систему терморегулирования, солнечную батарею (СБ) с фотопреобразователями (ФП) размещенными на каркасе, закрепленным на гермоконтейнере, посадочное основание для аппаратуры полезной нагрузки (ПН), служебную аппаратуру и устройства, включая приемные и передающие антенны, магнитометр и гравитационное устройство, согласно полезной модели, гермоконтейнер снабжен двумя каркасами, закрепленными на его концевых участках, при этом в одном из каркасов смонтирована ферма с шар-баллонами пневмосистемы коррекции орбиты (ПКО) и платформенное основание с установленными на нем гравитационным устройством (ГУ) и устройствами зачековки, а в другом каркасе смонтированы аккумуляторы, сопло ПКО, датчик земли и компенсатор магнитных моментов, а также установлены с возможностью взаимодействия с устройствами зачековки, откидные штанги (ОШ) с панелями СБ, ОШ антенн и ОШ магнитометра, при этом служебная аппаратура, чувствительная к радиационному облучению и температурным колебаниям, а также посадочное основание для аппаратуры полезной нагрузки расположены в гермоконтейнере, причем ФП СБ дополнительно размещены на боковых поверхностях обоих каркасов и на части торцевой поверхности одного из каркасов.
В предпочтительных вариантах выполнения, СБ содержит не менее двух групп панелей, каждая из которых состоит из не менее четырех панелей, при этом каждая из упомянутых групп панелей расположена на соответствующей ОШ; на концевой части одной из ОШ СБ шарнирно установлена передающая антенна; оба каркаса выполнены в виде цилиндрических силовых наборов со шпангоутами; гермоконтейнер выполнен в виде цилиндрической обечайки с двумя днищами, из которых одно днище выполнено сферическим и съемным, а другое - коническим и не съемным, при этом тепловые трубы (ТТ) системы терморегулирования размещены на внешней поверхности конического днища; элементы крепления к системе отделения выполнены в виде кронштейнов.
Такое выполнение предложенной КП обеспечивает повышение надежности ее функционирования в течение расчетного срока существования, и расширят ее функциональные возможности за счет повышения эффективности системы электроснабжения и обеспечения возможности коррекции орбиты.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, где:
На фиг.1 показан общий вид КП в рабочем положении (изометрия); на фиг.2 - общий вид КП в транспортном положении (вид спереди); на фиг.3 - вид А на фиг.2; на фиг.4 и 5 схематично показан общий вид (спереди и в плане) расположения элементов СБ в рабочем положении на конструктивных элементах платформы; на фиг.6 - общий вид спереди гермоконтейнера и каркасов с частичным продольным разрезом; на фиг.7 - сечение М-М фиг.6; на фиг.8 - вид Б на фиг.6; на фиг.9 - общий вид гермоконтейнера (вид спереди, совмещено с продольным разрезом); на фиг.10 - общий вид каркаса (вид спереди, совмещено с продольным разрезом).
Позиции на чертежах означают следующее.
1 - гермоконтейнер; 2 и 3 - каркасы; 4 - гравитационное устройство (ГУ); 5 - магнитный успокоитель; 6а, 6б, соответственно - корневые и концевые створки панелей солнечной батареи; 7а, 7б, - откидная штанга солнечной батареи; 7в - откидная штанга магнитометра; 7г, 7д - откидные штанги антенн; 8а - приемная антенна; 8б, 8в - передающие антенны; 9 - фотопреобразователи; 10 - цилиндрическая обечайка; 12 - шпангоут обечаки; 13 - верхнее днище; 14 - нижнее днище; 15 - продольный силовой набор (стрингеры); 16 - шпангоут каркаса; 17 - ферма; 18 - шар-баллоны; 19 - платформа-основание; 20 - устройство зачековки; 21 - аккумуляторы; 22 - сопло ПКО; 23 - кронштейн; 24 - тепловая труба; 25 - магнитометр; 26 - датчик земли; 27 - магнитный компенсатор; 28 - гравитационная штанга ГУ; 29 - плата для установки бортовой аппаратуры (БА); 30 - приборы БА; 31 - посадочное основание для установки аппаратуры ПН; 32 - одна из возможных зон размещения ПН.
Основным конструктивным элементом предложенной КП является герметичный контейнер (гермоконтейнер) 1, предназначенный для размещения в нем бортовых приборов и ПН с обеспечением необходимых климатических условий и воспринимающий нагрузки, возникающие на всех этапахэксплуатации КП. На гермоконтейнере 1 закреплены каркасы 2 и 3, на внешних поверхностях которых расположены ФП 10 СБ. ФП 10 расположены также на торцевой части каркаса 2, в котором смонтирована ферма 17 с шар-баллонами 18 ПКО и платформенное основание 19 с установленными на нем ГУ 4 и устройствами зачековки 20. В каркасе 3 смонтированы (с примыканием к днищу гермоконтейнера) аккумуляторы 21, сопло 22 ПКО (являющейся двигательной установкой), датчик земли 26 и магнитный компенсатор 27, а также шарнирно закреплены ОШ 7а, 7б с панелями 6а, 6б СБ, ОШ 7г, 7д приемной 8а и передающей 8б антенн и ОШ 7в магнитометра 25. Передающая антенна 8в - шарнирно закреплена на конце ОШ 7а.
Корпус гермоконтейнера 1 выполнен в виде цилиндрической обечайки 10 со шпангоутами 12, верхним 13 сферическим и нижним 14 коническим днищами. Верхнее днище 13 выполнено съемным и герметично соединено с верхним каркасом 2. Нижнее днище 14 приварено к обечайке 10 и на нем закреплен каркас 3. На гермоконтейнере также закреплены кронштейны 23 для соединения КП (в составе КА) с УО.
Бортовая аппаратура (БА) КП состоит из приборов чувствительных и нечувствительных к длительному радиационному и ультрафиолетовому облучению и перепадам температуры. К нечувствительным приборам относится датчиковая аппаратура (магнитометр, блоки автоматики и т.п. аппаратура). К чувствительным приборам относятся приборы, содержащие радиотехнические изделия. Для таких приборов необходима надежная защита, обеспечивающая их функционирование в течение активного срока существования КП. Гермоконтейнер является одним из таких отработанных средств защиты приборов от внешних воздействий, при этом его использование в качестве защитного средства позволяет использовать различные приборы БА, в т.ч. и приборы, предназначенные для работы в открытом космосе (для негерметичных КП). Целесообразность использования гермоконтейнеров обусловлена также тем, что каждый новый прибор может быть использован в качестве БА КП только после длительного (иногда многолетнего) цикла испытаний, включая цикл летных испытаний. В то же время бурное развитие спутниковой связи очень часто не оставляет времени для проведения полного цикла испытаний новой аппаратуры. Поэтому использование гермоконтейнеров позволяет наряду с выполнением КА целевой задачи проводить испытания новых приборов БА со значительно меньшим риском выхода спутников из строя по причине отказа БА.
Внутри гермоконтейнера, на шпангоуте 12 (верхнем) закреплена плата 29 с приборами 30 (блока управления, блока электроники магнитометра, блока автоматики и стабилизации напряжения, блока управления системой ориентации); на другом шпангоуте 12 (нижнем) расположено посадочное основание 31 для установки полезной нагрузки (в данном типе КА на основе предложенной КП) полезной нагрузкой является бортовой радиотехнический комплекс - (БРТК), под который отведен весь объем нижнего днища (одна из возможных зон размещения ПН показана поз.32, см. фиг.9). На цилиндрической части гермоконтейнера также имеются герморазъемы (условно не показаны) для обеспечения электрических связей между приборами, размещенными внутри и снаружи гермоконтейнера, которые осуществляются с помощью жгутов бортовой кабельной сети (условно не показана). На внешней поверхности нижнего днища 14 установлены ТТ 24, аккумуляторная батарея 21, блок автоматики (условно не показан) с соплом 22 ПКО. ГУ 4 установлено на верхнем каркасе 2 при помощи фермы 17, объединяющей конструктивные элементы ГУ в единое целое. В состав ГУ 4 системы ориентации входят ферма 17, магнитный успокоитель 5, гравитационная штанга 28 и (условно не показанные), токовая катушка, устройство зачековки и привод устройства выдвижения гравитационной штанги 28.
ОШ 7в шарнирно установлена на нижнем каркасе 3 и зафиксирована (в стартовом положении) одним из устройств зачековки 20 (имеется несколько устройств 20) расположенном на каркасе 2. Посредством ОШ 7 магнитометр 25 переводится из стартового в рабочее положение. Антенны 8а, 8б, 8в входят в состав антенно-фидерных устройств (условно не показаны) бортового радиотехнического комплекса для обеспечения приема - передачи ВЧ сигналов при ретрансляции информации между абонентами; а также передачу телеметрической информации о состоянии бортовых систем. В состав данной КП входят антенны типа «логарифмическая спираль», оптимизированные в требуемых диапазонах частот и имеющие различные размеры, при этом антенна 8в имеет наиболее значительные габариты. Приемная 8а и передающая 8б антенны установлены на конструктивно одинаковых ОШ 7а и 7г, шарнирно закрепленных на нижнем каркасе 3 и зафиксированных в стартовом положении устройствами зачековки 20, расположенными на верхнем каркасе 2. За счет этих ОШ антенны 8а и 8б переводятся из стартового в рабочее положение. Передающая антенна 8в из-за значительных габаритов размещена над верхним каркасом 3 (в рабочем положении) на конце ОШ 7а СБ, причем эта антенна шарнирно установлена на конце ОШ 7а с возможностью поворота в требуемое положение. ОШ 7а и 7б СБ конструктивно одинаковы (кроме шарнира для антенны на конце штанги), при этом и они снабжены шарнирами (условно не показаны) каждой корневой панели 6а для поворота этих панелей на необходимый угол при их переходе из стартового в рабочее положение. В рабочем положении ОШ 7а, 7б с панелями 6а, 6б БС расположены под углом 125° к продольной оси КП для обеспечения оптимальной освещенности солнцем СБ и исключение затенения боковой поверхности нижнего каркаса 3.
Следует отметить, что все ОШ КП оборудованы механизмами одноразового срабатывания (условно не показаны) для перевода их из стартового в рабочее положение. Механизмы одноразового срабатывания состоят из устройств зачековки (фиксации в транспортном положении), приводов и фиксации в рабочем положении, пиросредств и датчиков контроля.
Работа КП в составе КА осуществляется следующим образом.
После отделения КА (на основе КП) от ракетоносителя и вывода КА на заданную орбиту, производится ориентация КА. После прохождения команды на выдвижение ГУ и срабатывания устройства зачековки гравитационная штанга с магнитным успокоителем выдвигается на всю длину. ОШ с антеннами, магнитометром и панелями СБ переводятся из стартового в рабочее положение также по команде на срабатывание соответствующих устройств зачековки. Терморегулирование в объеме гермоконтейнера осуществляется за счет системы обеспечения теплового режима, при работе которой осуществляется перераспределение и отвод тепла (за счет ТТ) из зон локального нагрева (в местах размещения тепловыделяющих элементов БА). Коррекция орбиты осуществляется периодическими включениями ПКО.
За счет минимальных габаритов и компактной конструкции предложенной КП обеспечивается возможность выведения на орбиту шести КА за один запуск, что имеет существенное значение при формировании орбитальных группировок. Кроме того, за счет развитой поверхности СБ обеспечено надежное электроснабжение БА, что позволяет устанавливать на КП модули полезной нагрузки с различной энергоемкостью целевой аппаратуры.