Надувная антенна для космических аппаратов
INFLATABLE ANTENNA FOR SPACECRAFTS

Изобретение относится к конструкции надувных антенн для космических аппаратов для связи с Землей.
Известны надувные антенны для космических спутников, которые состоят из полимерной оболочки, металлизированной на рабочей части отражателя радиоволн, которая разворачивается в космическом пространстве путем надува газом (Xu Y., Fu-ling G. Structure design and mechanical measurement of inflatable antenna \\ Acta Astronautica. Elsevier, 2012. V. 76. P. 13-25; A. Babuscia, M. Van de Loo, Q.J. Wei, S. Pan, S. Mohan, S. Seager, Ieee, Inflatable antenna for CubeSat: fabrication, deployment and results of experimental tests, in 2014 IEEE Aerospace Conference)
Такая конструкция антенны имеет недостаток - необходимость постоянно подкачивать газ для сохранения геометрии надувной антенны, которая меняется вследствие диффузии газа через оболочку, улетучивания газа в космос вследствие пробоя надувной антенны частицами пыли, двигающимися с космическими скоростями, микрометеоритами, выхода газа через возможные зазоры в месте крепления антенны к корпусу.
Известна конструкция антенны, в которой надувная оболочка выполнена полностью из препрега и имеет металлическое покрытие (Евлампиева С.Е., Беляев А.Ю., Мальцев М.С., Свистков А.Л. Анализ температурного режима отверждаемых надувных элементов антенн наноспутников // Механика композиционных материалов и конструкций. Москва: Институт прикладной механики РАН, 2017. Т. 23, №4, С. 459-469).
Недостатком этой конструкции является большой вес, что делает затруднительным ее применение в космосе.
Кроме того, недостатком является прилипание неотвержденного препрега в сложенном состоянии, что осложняет правильное развертывание антенны.
Наиболее близким аналогом к предлагаемому устройству, выбранным в качестве прототипа, является надувная антенна в виде полимерной оболочки, которая развертывается из спутника путем надува ее газом (Babuscia A., Corbin B., Knappa M., Jensen-Clemb R., Van de Loo M, Seagera S. Inflatable antenna for cubesats: Motivation for development and antenna design // Acta Astronautica. Elsevier, 2013. V. 91. P. 322-332). Одна половина оболочки является проницаемой для радиоволн, другая металлизирована и отражает радиоволны, имеет поверхность формы параболоида вращения. В центре проницаемой оболочки устанавливается патч-антенна, которая находится в фокусе отражательной поверхности параболоида. Рабочую отражающую часть антенны изготавливают с помощью специальной выкройки и склеивают, затем наносят радиоотражающее покрытие.
Недостатком прототипа является потеря требуемой геометрической формы антенны из-за улетучивания газа из оболочки в космическое пространство по вышеописанным причинам.
Задачами изобретения являются сохранение геометрической формы антенны во время ее эксплуатации, снижение веса конструкции и свободное развертывание антенны из сложенного состояния в рабочее.
Поставленные задачи решаются с помощью надувной антенны для космических аппаратов, содержащей полимерную оболочку, состоящую из пропускающей и отражающей радиоволны частей, последняя выполнена в форме параболоида вращения, патч-антенну, расположенную в фокусе параболоида вращения, и каркас из препрега, имеющий тонкое двустороннее металлическое покрытие, присоединенный к оболочке снаружи.
Отличительной особенностью предлагаемого устройства является каркас из препрега, имеющий тонкое двустороннее металлическое покрытие, присоединенный к оболочке снаружи.
Сущность изобретения иллюстрируется фиг. 1, где представлена космическая антенна в развернутом (надутом) состоянии.
Надувная антенна содержит полимерную оболочку, состоящую из двух частей 1, 2, герметично соединенных друг с другом. Часть 1 изготовлена проницаемой для радиоволн, часть 2 имеет металлическое покрытие, например, напыление, которое отражает радиоволны. Часть 2 изготовлена в форме параболоида вращения, в фокусе которого установлена патч-антенна 3. Полимерная оболочка прикреплена к отверждаемому каркасу из препрега 4, имеющему тонкое двустороннее металлическое покрытие.
Антенна выводится на орбиту в сложенном виде и разворачивается в рабочее положение путем надувания газом оболочки антенны, состоящей из частей 1, 2. При этом каркас антенны 4 находится в мягком состоянии и разворачивается вместе с оболочкой антенны.
Патч-антенна 3, находящаяся в фокусе отражательной поверхности части 2, начинает передавать либо принимать информацию от внешнего приемника-передатчика, находящегося на Земле либо в космосе сразу после развертывания надувной антенны.
Позже происходит отверждение каркаса 4 путем нагрева внутренними источниками тепла или путем нагрева солнечными лучами и излучением от Земли.
Для достижения температуры отверждения препрега от излучения Солнца и Земли на наружную и внутреннюю сторону каркаса наносится тонкое металлическое покрытие, которое также помогает исключить прилипание неотвержденного препрега к оболочке антенны во время транспортировки и разворачивания ее под действием внутреннего давления газа.
После отверждения каркас антенны становится жестким и сохраняет форму рабочей поверхности антенны при улетучивании газа из оболочки из-за его диффузии или нарушения герметичности космической пылью и микрометеоритами.