Параболический трансформируемый торовый рефлектор

Полезная модель относится к области космической техники, в частности, к проектированию трансформируемых рефлекторов. Известен патент на параболическую разворачивающуюся антенну (US 2015/0352022 А1), трансформируемая конструкция которой включает в себя сетеполотно, прикрепленное к складным спицам, облучатель и контррефлектор. Установка контррефлектора выполнена по схеме Кассеграна. Основными недостатками этого устройства являются наличие транспортировочного контейнера, что увеличивает массу выводимого спутника, развертывание сетеполотна происходит путем раскрытия спиц после их вывода из транспортного контейнера, что повышает вероятность зацепления сетеполотна за элементы антенны.
Также известен патент на развертываемый крупногабаритный космический рефлектор (RU 2442249 С1, МПК H01Q 15/16, B64G 1/22). Развертываемый крупногабаритный космический рефлектор содержит центральный узел, силовое кольцо, образованное горизонтальными складывающимися несущими силовыми стержневыми элементами и вертикальными несущими силовыми стойками, соединенными с опорными лепестками и промежуточными гибкими опорными лепестками, трособлочную систему раскрытия, взаимодействующую с приводом раскрытия (складывания), силовым кольцом и центральным узлом, радиоотражающую поверхность из сетеполотна, закрепленную на опорных лепестках на стержневых элементах, задающих профиль рабочей поверхности рефлектора.
К недостаткам данного устройства относятся: высокий удельный вес конструкции для использования на малых спутниках, сложность механического устройства раскрытия рефлектора, повышенная вероятность зацепления сетеполотна рефлектора, повышенная вероятность уменьшения точности отражающей поверхности рефлектора из-за использования гибких элементов.
В качестве ближайшего аналога - прототипа выбрана трансформируемая параболическая антенна космического назначения (З.А. Казанцев. Конструкция трансформируемой параболической антенны космического назначения // Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М. Ф. Решетнева. 2016. Т. 17, №3. С. 691-701.).
Конструкция трансформируемой параболической антенны космического назначения состоит из трансформируемого торового обода рефлектора, отражающего полотна, закрепленного на ободе, механизма раскрытия рефлектора (шарнирные узлы с пружинными приводами), электромеханического привода для регулирования скорости раскрытия обода рефлектора, системы натяжения отражающего полотна, системы синхронизации секторов обода.
Основными недостатками прототипа являются: низкая надежность конструкции рефлектора из-за введения большого количества подвижных механических элементов (шарнирных узлов), что повышает вероятность несрабатывания механизма раскрытия. Указанный способ складывания антенны также приводит к понижению надежности конструкции антенны.
Технической проблемой полезной модели является устранение указанных выше недостатков прототипа.
Для разрабатываемой конструкции рефлектора и для ближайшего прототипа трансформируемой параболической антенны космического назначения выявлены основные общие существенные признаки, такие как: трансформируемый торовый обод рефлектора, отражающее полотно, закрепленного на ободе, механизм раскрытия рефлектора (шарнирные узлы с пружинными приводами), электромеханический привод для регулирования скорости раскрытия обода рефлектора, система натяжения отражающего полотна.
Указанная техническая проблема решается благодаря следующему исполнению силовой конструкции рефлектора.
Рефлектор содержит следующие признаки отличительные от прототипа: трансформируемый полый обод рефлектора представляет собой полый тор с эллиптическим или круглым сечением, состоящим из двух сегментов, механическое устройство раскрытия и зачековки обода рефлектора (шарнирные соединения, содержащие пружины кручения, при помощи которых рефлектор переводится в рабочее положение). Раскрытие осуществляется пружинными приводами, входящими в состав шарнирных узлов, в то время как скорость раскрытия регулируется посредством электромеханического привода. Система синхронизации отсутствует, так как пружинные привода обеспечивает одновременное раскрытие обозначенного количества сегментов обода.
Кроме того, предложенный способ складывания конструкции обеспечивает необходимые габаритные размеры в сложенном положении, простоту установки рефлектора на космическом аппарате и плавный перевод рефлектора в транспортное положение без дополнительных нагрузок со стороны системы синхронизации. Во избежание ударных нагрузок и повреждения отражающей части в процессе перевода рефлектора из транспортного положения в рабочее используется электромеханический привод (ЭМП), работающий в режиме сдерживания.
Техническая сущность и принцип действия предложенного устройства поясняются чертежами, на которых показаны:
на фиг. 1 - общий вид параболического трансформируемого торового рефлектора в рабочем положении;
на фиг. 2 - общий вид обода параболического трансформируемого торового рефлектора в транспортировочном положении;
на фиг. 3 - вид сверху на обод параболического трансформируемого торового рефлектора в транспортировочном положении;
на фиг. 4 - общий вид параболического трансформируемого торового рефлектора в сложенном положении;
на фиг. 5 - общий вид шарнирного соединения обода рефлектора в сложенном положении;
на фиг. 6 - общий вид системы натяжения отражающего полотна.
На вышеуказанных фигурах изображена конструкция предлагаемого рефлектора с использованием следующих элементов: 1 - радиоотражающая параболическая поверхность (отражающее полотно); 2 - трансформируемый обод; 3 - механическое устройство раскрытия и зачековки обода рефлектора, представляющее собой шарнирное соединение, имеющее вращательную степень свободы относительно 4 - оси вращения шарнирного узла, в которую устанавливается 5 - электромеханический привод для регулирования скорости раскрытия обода; 6 - трехслойные сотовые проставки, на которых расположены замки в 6.1 - посадочных местах установки замков зачековки в рабочем положении; система натяжения отражающего полотна, включающая в себя: 7 - тросы системы натяжения отражающего полотна; 8 - ролики системы натяжения отражающего полотна.
Предложенное устройство конструкции параболического трансформируемого торового рефлектора, представленное на фигурах, состоит из следующих элементов:
- прямофокусной радиоотражающей параболической поверхности (отражающего полотна) 1, образованной вырезкой параболоидной формы, которая закреплена на трансформируемом ободе (фиг. 1);
- трансформируемого полого торового обода рефлектора 2, например, из композитного углепластика, форма которого определяется требованиям к геометрии
отражающей поверхности и габаритам в сложенном положении. В торцах сегментов торового обода установлены трехслойные торовые проставки 6;
- механического устройства раскрытия и зачековки обода рефлектора, представляющее собой шарнирные соединения 3, имеющие вращательную степень свободы относительно своих осей вращения 4 и соединяющие соседние сегменты тора. Рефлектор переводится из транспортного положения в рабочее за счет действия пружин, расположенных в ШУ. Приведение рефлектора в рабочее положение происходит путем поворота одного или одновременно обоих сегментов относительно осей вращения шарнирных узлов. Зачековка рефлектора в рабочем положении осуществляется при помощи замков зачековки, установленных в посадочных местах 6.1 на трехслойных сотовых проставках 6;
- электромеханического привода, работающего в сдерживающем режиме и обеспечивающим плавное раскрытие рефлектора.
- системы натяжения отражающего полотна, состоящей из тросов 7, которые в рабочем положении рефлектора при помощи собственного натяжения создают усилие натяжения полотна в радиальном направлении, и роликов 8.
Описанная выше конструкция параболического трансформируемого торового рефлектора переводится из стартового положения в рабочее следующим образом:
После вывода целевого спутника на орбиту, рефлектор освобождается от закрепления в транспортировочном положении, подается питание на электромеханический привод, посредством пружин кручения, установленных в ШУ осуществляется перевод рефлектора из транспортировочного положения в рабочее. Мгновенное раскрытие рефлектора с ударными нагрузками предупреждается работой ЭМП, работающего в режиме сдерживания. Радиоотражающая параболическая поверхность (отражающее полотно) 1 натягивается при помощи системы натяжения отражающего полотна (тросами 7 с роликами 8). В транспортировочном положении конструкция удерживается при помощи замков, расположенных на трехслойных сотовых проставках 6. Замки соединяют трехслойные сотовые проставки противоположных сегментов, обеспечивая жесткость конструкции. Количество замков выбирается таким образом, чтобы ограничить перемещение трехслойных сотовых проставок вдоль всех степеней свободы.
Таким образом, проблема низкой надежности решается путем применения нового способа складывания конструкции параболического трансформируемого торового рефлектора, относительно простого механического устройства раскрытия и зачековки
(уменьшение количества силовых сегментов обода) обода рефлектора.
Техническим результатом полезной модели является создание конструкции рефлектора с повышенной надежностью.