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).
Известно механическое устройство батареи солнечной КА, описанное в материалах изобретения «Солнечная батарея космического аппарата» (патент RU №2619158, B64G 1/44). Батарея солнечная содержит панели и раму. КА, 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.
Известно механическое устройство батареи солнечной КА, описанное в материалах изобретения «Солнечная батарея» (патент RU №2258640, B64G 1/44). Солнечная батарея содержит гармоникообразно сложенные треугольную раму и панели, соединенные между собой и через раму с КА посредством шарнирных соединений. 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.
В качестве прототипа заявленной полезной модели выбрано механическое устройство батареи солнечной КА, описанное в материалах изобретения «Механическое устройство батареи солнечной космического аппарата» (патент RU №196176, B64G 1/44), содержащее гармоникообразно сложенные раму и панели, соединённые между собой и через раму с КА посредством шарнирных соединений, снабженных приводными пружинами, раскрывающими их. Шарнирные соединения между КА и рамой, а также 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, при этом порядок раскрытия каждой следующей панели, определяется устройством, отпускающим ее в момент раскрытия каждой предыдущей панели.
Общими недостатками описанных выше устройств являются:
1. Максимальная величина отодвижения панелей солнечной батареи от космического аппарата в раскрытом положении, необходимой для отсутствия затенения фотопреобразователей элементами конструкции КА, ограничена размерами рамы, размеры которой, в свою очередь, ограничены размерами КА.
2. Участие двигателя в процессе раскрытия снижает надежность раскрытия солнечной батареи, так как к вероятности возникновения аварийных ситуаций, связанных с функционированием элементов механического устройства батареи солнечной, добавляется вероятность возникновения аварийных ситуаций, связанных с функционированием самого двигателя.
Для заявленной полезной модели выявлены следующие общие с прототипом существенные признаки: механическое устройство батареи солнечной космического аппарата, содержащее гармоникообразно сложенные раму и панели, соединённые между собой посредством шарнирных соединений, снабженных приводными пружинами, раскрывающими их, при этом порядок раскрытия каждой следующей панели определяется устройством, отпускающим ее в момент раскрытия каждой предыдущей панели.
Технической проблемой заявленной полезной модели является увеличение величины отодвижения панелей солнечной батареи от космического аппарата с сохранением высокой надежности раскрытия.
Данная задача решается за счет того, что механическое устройство батареи солнечной космического аппарата, содержит гармоникообразно сложенные раму и панели, соединённые между собой посредством шарнирных соединений, снабженных приводными пружинами, раскрывающими их. При этом порядок раскрытия каждой следующей панели определяется устройством, отпускающим ее в момент раскрытия каждой предыдущей панели. Между корпусом космического аппарата и рамой имеется звено, гармоникообразно сложенное с рамой и панелями, соединённое с космическим аппаратом и с рамой посредством шарнирных соединений, снабженных приводными пружинами, раскрывающими их. При этом шарнирные соединения между корпусом космического аппарата и звеном, а также между звеном и рамой соединены тросовой передачей со шкивами, установленными в этих шарнирных соединениях, обеспечивающей синхронное раскрытие звена и рамы. При этом порядок раскрытия первой панели определяется устройством, отпускающим ее в момент раскрытия рамы, которое может быть выполнено, например, в виде крючка, входящего в зацепление с этой панелью. Помимо этого, шарнирное соединение между космическим аппаратом и звеном содержит двигатель, связь выходного вала которого со звеном отсутствует на всем углу раскрытия звена, при этом двигатель выполнен с возможностью включаться в аварийной ситуации, для чего вал двигателя выполнен с возможностью с определенного угла входить во взаимодействие со звеном, поворачивая его, имея возможность взаимодействовать в обе стороны вращения вала двигателя. В качестве двигателя может быть использован, например, электродвигатель.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:
- 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 звеном и рамой в раскрытом положении;
- на фиг. 4 представлено шарнирное соединение между космическим аппаратом и звеном в раскрытом положении;
- на фиг. 5 представлено шарнирное соединение между космическим аппаратом и звеном в раскрытом положении, с двигателем;
- на фиг. 6 и фиг. 7 представлено устройство, определяющее порядок раскрытия первой панели, в сложенном положении;
- на фиг. 8 представлено шарнирное соединение между рамой и первой панелью в раскрытом положении;
- на фиг. 9 представлено устройство, определяющее порядок раскрытия второй панели, в сложенном положении;
- на фиг. 10 представлено шарнирное соединение между первой и второй панелью, а так же устройство, определяющее порядок раскрытия третьей панели, в раскрытом положении;
- на фиг. 11 представлено устройство, определяющее порядок раскрытия третьей панели, в сложенном положении;
- на фиг. 12 представлен поэтапный процесс раскрытия.
Предложенное механическое устройство батареи солнечной 1 (фиг. 1) космического аппарата 2 (фиг. 1, 2), содержащее гармоникообразно сложенные раму 4 (фиг. 2, 3, 6, 8, 9) и панели 5 (фиг. 2, 6, 8, 9, 10, 11), 6 (фиг. 2, 9, 10, 11, 12), 7 (фиг. 2, 11, 12) (например, три), соединённые между собой посредством шарнирных соединений 8, 9, 10, 11, 12 (фиг. 2), снабженных приводными пружинами 14 (фиг. 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 12), раскрывающими их. Порядок раскрытия панели 6 определяется устройством, освобождающим ее в момент раскрытия панели 5 (например, подпружиненный крючок 21 (фиг. 8, 9), шарнирно установленный на оси 22 (фиг. 8, 9), закрепленной на панели 5, и удерживающий панель 6 через зацеп 24 (фиг. 9). Поворот крючка 21 осуществляется надавливанием на него упора 23 (фиг. 8, 9), закрепленного на раме 4), а панели 7 определяется устройством, освобождающим ее в момент раскрытия панели 6 (например, подпружиненный крючок 27 (фиг. 10, 11), шарнирно установленный на оси 26 (фиг. 10, 11), закрепленной на панели 6, и удерживающий панель 7 через зацеп 28 (фиг. 11). При этом поворот крючка 27 осуществляется надавливанием на него упора 25 (фиг. 10, 11), закрепленного на панели 5). Между корпусом космического аппарата 2 и рамой 4 имеется звено 3 (фиг. 2, 3, 4, 5, 6), гармоникообразно сложенное с рамой 4 и панелями 5, 6, 7, соединённое с корпусом космического аппарата 2 и с рамой 4 посредством шарнирных соединений 8 и 9, снабженных приводными пружинами 14, раскрывающими их. Шарнирные соединения: 8 - между корпусом космического аппарата и звеном, а также 9 - между звеном и рамой, соединены тросовой передачей 13 (фиг. 2, 3, 4, 5) со шкивами 16 (фиг. 4, 5) и 15 (фиг. 3), установленными в этих шарнирных соединениях, обеспечивающей синхронное раскрытие звена 3 и рамы 4. Порядок раскрытия первой панели 5 определяется устройством, освобождающим ее в момент раскрытия рамы (например, подпружиненный крючок 19 (фиг. 6, 7), шарнирно установленный на оси 18 (фиг. 6, 7), закрепленной на раме 4, и удерживающий панель 5 через зацеп 17 (фиг. 6, 8, 10). При этом поворот крючка 19 осуществляется надавливанием на него упора 20 (фиг. 6, 7), закрепленного на звене 3). Помимо этого, шарнирное соединение 8 между космическим аппаратом и звеном содержит двигатель 29, связь выходного вала которого со звеном 3 отсутствует на всем углу раскрытия звена 3.
Механическое устройство батареи солнечной работает следующим образом.
Первый этап раскрытия. После освобождения рамы 3, звена 4 и панелей 5, 6 и 7 от связей, удерживающих их на корпусе космического аппарата 2 в сложенном положении (этими связями могут быть, например, механические замковые устройства, электромеханические замковые устройства, пиромеханические замковые устройства, пироболты, и т.п., конструктивное исполнение связей значения не имеет), происходит синхронное, за счет тросовой передачи 13, раскрытие звена 3 и рамы 4 под действием приводных пружин 14. При этом панель 5 удерживается от поворота относительно рамы 4 подпружиненным крючком 19, шарнирно установленным на оси 18, закрепленной на раме 4, и удерживающий панель 5 через зацеп 17, панель 6 удерживается от поворота относительно панели 5 подпружиненным крючком 21, шарнирно установленным на оси 22, закрепленной на панели 5, и удерживающим панель 6 через зацеп 24, а панель 7 удерживается от поворота относительно панели 6 подпружиненным крючком 27, шарнирно установленным на оси 26, закрепленной на панели 6, и удерживающим панель 7 через зацеп 28.
Второй этап раскрытия. В момент раскрытия звена 3 и рамы 4, упор 20 надавливает на крючок 19, выводя его из зацепления с зацепом 17, тем самым панель 5 отпускается и раскрывается под действием приводных пружин 14 путем поворота относительно рамы 4 вокруг оси вращения 30 шарнирного соединения 10. При этом панель 6 удерживается от поворота относительно панели 5 подпружиненным крючком 21, шарнирно установленным на оси 22, закрепленной на панели 5, и удерживающим панель 6 через зацеп 24, а панель 7 удерживается от поворота относительно панели 6 подпружиненным крючком 27, шарнирно установленным на оси 26, закрепленной на панели 6, и удерживающим панель 7 через ось 28.
Третий этап раскрытия. В момент раскрытия панели 5, упор 23 надавливает на крючок 21, выводя его из зацепления с зацепом 24, тем самым панель 6 отпускается и раскрывается под действием приводных пружин 14 путем поворота относительно панели 5 вокруг оси вращения 30 шарнирного соединения 11. При этом панель 7 удерживается от поворота относительно панели 6 подпружиненным крючком 27, шарнирно установленным на оси 26, закрепленной на панели 6, и удерживающим панель 7 через зацеп 28.
Четвертый этап раскрытия. В момент раскрытия панели 6, упор 25 надавливает на крючок 27, выводя его из зацепления с зацепом 28, тем самым панель 7 отпускается и раскрывается под действием приводных пружин 14 путем поворота относительно панели 6 вокруг оси вращения 30 шарнирного соединения 12.
Двигатель в процессе раскрытия заявляемого механического устройства батареи солнечной космического аппарата не участвует. В аварийной ситуации (например, повышение механического момента сопротивления в шарнирных соединениях, падение движущего момента силы приводных пружин и т.п.), двигатель может быть включен. При включении двигателя его вал начинает вращаться и с определенного угла входит во взаимодействие со звеном, поворачивая его. Такое взаимодействие может осуществляться в обе стороны вращения вала двигателя.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является получение необходимой величины отодвижения панелей солнечной батареи от космического аппарата в раскрытом положении с сохранением высокой надежности раскрытия.