Устройство для раскрытия трансформируемого рефлектора зонтичного типа

Полезная модель относится к области космической техники, в частности, к проектированию трансформируемых рефлекторов.
Известен патент на развертываемый крупногабаритный космический рефлектор (RU 2262784 С1). Развертываемый крупногабаритный космический рефлектор представляет собой разворачиваемое силовое кольцо, к телескопическим стойкам которого и к центральному узлу крепятся опорные радиальные элементы. На опорные радиальные элементы и силовое кольцо, по его периферии, крепится поддерживающая сеть. С противоположного торца силового кольца крепится сеть, профилирующая рабочую поверхность. В процессе развертывания рефлектора происходит раскрытие силового кольца. Радиальные опорные элементы в транспортном положении намотаны на барабан центрального узла и в ходе раскрытия силового кольца разматываются с барабана, при этом происходит вращение центрального узла относительно силового кольца. На завершающей стадии раскрытия силового кольца происходит натяжение опорных радиальных элементов, а также профилирующей и поддерживающей сетей, соединенных между собой гибкими параллельными элементами.
Основными недостатками этого устройства являются наличие тяжелой ферменной ободной конструкции, что увеличивает массу выводимого спутника, наличие формообразующей структуры в виде сети уменьшает точность рабочей поверхности рефлектора, связь формообразующей сети с силовым кольцом повышает вероятность зацепления сетеполотна за элементы антенны.
Также известен патент на параболическую развертываемую антенну (US 2016/0352022 А1). Антенна содержит сетку, прикрепленную к складным ребрам, втулку и вспомогательный отражатель. Антенна может быть размещена в ограниченном пространстве для запуска в космосе, а затем развернута путем выдвижения из контейнера. Трансформируемая конструкция антенны включает в себя сетеполотно, прикрепленное к складным спицам, облучатель и контррефлектор. Установка контррефлектора выполнена по схеме Кассеграна.
К недостаткам данного устройства относятся: необходимость введения тяжелого сдерживающего устройства (электропривода) для корректировки скорости раскрытия спиц зонтичной антенны, ограниченность применения спиц складного типа - не подходит для крупногабаритных рефлекторов, наличие транспортировочного контейнера, чтоувеличивает массу выводимого спутника, развертывание сетеполотна происходит путем раскрытия спиц после их вывода из транспортного контейнера, что повышает вероятность зацепления сетеполотна за элементы антенны.
В качестве ближайшего аналога выбран механизм раскрытия зонтичной антенны космического аппарата по патенту RU 2659761 С1, МПК H01Q 15/16, B64G 1/22, который принят за прототип полезной модели.
Зонтичная антенна космического аппарата содержит облучающую систему и рефлектор, включающий в себя жесткие несущие ребра, расположенные в рабочем положении радиально относительно центральной ступицы и шарнирно соединенные с ней, радиоотражающую поверхность, образованную с применением сетеполотна, сформированную в виде клиньев, упруго натянутых по их радиальным границам между ребрами, контурные шнуры, соединенные с клиньями и упруго натянутые между концами ребер, вспомогательные ребра одинакового количества, расположенные в каждом секторе между соседними несущими ребрами, и механизм раскрытия рефлектора из транспортировочного (стартового) положения в рабочее (орбитальное) положение, включающий в себя механически связанный в зоне центральной ступицы с каждым несущим ребром привод для создания усилия раскрытия соответствующего несущего ребра в процессе раскрытия рефлектора в рабочее положение, при этом каждый пружинный привод выполнен с упругим элементом в виде цилиндрической винтовой пружины растяжения, связанной через рычажную систему и устройство подтягивания с указанным несущим ребром, причем устройство подтягивания выполнено обеспечивающим подтягивание ребер на заключительном этапе раскрытия рефлектора в рабочее положение - в процессе необходимого рабочего натяжения сетеполотна и контурных шнуров, при этом пружинные приводы в механизме раскрытия рефлектора сдублированы общим электромеханическим линейным приводом, выходной шток которого посредством с ним связанных гибких тяг, равных по количеству несущих ребер, соединен с рычажной системой каждого вышеуказанного пружинного привода каждого несущего ребра.
Основными недостатками прототипа являются: увеличенная масса конструкции механизма раскрытия рефлектора за счет введения электропривода, маленький запас по движущему моменту из-за действия пружин на небольшом плече; сложность конструкции рефлектора из-за введения большого количества подвижных механических элементов, что, в свою очередь, увеличивает массу конструкции рефлектора.
Технической проблемой полезной модели является устранение указанных выше недостатков прототипа.
Техническим результатом полезной модели является создание конструкции раскрытия трансформируемого рефлектора зонтичного типа с небольшим удельным весом и простым исполнением механического устройства раскрытия, а также с большим запасом по движущему моменту.
Для разрабатываемой конструкции механизма раскрытия трансформируемого рефлектора зонтичного типа и для ближайшего прототипа - механизма раскрытия зонтичной антенны космического аппарата по патенту RU 2659761 С1 выявлены основные общие существенные признаки, такие как: применение механизма раскрытия на зонтичном типе рефлектора, раскрытие спиц осуществляется под воздействием упругих сил.
Указанная техническая проблема решается тем, что создано устройство для раскрытия трансформируемого рефлектора зонтичного типа, включающее шарнирно закрепленные на основании рефлектора силовые спицы с радиоотражающим сетополотном, механизм раскрытия рефлектора из транспортировочного положения в рабочее, связанный с каждой силовой спицей. При этом механизм раскрытия представлен торовым полым трансформируемым ободом, расположенным в верхней части силовых спиц рефлектора и включающем в себя гибкие шарниры в виде сквозных отверстий, равномерно расположенных по образующей полого трансформируемого обода.
Устройство для раскрытия трансформируемого рефлектора зонтичного типа содержит следующие признаки отличительные от прототипа: Механизм раскрытия представлен торовым полым трансформируемым ободом, расположенным в верхней части силовых спиц рефлектора, и включающем в себя гибкие шарниры, представляющих собой сквозные отверстия по ободу механизма раскрытия рефлектора. Раскрытие осуществляется запасенной энергией деформации обода.
Кроме того, предложенный рефлектор отличается отсутствием крепежных соединений за счет отсутствия жестких шарнирных связей.
Техническая сущность и принцип действия предложенного устройства поясняются чертежами, на которых показаны:
на фиг. 1 - общий вид рефлектора в рабочем положении;
на фиг. 2 - вид спереди рефлектора в рабочем положении;
на фиг. 3 - общий вид части обода устройства для раскрытия трансформируемого рефлектора зонтичного типа с гибкими шарнирами;
на фиг. 4 - общий вид рефлектора в транспортировочном положении;
на фиг. 5 - общий вид части обода устройства для раскрытия трансформируемого рефлектора зонтичного типа в транспортировочном положении.
На вышеуказанных фигурах изображена конструкция предлагаемого устройства для раскрытия трансформируемого рефлектора зонтичного типа с использованием следующих элементов: 1 - торовый полый трансформируемый обод; 2 - гибкий шарнир, представленный сквозным отверстием по ободу (1) механизма раскрытия трансформируемого рефлектора зонтичного типа; конструкция зонтичного рефлектора представлена схематично элементами: 3 - спицами рефлектора, шарнирно закрепленных на 4 - основании рефлектора; 5 - радиоотражающем сетеполотном, параболоидная форма которого определяется формой спиц 3, на которых оно закреплено;
Предложенное устройство для раскрытия трансформируемого рефлектора зонтичного типа, представленное на фигурах, состоит из следующих элементов:
- торового полого трансформируемого обода 1, например, из композитного углепластика, расположенного в верхней части спиц 3 рефлектора;
- гибких шарниров в виде сквозных отверстий 2, которые переводят рефлектор из транспортного положения в рабочее за счет действия упругих сил.
Описанное выше устройство для раскрытия трансформируемого рефлектора зонтичного типа с гибкими шарнирами 3 переводит рефлектор из транспортировочного положения в рабочее следующим образом:
После вывода целевого спутника на орбиту, рефлектор освобождается от закрепления в транспортировочном положении. Гибкие шарниры 2 приводятся в действие, за счет упругой силы. Шарнирно закрепленные на основании 4 рефлектора спицы 3 переводятся в рабочее положение, благодаря запасенной энергии деформации обода. Закрепленное на спицах зонтичного рефлектора радиоотражающее сетеполотно 5 переводится из транспортного положение в рабочее.
Таким образом, проблема большой массы конструкции механизма раскрытия рефлектора решается путем введения в конструкцию механизма раскрытия трансформируемого рефлектора зонтичного типа гибких шарниров, представляющих собой сквозные отверстия по полому ободу рефлектора (устранение большого количества механических элементов устройства раскрытия рефлектора), а также проблема устраняется за счет использования сверхлегких материалов для трансформируемой конструкции обода, например, композитного углепластика. Запас по движущему моменту увеличивается за счет использования ободной конструкции механизма раскрытия в верхней части рефлектора, что увеличивает плечо действия силы упругих элементов.