РЕГУЛИРУЕМЫЙ ОТРАЖАТЕЛЬ ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 2002 года по МПК H01Q15/14 G02B5/12 

Изобретение относится к космической технике, а именно к космической технике связи.

Известны крупногабаритные пленочные отражатели света, которые могут быть использованы [1] для космической радиотелефонной связи и подсвета наземных объектов из космоса в ночное время.

К причинам, препятствующим достижению ниже указанного технического результата при использовании известного устройства, относится то, что для развертывания зеркального полотна используются центробежные силы, возникающие при его вращении.

При больших габаритах отражателя силы инерции, при вращении отражателя аналогично гироскопу, препятствуют управлению и наведению отражателя на объект для подсветки.

Известны также отражатель электромагнитного излучения (света), который является наиболее близким [2] устройством того же назначения по совокупности существенных признаков. Известный отражатель [2] может быть указан в качестве прототипа предлагаемого изобретения. Прототип содержит внутреннюю и внешнюю пневмокамеры, соединенные пневматически друг с другом радиальными трубками (шлангами), а также с источником сжатого газа (воздуха). При этом пневмокамеры и радиальные шланги связаны с зеркальным полотном.

Однако известная конструкция отражателя излучения [2] не позволяет получить зеркальные сферические поверхности с маленькими радиусами кривизны.

Задача заявляемого изобретения заключается в расширении функциональных возможностей отражателя путем получения сферических отражающих поверхностей малого радиуса кривизны. Технический результат при осуществлении изобретения заключается в том, что появляется возможность получить зеркальные поверхности больших размеров и регулируемой формы поверхности.

Замена постоянных магнитов электромагнитами, подключенными через позиционный четырехконтактный переключатель к первому источнику ЭДС (E₁) позволяет собрать (свернуть) зеркальное полотно.

Для получения сферических поверхностей на зеркальное полотно наносятся концентричные кольца из магнитной пленки, ориентация силовых линий магнитного поля (N-->S) которых чередуется и направлена в взаимно противоположные стороны.

Кроме того, отражатель содержит замкнутые кольца из ниток, охватывающие пневмокамеры, соединенные со штангами и имеющие возможность кручения вокруг пневмокамер и вытягивания в направлении их центра. Эти признаки позволяют собрать отражатель и осуществить его ремонт.

Конструкция регулируемого отражателя излучения представлена на фиг.1-5.

На фиг.1 приведена конструкция отражателя, где:
1 - внутренняя пневмокамера;
2 - внешняя пневмокамера;
3 - радиальные шланги;
4 - нечетные магнитные кольца;
5 - четные магнитные кольца;
6 - промежутки между магнитными кольцами;
7 - замкнутое кольцо из нитки.

На фиг.2 приведен вид А-А регулируемого отражателя по фиг.1; где
8 - зеркальное полотно;
9 - диэлектрическая пленка;
10 - металлический отражающий слой;
12 - электромагниты;
13 - трехпозиционный четырехконтактный переключатель;
14 - первый источник ЭДС (E₁);
15 - штанга, связанная с кольцом 7;
16 - рулон зеркального полотна;
17 - второй источник ЭДС (Е₂);
18 - источник сжатого газа (ИСГ);
19 - вентиль.

На фиг. 3 - вид на сферический отражатель излучения с неотражающей стороны, где обозначения те же самые, что на фиг.1, 2.

На фиг.4 приведена конструкция сферического отражателя излучения в разрезе В-В по фиг.4, где
1 и 2 - внутренняя и внешняя пневмокамеры, смещенные вдоль их оси и образующие форму торцов усеченного конуса;
7 - кольцо из нитки;
20 - полусферическая основа для зеркального полотна.

На фиг.5 приведена схема нанесения электропроводящих спиралей на отражатель круглой формы, где
21, 22 - четвертый (Е₄) и пятый (E₅) источники ЭДС,
23 - второй двухполюсный переключатель,
24, 25 - нечетные и четные спиральные электропроводы, нанесенные на зеркальное полотно 8.

Регулируемый отражатель излучения работает следующим образом.

Внутренняя 1 и внешняя 2 пневмокамеры имеют форму велосипедной камеры. Эти камеры соединены друг с другом радиальными складными гибкими шлангами, типа пожарных 3. Пневмокамеры с радиальными шлангами образуют герметичную пневмосистему, которая через вентиль 19 подключена к источнику сжатого газа (ИСГ) 18. После подачи газа (воздуха) пневмокамеры 1 и 2 принимают форму круга, а радиальные шланги - форму прямых стержней, а вся пневмосистема принимает форму колеса.

Для того чтобы пневмосистема при больших габаритах приняла форму колеса, необходимо, чтобы сечения пневмокамер 1, 2 и радиальных шлангов 3 имели сравнительно большой радиус сечения. Это связано с тем, что выпрямляющая сила радиальных шлангов 3 и округляющая сила пневмокамер 1, 2 пропорциональна разности площадей с внутренней и внешней стороны изогнутой трубки P = P_i•S= P_i(S₁-S₂)= P_i(lπ•r), и таким образом в свою очередь пропорциональна радиусу трубки и пневмокамер.

Для выпрямления радиальных шлангов 3 и пневмокамер 1 и 2 наиболее эффективно использовать магнитные силы. Взаимодействие магнитных потоков двух электромагнитов (катушек цилиндрической формы) или двух постоянных магнитов цилиндрической формы создает момент сил, заставляющих их установить соосно [3].

Одновременное взаимодействие сил разности давления воздуха на поверхности и взаимного воздействия магнитных потоков электромагнитов или постоянных магнитов цилиндрической формы приводит к выпрямлению радиальных шлангов 3 и округлению пневмокамер 1, 2.

Применение магнитных пленок приведет к существенному уменьшению радиуса поперечного сечения пневмокамер и радиальных шлангов, а это в свою очередь приведет к уменьшению веса и габаритов отражателя в упакованном виде, что уменьшит также затраты при транспортировке и выводе отражателя в космос.

Кольца из магнитной пленки 4 и 5 наносятся через определенные промежутки 6 между ними. Подбирая ширину магнитных полос и промежуток между ними, а также толщину магнитных пленок и марку магнитного материала возможно раскрытие больших пленочных отражателей (зеркал) в условиях космоса. Для ограничения скорости раскрытия пленочного отражателя, а также для его свертывания используются кольца из прочных капроновых ниток 7. Кольца охватывают внутреннею и внешнею пневмокамеры по всему периметру отражателя. Плавно отпуская нитки 7, при одновременной подаче газа в пневмокамеры возможно достичь необходимые скорости раскрытия пленочного отражателя 8. Диэлектрическая пленка (например, из фторопласта) 9 с металлическим слоем 10 (зеркальное полотно) отражает 94% падающего на него электромагнитного излучения (света).

Зеркальное полотно 8 заранее крепится к внешнему 2 и внутреннему 1 пневмокамерам, а также к радиальным шлангам 3. При полном раскрытии отражателя эластичное зеркальное полотно принимает форму плоскости.

При свертывании отражателя необходимо плавно уменьшить давление в пневмокамерах и вытягивать кольца из ниток в сторону центра пневмокамеры 1. Постепенно уменьшая диаметр отражателя при полной откачке газа из пневмокамер, с помощью колец из ниток 7 отражатель можно свернуть.

Для наиболее плавного развертывания и свертывания отражателя могут быть использованы электромагниты 11, 12.

Электромагниты 12, ориентация силовых линий магнитного поля которых чередуется, размещены по периметру пневмокамер 1, 2, а также вдоль радиальных шлангов 3. Электромагниты через трехпозиционный четырехконтактный переключатель 13 подключаются к первому источнику ЭДС (E₁).

В среднем положении переключателя 13 электромагниты обесточены.

В верхнем положении переключателя (см. фиг.2) ориентация магнитного поля (N-->S) нечетных и четных электромагнитов 12 направлена в взаимно противоположные стороны. Взаимодействие магнитных потоков электромагнитов приводит к выпрямлению радиальных шлангов 3 и округлению (развертыванию) пневмокамер 1, 2. Плавно регулируя напряжение, можно достичь необходимой скорости развертывания отражателя. В этом случае при развертывании отражателя необходимость в кольцах из ниток 7 отпадает.

При свертывании отражателя переключатель 13 переводится в третье (нижнее) положение (см. фиг.2). При этом направление магнитных потоков электромагнитов 11, 12 совпадают. Это приводит к свертыванию отражателя. Меняя напряжение и уменьшая давление газа в пневмокамерах, одновременно вытягивая кольца 7 в направлении к центру внутренней пневмокамеры, свертывают отражатель Источник сжатого газа (ИСГ) 18 с вентилем 19 используются для создания необходимого давления в пневмокамерах 1, 2 и радиальных шлангах. Для уменьшения давления газа в пневмокамерах вентиль 19 отсоединяют от ИСГ 18 и газ выпускают в открытое пространство.

Кольца из ниток 7 одновременно с тем, что они используются для свертывания отражателя и ограничения скорости при его развертывании, применяются для ремонта отражателя.

Для этой цели к ниткам колец 7 крепятся штанги 15 так, чтобы они были перпендикулярны направлениям ниток. К штанге крепится конец рулона зеркального полотна 16.

С помощью ниток 7 штанга 15 перемещается в направлении внешней пневмокамеры 2 и тянет за собою зеркальное полотно 8. Для наиболее плавного перемещения штанг нитки могут быть пропущены через шарнирные блоки, установленные по периметру пневмокамер 1 и 2.

Рулон зеркального полотна 16 тянется вдоль полотна 8, подлежащей ремонту. Затем металлизированные слои полотен 10, изолированные друг от друга диэлектрической пленкой 9, подключаются к клеммам второго источника ЭДС (Е₂).

Под действием электростатических сил зеркальные полотна притягиваются друг к другу и создается цельное зеркальное полотно без дефектов. Таким путем возможно отремонтировать зеркальные полотна, которые могут быть продырявлены космическими частицами.

Для получения сферических поверхностей внутренняя пневмокамера перемещается на необходимое расстояние вдоль оси пневмокамеры, исходя из рассчитанной величины стрелки прогиба сферического зеркала. Для придания сферической формы на эластичную не отражающую диэлектрическую поверхность зеркального полотна 8 наносятся кольца из магнитного материала 11. Концентричные магнитные кольца изолированы друг от друга. Ориентация магнитного поля (N-->S) колец чередуется и направлена взаимно перпендикулярно.

Под взаимодействием магнитного поля колец полотно растягивается. Подбирая ширину магнитных полос и нейтральных промежутков между ними, а также марку магнитного материала и зеркального полотна, возможно создание зеркальных сферических поверхностей заданной формы и радиуса кривизны поверхности.

На фиг.4 приведена конструкция второго варианта выполнения сферического отражателя.

Пневмосистема, состоящая из внешней 2 и внутренней 1 пневмокамер, а также радиальных шланг 3, имеет форму торцов усеченного конуса. По периметру внешней пневмокамеры 2 крепится основа для зеркального полотна из прочного материала, имеющего заданный радиус кривизны поверхности.

При этом для придания сферической формы поверхности на основу полотна 20 наносятся концентрические магнитные кольца. Ориентация магнитных полей колец чередуется и направлена взаимно перпендикулярно.

Взаимодействие колец приводит к растягиванию сферической поверхности основы для отражателя. Поверхность растягивается на столько, сколько позволяет основа 20. Подбирая основу с заранее заданной формой и радиусом кривизны, возможно создание отражателей с любой формой и радиусом кривизны. Зеркальное полотно 8 может быть наклеено на основу 20 и при растягивании повторяет ее сферическую форму.

Для изменения формы сферической поверхности и для прижатия зеркального полотна 8 к полусферической основе 20 можно использовать электростатические силы. Для этого к магнитным кольцам прикладываются регулируемое напряжение относительно металлизированного слоя 10 зеркального полотна 8. Меняя напряжение на магнитных кольцах относительно зеркального полотна, возможно трансформировать форму сферической поверхности зеркального полотна 8. Эластичное зеркальное полотно 8 в этом случае не повторяет локальные неровности и дефекты поверхности сферической основы 20.

Для растягивания зеркального полотна 8, имеющего форму окружности (см. фиг. 5), электропроводящие металлические полосы наносятся на диэлектрический слой полотна 8, со стороны противоположной отражающей (А1) поверхности. При этом нечетные 24 и четные 25 спирали чередуются и взаимно параллельны.

Ток I₃, проходящий через нечетные спиральные полосы, создаваемый третьим источником ЭДС (Е₃), не меняется по направлению. Четные спиральные полосы через переключатель 23 подключены к четвертому источнику ЭДС (Е₄) 22. В одном положении переключателя 23 (левом) токи I₃ и I₄ имеют противоположные направления.

Взаимодействие их магнитных полей приводит к растягиванию зеркального полотна 8.

Если зеркальное полотно имеет форму полусферы, то при растягивании оно принимает форму полусферы. В этом случае по контуру зеркальное полотно 8 должно быть закреплено к внешней пневмокамере.

В другом (правом) положении переключателя 23, проводники притягиваются друг к другу и зеркальное полотно свертывается.

Предлагаемый регулируемый отражатель излучения может быть использован в развертываемых антеннах, системах освещения городов в ночное время, для создания космической радиотелефонной и телевизионной связи, а также для создания больших солнечных парусов. Управляя ориентацией паруса, можно вывести КК на более высокую орбиту. Достаточно вывести КК на самую низкую орбиту, а затем с помощью управляемого солнечного паруса КК вывести на геостанционную орбиту. Солнечный парус может быть использован для запуска межпланетных кораблей или для отправки КК в другие галактики.

Источники информации
1. Проект "Знамя" РКК "Энергия".

2. Ломан В.И., Гряник М.В. Развертываемые антенны СВЧ диапазона// Зарубежная радиоэлектроника, 1979, 7, с. 87, рис. 37.

3. Калашников С.Г. Общая физика. М.: Наука, 1977, с. 197-200.

4. Кухлинг X. Справочник по физике. Перевод с немецкого, под ред. Е.М. Лейкина. М.: Мир, 1982, с. 349-350.

Регулируемый отражатель излучения относится к технике космической связи. Техническим результатом является создание сферических отражателей малого радиуса кривизны и отражателей прямоугольной формы, которые при необходимости могут быть свернуты. Сущность заявленных изобретений заключается в размещении зеркального отражающего полотна на свертываемых пневматических каркасах, на которых размещены магнитные пленки в виде колец и/или электромагниты. В других вариантах выполнения на неотражающую поверхность зеркального полотна наносят изолированные друг от друга концентричные кольца из магнитной пленки, ориентация силовых линий магнитного поля которых чередуется и направлена взаимно противоположно или параллельно друг другу, - нечетные и четные спиральные электропроводы, подключенные к источникам ЭДС. 2 с. и 7 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Регулируемый отражатель излучения, содержащий пневматически соединенные друг с другом внутреннюю и внешнюю пневмокамеры, радиальные шланги и источники сжатого газа, а также зеркальное полотно, выполненное в виде эластичной диэлектрической пленки, покрытой отражающим свет металлическим слоем, отличающийся тем, что он содержит дополнительно магнитные пленки, нанесенные в виде колец на внутреннюю и внешнюю пневмокамеры и радиальные шланги, при этом ориентация силовых линий магнитного поля соседних колец чередуется. 2. Регулируемый отражатель излучения по п. 1, отличающийся тем, что на неотражающую поверхность зеркального полотна нанесены изолированные друг от друга концентричные кольца из магнитной пленки, ориентация силовых линий магнитного поля которых чередуется и направлена взаимно противоположно. 3. Регулируемый отражатель излучения по п. 1 или 2, отличающийся тем, что внутренняя и внешняя пневмокамеры смещены относительно друг друга вдоль оси и образуют форму торцов усеченного конуса, а зеркальное полотно имеет форму полусферы. 4. Регулируемый отражатель излучения по п. 3, отличающийся тем, что содержит основу с полусферической формой поверхности, на которую нанесены концентрические кольца из магнитного материала, подключенные к вновь введенным регулируемым источникам напряжения. 5. Регулируемый отражатель излучения по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит симметрично и равномерно размещенные по площади пневмокамер вдоль их радиальных направлений замкнутые кольца из ниток, охватывающие внутреннюю и внешнюю пневмокамеры и имеющие возможность кручения вокруг пневмокамер и вытягивания в направлении их центра. 6. Регулируемый отражатель излучения по п. 5, отличающийся тем, что он дополнительно содержит штанги, соединенные с замкнутыми кольцами из ниток перпендикулярно им и связанные с рулоном дополнительного зеркального полотна, металлизированный слой которого с металлизированным слоем зеркального полотна подключены к разным клеммам первого источника ЭДС. 7. Регулируемый отражатель излучения по п. 1, отличающийся тем, что на неотражающую поверхность зеркального полотна нанесены параллельно друг другу нечетные и четные спиральные электропровода, при этом четный спиральный электропровод подключен ко второму источнику ЭДС, а нечетный через двухполюсный переключатель - к третьему источнику ЭДС. 8. Регулируемый отражатель излучения, содержащий пневматически соединенные друг с другом внутреннюю и внешнюю пневмокамеры, радиальные шланги и источники сжатого газа, а также зеркальное полотно, выполненное в виде эластичной диэлектрической пленки, покрытой отражающим свет металлическим слоем, отличающийся тем, что он содержит электромагниты, выполненные в виде катушек, установленных на фиксированном расстоянии друг от друга на внутренней и внешней пневмокамерах и радиальных шлангах и подключенных через трехпозиционный четырехконтактный переключатель к первому источнику ЭДС. 9. Регулируемый отражатель излучения по п. 8, отличающийся тем, что электромагниты с переменной ориентацией направления магнитного поля, подключенные через трехпозиционный двухконтактный переключатель к источнику ЭДС, чередуются с магнитными пленками, выполненными в виде колец и имеющими постоянную ориентацию магнитного поля.