Изобретение относится к космической технике, а именно к космической технике связи.
Техническим результатом является уменьшение веса и габаритов механизмов упаковки и раскрытия пленочного отражателя излучения.
Сущность изобретения заключается в разработке конструкции, позволяющей упаковать и транспортировать крупногабаритное зеркальное полотно, а также раскрывать и управлять его ориентацией в космическом пространстве по заданной программе.
Известен пленочный отражатель излучения [Алиев А.С., Тагиров Д.Т. Пленочный отражатель излучения. Патент RU №2207675, 7 H01Q 15/14, G02В 5/12. 04.01.2002], который содержит внешнюю пневмокамеру и радиальные стойки, выполненные в виде гибких трубок с отверстиями, на которых размещены пневмоячейки, взаимодействующие друг с другом, а также с зеркальным полотном, пневматически связанные с внутренней пневмокамерой и источником наполнителя (газа).
Однако известный отражатель излучения не содержит конструктивные признаки, позволяющие упаковать и раскрывать его из упакованного положения. Указанный недостаток известного технического решения затрудняет транспортировку отражателя и его раскрытие в космическом пространстве, а также управление его ориентацией в космосе.
Известен также «Солнечный парусный корабль» (СПК), содержащий пленочный отражатель излучения [Алиев А.С. Казиахмедов Ф.Г. Солнечный парусный корабль. Патент RU №2269460 от 19.09.03 г.], который по своим конструктивным признакам может быть указан в качестве прототипа данного изобретения.
Прототип содержит корпус, основную и дополнительную гибкие поверхности, средства формирования и управления ориентацией основной и дополнительной гибких поверхностей. Средства формирования поверхности выполнены в виде пневмосистем.
Средства управления гибких отражающих поверхностей выполнены в виде карданных подвесок с электроприводами, вынесенных за пределы СПК. На внешних рамах карданных подвесок установлены соответствующие средства формирования отражающих плоских поверхностей и устройства для их раскрутки.
Однако размещение электроприводов ориентации и закрутки гибких отражающих поверхностей на вынесенных за пределы космического аппарата карданных подвесах увеличивает их габариты и вес, что затрудняет упаковку и транспортировку отражателя. В прототипе не раскрыт метод упаковки гибкой поверхности (отражающего полотна) при его транспортировке, а также нет конструктивных признаков, осуществляющих операцию его раскрытия из упакованного положения.
Техническая задача заключается в разработке конструкции отражателя излучения, обеспечивающей упаковку, транспортировку и раскрытие отражающего полотна, а также в значительном уменьшении веса и габаритов узлов раскрытия и управления ориентацией отражателя излучения в целом.
Данная техническая задача решается тем, что в отражателе излучения, содержащем кинематически связанные гибкую отражающую поверхность, средства формирования, выполненные в виде пневмосистем, включающие концентричные пневмокамеры, связанные друг с другом радиальными пневмостойками, а также средства управления ориентацией гибкой отражающей поверхности, выполненные на карданных подвесах, карданные подвесы выполнены в виде взаимодействующих друг с другом первой и второй пневмокамер, кинематически связанных через оси и валы с соответствующими первым и вторым электродвигателями ориентации. Указанные двигатели ориентации выполнены с возможностью неподвижной установки на корпусе космического корабля. При этом пневмокамеры и пневмосистема средств формирования поверхности пневматически связаны с источником наполнителя (например, газа), а вторая пневмокамера связана с третьей (внешней) пневмокамерой радиальными пневмостойками.
При этом радиальные пневмостойки и третья (внешняя) пневмокамера содержат пневматические клапаны, установленные в узловых точках стыковки радиальных пневмостоек со второй и третьей (внешней) пневмокамерами.
Пневматический клапан в первом варианте конструкции содержит втулку, внутри которой установлены цилиндрическая пружина, пробка, шарик и плоские пружины с клещевидными наконечниками, выполненные с возможностью пропускания наполнителя при превышении установленного уровня давления, при этом плоские пружины с клещевидными наконечниками выполнены с возможностью фиксации открытого положения клапана.
Пневматический клапан во втором варианте содержит втулку, внутри которой установлены шарик, две эластичные полоски, закрепленные взаимно перпендикулярно и взаимодействующие с шариком, пробка, и плоские пружины с клещевидными наконечниками, выполненные с возможностью пропускания наполнителя при превышении установленного уровня давления, при этом плоские пружины с клещевидными наконечниками выполнены с возможностью фиксации открытого положения клапана.
Пневматический клапан в третьем варианте содержит втулку, пробку, шарик, стакан, диафрагму, выполненную в виде шайбы из эластичного материала, взаимодействующую с шариком и установленную между втулкой и стаканом, выполненные с возможностью пропускания наполнителя при превышении установленного уровня давления.
Гибкая отражающая поверхность в первом варианте установки имеет форму круга и упакована путем скручивания ее с четырех сторон в двух взаимно перпендикулярных направлениях, которые совпадают с направлениями радиальных пневмостоек.
Гибкая отражающая поверхность во втором варианте установки имеет форму круга и упакована путем его складирования по секторам «гармошкой», а пневмоклапаны выполнены так, что наполнение пневмоячеек в радиальных стойках происходит от центра к периферии, а затем наполняется внешняя пневмокамера.
Во втором варианте конструкции раскрываемого пленочного отражателя излучения, содержащего кинематически связанные гибкую отражающую поверхность, средства формирования, выполненные в виде пневмосистем, включающие концентричные пневмокамеры, связанные друг с другом радиальными пневмостойками, а также средства управления ориентацией гибкой отражающей поверхности, выполненные на карданных подвесах, карданные подвесы выполнены в виде взаимодействующих друг с другом первой и второй пневмокамер, кинематически связанных через оси и валы с соответствующими первым и вторым электродвигателями ориентации. Кроме того, отражатель дополнительно содержит кинематически связанные электродвигатель раскрутки и барабан, выполненный с возможностью установки на корпусе космического корабля, а также с возможностью свободного вращения, на котором в свою очередь неподвижно установлены первый и второй электродвигатели ориентации, а также источник наполнителя (например, газа), при этом пневмокамеры и пневмосистема средств формирования поверхности пневматически связаны с источником наполнителя, а вторая пневмокамера связана с третьей (внешней) пневмокамерой радиальными пневмостойками.
В третьем варианте раскрываемого пленочного отражателя излучения, содержащего кинематически связанные гибкую отражающую поверхность, средства формирования, выполненные в виде пневмосистем, включающие концентричные пневмокамеры, связанные друг с другом радиальными пневмостойками, а также средства управления ориентацией гибкой отражающей поверхности, выполненные на карданных подвесах, карданные подвесы выполнены в виде взаимодействующих друг с другом первой и второй пневмокамер, кинематически связанных через оси и валы с соответствующими первым и вторым электродвигателями ориентации, вторая пневмокамера связана с третьей (внешней) пневмокамерой радиальными пневмостойками, дополнительно отражатель содержит первый и второй источники наполнителя (например, газа), эквивалентные по форме и весу электродвигателям ориентации, и пневматически связанные с пневмокамерами и пневмосистемой средств формирования поверхности. При этом электродвигатели ориентации и источники наполнителя выполнены с возможностью установки попарно симметрично относительно продольной оси корпуса космического аппарата. Корпус второго электродвигателя ориентации неподвижно связан через штангу, выполненную с возможностью неподвижной связи с корпусом космического аппарата, предпочтительно, в его носовой (или кормовой) части, со вторым источником наполнителя. Вал второго электродвигателя ориентации неподвижно связан с верхним концом Г-образного рычага, нижний конец которого связан с корпусом первого электродвигателя ориентации. При этом корпус первого электродвигателя ориентации и связанный с ним неподвижно первый источник наполнителя с помощью кронштейнов шарнирно установлены на штанге с возможностью свободного поворота вокруг нее.
В четвертом варианте конструкции раскрываемого пленочного отражателя излучения, содержащий кинематически связанные гибкую отражающую поверхность, средства формирования, выполненные в виде пневмосистем, включающие концентричные пневмокамеры, связанные друг с другом радиальными пневмостойками, а также средства управления ориентацией гибкой отражающей поверхности, выполненные на карданных подвесах, карданные подвесы выполнены в виде взаимодействующих друг с другом первой и второй пневмокамер, кинематически связанных через оси и валы с соответствующими первым и вторым электродвигателями ориентации. Вторая пневмокамера связана с третьей (внешней) пневмокамерой радиальными пневмостойками. Кроме того, отражатель дополнительно содержит первый и второй источники наполнителя (например, газа), эквивалентные по форме и весу электродвигателям ориентации, и пневматически связанные с пневмокамерами и пневмосистемой средств формирования поверхности. При этом электродвигатели ориентации и источники наполнителя выполнены с возможностью установки попарно симметрично относительно продольной оси корпуса космического аппарата, корпус второго электродвигателя ориентации неподвижно связан через штангу, установленную на валу электродвигателя раскрутки, выполненного с возможностью совмещения с продольной осью корпуса космического аппарата, со вторым источником наполнителя. Вал второго электродвигателя ориентации неподвижно связан с верхним концом Г-образного рычага, нижний конец которого связан с корпусом первого электродвигателя ориентации. При этом корпус первого электродвигателя ориентации и связанный с ним неподвижно первый источник наполнителя с помощью кронштейнов шарнирно установлены на штанге с возможностью свободного поворота вокруг нее.
К сведению заявителя, описание изобретения содержит неточности. Так, например, при описании конструкции пневматических клапанов, ссылки на позиции чертежей не совпадают с обозначениями на самих чертежах.
Заявителю предлагается уточнить описание.
Конструкция раскрываемого пленочного отражателя излучения представлена на фиг.1, где:
1 - корпус космического аппарата (КА);
2 - барабан;
3 - первый электродвигатель раскрутки;
4, 5 - второй и третий электродвигатели ориентации;
6, 7 - первый и второй скручивающиеся валы;
8 - источник наполнителя (газа);
9 - шланг;
10, 11 - первая и вторая концентричные пневмокамеры;
12, 13 - первое и второе шарнирные соединения;
14 - внешняя (третья) пневмокамера;
15 - радиальные пневмостойки;
16 - зеркальное полотно;
17 - растяжки;
18, 19 - первая и вторая скручивающиеся оси;
20 - пневмоклапан.
На фиг.2 представлена конструкция шарнирного соединения 13 скручивающиеся оси 6 с первой пневмокамерой 10, где:
21 - трубчатый наконечник;
22 - гильза;
23 - кольцо;
24 - штурец.
На фиг.3 представлен вид на узел раскрутки барабана, где позиции 1-9 те же, что на фиг.1, где:
25 - колесо.
На фиг.4 представлена конструкция второго скручивающегося вала 7, где:
26, 27 - первая и вторая карданные подвески;
28 - крестовина;
29 - направляющая;
30 - ползун;
31 - усики направляющие;
32 - пазы;
33 - пружина;
34 - звенья скручивающегося вала;
35 - шарнирные соединения;
36 - цилиндрический наконечник вала 7.
На фиг.5 представлен разрез А-А скручивающегося вала 7 по фиг.4, где позиции 26-36 те же, что на фиг.4.
На фиг.6 представлен вид с торца КА на свернутый с двух сторон по оси ОХ пленочный отражатель 16 по фиг.1.
На фиг.7 представлен вид В по фиг.6, где зеркальное полотно 16 отражателя свернуто с двух сторон.
На фиг.8 представлен вид С на отражающую пленку по фиг.7 после того, когда он свернут с четырех сторон.
На фиг.9 представлен вид К по фиг.8, где отражающая пленка 16 свернута с четырех сторон и закрыта кожухом 37.
На фиг.10 представлена схема второго варианта упаковки отражающей пленки при ее транспортировке, где:
признаки 1-21 те же, что на фиг.1;
38 - линии пригибания отражателя в сторону наблюдателя (вперед) - сплошные линии;
39 - линии пригибания отражателя в обратную сторону (назад) - штрихпунктирные линии;
40 - дополнительные (пятая - шестнадцатая) радиальные пневмостойки;
41 - крестиками и кружочками обозначены места, в которых предпочтительно необходимо установить пневмоклапаны 20 для оптимального и быстрого раскрытия зеркального полотна.
На фиг.11 представлена конструкция первого варианта пневмоклапана 20, где:
42 - пневмоячейки имеют тороидальную форму;
43 - гибкая трубка;
44 - втулка;
45 - радиальные отверстия;
46 - продольные отверстия;
47 - ниппель;
48 - пружина цилиндрическая;
49 - пружины плоские с клещевидными наконечниками;
50 - пазы;
51 - пробка первая;
52 - шарик.
На фиг.12 представлена конструкция второго варианта пневмоклапана 20, где позиции 42-52 те же, что на фиг 11, где:
53 - втулка вторая;
54 - пробка вторая;
55 - эластичные полоски.
На фиг.13 представлен вид на разрез N-N по фиг.12, где позиции 42-55 те же, что на фиг.11 и 12.
На фиг.14 представлена конструкция третьего варианта пневмоклапана, где позиции 42-54 те же, что на фиг.12;
56 - диафрагма эластичная;
57 - стакан.
На фиг.15 представлен третий вариант размещения электродвигателей ориентации 4, 5 и источников наполнителя (сжатого газа) 4, где позиции 4-19 те же, что и на фиг 1;
58 - штанга;
59 - шарнирные соединения;
60 - кронштейны;
61 - Г-образный рычаг;
62 - второй источник наполнителя (газа);
63 - вентиль пневматический;
64 - стержень электродвигателя раскрутки;
65 - фланец установочный;
66 - пальцы.
Принцип раскрытия пленочного отражателя, конструкция которого представлена на фиг.1 - 10, заключается в следующем.
Пленочные отражатели излучения, предназначенные для космической радио-, телевизионной и телефонной связи, а также для подсвета наземных объектов из космоса в ночное время, должны иметь размеры несколько сотен метров в диаметре. Такие отражатели в космосе должны быть размещены на беспилотных космических аппаратах. На Земле отражающее полотно 16 должно быть уложено и упаковано таким образом, чтобы обеспечить его автоматическое раскрытие и управление в космическом пространстве по заданной программе. Вся конструкция пленочного отражателя излучения размещается на барабане 2, установленном на космическом аппарате (КА) цилиндрической формы, с возможностью свободного вращения. Барабан приводится во вращение с помощью электродвигателя раскрутки 3. Этот двигатель устанавливается неподвижно на корпусе КА и взаимодействует с барабаном через колесо 21.
Второй 4 и третий 5 электродвигатели ориентации, а также источники наполнителя (например, сжатого газа) 8, 62 устанавливаются неподвижно на вращающемся барабане 2. Источники накопителя (газа) 9 и электродвигатели 4, 5 устанавливаются по периметру барабана через 900, выравниваются и уравновешиваются по весу относительно оси вращения барабана.
На фиг.3 представлена конструкция узла раскрутки. Барабан 2 цилиндрической формы установлен на корпусе 1 КА с возможностью свободного вращения. По периметру барабана через 90° друг от друга неподвижно устанавливается второй 4 и третий 5 электродвигатели раскрутки, а также первый и второй источники наполнителя (газа) 8, 62. Два источника наполнителя используется как противовесы. Они должны быть подобраны по весу электродвигателей 4 и 5. На валу электродвигателя 3 установлено колесо 25, которое взаимодействует с барабаном и приводит его во вращение.
При вращении барабана под воздействием центробежных сил и одновременным воздействием выпрямляющих сил пневмостоек 15 и внешней пневмокамеры 14 зеркальное полотно 16 принимает круглую плоскую форму.
Барабан может быть выполнен также в виде вращающегося статора [Сыромятников B.C., Брянц Н.В., Коверина И.П. Космический аппарат с солнечным парусом. RU, патент №2053940, 10.12.1996 г.]. В этом случае необходимость в первом электродвигателе 3 отпадает.
Раскрутка зеркального полотна может быть осуществлена также путем вращения корпуса КА с помощью реактивных двигателей.
Раскрытие зеркального полотна можно осуществить и без его раскрутки. В этом случае отпадает необходимость во вращающемся статоре, а также в применении барабана и двигателя раскрутки 3.
Для управления ориентацией отражающего полотна относительно корпуса КА используются карданные подвесы, выполненные в виде первой (внутренней) 10 и второй (внешней) 11 пневмокамер. При этом вал второго электродвигателя 4 через первый скручивающийся вал 6 взаимодействует с первой пневмокамерой 10, а вал третьего электродвигателя 5 через карданный вал и второй скручивающий вал 7 - со второй пневмокамерой 11. Диаметрально противоположные точки указанных пневмокамер (карданных подвесок) шарнирно связаны с наконечниками соответствующих скручивающихся осей 18, 19.
Скручивающие валы 6, 7 и оси вращения 18, 19 имеют конструкцию вида полоски из шарнирно связанных друг с другом звеньев, аналогичным звеньям цепи наручных часов (см. фиг.4 и 5). Такие валы и оси свободно сворачиваются в одной плоскости в цилиндрическую упаковку при транспортировке отражателя. При раскрытом отражателе указанные валы и оси имеют плоскую форму и передают вращение от электродвигателей 4, 5 на соответствующие концентричные пневмокамеры 10, 11. При вращении они работают как жесткие валы и оси, что позволяет менять ориентацию пневмокамер 10, 11 по углам ±β и ±α соответственно.
На фиг.4 и 5 представлена конструкция второго скручивающегося вала 7. Его конструкция сложнее конструкции первого вала 6. Это обусловлено необходимостью передачи вращения под разными углами и на разные расстояния. Такая ситуация возникает при повороте первой пневмокамере 10 углу +β с помощью электродвигателя 4.
Для передачи вращения на вторую пневмокамеру 11 под углом в конструкцию второго скручивающегося вала 7 введен карданный вал, состоящий из первой 26 и второй 27 карданных подвесок и крестовины 28. Первый карданный подвес выполнен из вала самого электродвигателя 5. Аналогичную конструкцию крепления имеет кардан скручивающейся оси 19.
Для выполнения функции регулируемого удлинения в конструкции вторых скручивающихся вала 7 и оси 19 введены конструктивные элементы 29-33. Конструкция этого узла аналогична конструкции канцелярского стиплера. Направляющая 29 - это прямоугольная пластина, согнутая с четырех сторон. Нижняя торцевая сторона скреплена ко второй карданной подвеске 27. Боковые стороны направляющей 29 имеют узкие продольные пазы 32, по которым ходят направляющие усики 31 ползуна 30.
Верхний торец направляющей 30 имеет прорез, по которому свободно перемещается ползун 30. Ползун представляет собой прямоугольную пластину с двумя парами боковых направляющих усиков 31. Верхний конец ползуна согнут под прямым углом и к нему прикреплен верхний конец пружины 33. Нижний конец пружины прикреплен к нижнему торцу направляющей 29. По мере натяжения скручивающихся вала 7 и оси 19, которое происходит при повороте первой концентричной пневмокамеры 10, ползун 30 смещается относительно направляющей 29. Таким образом регулируется длина вторых скручивающихся вала и оси. Звенья 34 соединены друг с другом шарнирно, аналогично звеньям цепи ручных часов.
Нижний ряд звеньев 34 неподвижно закреплен к верхнему торцу ползуна 30. При этом верхний крайний ряд шарнирно связанных звеньев, образующих гибкую цепь, неподвижно связан с цилиндрическим наконечником 36 вала 7. Наконечники 36 вала 7 и оси 19 свободно проходят через соответствующие гильзы 22, установленные в сечениях первой концентричной пневмокамеры с двух диаметрально противоположных сторон. Затем наконечник 36 вала неподвижно соединяется со второй концентричной пневмокамерой 11 и меняет ее ориентацию по углу ±α.
После электродвигатель раскрутки отключается. Затем с помощью реле или контактного переключателя подключаются цепи питания электродвигателей ориентации 4 и 5 раскрытия отражателя 16.
В отличие от валов 6 и 7 на концах осей 18 и 19 установлены трубчатые наконечники 21 и штуцера 24, через которые наполнитель (газ) подается в первую и в вторую пневмокамеры (см. фиг.2).
В конструкции первого скручивающегося вала 6 отсутствуют кардан (признаки 26-28) и узел удлинения (признаки 29-33). В остальном элементы их конструкции идентичны. Наконечник первого скручивающегося вала 6 неподвижно соединен с первой концентричной пневмокамерой 10 и поворачивает ее по углу +β.
Вторая скручивающаяся ось 19 содержит в себе аналогично первому валу 7 дополнительно кардан (признаки 26-28) и узел удлинения оси (признаки 29-33). В остальном конструкции осей 18 и 19 идентичны.
В отличие от первой наконечник 21 второй оси 19 проходит через гильзу 22, установленную в первой концентричной пневмокамере 10 и герметично соединяет полость второй пневмокамеры 11 со вторым источником наполнителя (газа) 62.
Трубчатый наконечник первой оси 18 соединяет полость первой концентричной пневмокамеры 10 с первым источником наполнителя (газа) 8. Наполнитель (газ) поступает через электропневмовентиль 63 и шланг 9. При использовании электродвигателя закрутки электропневмовентиль может быть радиоуправляемым.
Для подачи наполнителя (газа) во вторую концентричную пневмокамеру 11 к концу второй скручивающейся оси соосно неподвижно закреплена трубка 21, которая через штуцер 24 и шланг 9 соединяется с источником накопителя (газа) 8. Наконечник трубки 21 соединен неподвижно со второй концентричной пневмокамерой 11, внутренняя полость которой пнематически сообщается с источником накопителя (газа) через пневмовентиль 63. При дистанционном программном управлении процессом раскрытия отражателя пневмовентиль может быть заменен радиоуправляемым электропневматическим вентилем. Гильза 22 во втором шарнирном соединении 13 установлена неподвижно вдоль радиального сечения первой пневмокамеры и обеспечивает поворот второй камеры относительно первой по углу +α.
Первое шарнирное соединение 12 отличается от второго тем, что наконечник первой скручивающейся оси 18 вращается в гильзе, установленной аналогично второй, вдоль оси ОУ в первой пневмокамере 10. Таким образом, с помощью электродвигателя 4 осуществляется изменение ориентации первой пневмокамеры по углу ±β. При этом электродвигатель 5 управляет ориентацией второй пневмокамеры 11 по углу +α.
Вторая пневмокамера связана неподвижно с радиальными пневмостойками 15, установленными вдоль осей вращения ОХ и ОУ. Кроме того, внутренняя полость указанной пневмокамеры сообщается с внутренними полостями радиальных пневмостоек 15 через пневмоклапаны 20. Пневмоклапаны обеспечивают заданное направления и последовательность заполнения пневмоячеек радиальных пневмостоек 15 и внешней (третьей) пневмокамеры 14 накопителем (газом).
При такой схеме упаковки отражающего полотна 16, которая представлена на фиг.4-7, сперва должны быть заполнены газом радиальные стойки 15, которые ориентированы вдоль оси ОУ, а затем - радиальные пневмостойки 15, ориентированные вдоль оси ОХ, от центра к периферии. Дополнительные радиальные пневмостойки 15 также заполняются от центра к периферии. В последнюю очередь заполняется внешняя пневмокамера одновременно в четырех направлениях от оси ОУ или в двух направлениях от каждой пневмостойки.
После того, как внешняя пневмокамера примет форму круга, растяжки 17, связанные со второй и внешней (третьей) пневмокамерами, растягивают зеркальное полотно в радиальном направлении со всех сторон, и зеркальное полотно принимает плоскую круглую форму.
Размещение пневмоклапанов, их пропускная способность и расстояние между двумя соседними клапанами определяют скорость заполнения отдельных участков радиальных пневмостоек и внешней пневмокамеры.
Для обеспечения необходимой скорости раскрытия зеркального полотна 16 могут быть использованы центробежные силы, возникающие при раскрутке барабана 2. Для этой цели служит первый электродвигатель раскрутки 3, на валу которого установлено колесо 25. Регулируя скорость вращения барабана и связанного с ним упакованного зеркального полотна, а также используя заданную программу заполнения пневмоячеек, обеспечивается необходимая скорость раскрытия зеркального полотна.
Однако раскрытие зеркального полотна можно осуществить и без раскрутки, с помощью только пневмосистемы. При этом конструкция отражателя существенно упрощается.
На фиг.6 представлен вид на зеркальное полотно 16 после его сворачивания с двух сторон по оси ОХ.
На фиг.7 представлен вид В по фиг.6. Крестиками 41 (фиг.10) обозначены размещение пневмоклапанов на радиальных стойках 15, которые обеспечивают раскрытие зеркального полотна с заданной скоростью. Чем меньше число пневмоклапанов и больше пропускная способность газа, тем меньше время раскрытия полотна 16.
На фиг.8 представлен вид С на полотно по фиг.7 после сворачивания его с двух сторон по оси ОУ.
На фиг.9 представлен вид К по фиг.8 на зеркальное полотно, свернутое по двум осям с четырех сторон.
Свернутое с четырех сторон зеркальное полотно прижато к корпусу КА с двух сторон и занимает минимальный объем.
Для защиты от внешних повреждений его закрывают кожухом 37, который состоит из двух откидных половинок.
После доставки в космос процесс раскрытия свернутого зеркального полотна осуществляется в обратном порядке. Сбрасываются откидные половинки кожуха 37. Сперва полотно разворачивается по оси ОУ путем заполнения пневмостоек, ориентированных вдоль оси ОУ, при одновременной его раскрутке. Затем выпрямляются пневмостойки, ориентированные вдоль оси ОХ. Такая последовательность обеспечивается с помощью пневмоклапанов, рассчитанных на более высокое давление Р2.
При использовании центробежных сил для раскрытия зеркального полотна одновременно с помощью электродвигателя 3 вращается барабан. Для этой же цели можно вращать корпус космического аппарата с помощью реактивных двигателей.
Третий вариант размещения двигателей 4, 5 и источников наполнителей (газа) 8 (см. фиг.15) используется в случае, когда отражатель излучения размещен в носовой или кормовой части КА. В частности, когда отражатель используется в качестве солнечного паруса или для подсветки наземных объектов солнечным излучением в ночное время, а так же как рефлектор для космической радио-, телевизионной и телефонной связи.
Стержень (или вал электродвигателя раскрутки) 64 ориентируется вдоль продольной оси корпуса КА.
Отражатель устанавливается на стержне с помощью фланца 65. Установочный фланец представляет собой цилиндр, торец которого неподвижно связан со штангой 58. К двум симметричным торцам штанги соосно неподвижно закреплен электродвигатель ориентации 4 и источника наполнителя 8. По форме и весу оба источника наполнителя 8, 62 должны быть эквивалентны электродвигателям 4, 5.
Если нет необходимости в раскрутке отражателя, то вместо двух источников наполнителя используется один. Он может быть размещен в любом месте на борту КА. При этом вал третьего электродвигателя 5 ориентирован по оси ОХ, т.е. под прямым углом относительно вала второго электродвигателя 4, совпадающей с осью ОУ. Третий электродвигатель ориентации 5 и второй источник наполнителя 62 с помощью двух кронштейнов 60 и шарнирных соединений 59 крепятся к штанге 58 с возможностью свободного поворота вокруг нее.
Вал второго электродвигателя 4 неподвижно связан с верхним концом Г-образного рычага 61. Нижний конец этого рычага также связан с корпусом третьего электродвигателя ориентации 5. Эта связь обеспечивает изменение ориентации второго скручивающегося вала 7 при изменении ориентации первой концентричной пневмокамеры 10. В этом случае скручивающий вал имеет постоянную длину и нет необходимости в применении корданного вала (позиции 26-28), а также конструктивных элементов (29-33), удлиняющих скручивающий вал.
При маленьких диаметрах первой 10 и второй 11 концентричных пневмокамер, что возможно осуществить при третьем варианте конструкции отражателя, отпадает необходимость в использовании скручивающихся валов 6, 7 и осей 18, 19. Они могут быть заменены на жесткие валы и оси, выполненные в виде цилиндрических стержней. Начальные концы скручивающихся осей 18, 19 насажены на пальцы 66 с возможностью свободного вращения (см. фиг.15). Чтобы оси не отделились от пальцев 66, в них проточены канавки, по которым прокручиваются наконечники винтов, закрученных во втулках, закрепленных в корневой части скручивающихся осей 18, 19.
Пальцы 66, фиксирующие положение скручивающихся осей, неподвижно крепятся к корпусам соответствующих источников наполнителя (газа) 8, 62 вдоль направления оси ОХ и ОУ. Таким образом, пальцы 66 закрепляются соосно соответствующим скручивающимся валам 6, 7.
Расположение и вес электродвигателя 4 и 5, а также двух источников наполнителя 8, 62 с закрепленными на них валами 6, 7 и осями 18 и 19, должны быть подобраны так, чтобы обеспечить баланс центробежных сил при их вращении вокруг вала 64 электродвигателя раскрутки (на фиг.15 не указан).
В космосе при невесомости раскрытие отражающего полотна возможно осуществить и без раскрутки, используя только выпрямляющие силы пневмоячеек. В этом случае отпадает необходимость в применении устройств закрутки. Тем более при больших диаметрах отражателя гироскопические силы препятствуют управлению его ориентацией.
На фиг.11 представлена конструкция первого варианта пневмоклапана 20. Клапан состоит из цилиндрической втулки 44, внутри которого установлены шарик 52 и пружина 48. Одним концом пружина опирается в шарик, другим - в пробку 51. Отверстие в трубке с другого конца имеет меньшее сечение. Подпружиненный шарик герметично закрывает отверстие в трубке. Шарик пропускает газ в соседнюю пневмоячейку только тогда, когда давление в предыдущей ячейке становится выше уровня Р1. При превышении этого уровня пружина 48 сжимается, и шарик пропускает газ в следующую пневмоячейку через отверстие 46 во втулке 44 и трубке 45.
На фиг.12 приведена конструкция второго варианта клапана 20. Клапан состоит также из цилиндрической (второй) втулки 53, шарика 52 и двух эластичных полосок 56, закрепленных взаимно перпендикулярно, и второй заглушки 51. Отверстие 45 в гибкой трубке совпадает с отверстием 46 клапана.
В отличие от первого варианта (фиг.11) шарик закрывает отверстие во втулке 53 за счет сил растяжения эластичных полосок 55. При повышении давления выше установленного уровня Р1 эластичные полоски растягиваются, шарик отжимается и газ через отверстия 45 поступает в следующую пневмоячейку.
Для этой цели необходимо внести в конструкцию клапана (см. фиг.11 и 12) две клещеобразные плоские пружины 47. С одного конца эти пружины закреплены неподвижно с втулкой 42 (49), а другие клещевидные концы опираются в шарик 43 с двух диаметрально противоположных сторон. Силы прижатия пружин направлены к центру шарика по одной линии и взаимно компенсируют друг друга. Когда давление в предыдущей пневмоячейке превышает уровень Р, шарик смещается влево, клещевидные концы пружин 47 выталкивают шарик в том же направлении и фиксируют открытое положение клапана.
Принцип работы третьего варианта пневмоклапана (см. фиг.14) заключается в следующем.
Аналогично второму варианту пневмоклапана шарик 52 закрывает отверстие второй пробки 54. Эластичная диафрагма 56 прижимает шарик к сферической выемке в торце второй пробки. Подбирая толщину и силу упругости материала диафрагмы, можно подобрать уровень давления, при котором срабатывает пневмоклапан 20. При превышении допустимого уровня давления диаграмма растягивается, отверстие в диаграмме растягивается и шарик выталкивается из отверстия диаграммы. Шарик попадает в полость втулки 57, наполнитель (газ) поступает в полость втулки и через радиальные отверстия 45, приподнимая ниппель 47, попадает в полость пневмоячейки 42.
Для повышение надежности на отверстие 46 в цилиндрической трубке 42 (49) может быть надет ниппель 53, который пропускает газ только в одном направлении. Пневмоячейки могут быть также заполнены затвердевающим пенообразным диэлектриком [1].
Пневмоячейки могут иметь тороидальную или шарообразную форму. Тороидальные пневмоячейки могут быть размещены цепочкой. Тороидальные пневмоячейки занимают меньше места и легче, чем ячейки шарообразной формы.
В качестве наполнителя может быть использован затвердевающий пенообразный диэлектрик, что повышает надежность и долговечность отражателя излучения.
Клапаны могут быть установлены в узловых точках соединения радиальных пневмостоек 15 со второй пневмокамерой.
Пневмоклапаны, заполняющие внешнюю (третью) пневмокамеру 14 (на фиг.10 обозначены кружками), могут быть рассчитаны на более высокое давление Р2, большее, чем Р1, при котором заполняются радиальные пневмостойки 15.
Такие клапаны, рассчитанные на разные давления Р1 и Р2, могут быть использованы для последовательного раскрытия свернутого зеркального полотна 16 сперва по оси ОУ, а затем по оси ОХ (см. фиг.7).
Таким образом, последовательно одна за другой заполняются все пневмоячейки, формируя радиальные стойки 15, а также внешнюю пневмокамеру 14. Таким образом, заполняется вся пневмосистема в целом.
В случае повреждения отдельных пневмоячеек система сохраняет свою форму, т.к. клапаны не пропускают газ в сторону поврежденной пневмоячейки. Таким образом, повышаются надежность и долговечность работы всей системы в целом.
Аналогично прототипу основная и дополнительная гибкие отражающие поверхности могут быть раскрыты изложенным выше методом.
Пленочный отражатель излучения может быть использован в качестве солнечного паруса для беспилотного космического аппарата, а также для подсвета наземных объектов солнечным излучением в ночное время.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| СОЛНЕЧНЫЙ ПАРУСНЫЙ КОРАБЛЬ | 2003 |
|
RU2269460C2 |
| ОТРАЖАТЕЛЬ ИЗЛУЧЕНИЯ | 2000 |
|
RU2185695C1 |
| ПЛЁНОЧНЫЙ ОТРАЖАТЕЛЬ ИЗЛУЧЕНИЯ | 2002 |
|
RU2207675C1 |
| РЕГУЛИРУЕМЫЙ ОТРАЖАТЕЛЬ ИЗЛУЧЕНИЯ | 2000 |
|
RU2183890C2 |
| СИСТЕМА ДЛЯ ПОДСВЕТА ОБЪЕКТА | 1999 |
|
RU2163024C2 |
| СИСТЕМА ПОДСВЕТА ОБЪЕКТА | 1999 |
|
RU2163353C1 |
| ВОЛНОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ (ВАРИАНТЫ) | 2006 |
|
RU2329396C2 |
| ШАГАЮЩАЯ ИНВАЛИДНАЯ КОЛЯСКА | 2009 |
|
RU2404900C1 |
| ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА | 2007 |
|
RU2392487C2 |
| УСТРОЙСТВО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ | 2006 |
|
RU2325550C2 |
Изобретение относится к космической технике, а именно к космической технике связи. Техническим результатом является уменьшение веса и габаритов механизмов упаковки и раскрытия пленочного отражателя излучения. Раскрываемый пленочный отражатель излучения содержит кинематически связанные гибкую отражающую поверхность, средства формирования, выполненные в виде пневмосистем, включающие концентричные пневмокамеры, связанные друг с другом радиальными пневмостойками, а также средства управления ориентацией гибкой отражающей поверхности, выполненные на карданных подвесах. При этом карданные подвесы выполнены в виде взаимодействующих друг с другом первой и второй пневмокамер, кинематически связанных через оси и валы с соответствующими первым и вторым электродвигателями ориентации, выполненными с возможностью неподвижной установки на корпусе космического корабля. Пневмокамеры и пневмосистема средств формирования поверхности пневматически связаны с источником наполнителя (например, газа), а вторая пневмокамера связана с третьей (внешней) пневмокамерой радиальными пневмостойками. Дополнительно предложены варианты устройства. 4 н. и 6 з.п. ф-лы, 15 ил.
| RU 2003128353 А, 27.06.2003 | |||
| ПЛЁНОЧНЫЙ ОТРАЖАТЕЛЬ ИЗЛУЧЕНИЯ | 2002 |
|
RU2207675C1 |
| СИСТЕМА ДЛЯ ПОДСВЕТА ОБЪЕКТА | 1999 |
|
RU2163024C2 |
| ОТРАЖАТЕЛЬ ИЗЛУЧЕНИЯ | 2000 |
|
RU2185695C1 |
| 0 |
|
SU154228A1 | |
| US 3576566 А, 27.04.1971. | |||
