РЕФЛЕКТОР РАЗВЕРТЫВАЕМОЙ АНТЕННЫ Российский патент 2009 года по МПК H01Q15/20 

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в качестве крупногабаритного космического складного рефлектора с параболической или другой криволинейной образующей диаметром несколько десятков метров. Рефлектор может применяться в качестве параболической антенны, отражателя солнечного света для освещения поверхности Земли в ночное время, в качестве отражателя волновой энергии, излучаемой Солнцем, и как солнечный парус.

Известны развертываемые рефлекторы [1]-[3], содержащие центральную часть и соединенные с ней радиальные ребра: составные - [1] и упругие - [2] и [3]. Отражатели, описанные в [1] и [2], обладают низкой точностью воспроизведения параболоида вращения и сложны конструктивно, что ограничивает область их применения. Отражатель, описанный в [3], также сложен, кроме того, представляет собой только часть полезной площади параболоида.

Известны также двухуровневые структуры, содержащие отражающее и формообразующее полотна, дистанционно расположенные друг к другу и связанные между собой гибкими стяжками, описанные в [4]-[7]. Недостатками рефлекторов по [4]-[6] являются малые соотношения габаритов в транспортном и развернутом положении и сравнительно большие затраты массы в расчете на единицу полезной площади рефлектора. Недостатками рефлектора, описанного в [7], являются: незащищенность от метеорного воздействия и дополнительные энергозатраты на поддержание рефлектора в рабочем состоянии, так как давление в надувном, трубчатом опорном обруче должно быть в определенных пределах при значительных перепадах температур, сопутствующих работе в открытом космосе.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является выбранный в качестве прототипа крупногабаритный космический складной рефлектор [8], содержащий ступицу, радиальные, спирально сворачиваемые ребра с закрепленным на них отражающим полотном, кроме того, рефлектор содержит изогнутые ребра, натяжной барабан, рамки, механизм развертывания.

Недостатками данного рефлектора являются: низкая точность воспроизведения параболоида (отражающая поверхность аппроксимирована плоскостями), изогнутые ребра профилированы по толщине, что вместе с рамками увеличивает габариты рефлектора в транспортном положении, наличие механизма развертывания снижает надежность раскрытия рефлектора, а изогнутые ребра увеличивают затраты массы конструкции в расчете на единицу полезной площади рефлектора.

Технической задачей изобретения является упрощение конструкции рефлектора и стремление получить меньшие затраты массы конструкции в расчете на единицу полезной площади рефлектора.

Поставленная задача решается тем, что введены замкнутые пояса, состоящие из двух частей: внутренней - гибкой и внешней - складной. Внутренний пояс жестко соединен с ребрами, а внешний пояс образован упругими планками, шарнирно соединенными с ребрами и между собой. Планки имеют ограничитель поворота. На планках установлены шарнирно соединенные с ними тяги, которые шарнирно связаны между собой. Через общие шарниры планок и общие шарниры тяг пропущен трос с закрепленными на нем упорами. Трос вместе с внешним поясом служит каркасом для закрепления на нем формообразующего полотна. Между общим шарниром планок и общим шарниром тяг соосно с тросом установлена пружина сжатия. Число радиальных ребер и поясов определяется из условия обеспечения необходимого расстояния между формообразующим и отражающим полотнами.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен рефлектор в рабочем положении, на фиг.2 - рефлектор в транспортном положении (транспортный контейнер не показан), на фиг.3 - рефлектор в промежуточном положении, на фиг.4 - узел А в увеличенном масштабе в рабочем положении, на фиг.5 - узел Б в увеличенном масштабе в рабочем положении.

Рефлектор содержит ступицу 1, радиальные ребра 2, планки 3, шарниры 4, 5, 6, 7, тяги 8, гибкий пояс 9, отражающее полотно 10, трос 11, формообразующее полотно 12, гибкие стяжки 13, пружину 14, упор 15, ограничители 16.

Ступица 1 представляет собой силовой элемент, с которым жестко соединены гибкие радиальные ребра 2. По сути, ребро представляет собой плоскую пружину, выполненную из высокопрочной стали или углепластика. Планки 3, выполненные из того же материала, что и ребра, посредством шарниров 4 соединены с ребрами и между собой и представляют собой внешнюю (складную) часть введенного пояса. С другого конца планки объединены шарниром 5. Вблизи этого шарнира расположены тяги 8, объединенные шарниром 7 и связанные с планками 3 шарнирами 6. Через шарниры 4 пропущен гибкий пояс 9, представляющий собой внутреннюю часть введенного пояса. Он выполнен из гибкого малорастяжимого материала, например стального троса. Отражающее полотно 10 закреплено на ребрах 2 и гибких поясах 9 и выполнено, в зависимости от назначения, либо из светоотражающего, либо из токопроводного материала. Через общие шарниры 5 планок и общие шарниры 7 тяг 8 пропущен трос 11, который вместе с планками 3 служит складным каркасом для закрепления на нем формообразующего полотна 12. Последний может быть сделан из того же материала, что и отражатель, а лучше из материала с более высоким модулем упругости. Гибкие стяжки 13 связывают отражающий и формообразующий материалы. Их длина, число и расположение определяют степень аппроксимациии к требуемой форме отражателя. Между шарнирами 5 и 7 соосно с участком троса 11 расположена пружина 14. Она предназначена для доводки при разворачивании рефлектора планок 3 до рабочего положения и удержания в этом положении. Упор 15, закрепленный на тросе, 11 служит для образования постоянного натяга пружины 14. Ограничители 16, выполненные заодно с планками 3, препятствуют повороту планок 3 из рабочего положения.

В свернутом положении рефлектор выводится на орбиту искусственного спутника. После выведения на орбиту проводится операция развертывания рефлектора. По команде системы управления раскрывается транспортный контейнер. Под действием сил упругости ребра 2 и планки 3 разворачиваются и принимают рабочее положение. При этом формообразующее полотно, натянутое на каркас, образованный планками 3 и тросом 11, распрямляется и через гибкие стяжки 13 приводит отражающее полотно 10 в рабочее состояние.

Изобретение по сравнению с прототипом повышает точность воспроизведения параболической или другой (конус, сфера, эллипсоид) отражающей поверхности. У прототипа отражающая поверхность аппроксимирована плоскостями, количество которых ограничено числом радиальных и изогнутых ребер. В предлагаемом изобретении количество таких плоскостей ограничено числом гибких стяжек. Отсутствие рамок и изогнутых, профилированных по толщине ребер снижает габариты рефлектора в транспортном положении. Отсутствие механизма развертывания увеличивает надежность раскрытия рефлектора. Все выше перечисленное снижает затраты массы конструкции в расчете на единицу полезной площади рефлектора и увеличивает коэффициент использования поверхности. Предлагаемая конструкция может быть изготовлена на предприятиях, специализирующихся на изготовлении космической техники.

Источники информации

1. Патент США №3406404, НКИ/США 343-915.

2. Патент США №4608571, МПК 4 H01Q 15/20.

3. Патент Росси №2093934, МПК 6 H01Q 15/20.

4. Патент Японии №1-45762, МПК 4 H01Q 15/20.

5. Патент Японии №3-17405, МПК 5 H01Q 15/20.

6. Патент США №5864324, МПК 6 H01Q 15/20.

7. Патент США №5990851, МПК 6 H01Q 15/20.

8. Патент Росси №2101811, МПК 6 H01Q 15/20.

Изобретение может использоваться как крупногабаритный космический складной рефлектор с параболической или другой криволинейной образующей диаметром несколько десятков метров. Рефлектор может применяться как отражатель солнечного света, для освещения поверхности Земли в ночное время, как отражатель волновой энергии, излучаемой Солнцем, и как солнечный парус. Рефлектор содержит ступицу, радиальные, спирально сворачиваемые ребра с закрепленным на них отражающим полотном, формообразующее полотно, дистанционно расположенное к отражающему и связанное с ним гибкими стяжками, в него введены замкнутые пояса из двух частей: внутренней - гибкой и внешней - складной, внутренний пояс жестко соединен с ребрами, а внешний пояс образован упругими планками, шарнирно соединенными с ребрами и между собой. Планки шарнирно соединены между собой и с тягами и имеют ограничитель поворота. Через общие шарниры планок и общие шарниры тяг пропущен трос с упорами. Трос вместе с внешним поясом служит каркасом для закрепления формообразующего полотна. Между общим шарниром планок и общим шарниром тяг соосно с тросом установлена пружина сжатия. Число радиальных ребер и поясов определяется необходимым расстоянием между формообразующим и отражающим полотнами. Изобретение упрощает конструкцию рефлектора и уменьшает массу конструкции. 5 ил.

Рефлектор развертываемой антенны, содержащий ступицу, радиальные, спирально сворачиваемые ребра с закрепленным на них отражающим полотном, формообразующее полотно, дистанционно расположенное к отражающему и связанное с ним гибкими стяжками, отличающийся тем, что введены замкнутые пояса, состоящие из двух частей: внутренней - гибкой - и внешней - складной, внутренний пояс жестко соединен с ребрами, а внешний пояс образован упругими планками, шарнирно соединенными с ребрами и между собой, планки имеют ограничитель поворота, на планках установлены шарнирно соединенные с ними тяги, шарнирно связанные между собой, через общие шарниры планок и общие шарниры тяг пропущен трос с закрепленными на нем упорами, трос вместе с внешним поясом служит каркасом для закрепления на нем формообразующего полотна, между общим шарниром планок и общим шарниром тяг соосно с тросом установлена пружина сжатия, число радиальных ребер и поясов определяется из условия обеспечения необходимого расстояния между формообразующим и отражающим полотнами.