ЗОНТИЧНАЯ АНТЕННА КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА Российский патент 2009 года по МПК H01Q15/16 

Изобретение относится к космической технике, в частности к зеркальным антеннам с раскрываемым (развертываемым) крупногабаритным рефлектором зонтичного типа.

В настоящее время на телекоммуникационных спутниках широко используются зонтичные антенны с раскрываемым (развертываемым) крупногабаритным (осесимметричным или осенесимметричным) рефлектором: см. конструкции таких антенн на стр.7-12 в монографии «Гряник М.В., Ломан В.И. Развертываемые зеркальные антенны зонтичного типа. М.: «Радио и связь», 1987» [1]; и в материалах «AIAA 93-1460. Design and Development of a Deployable Mesh Antenna for MUSES-B Spacecraft. M.C.Natori, Tadashi Takano», Toshio Inoue and Takahiko Noda [2].

Вышеуказанные антенны, установленные на космических аппаратах, на участке выведения их на рабочую орбиту находятся в свернутом, транспортировочном положении.

После выведения космического аппарата на рабочую орбиту рефлекторы антенн раскрываются в рабочее положение.

Одним из основных требований к вышеуказанным антеннам [1], [2] является надежное раскрытие их рефлекторов с транспортировочного в рабочее положение, исключив при этом взаимное зацепление и запутывание между собой элементов в процессе раскрытия рефлектора.

Анализ источников информации показал, что наиболее близким по технической сути прототипом предлагаемой зонтичной антенны космического аппарата является техническое решение [2].

Вышеуказанная антенна [2] содержит следующие основные элементы (см. фиг.5, 6, 7, 8): облучатель 1 и рефлектор 2, включающий в себя: центральный узел 2.1, соединенный с ним силовой каркас, выполненный в виде удлиняющихся спиц 2.2, механически связанный с сетеполотном 2.3 через формообразующую структуру, выполненную в виде периферийных шнуров 2.6, шнуров натяжения поверхности 2.4 и внутренних шнуров натяжения 2.5 и стяжных нитей 2.7 между шнурами 2.4 и 2.5, и сетку 2.8, расположенную с противоположной стороны от раскрыва рефлектора на внутренних шнурах натяжения 2.5 формообразующей структуры; 2.8.1 - сквозная свободная ячейка сетки 2.8.

Для подтверждения надежности раскрытия рефлектора с транспортировочного в рабочее положение при наземных испытаниях проводят, например, до 10 циклов раскрытия рефлектора в рабочее положение (ресурсные испытания). В процессе таких испытаний опытного (отработочного) рефлектора, подобного [2], установлено:

- в связи с тем, что спицы 2.2 выполнены в виде трансформируемой конструкции, есть случаи зацепления шнуров и стяжных нитей за элементы спиц в процессе укладки в транспортировочное положение и раскрытия рефлектора;

- есть случаи запутывания стяжных нитей между собой и со шнурами из-за зацепления их за некоторые ячейки 2.8.1 сетки 2.8 в процессе укладки рефлектора в транспортировочное положение и раскрытие рефлектора.

Таким образом, вышеуказанный рефлектор [2] обладает недостаточно высокой надежностью раскрытия его с транспортировочного в рабочее положение.

Целью предлагаемого авторами технического решения является устранение вышеперечисленных существенных недостатков.

Поставленная цель достигается выполнением конструкции зонтичной антенны космического аппарата, состоящей из облучателя и раскрываемого рефлектора, включающего в себя центральный узел, соединенный с ним силовой каркас, выполненный в виде спиц, механически связанный с сетеполотном через формообразующую структуру, выполненную в виде шнуров и стяжных нитей, и сетку, расположенную с противоположной стороны от раскрыва рефлектора на формообразующей структуре, таким образом, что на спицы надеты чехлы, а сетка выполнена в виде экранов, расположенных между двумя соседними спицами, изготовленные (чехлы и экраны) из эластичного тонкого материала с низкой электропроводностью, сквозные свободные ячейки которого имеют меньшие размеры по сравнению с минимально возможными размерами сечений стяжных нитей и шнуров, причем каждый экран одной радиальной граничной зоной приклеен к поверхности чехла конкретной спицы, а другой радиальной граничной зоной соединен посредством липучки-застежки с наружной поверхностью граничной зоны соседнего экрана, что и является, по мнению авторов, существенными отличительными признаками предлагаемого авторами технического решения.

В результате анализа, проведенного авторами известной патентной и научно-технической литературы, предложенное сочетание существенных отличительных признаков заявляемого технического решения в известных источниках информации не обнаружено и, следовательно, известные технические решения не проявляют тех же свойств, что в заявляемой конструкции зонтичной антенны.

Сущность изобретения поясняется фиг.1, 2, 3, 4.

Фиг.1 - общий вид предложенной авторами зонтичной антенны космического аппарата, где 1 - облучатель; 2 - рефлектор, включающий в себя: центральный узел 2.1, соединенный с ним силовой каркас, выполненный в виде спиц 2.2 (удлиняющихся или вариантное исполнение - неудлиняющихся); 2.2.1 - надетые на спицы 2.2 чехлы, изготовленные из эластичного тонкого материала (для обеспечения снижения массы) с низкой электропроводностью (для сведения к минимуму влияния чехла на электрические характеристики сетеполотна); кроме того, сквозные свободные ячейки материала чехлов имеют меньшие размеры по сравнению с минимально возможными размерами сечений стяжных нитей (например, ≈1 мм) и шнуров (например, ≈3 мм) - чехлы 2.2.1 изготовлены, например, из полиэтилентерефталатной пленки с толщиной 50 мкм или из сетки из полиимидных нитей с толщиной 50 мкм, сквозные свободные ячейки которой имеют меньшие размеры по сравнению с минимально возможными размерами поперечных сечений стяжных нитей и шнуров, что исключает зацепление стяжных нитей и шнуров за ячейки сетки чехлов 2.2; 2.3 - сетеполотно, изготовленное, например, из трикотажной ткани из вольфрамовых нитей, покрытой тонким слоем золота (на данной фиг.1 шнуры 2.4, 2.5, 2.6, стяжные нити 2.7 условно не показаны - они показаны на фиг.2, 3, 4).

Фиг.2 - вид А предложенной антенны со стороны расположения экранов, где 2.2 - спицы (6 шт.); 2.6 - шнуры (периферийные); 2.8 - экраны (6 шт.).

Фиг.3 - местное сечение Б-Б рефлектора, где 2.3 - сетеполотно; 2.4 - шнур натяжения поверхности для расположения сетеполотна 2.3; 2.5 - внутренний шнур натяжения; 2.7 - стяжные нити; 2.8 - экран; местное сечение Г-Г рефлектора, где 2.2 - спица; 2.2.1 - чехол; 2.8 - экран; 2.9 - клей; 2.10 - липучка-застежка (например, застежка текстильная белая, ширина 25 мм; крючковая лента ГОСТ 30019.1-93); экраны 2.8 изготовлены из эластичного тонкого материала (для обеспечения снижения массы) с низкой электропроводностью (для сведения к минимуму влияния экранов на электрические характеристики сетеполотна); кроме того, сквозные свободные ячейки экранов имеют меньшие размеры по сравнению с минимально возможными размерами сечений стяжных нитей (например, ≈1 мм) и шнуров (например, ≈3 мм) - экраны 2.8 изготовлены, например, из полиэтилентерефталатной пленки с толщиной 50 мкм или из сетки из полиимидных нитей с толщиной 50 мкм, сквозные свободные ячейки которой имеют меньшие размеры по сравнению с минимально возможными размерами поперечных сечений стяжных нитей и шнуров, что исключает зацепление стяжных нитей и шнуров за ячейки сетки экранов 2.8.

В настоящее время согласно предложенному авторами техническому решению изготовлен опытный образец антенны.

Исходное положение антенны после окончательной юстировки рефлектора (в процессе юстировок рефлектора для удобства работ экраны открыты - они временно технологически прикреплены к спицам, к которым они приклеены) перед приведением в транспортировочное положение - антенна установлена раскрывом рефлектора вверх от Земли; свободные радиальные граничные зоны экранов 2.8 между спицами (см. фиг.3) рефлектора присоединены посредством липучки-застежки 2.10 с наружной поверхностью граничной зоны соседнего экрана 2.8.

Как показали испытания на раскрытие рефлектора с транспортировочного в рабочее положение, в результате наличия вышеуказанных соответствующих экранов 2.8 между спицами 2.2 исключается запутывание упругих стяжных нитей 2.7 и шнуров 2.4, 2.5, 2.6 между собой и с ячейками экранов 2.8, а ввиду наличия на внешней поверхности конструкции спиц 2.2 специальных вышеуказанных чехлов 2.2.1 исключается зацепление упругих стяжных нитей 2.7 и шнуров 2.4, 2.5, 2.6 за конструкцию спиц 2.2 и происходит надежное развертывание рефлектора в рабочее положение, то есть на орбите будет обеспечиваться надежное развертывание (раскрытие) рефлектора в рабочее положение.

Таким образом, в результате выполнения конструкции зонтичной антенны космического аппарата согласно предложенному авторами техническому решению достигаются цели изобретения.

Изобретение относится к космической технике, в частности к зеркальным антеннам с развертываемым крупногабаритным рефлектором зонтичного типа. Технический результат изобретения состоит в повышении надежности раскрытия рефлектора. Зонтичная антенна состоит из облучателя и раскрываемого рефлектора, включающего в себя центральный узел, соединенный с ним силовой каркас, выполненный в виде спиц, механически связанный с сетеполотном через формообразующую структуру, выполненную в виде шнуров и стяжных нитей, и сетку, расположенную с противоположной стороны от раскрыва рефлектора на формообразующей структуре. Технический результат достигается за счет того, что на спицы надеты чехлы, а сетка выполнена в виде экранов, расположенных между двумя соседними спицами и изготовленных из эластичного тонкого материала с низкой электропроводностью. Сквозные свободные ячейки экранов имеют меньшие размеры по сравнению с минимально возможными размерами сечений стяжных нитей и шнуров. Каждый экран одной радиальной граничной зоной приклеен к поверхности чехла конкретной спицы, а другой радиальной граничной зоной соединен посредством липучки-застежки с наружной поверхностью граничной зоны соседнего экрана. 8 ил.

Зонтичная антенна космического аппарата, состоящая из облучателя и раскрываемого рефлектора, включающего в себя центральный узел, соединенный с ним силовой каркас, выполненный в виде спиц, механически связанный с сетеполотном через формообразующую структуру, выполненную в виде периферийных шнуров, шнуров натяжения поверхности и внутренних шнуров натяжения, стяжных нитей между ними, и сетку, расположенную с противоположной стороны от раскрыва рефлектора на внутренних шнурах натяжения формообразующей структуры, отличающаяся тем, что на спицы надеты чехлы, а сетка выполнена в виде экранов, расположенных между двумя соседними спицами и изготовленных из эластичного тонкого материала с низкой электропроводностью, сквозные свободные ячейки которых имеют меньшие размеры по сравнению с минимально возможными размерами сечений стяжных нитей и шнуров, причем каждый экран одной радиальной граничной зоной приклеен к поверхности чехла конкретной спицы, а другой радиальной граничной зоной соединен посредством липучки-застежки с наружной поверхностью граничной зоны соседнего экрана.