СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КРУПНОГАБАРИТНОЙ ТРАНСФОРМИРУЕМОЙ АНТЕННЫ ЗОНТИЧНОГО ТИПА КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА Российский патент 2010 года по МПК H01Q1/28 H01Q15/16 

Изобретение относится к космической технике, в частности к развертываемым рефлекторам космических антенн, выполненных на основе крупногабаритных стержневых конструкций.

Известная антенна для HALCA (AIAA 2003-1629 Optimal Design of Tension Truss Antennas. A.G. Tibert Royal Institute of Technology Stockholm, Sweden) является антенной с гибридной фермой натяжения. Шесть выдвигаемых мачт поддерживают ферму натяжения с пятью поясами. Для повышения точности поверхности каждый треугольник фермы натяжения разбит на девять более мелких треугольников с помощью вантовой сети, которая поддерживает радиоотражаюшую сетку. Форма вантовой сети контролируется регулировочными растяжками, соединенными с задней фермой натяжения (не идентичной с верхней фермой натяжения).

Наиболее близким является способ изготовления прецизионной трансформируемой антенны (А.В.Иванов. Выбор приводного устройства механизма прецизионного позиционирования трансформируемой антенны космического аппарата. Решетневские чтения: материалы X Международной научной конференции, посвященной памяти генерального конструктора ракетно-космических систем академика М.Ф.Решетнева (8-10 ноября 2006, г.Красноярск)/ Сибирский государственный аэрокосмический университет. - Красноярск, 2006. - 414 с., стр.: 47 и 48), принятый в качестве прототипа.

В настоящее время для КА производства ОАО «ИСС» в качестве перспективных крупногабаритных трансформируемых антенн предполагается использование антенн зонтичного типа с радиальными профилированными спицами, на которых закреплена отражающая поверхность из металлического трикотажного сетеполотна. Данная конструкция по габаритно-массовым характеристикам является наиболее приемлемой для антенн с апертурой 3…5 м.

На этапе вывода КА на целевую орбиту антенна находится в сложенной (транспортировочной) конфигурации. После вывода аппарата на орбиту антенна переводится в раскрытую (орбитальную) конфигурацию. Для выполнения этой задачи в состав антенны входит механизм прецизионного позиционирования (МПП). Трансформируемая антенна в сложенной (транспортировочной) и раскрытой (орбитальной) конфигурациях.

Основной составной частью МПП, обеспечивающей раскрытие антенны из стартового положения в орбитальное, является приводное устройство. Приводное устройство обеспечивает выполнение основных требований, предъявляемых к МПП, а именно:

- обеспечение заданных параметров по кинематике и динамике раскрытия антенны;

- обеспечение размещения антенны в стартовом положении в заданном объеме зоны полезного груза КА;

- обеспечение требуемых массовых характеристик;

- обеспечение заданной надежности раскрытия антенны.

Типичный вариант приводного устройства - пружинный привод для поворота каждой силовой спицы антенны. Там же предложен сложный и дорогостоящий вариант с электромеханическим приводом, синхронизирующим поворот всех спиц и ограничивающим скорость их поворота.

Основным недостатком в процессе разработки и изготовления крупногабаритных трансформируемых антенн зонтичного типа является проблема синхронизации раскрытия особенно противоположных мачт или спиц. Если одна из противоположных мачт или спиц запаздывает при раскрытии, а другая, наоборот, опережает, то вантовая сеть, поддерживающая радиоотражающую сетку, и сама сетка запутываются о не успевшую начать раскрытие вантовую сеть с радиоотражающей сеткой.

Как видно из вышеуказанного, существенными недостатками известных способов изготовления крупногабаритной трансформируемой антенны зонтичного типа являются опасность запутывания вантовых сетей и сетеполотен из-за недостаточной синхронизации и сложность самой синхронизации.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является устранение указанных недостатков, что позволяет более качественно изготавливать крупногабаритные трансформируемые антенны зонтичного типа.

Поставленная задача достигается тем, что перед креплением силовых спиц на центральной ступице их взвешивают и комплектуют попарно с наиболее близким весом, а затем эти пары силовых спиц устанавливают на ступицу диаметрально в противоположных направлениях.

Анализ известных технических решений в исследуемой области позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критериям патентоспособности.

Изобретение поясняется графическим материалом, на котором изображено:

1 - силовые спицы; 2 - центральная ступица рефлектора; 3 - сетеполотно; 4 - вантовая система.

Суть заявленного решения может быть пояснена следующим образом.

В известном способе силовые спицы и мачты комплектуют совместно и устанавливают центральную ступицу, не комплектуя попарно, исходя из минимальной разницы в весе, поэтому диаметрально противоположные спицы или мачты могут иметь значительное расхождения по массе и соответствующие разбросы по моменту инерции при раскрытии, что приводит в некоторых случаях к запутыванию сетеполотна и вантовой системы.

Кроме комплектования попарно силовых спиц, ближайших по массе, и установки их диаметрально в ступицу, предложенный способ изготовления отличается тем, что центральную ступицу сначала подвешивают в горизонтальное положение, а затем попарно устанавливают силовые спицы и контролируют разность расстояния от конца спиц до уровня пола (отметки "0"), которая должна быть в пределах 5%, то есть Δh=h_l -h₂≤5%.

Таким образом, имеющие одинаковую массу и геометрическую конфигурацию спицы, установленные попарно диаметрально в противоположных направлениях, имеют одинаковые моменты инерции и поэтому раскрываются синхронно под воздействием одинаковых сил МПП.

Пример практического исполнения

Для антенны космического аппарата производства ОАО «ИСС» имени академика М.Ф.Решетнева с апертурой 5 м масса, приходящаяся на одну спицу, составила 0,5 кг. Взвешивание приводилось с точностью до 5·10^-3 кг. Были сформированы 8 пар силовых спиц с разницей в массе не более 5% и попарно в диаметрально противоположных направлениях установлены в центральную ступицу. Затем выставили профиль рефлектора по силовым ступицам, установили и закрепили на силовых ступицах сетеполотно и вантовую систему.

Ускоренная киносъемка показала, что по времени попарно установленные диаметрально в противоположных направлениях силовые спицы раскрывались синхронно с разницей по времени не более 5%, разность расстояния от концов противоположных спиц до уровня пола (Δh=h_l-h₂) также не превысила 5%, запутывания вантовых сетей и сетеполотна не наблюдалось. Таким образом, было доказано, что цели, поставленные авторами, достигнуты.

Из известных авторам источников информации и патентных материалов не известна совокупность признаков, сходных с совокупностью признаков заявленных объектов.

Изобретение относится к космической технике, в частности к развертываемым рефлекторам космических антенн, выполненных на основе крупногабаритных стержневых конструкций. Техническим результатом изобретения является усовершенствование способа формирования антенны, повышение качества сборки. Согласно изобретению перед креплением силовых спиц на центральной ступице их взвешивают и комплектуют попарно с наиболее близким весом, а затем эти пары силовых спиц устанавливают на ступицу в диаметрально противоположных направлениях. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ изготовления крупногабаритной трансформируемой антенны зонтичного типа космического аппарата, заключающийся в том, что силовые спицы крепят на центральной ступице рефлектора, затем выставляют профиль рефлектора по силовым спицам, устанавливают и закрепляют на силовых спицах сетеполотно и вантовую систему, отличающийся тем, что перед креплением силовых спиц на центральной ступице их взвешивают и комплектуют попарно с наиболее близким весом, а затем эти пары силовых спиц устанавливают на ступицу в диаметрально противоположных направлениях.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что центральную ступицу подвешивают в горизонтальном положении, а затем попарно устанавливают силовые спицы и контролируют разность расстояния от конца силовых спиц до уровня пола (отметки "О") в пределах 5%, выполняя условие Δh=h₁-h₂≤5%.