КРУПНОГАБАРИТНЫЙ РАЗВЕРТЫВАЕМЫЙ ОТРАЖАТЕЛЬ ДЛЯ СПУТНИКОВОЙ АНТЕННЫ Российский патент 2017 года по МПК H01Q1/28 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к крупногабаритному развертываемому отражателю для спутниковой антенны.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Как известно, спутниковые системы связи используют спутники, размещенные на геостационарной орбите и оснащенные устройством, которое может принимать, усиливать и передавать радиосигналы посредством одной или более параболических антенн.

Сравнительно недавно разработанная спутниковая антенна содержит крупногабаритные развертываемые антенны, а именно параболические антенны, имеющие отражатель, оснащенный подвижно соединенной поддерживающей конструкцией, выполненной с возможностью принимать компактную сложенную конфигурацию во время запуска спутника и автоматически открываться в пространстве, когда спутник достигает заданного орбитального положения, чтобы принять жесткую развернутую конфигурацию.

Отражатель этого типа обычно имеет диаметр в диапазоне от 5 до 16 метров и содержит отражающую часть, которая очевидно не является жесткой, а выполнена из некоторого легкого, электропроводящего материала, так что он может быть сложен вместе с опорной конструкцией, когда последняя находится в вышеупомянутой сложенной конфигурации, и становится туго натянутой в пространстве, когда опорная конструкция принимает развернутую конфигурацию на орбите.

Крупногабаритный развертываемый отражатель дополнительно содержит множество других компонентов, в том числе по меньшей мере один механический элемент, соединяющий опорную конструкцию со спутником, средства удержания опорной конструкции в сложенной конфигурации во время запуска, механизмы развертывания опорной конструкции и множество аппаратных устройств для контроля балансировки отражателя.

В целом, конструкция отражателя вышеописанного типа является чрезвычайно сложной, особенно если принять во внимание строгие требования, которым должен удовлетворять отражатель в отношении веса и объема, которые в сложенной конфигурации должны оставаться в определенных пределах полезной нагрузки ракеты-носителя искусственных спутников, и, в целом, в отношении механических свойств с точки зрения прочности и надежности, которыми должны обладать отражатель и, в частности, опорная конструкция для того, чтобы гарантировать, что перемещения на фазе открывания на орбите будут выполнены правильным образом и что окончательная развернутая конфигурация отражателя точно соответствует предусмотренной проектной конфигурации.

До настоящего времени были предложены различные технические решения для крупногабаритных развертываемых отражателей, однако, ввиду вышеописанных причин, большинство из них не оказалось удовлетворительными на практике.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является создание крупногабаритного развертываемого отражателя усовершенствованного типа для спутниковой антенны.

Согласно настоящему изобретению предложен крупногабаритный развертываемый отражатель для спутниковой антенны, охарактеризованный в прилагаемой формуле изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Изобретение описано ниже со ссылками на прилагаемые чертежи, которые иллюстрируют неограничивающий вариант его осуществления, при этом:

- на фиг. 1 показан вид в аксонометрии, с удаленными для ясности частями, предпочтительного варианта осуществления отражателя согласно настоящему изобретению, который установлен на спутнике;

- на фиг. 1a показан вид сбоку с фиг. 1, с удаленными для ясности частями;

- на фиг. 1b схематически показан вид спереди детали, показанной на фиг. 1, в двух разных функциональных конфигурациях;

- на фиг. 2 показан вид в аксонометрии, с удаленными для ясности частями, детали отражателя с фиг. 1;

- на фиг. 3 показан вид спереди детали с фиг. 2 в соответствии с тремя различными вариантами осуществления изобретения;

- на фиг. 4 показана, в увеличенном масштабе, деталь с фиг. 2;

- на фиг. 5 показан вид в аксонометрии детали с фиг. 4;

- на фиг. 6a, 6b и 6c показан тетраэдр с фиг. 4, расположенный в соответствующих разных функциональных конфигурациях;

- на фиг. 7 показана деталь с фиг. 6b в увеличенном масштабе и с удаленными для ясности частями;

- на фиг. 8a и 8b показаны виды в аксонометрии детали с фиг. 2 в соответствующих функциональных конфигурациях;

- на фиг. 9 показана, в увеличенном масштабе, деталь с фиг. 8b;

- на фиг. 10 показана, в увеличенном масштабе, дополнительная деталь с фиг. 8b;

- на фиг. 11a и 11b показана, в увеличенном масштабе, деталь с фиг. 8 в соответствующих рабочих конфигураций;

- фиг. 12 представляет собой вид сверху фиг. 2;

- на фиг. 13 показан вид в аксонометрии в увеличенном масштабе, детали отражателя с фиг. 1;

- на фиг. 14 показан вертикальный вид сбоку отражателя на фиг. 1 с удаленными для ясности частями;

- на фиг. 15 показана в увеличенном масштабе деталь с фиг. 1;

- на фиг. 16a показан отражатель с фиг. 1 в сложенной конфигурации;

- на фиг. 16b показана деталь с фиг. 16a в другой рабочей конфигурации;

- на фиг. 16c показан вертикальный вид сбоку детали с 16a в увеличенном масштабе;

- на фиг. 17 показан вид детали с фиг. 16 в аксонометрии в увеличенном масштабе;

- на фиг. 18a и 18b показаны, в плоскости и с удаленными для ясности частями, соответствующие варианты отражателя с фиг. 1;

- на фиг. 19 схематически показаны соотношения размеров между вариантами на фиг. 3.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Со ссылками на фиг. 1 номер позиции 1 показывает целиком отражатель антенны, установленной на спутнике 2 (известного типа) для телекоммуникации, навигации, радионауки и/или наблюдения за Землей. Спутники этого типа, как правило, размещены на геостационарной орбите и содержат центральный модуль 3, который функционирует в качестве транспортного средства для антенны и содержит, известным образом, множество компонентов, в том числе, например, двигатели и приводные устройства, устройства теплоконтроля, устройства управления балансировкой и орбитой, устройства обработки данных и устройства питания энергией, выполненные с возможностью преобразования солнечной радиации в электрическую энергию посредством системы 4 солнечных батарей.

Отражатель 1 представляет собой отражатель развертываемого типа, или, скорее, выполнен с возможностью принимать компактную сложенную конфигурацию на этапе запуска спутника 2 и автономно открываться в пространстве, когда спутник 2 достигает заданную орбиту для принятия развернутой конфигурации с достаточной жесткостью, чтобы он мог быть ориентирован точным образом в нужном направлении ориентации.

Схематически отражатель 1 может быть разделен на три основных компонента (которые описаны ниже): узел 5 отражателя, содержащий отражающее параболическое зеркало 5а для приема и передачи электромагнитных сигналов, опорную конструкцию 6 для узла 5 отражателя и соединительное устройство 7 для присоединения отражателя 1 к центральному модулю 3.

Как можно лучше видеть на фиг. 2, опорная конструкция 6 представляет собой составную сетчатую конструкцию, содержащую n сборочных, блоков, где n представляет собой целое число, большее или равное трем, предпочтительно 6, 7 или 8, каждый из которых представляет собой подвижный элемент, выполненный с возможностью перехода между закрытой или сложенной конфигурацией и открытой или развернутой конфигурацией. В развернутой конфигурации опорной конструкции 6 указанные подвижные элементы принимают форму тетраэдров 8, т.е. пирамид, имеющих равносторонний или равнобедренный треугольник в качестве основания 9 и соединенных друг с другом для формирования кольцеобразной конструкции, с которой соединен отражатель 5.

Геометрическое расположение тетраэдров 8 ясно видно на фиг. 3, где показана, в качестве примера, планарная протяженность опорной конструкции 6 в трех различных конфигурациях: гексагональной, т.е. состоящей из шести тетраэдров 8, гептагональной, т.е. состоящей из семи тетраэдров 8, и восьмиугольной, т.е. состоящей из восьми тетраэдров 8. Независимо от количества тетраэдров, образующих опорную конструкцию 6, можно отметить, что треугольные основания 9 соединены друг с другом для придания опорной конструкции 6 звездообразной формы и для ограничения между ними многоугольника, вписанного в эллипс 10, размеры которого представляют собой один из конструктивных параметров для геометрии опорной конструкции 6 и который соответствует плоскости раскрыва параболического зеркала 5a. Тетраэдры 8 расположены вокруг эллипса 10 симметричным образом по отношению к оптической плоскости Xo-Zo, которая является плоскостью, проходящей через основную ось эллипса 10 и перпендикулярную к плоскости, в которой лежит эллипс 10. Другими словами, каждый тетраэдр 8 равен, или, скорее, имеет те же размеры и такое же отношение основание/высота, как тетраэдр 8, симметричный к нему по отношению к оптической плоскости Xo-Zo.

Как показано на фиг. 2 и 3, каждое треугольное основание 9 содержит внутреннюю сторону 9a, обращенную к центру O эллипса 10, и внешнюю вершину 11, противоположную внутренней стороне 9a. Основания 9 соединены друг с другом на осевых концах соответствующих внутренних сторон 9a, при этом в развернутой конфигурации они не все лежат в одной и той же плоскости, а повернуты таким образом, что соответствующие внешние вершины 11 идеальным образом лежат на конусе C, касательном к параболическому зеркалу 5a (фиг. 1a). В случае, когда основание 9 представляет собой равносторонний треугольник, сторона 9a, очевидно, является любой из трех сторон основания 9, в то время как в случае, когда основание 9 представляет собой равнобедренный треугольник, сторона 9а является стороной с длиной, отличной от длины двух других сторон.

Как показано на фиг. 4, где детально показана конструкция каждого тетраэдра 8, находящегося в открытой или развернутой конфигурации, каждое основание 9 содержит три стержня 12, каждый из которых содержит, в свою очередь, два элемента 13, лежащих в одной и той же плоскости и соединенных друг с другом с помощью шарнира 14 с плоской пружинной с постоянным крутящим моментом, которые, вместе с соответствующей парой элементов 13, образуют циркуль с одной степенью свободы, который выполнен с возможностью работы, как показано ниже, во время развертывания отражателя 1 для поворота двух элементов 13 вокруг шарнирной оси 15, перпендикулярной к плоскости, в которой лежат элементы 13 и, таким образом, для обеспечения в результате управляемого развертывания соответствующего тетраэдра 8.

На фиг. 5 показан пример шарнира 14 с плоской пружиной, находящегося в развернутой конфигурации, соответствующей открытой конфигурации тетраэдра 8. Каждый шарнир 14 содержит два кронштейна 16, которые шарнирно соединены друг с другом вокруг оси 15 и жестко соединены друг с соответствующим осевым концом соответствующего элемента 13. Шарнир 14 дополнительно содержит плоскую пружину 17 постоянного момента (известного типа), содержащую, в свою очередь, стальную ленту 18, первый конец которой прикреплен к катушке 19, жестко установленной на одном из двух кронштейнов 16 в положении, соосном с осью 15, а второй конец прикреплен к намоточному барабану 20, выполненному за одно целое с другим кронштейном 16 и соосному с осью, параллельной оси 15. Наконец, шарнир 14 оснащен угловым блокирующим устройством 20a с функцией предотвращения поворота двух кронштейнов 16 по отношению друг к другу вокруг оси 15 после того, как тетраэдр 8 достиг открытой конфигурации. В частности, угловое блокирующее устройство содержит штифт 20b, ось которого параллельна оси 15 и который установлен, со вставкой пружины, на периферийной части пластины, выполненной за одно целое с одним из двух кронштейнов 16 и соосной с осью 15, так что он выступает из пластины по направлению к другому кронштейну 16. Когда два кронштейна 16 поворачиваются относительно друг друга, обеспечивается поворот стержня 20b вокруг оси 15, пока он не будет выровнен с отверстием, выполненным на части другого кронштейна 16 и не войдет в него с защелкиванием.

Как показано на фиг. 4, каждый тетраэдр 8 дополнительно содержит три ребра 21, каждое из которых образует, с соответствующим стержнем 12, треугольную грань тетраэдра 8 и, вместе с другими двумя ребрами 21, образует вершину 22, противоположную основанию 9. Ребра 21 соединены друг с другом в вершине 22 при помощи центрального втулочного шарнира 23, что позволяет каждому ребру 21 колебаться при использовании вокруг-соответствующей оси 24, перпендикулярной к соответствующей плоскости, проходящей через ребро 21 и перпендикулярной основанию 9.

На другом конце к концу, соединенному с центральным втулочным шарниром 23, каждое ребро 21 вместе с соответствующей парой стержней 12 сходится к соответствующему углу основания 9; при этом, в частности, два ребра из ребер 21 проходят от вершины 22 к соответствующим осевым концам стержня 12, образуя внутреннюю сторону 9а и соединены друг с другом с помощью соответствующего тройного соединения 25 (конструкция которого описана более подробно ниже), что позволяет каждому ребру 21 поворачиваться вокруг соответствующей оси 26, параллельной соответствующей оси 24 во время развертывания тетраэдра 8. Другое ребро 21 проходит от вершины 22 к внешней вершине 11 и соединяется с соответствующей парой стержней 12 при помощи соединения 25a, выполненного с возможностью обеспечения поворота двух стержней 12 и ребра 21 вокруг соответствующих осей, каждая из которых параллельна соответствующей оси вращения соответствующего стержня или ребра в центральном втулочном шарнире 23.

Как показано на фиг. 6, каждый тетраэдр 8 выполнен так, чтобы принимать открытую или развернутую конфигурацию на фиг. 4 на конце этапа открытия, выполняемого начиная со сложенной конфигурации (фиг. 6a), в которой элементы 13 стержней 12 и ребра 21 расположены параллельно друг другу и собраны вместе с образованием компактной цилиндрической группы. Стержни 12 и ребра 21 удерживаются в сложенной конфигурации посредством внешних ограничений, которые рассмотрены ниже. В тот момент времени, когда эти внешние ограничения больше не существуют, каждый тетраэдр 8 может свободно развернуться под воздействием тягового усилия соответствующих плоских пружин 17, которые обеспечивают поворот элементов 13 каждого стержня 12 вокруг соответствующих осей 15, так чтобы открываться как циркуль, пока они не будут выровнены в осевом направлении друг с другом. Во время развертывания тетраэдра 8 (фиг. 6b и 6c) открывающийся конус угла вершины 22 постепенно расширяется, при этом ребра 21 развертываются с поворотом вокруг соответствующих осей 24 и 26. Скорость этого зонтикообразного открывающего перемещения тетраэдра 8 контролируется демпфером 27, установленным на центральном втулочном шарнире 23.

Как показано на фиг. 4 и более подробно представлено на фиг. 7, демпфер 27 предпочтительно представляет собой линейный гидравлический демпфер, содержащий цилиндр 28, проходящий через центральный втулочный шарнир 23 и вдоль основной оси 29 тетраэдра 8, и стержень 30, установленный с возможностью скольжения внутри цилиндра 28, выступающий от нижнего конца цилиндра 28 и обращенный к основанию 9. Демпфер 27 соединен с тремя ребрами 21 при помощи трех радиально расположенных рычагов 31, каждый из которых шарнирно соединен на одном конце с соответствующим ребром 21 и на противоположном конце с нижним концом стержня 30, так чтобы обеспечить при использовании возможность любого наклона и содействия открывающему перемещению ребер 21 и в то же время сохранять правильные кинематические ограничения между компонентами тетраэдра 8.

Как показано на фиг. 2, вершины 22 тетраэдров 8 соединены друг с другом с помощью подвижного венца связей 32, выполненных с возможностью следовать открытию тетраэдров 8 и, когда их открытие завершено, направлять поворот тетраэдров 8 вокруг внутренних сторон 9а соответствующих оснований 9 для перехода опорной конструкции 6 в конечную развернутую конфигурацию.

В частности, как показано на фиг. 8a, 8b и 10, каждая венчающая связь 32 содержит две части 33 равной длины, лежащие в одной плоскости и соединенные друг с другом подвижным образом с помощью шарнира 34 демпфера постоянного момента, пример которого показан на фиг. 10. В частности, шарнир 34 является шарниром с плоской пружиной, содержащим два кронштейна 35, жестко соединенные с соответствующими осевыми концами частей 33 и шарнирно соединенные друг с другом с возможностью поворота вокруг оси 36, перпендикулярной к плоскости, в которой лежат части 33. Шарнир 34 дополнительно содержит две плоские пружины 37 постоянного момента (известного типа и аналогичные пружинам шарнира 14), поворотный демпфер 38, расположенный на одном из кронштейнов 35 в положении, соосном с осью 36, и блокирующее устройство 20a, функционально то же самое, что блокирующее устройство шарнира 14.

Как показано на фиг. 8a и 8b и на фиг. 9, на противоположном конце к концу, соединенному с шарниром 34, каждая часть 33 соединена с вершиной 22 соответствующего тетраэдра 8 при помощи шарнирного соединения 39, содержащего (фиг. 9) рычаг 40, который установлен с возможностью поворота по отношению к центральному втулочному шарниру 23 вокруг оси 39a, параллельной внутренней стороне 9a соответствующего тетраэдра, и имеет две концевые части 41, каждая из которых соединена с осевым концом соответствующей венчающей связи 32 посредством шарнира с одной степенью свободы, чтобы обеспечить возможность колебаний венчающей связи 32 вокруг оси 42, параллельной оси 36.

Как показано на фиг. 8a, длина каждой венчающей связи 32 больше расстояния между вершинами 22 двух смежных тетраэдров 8; данная геометрическая характеристика гарантирует то, что после того, как тетраэдры 8 завершили развертывание под воздействием тягового усилия плоских пружин 17, размещенных между парой элементов 13 стержней 12, а основные оси 29 тетраэдров 8 все еще параллельны друг другу, части 33 каждой венчающей связи 32 все еще не соосны друг с другом. В этот момент дополнительное тяговое усилие, обеспечиваемое плоскими пружинами 37 для завершения циркулеподобного открытия частей 33, пока они не будут полностью выровнены, влечет за собой жесткий поворот всех тетраэдров 8 по отношению к венчающим связям 32 вокруг соответствующих внутренних сторон 9a и 9a и осей соответствующих шарниров 39.

В этом отношении и со ссылкой на фиг. 1b важно отметить, что вышеупомянутый поворот тетраэдров 8 таков, что вершины 22 тетраэдров 8 перемещаются по направлении наружу на одно и то же расстояние, другими словами, если вершины 22 соединены вместе линией, то полученный таким образом многоугольник имеет в конечной повернутой конфигурации тетраэдров 8 постоянное смещение по отношению к начальным условиям.

Это поворот становится возможным посредством тройных соединений 25, каждое из которых соединяет два смежных тетраэдра 8 вместе и посредством шарнира 39, который обеспечивает возможность поворота тетраэдров 8 по отношению к венчающим связям 32. Как показано на фиг. 11a и 11b, для каждого тройного соединения 25 и для каждого из двух тетраэдров 8, соединенных с ним, пара стержней 12 и ребро 21 сходятся к соединению 25 и шарнирно соединены с соединением 25 для поворота относительно друг друга и по отношению к тройному соединению 25 из закрытого положения соответствующего тетраэдра 8, в котором данные стержни 12 и ребро 21 расположены параллельно друг другу, в открытое положение соответствующего тетраэдра 8, в котором стержни 12 и ребро 21 образуют соответствующие угловые вершины соответствующего тетраэдра 8.

В частности, тройное соединение 25 содержит центральный корпус, имеющий форму вилки 43, и две боковые пластины 44, расположенные симметрично на противоположных сторонах вилки 43 и лежащие в той же плоскости, что и вилка 43, когда тетраэдры 8 находятся в сложенной конфигурации, при этом каждая из пластин имеет три выступающих элемента, с которыми шарнирно соединены стержни 12 и ребро 21. В частности, три выступающих элемента включают в себя два концевых выступающих элемента, каждый из которых образует соответствующий шарнир 45, выполненный с возможностью обеспечения поворота стержня 12 вокруг соответствующей оси 46, перпендикулярной к стержню 12, и промежуточный выступающий элемент, образующий шарнир 47, выполненный с возможностью обеспечения поворота ребра 21 вокруг соответствующей вышеуказанной оси 26. Оси 46 и ось 26 расположены в одной плоскости и образуют, когда тетраэдр 8 полностью развернут, плоскость, в которой лежит соответствующее основание 9. Каждая из пластин 44 тройного соединения 25, в свою очередь, шарнирно соединена с соответствующим рычагом вилки 43, чтобы колебаться вокруг соответствующей оси 48, которая находится в одной плоскости и наклонена по отношению к другой оси 48 того же тройного соединения 25 и находится в одной плоскости с осями 48 других тройных соединений 25. Колебания вокруг оси 48 позволяет соответствующей пластине 44 перемещаться из исходного положения (фиг. 11a), в котором находится пластина 44 пока тетраэдр 8 не будет полностью развернут, начиная со сложенной конфигурации, в которой пластина 44 находится в одной плоскости с вилкой 43, и в конечное положение (фиг. 11b), которое принимается, когда тетраэдр 8 поворачивается вокруг своей внутренней стороны 9а под действием открытия венчающих связей 32, и в котором пластина 44 поворачивается на определенный угол по отношению к вилке 43, причем каждая ось 48 расположена соосно с внутренней стороной 9a соответствующего тетраэдра 8, соединенного с ней. Другими словами, тройные соединения 25 выполнены таким образом, что, при использовании, когда тетраэдры 8 сложены, плоскость, образованная осями 46 стержней 12 и осью 26 ребра 21 в каждой пластине 44, находится в одной плоскости с плоскостью, образованной осями 48 того же тройного соединения 25 и всеми другими тройными соединениями 25 (см фиг. 16c); и, когда тетраэдры 8 достигли полностью открытого положения, плоскость, образованная осями 46 и осью 26 каждой пластины 44, находится все еще в одной плоскости с плоскостью, образованной осями 48 того же соединения 25 и всех других тройных соединений 25, так чтобы опорная конструкция 6 принимала временную промежуточную конфигурацию (не показана) между сложенной и развернутой конфигурациями, в которой оси 29 тетраэдров 8 параллельны друг другу; и, наконец, когда венчающие связи 32 полностью вытянуты и передают поворотное перемещение на тетраэдры 8 вокруг соответствующих внутренних сторон 9а, пластины 44 поворачиваются вокруг соответствующих осей 48 (фиг. 11b), а основания 9 оказываются наклоненными по отношению к друг к другу, так чтобы внешние вершины 11 оснований 9 идеальным образом размещались на конусе, касательном к параболическому отражателю 5.

Наконец, как показано на фиг. 11a и 11b, тройное соединение 25 содержит угловое фиксирующее устройство 48а для каждой пластины 44 с целью предотвращения колебаний соответствующей пластины 44 вокруг оси 48 после того, как она достигла вышеуказанного конечного положения. Угловое блокирующее устройство 48a концептуально аналогично блокирующим устройствам 20a и содержит, в частности, штифт 48b, ось которого параллельна оси 48 и который установлен, со вставкой пружины, на выступающем элементе вилки 43, так чтобы он выступал к пластине 48с, расположенной на пластине 44 и снабженной сквозным отверстием. Когда пластина 44 поворачивается по отношению к вилке 43, обеспечивается поворот отверстия, выполненного на пластине 48c, вокруг оси 48, пока оно не выравнивается со штифтом 20b и последний не входит в него с защелкиванием.

На фиг. 12 показана натяжная система 49 для опорной конструкции 6, в которой используются кабели. В частности, натяжная система 49 содержит два набора кабелей, которые включают в себя набор передних кабелей 50 (показаны сплошными линиями на фиг. 12), которые прикреплены к вилкам 43 тройных соединений 25 (фиг. 11a и 11b), и набор задних натяжных кабелей 51 (показаны пунктирными линиями на фиг. 12), которые прикреплены к вершинам 22 тетраэдров 8. В частности, как показано на фиг. 13, задние кабели 51 прикреплены к вершине 22 посредством кронштейна, жестко установленного на соответствующем центральном втулочном шарнире 23 и расположенного на верхнем конце цилиндра 28 демпфера 27. При использовании кабели 50 и 51 натягиваются опорной конструкцией 6 в тот момент, когда последняя завершает этап развертывания под тяговым усилием циркулеподобного открытия стержней 12 и венчающих связей 32. Относительно вышесказанного уместно указать, что опорная конструкция 6 выполнена таким образом, что после того, как достигнута полностью развернутая конфигурация, ее геометрии определяется однозначным образом без необходимости в натяжении кабелей 50 и 51. Однако, поскольку элементы, образующие опорную конструкцию 6, а именно стержни 12, ребра 21 и венчающие связи 32, представляют собой, предпочтительно, трубчатые элементы, обладающие некоторой гибкостью, использование натяжной системы 49 из кабелей позволяет достичь большей жесткости благодаря хорошо известным принципам конструкций с напряженной целостностью, согласно которым взаимодействие между сжатыми компонентами (в данном случае трубчатые элементы опорной конструкции 6) и растянутыми компонентами (в данном случае кабели 50 и 51) дают конструкции большую прочность и сопротивление, что сумма ее компонентов.

На фиг. 14 детально показан вертикальный вид сбоку узла 5 отражателя, причем указанный узел выполнен из гибкого материала, так что он может быть сложен внутри опорной конструкции 6, когда последняя находится в сложенной конфигурации, и вытягиваться на орбите в результате развертывания опорной конструкции 6. В частности, узел 5 отражателя содержит параболическое зеркало 5а, которое проходит впереди оснований 9 и закреплено на опорной конструкции 6 на внешних вершинах 11 оснований 9, при этом указанное зеркало изготовлено из электропроводящего тканевого материала и представляет собой “активную” или отражающую часть узла 5 отражателя. Указанный узел также содержит контрастную сетку/сеть 52, противоположную к параболическому зеркалу 5а и симметричную по отношению к нему и прикрепленную к опорной конструкции 6 на вершинах 22 (фиг. 14). Сетка/сеть 52 имеет функцию придания параболической формы параболическому зеркалу 5a, для этой цели, она соединена с параболическим зеркалом 5a множеством натянутых кабелей 53 с прогрессивно увеличивающимися длинами от центра к внешней части узла 5 отражателя.

При использовании параболическое зеркало 5a и сетка/сеть 52 растягиваются, следуя развертыванию опорной конструкции 6 и в результате указанного развертывания. Однако их натяжение не происходит пассивно в качестве прямого следствия достижения опорной конструкцией 6 развернутой конфигурации, а активно выполняется только после того, как опорная конструкция 6 достигла ее жесткого стабильного состояния, при этом кабели 50 и 51 натягиваются посредством натяжного устройства 54 (фиг. 15), воздействующего на параболическое зеркало 5a и содержащего множество исполнительных механизмов 55, вставленных внутрь соответствующего ребра 21, близкого к соответствующим внешним вершинам 11, при этом указанное натяжное устройство выполнено с возможностью приложения направленной наружу силы натяжения к периметру параболического зеркала 5a, которая может обеспечить натяжение параболического зеркала 5a. Использование натяжного устройства 54 позволяет разъединить механическую систему, состоящую из узла 5 отражателя, от механической системы, состоящей из опорной конструкции 6, т.е. обеспечить независимость формы отражателя 5 от достижения окончательной конструкции опорной конструкции 6. Чем больше отношение жесткости опорной конструкции 6 к жесткости сетки/сети 52, тем больше разъединение указанных двух систем. Количество исполнительных механизмов 55 может меняться от минимального значения, составляющего три исполнительных механизма, равномерно расположенных по периметру опорной конструкции 6, до максимального значения, равного количеству внешних вершин 11.

На фиг. 16 опорная конструкция 6 показана в сложенной конфигурации, используемой во время запуска спутника 2 и до достижения требуемой орбиты. С этой целью отражатель 1 содержит удерживающее устройство 56 с функцией удержания опорной конструкции 6 в сложенной конфигурации и освобождения опорной конструкции 6 на орбите для ее развертывания под действием тягового усилия плоских пружин 17 и 37, размещенных, соответственно, на стержнях 12 и венчающих связях 32. Как показано на фиг. 17, удерживающее устройство 56 содержит шнур 57, проходящий через проушины 58, каждая из которых выполнена за одно целое с ребром 21 соответствующего тетраэдра 8 и проходит от ребра 21 по направлению к центру цилиндра, образованного множеством сложенных тетраэдров 8. Удерживающее устройство 56 дополнительно содержит, вдоль шнура 57, разделительное устройство 59, например, нож, выполненный с возможностью приведения в действие снаружи посредством дистанционного управления для обрезания шнура 57 в подходящий момент времени, и катушку 60, оснащенную упругими возвращающими средствами для шнура 57, когда он обрезан. Положение шнура 57 по отношению к высоте тетраэдров 8 является таким, чтобы свести к минимуму напряжение внутри шарниров 14 и 34 вследствие тягового усилия соответствующих плоских пружин 17 и 37.

Как показано на фиг. 16a и 16b, отражатель 1 присоединен к спутнику 2 при помощи вышеупомянутого соединительного устройства 7, которое содержит пластину 61, соединенную на одной стороне со спутником 2 посредством известных приводных устройств (не показаны) и на другой стороне с соединением 25а на внешней вершине 11, а также развертываемый рычаг 62, шарнирно соединенный на одной стороне с пластиной 61, а на другой с кронштейном 63, соединенным с одной из вершин 22 и выступающим в поперечном направлении к наружной части цилиндра, образованного множеством сложенных тетраэдров 8. В частности, развертываемый рычаг 62 содержит две связи 64, каждая из которых включает в себя, в свою очередь, две части, расположенные под прямыми углами, из которых первая часть шарнирно соединена непосредственно с пластиной 61 и проходит поперек цилиндра, образованного сложенными тетраэдрами 8, а вторая часть по существу параллельна стержням 12 и ребрам 21 сложенных тетраэдров 8, проходит от первой части к кронштейну 63 и шарнирно соединена с той же самой первой частью при помощи соответствующего шарнира 65 с плоской пружинной, аналогичного шарнирам 14, для поворота вокруг соответствующей оси, перпендикулярной к пластине 61.

Работа отражателя 1 явно следует из вышеописанного и не требует дополнительных пояснений.

Вместо этого, с учетом приведенного выше описания, уместно сделать несколько замечаний относительно свойств и преимуществ отражателя 1 согласно настоящему изобретению.

Прежде всего, отражатель 1 представляет собой модульный отражатель и является масштабируемым в том смысле, что его размеры могут быть изменены в соответствии с требованиями без существенных изменений базовой конструкции.

Что касается модульности, это свойство применимо к отражателю 1 вышеописанного типа в случае, когда он является шестиугольным, т.е. состоит из шести тетраэдров 8. В этом случае, отражатель 1 может рассматриваться как модуль “m”, который при соединении с другими идентичными модулями “m” образует отражатель 1, состоящий из n модулей “m”, который может обеспечить отражатель 5 с диаметром намного большим диаметра одного модуля.

На фиг. 18a и 18b показаны два примера модульных отражателей 1, которые могут быть получены путем присоединения соответственно четырех и семи модулей “m”. Поскольку поперечное сечение модуля, находящегося в сложенной конфигурации, имеет относительно небольшие размеры, этот модульный подход позволяет изготавливать антенны с очень большим раскрывом, даже большим 18 метров, с сохранением при этом поперечного сечения цилиндра, образованного сложенным отражателем 1 в пределах относительно небольших размеров, в целом порядка 1,5 м.

Что касается масштабируемости, это свойство следует из того факта, что отражатель 1 структурирован таким образом, что его размер можно изменять путем модифицирования длины линейных элементов, образующих опорную конструкцию 6, например, стержней 12, ребер 21 и венчающих связей 32 без необходимости вносить изменения в отношении количества, расположения и функциональности компонентов, используемых для развертывания отражателя 1. Например, отражатель 1, имеющий диаметр раскрыва параболического зеркала 5а приблизительно 5 метров, можно масштабировать вышеописанным способом до диаметра приблизительно 16 метров.

С теоретической точки зрения не существует ограничений в масштабируемости опорной конструкции 6, и, следовательно, отражателя 1 в отношении увеличения размеров. Однако, с практической точки зрения, ограничение накладывается требованиями полезной нагрузки для отражателя 1 на стандартной пусковой установке для спутника 2. В самом деле, если, с одной стороны, увеличение длины элементов опорной конструкции 6 не увеличивает существенно поперечное сечение цилиндра, образованного опорной конструкцией 6, находящейся в сложенной конфигурации, то, с другой стороны, длина этого цилиндра возрастает пропорционально длине линейных компонентов опорной конструкции 6. Таким образом, максимальная длина этих компонентов ограничена максимальным объемом для укладки отражателя 1 на пусковой установке спутника 2.

Помимо масштабируемости и модульности отражатель 1 имеет дополнительную характеристику гибкости, которая следует из возможности изменения количества тетраэдров 8, из которых он состоит, с целью получения различных габаритных размеров при сохранении того же самого диаметра раскрыва параболического зеркала 5a. В частности, как показано на фиг. 19, можно утверждать, что увеличение количества тетраэдров 8 приводит в результате к увеличению диаметра поперечного сечения цилиндра, образованного опорной конструкцией 6 в сложенной конфигурации, и, в то же время, к уменьшению длины этого цилиндра и максимального диаметра опорной конструкции 6, находящейся в развернутой конфигурации.

Еще одно преимущество отражателя 1 заключается в том факте, что можно очень точно предсказывать и контролировать всю последовательность развертывания отражателя 1 из его сложенной конфигурации в его окончательную развернутую конфигурацию. Этот результат достигается благодаря возможности точного прогнозирования кинематики конструкции на основании точного распределения степеней свободы системы, в которой не используются гибкие элементы, шаровые соединения и элементы, которые не являются линейными или имеют высокий коэффициент внутреннего трения, а используются почти исключительно шарниры и соединения, которые обеспечивают соединенным с ними элементам только одну степень свободы. Например, каждый тетраэдр 8 представляет собой систему с одной степенью свободы, развертывание которой происходит контролируемым образом благодаря наличию шарниров 14, расположенных между элементами 13 стержней 12, и синхронизированным образом благодаря наличию демпфера 27.

Изобретение относится к крупногабаритному развертываемому отражателю для спутниковой антенны. Особенностью заявленного отражателя является то, что сборочные блоки представляют собой элементы в форме тетраэдра, соединенные друг с другом с образованием кольцеобразной конструкции; причем тетраэдры имеют соответствующие треугольные основания, соединенные друг с другом на осевых концах соответствующих первых сторон и имеющие соответствующие внешние вершины, противоположные указанным соответствующим первым сторонам и, когда отражатель находится в развернутой конфигурации, лежащие на эллиптическом конусе, являющемся касательным к параболическому зеркалу. Техническим результатом является улучшение контроля развертывания отражателя. 11 з.п. ф-лы, 19 ил.

1. Крупногабаритный развертываемый отражатель (1) для спутниковой антенны, содержащий опорную конструкцию (6), снабженную соединительными средствами (7) для установки опорной конструкции (6) на спутнике (2), и узел (5) отражателя, поддерживаемый опорной конструкцией (6) и содержащий отражающее параболическое зеркало (5а); при этом опорная конструкция (6) представляет собой составную сетчатую конструкцию, содержащую сборочные блоки (8) и выполненную с возможностью принимать компактную нерабочую сложенную конфигурацию и рабочую развернутую конфигурацию; причем отражатель (1) отличается тем, что указанные сборочные блоки (8) представляют собой элементы в форме тетраэдра (8), соединенные друг с другом с образованием кольцеобразной конструкции; причем тетраэдры (8) имеют соответствующие треугольные основания (9), соединенные друг с другом на осевых концах соответствующих первых сторон (9а) и имеющие соответствующие внешние вершины (11), противоположные указанным соответствующим первым сторонам (9а) и, когда отражатель (1) находится в развернутой конфигурации, лежащие на эллиптическом конусе, являющемся касательным к параболическому зеркалу (5а).

2. Отражатель (1) по п. 1, в котором основания (9) ограничивают между собой многоугольник, вписанный в эллипс (10), соответствующий плоскости раскрыва параболического зеркала (5а); при этом тетраэдры (8) расположены вокруг эллипса (10) симметричным образом по отношению к оптической плоскости (Xo-Zo) параболического зеркала (5а).

3. Отражатель (1) по п. 1, в котором каждый тетраэдр (8) представляет собой подвижный элемент, выполненный с возможностью перемещения между закрытой конфигурацией и открытой конфигурацией и имеющий вершину (22), противоположную соответствующему основанию (9), и ось (29), проходящую через вершину (22); при этом опорная конструкция (6) содержит первые соединения (25), соединяющие основания (9) друг с другом с обеспечением возможности поворота соответствующих тетраэдров (8) вокруг соответствующих первых сторон (9а); причем опорная конструкция (6) выполнена с возможностью перехода из сложенной конфигурации в промежуточную конфигурацию между указанными сложенной и развернутой конфигурациями; при этом в указанной промежуточной конфигурации тетраэдры (8) принимают соответствующие открытые конфигурации без осуществления поворотов вокруг соответствующих первых сторон (9а); причем опорная конструкция (6) дополнительно выполнена с возможностью перехода из промежуточной конфигурации в развернутую конфигурацию после жесткого поворота тетраэдров (8) вокруг соответствующих первых сторон (9а).

4. Отражатель (1) по п. 3, в котором опорная конструкция (6) содержит упругие средства (14, 17) для перемещения каждого тетраэдра (8) из закрытой конфигурации в открытую конфигурацию.

5. Отражатель (1) по п. 4, в котором каждое основание (9) содержит три стержня (12), которые соединены друг с другом подвижным образом и один из которых образует указанную первую сторону (9а); при этом каждый стержень (12) содержит два элемента (13), шарнирно соединенных друг с другом для образования циркульной системы с одной степенью свободы.

6. Отражатель (1) по п. 5, в котором указанные два элемента (13) каждого стержня (12) соединены друг с другом посредством первого шарнира (14) с плоской пружиной постоянного крутящего момента, содержащего указанные упругие средства (17).

7. Отражатель (1) по п. 3, в котором каждый тетраэдр (8) содержит три ребра (21), шарнирно соединенные с вершиной (22) тетраэдра (8) и проходящие от вершины (22) к основанию (9) с образованием соответствующих граней тетраэдра (8); при этом каждый тетраэдр (8) оснащен соответствующим демпфирующим устройством (27), расположенным на вершине (22) и соединенным с ребрами (21) для управления скоростью развертывания тетраэдра (8) из закрытой конфигурации в открытую конфигурацию.

8. Отражатель (1) по п. 3, в котором опорная конструкция (6) содержит венец связей (32), каждая из которых соединяет вместе вершины (22) двух смежных тетраэдров (8), содержит две части (33), шарнирно соединенные друг с другом для образования циркульной системы с одной степенью свободы, и выполнена с возможностью перемещения между нерабочим положением, в котором части (33) расположены параллельно друг другу, а тетраэдр (8) находится в закрытой конфигурации, и рабочим положением, в котором части (33) выровнены друг с другом, а тетраэдр (8) находится в открытой конфигурации.

9. Отражатель (1) по п. 8, в котором части (33) каждой венчающей связи (32) соединены друг с другом посредством демпфированного шарнира (34) постоянного крутящего момента, выполненного с возможностью обеспечить поворот двух частей (33) вокруг оси (36), перпендикулярной плоскости, в которой лежат части (33), для перемещения соответствующей венчающей связи (32) из нерабочего положения в рабочее положение.

10. Отражатель по п. 8, в котором длина каждой венчающей связи (32) больше линейного расстояния между двумя вершинами (22), которые она соединяет; при этом перемещение каждой венчающей связи (32) из нерабочего положения в рабочее положение является таким, чтобы обеспечивать, когда тетраэдры (8) находятся в их открытой конфигурации, поворот тетраэдров (8) вокруг указанных первых сторон (9а) соответствующих оснований (9) и обеспечивать принятие опорной конструкцией (6) развернутой конфигурации.

11. Отражатель по п. 1, содержащий натяжное устройство (49) для узла (5) отражателя; при этом указанное натяжное устройство (49) выполнено так, чтобы натягивать узел (5) отражателя только после того, как опорная конструкция (6) достигла развернутой рабочей конфигурации.

12. Отражатель по п. 1, содержащий множество указанных опорных конструкций (6), соединенных друг с другом для образования модульной опорной конструкции (6).