СКЛАДНАЯ РАДИОЧАСТОТНАЯ МЕМБРАННАЯ АНТЕННА Российский патент 2021 года по МПК B64G1/22 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[1] Большие параболические антенны, принимающие радиочастотные сигналы от ближних планет и звезд и межгалактические сигналы из дальних областей вселенной, сыграли важную роль в астрономии. Эти антенны внесли свой вклад в получение данных, объясняющих тайны зарождения вселенной с момента большого взрыва. В настоящее время они способствуют открытию и исследованию экзопланет, обращающихся вокруг звезд в нашей галактике.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[2] Достижения в технологии миниатюризации позволили уменьшить размеры и вес космического аппарата с обеспечением характеристик, не уступающих характеристикам обычных спутников и аппаратов намного больших размеров. Однако чувствительность и разрешающая способность радиолокационной антенны зависят непосредственно от площади приемника или параболического отражателя антенны. Несмотря на то, что в современных малых спутниках и наноспутниках другие компоненты космического аппарата, такие как высокоскоростные процессоры, аккумуляторные батареи с высокой энергетической плотностью, солнечные батареи, инерционные измерительные блоки, системы управления отклонением и угловым положением и т.п., имеют меньшие размеры и вес, для обеспечения необходимых технических характеристик антенна все же должна иметь большую площадь поверхности.

[3] Такая потребность в большой площади поверхности привела к созданию концептуально новых радиочастотных антенн, которые имеют большую площадь поверхности с одновременным обеспечением возможности их хранения в максимально сложенном состоянии при запуске в космическое пространство. Антенна в составе полезной нагрузки ракеты должна быть выполнена с возможностью ее укладывания в небольшой объем и ее полного развертывания при нахождении в космическом пространстве с сохранением качественных характеристик и точной формы параболической отражающей поверхности, что позволяет принимать неискаженные радиочастотные сигналы от объектов, удаленных на многие световые года.

[4] Обычные складные антенны содержат предварительно сформированные жесткие конструктивные части, имеющие места разделения, которые обеспечивают возможность складывания сегментов с образованием сложенной конфигурации. При развертывании такой конструкции путем раскладывания и фиксирования этих соединений конструктивные части образуют необходимую развернутую конфигурацию. Например, между жесткими пластинами могут находиться шарниры, обеспечивающие возможность раскладывания антенны из сложенной конфигурации в развернутую конфигурацию. Аналогичным образом несущая рама, входящая в состав конструкции антенны может содержать жесткие многосегментные стержни, которые образуют складывающиеся соединения. Несущая рама может быть сложена в местах разделения в сложенной конфигурации и разложена и зафиксирована в развернутой конфигурации.

[5] Обычные складные антенны, которые не содержат статических, заранее сформированных частей, могут содержать надувные конструктивные части. Такие конструктивные части по существу представляют собой газонепроницаемые оболочки, имеющие необходимую окончательную форму. Однако такие системы требуют наличия дополнительных компонентов для хранения и подачи надувающего газа или вещества для развертывания конструкции. Таким образом, преимущество таких конструкций состоит в отсутствии специальной или постоянной конфигурации, обусловленной статическими, заранее сформированными конструктивными частями. Однако для развертывания такой конструкции необходимы компоненты, занимающие дополнительное пространство и добавляющие вес.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[6] В данном документе описаны иллюстративные варианты реализации складных антенн. Иллюстративные складные антенны содержат несущую конструкцию и имеют рефлекторную поверхность. Несущая конструкция может прямо или косвенно задавать форму рефлектора. В иллюстративных вариантах реализации настоящего изобретения описаны развертываемые несущие конструкции, которые позволяют складной антенне занимать меньший объем в сложенной конфигурации и больший объем в развернутой конфигурации.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[7] Чертежи и нижеследующее описание приведены для иллюстрации настоящего изобретения и не ограничивают объем формулы изобретения. Одинаковыми ссылочными номерами обозначены одинаковые конструктивные части.

[8] На фиг. 1, 2 и 3А-3В показаны примеры конфигураций симметричной антенны.

[9] На фиг. 4 показан один из примеров асимметричного рефлектора.

[10] На фиг. 5 показан один из примеров несущей конструкции для рефлектора.

[11] На фиг. 6А показан один из примеров конфигурации развертываемой антенны. На фиг. 6B-6D в разобранном виде показаны составные части, отображенные на фиг. 6А.

[12] На фиг. 7 показан один из примеров развертываемой антенны в развернутой конфигурации.

[13] На фиг. 8А-8В показан пример складного компонента, показанного на фиг. 6А.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[14] Ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи описаны варианты реализации систем, компонентов и способов сборки и изготовления, при этом в данном документе одинаковыми ссылочными номерами обозначены одинаковые или схожие элементы. Несмотря на то, что ниже описаны несколько вариантов реализации, примеров и фигур, для специалиста очевидно, что изобретения, описанные в данном документе, выходят за пределы конкретных раскрытых вариантов реализации, примеров и фигур и могут учитывать их возможные иные применения, модификации и эквиваленты. Не следует считать, что терминология, использованная в описании, приведенном в данном документе, накладывает какие-либо пределы или ограничения только потому, что она использована при подробном описании некоторых конкретных вариантов реализации. Кроме того, варианты реализации настоящего изобретения могут иметь несколько новых признаков, однако ни один из признаков в отдельности не обеспечивает необходимых технических характеристик, как и не является существенным для реализации изобретений, описанных в данном документе.

[15] Несмотря на то, что в данном документе описаны конкретные аспекты, преимущества и признаки, любой конкретный вариант реализации не обязательно должен включать или обеспечивать любой из этих аспектов, преимуществ и признаков или все эти аспекты, преимущества и признаки. Некоторые варианты реализации могут и не обеспечивать преимущества, описанные в данном документе, однако вместо этого они могут обеспечивать другие преимущества. Любые конструкция, признак или этап, представленные в любом варианте реализации, могут быть опущены в любом другом варианте реализации, использованы вместо любых конструкции, признака или этапа в любом другом варианте реализации или использованы в качестве дополнения к любым конструкции, признаку или этапу в любом другом варианте реализации. В настоящем изобретении предусмотрены все возможные сочетания признаков различных раскрытых вариантов реализации. Ни один признак, ни одна конструкция или ни один этап не являются существенными или обязательными. Кроме того, признаки, при необходимости, могут быть объединены или разделены таким образом, что в пределах объема настоящего изобретения находится любая комбинация признаков вне зависимости от того, была ли эта комбинация получена путем объединения признаков, разделения признаков, удаления признаков, добавления признаков, дублирования признаков или их иной перекомпоновки.

[16] Вышеописанные иллюстративные варианты реализации могут включать композитный материал с памятью формы, задающий несущий каркас, задающий несущую конструкцию или заделанный в неструктурированную складную антенну или ее часть. Несмотря на то, что варианты реализации изобретения описаны в данном документе с точки зрения использования композитного материала с памятью формы, иллюстративные конфигурации антенны могут обладать новизной сами по себе. Таким образом, описанная конструкция может быть выполнена с использованием любого обычного материала для развертываемых антенн. В иллюстративных вариантах реализации описаны две патентоспособные конструкции складных радиочастотных антенн, образованных из мембранных рефлекторов. Эти конструкции описаны исключительно в качестве примера, при этом для реализации заданной функции признаки могут быть перекомпонованы между этими конструкциями. Несмотря на то, что иллюстративные варианты реализации описаны с точки зрения использования радиочастотных рефлекторов, эти иллюстративные варианты реализации могут быть использованы и в других областях применения, например в рефлекторах для приема/передачи световых сигналов или иных сигналов. Иллюстративные варианты реализации развертываемой конструкции также могут быть использованы и в иных областях применения.

[17] На фиг. 1 показан пример складной мембранной антенны. Антенна 10 содержит рефлектор 20, выполненный с возможностью приема радиочастотного сигнала (пунктирная линия) и направления этого сигнала или этой волны на коллектор 12. Форма рефлектора 20 важна для правильного размещения отражающей поверхности по отношению к коллектору с тем, чтобы принятый сигнал мог быть правильно ориентирован в коллекторе. Как показано на фиг. 1, с коллектором использован один рефлектор. Однако может быть использована и любая комбинация рефлекторов. Например, на фиг. 2 показан аналогичный рефлектор, однако коллектор имеет удлиненную конфигурацию, в которой часть коллектора находится позади рефлектора, а его приемная часть находится перед рефлектором. Кроме того, могут быть использованы и другие конфигурации с двойным рефлектором, например конфигурации, показанные на фиг. 3А-3В. В этом случае основной рефлектор аналогичен рефлектору, показанному на фиг. 1, а дополнительный рефлектор размещен в области приема сигналов основным рефлектором. Дополнительный рефлектор выполнен с возможностью направления радиочастотных сигналов, принятых от основного рефлектора, на коллектор. Коллектор может быть размещен позади основного рефлектора с образованием прохода или отверстия в основном рефлекторе для обеспечения возможности прохождения радиочастотного сигнала от дополнительного рефлектора к коллектору. Кроме того, могут быть использованы и другие конфигурации рефлектора, например конфигурация по фиг. 4, в которой рефлектор имеет асимметричную конфигурацию. Данный вариант может быть использован в случае, когда коллектор размещен не на оси рефлектора. Как показано на фиг. 4, ребра 18 могут проходить по существу по всей длине хорды от одной стороны рефлектора до другой его стороны. В вариантах реализации, описанных в данном документе, может быть использована любая показанная конфигурация из одного или нескольких рефлекторов и коллектора. Иллюстративные конфигурации рефлектора приведены исключительно в качестве примера, так что их не следует рассматривать в качестве ограничения.

[18] Иллюстративные рефлекторы содержат несущую конструкцию, такую как внешняя рама 14, ребра 18 и их сочетания. Несущая конструкция обеспечивает опору для рефлектора 20. Рефлектор и/или несущая конструкция могут быть присоединены держателями 16 к некоторому объекту, такому как коллектор или другой рефлектор.

[19] В иллюстративном варианте реализации несущая конструкция содержит внешнюю раму 14. Несущая конструкция может иметь любую замкнутую форму, например эллиптическую форму, круглую форму, многоугольную форму, линзообразную форму и т.п. Несущая конструкция может иметь криволинейную структуру или может содержать отдельные прямолинейные секции, наклоненные относительно смежных прямолинейных секций с образованием поверхности, приближающейся к криволинейной. В иллюстративных вариантах реализации внешняя рама может иметь тороидальную форму.

[20] В одном из иллюстративных вариантов реализации несущая конструкция содержит ребра 18. Ребра в любом количестве могут пересекать замкнутое пространство в пределах периметра внешней рамы. Ребра 18 обеспечивают опору для отражающей поверхности рефлектора 20. Ребра 18 могут быть использованы для задания формы отражающей поверхности рефлектора 20. Ребра могут задавать симметричную или асимметричную конфигурацию. Как показано на фиг. 1-3, ребра одним своим концом могут быть прикреплены к внешней раме и могут проходить по направлению друг к другу для прямого или непрямого прикрепления друг к другу своим противоположным концом. Ребра могут доходить до центральной оси внешней рамы 14 для задания симметричной несущей конструкции. Ребра могут быть изогнуты для задания необходимой отражающей поверхности антенны. Как показано на фиг. 3В, ребра могут выступать из плоскости внешней рамы 14.

[21] Ребра, задающие форму рефлектора, например приблизительно параболическую форму, могут иметь поперечное сечение, которое увеличивает их момент инерции площади для дополнительной жесткости, например в форме двутавровой балки или тавровой балки. В качестве дополнения или альтернативы жесткость может быть увеличена путем добавления поперечных ребер, присоединенных между смежными ребрами. На фиг. 5 показан один из иллюстративных вариантов реализации, содержащий поперечные ребра для смещенной геометрической формы. Однако такая конфигурация также может быть использована для любого из известных или раскрытых вариантов реализации.

[22] В одном из иллюстративных вариантов реализации держатели 16 могут быть использованы для соединения составных частей. Например, держатели могут проходить между рефлекторами, между рефлекторами и коллекторами, любой их комбинацией или другими компонентами. Держатели могут быть прямо или непрямо соединены с несущей конструкцией.

[23] В одном из иллюстративных вариантов реализации несущая конструкция, содержащая внешнюю раму 14, ребра 18 и/или держатели 16, может содержать композитный материал с памятью формы. Композитный материал с памятью формы обеспечивает возможность неструктурированного складывания антенны под действием внешнего усилия. Таким образом, сложенная конфигурация может быть динамически обусловлена размерами отсека хранения или величиной приложенного внешнего усилия. Например, при приложении усилия композитный материал с памятью формы может быть гибким или деформируемым по длине. Однако при снятии усилия композитный материал с памятью формы восстанавливает запомненную форму. Таким образом, иллюстративные варианты реализации могут иметь сложенную конфигурацию, в которой несущая конструкция находится в конфигурации хранения с уменьшенным объемом хранения благодаря приложению внешнего усилия, и развернутую конфигурацию, в которой несущая конструкция находится в полностью развернутом состоянии, в котором она имеет больший объем хранения, в случае снятия внешнего усилия. Другими словами, запомненная или поддерживаемая форма может представлять собой развернутую конфигурацию, при которой несущая конструкция может быть использована в качестве радиочастотного рефлектора. В одном из иллюстративных вариантов реализации композитный материал с памятью формы может изгибаться в любом направлении при приложении внешнего усилия. В одном из иллюстративных вариантов реализации настоящего изобретения композитный материал с памятью формы может изгибаться в нескольких местах вдоль некоторой длины элемента или по всей длине элемента. В одном из иллюстративных вариантов реализации композитный материал с памятью формы может восстанавливать запомненную форму, например линейную форму, округлую форму, овальную форму, криволинейную форму, параболическую форму или другую заданную форму, при снятии внешнего усилия.

[24] Например, композитный материал с памятью формы может содержать основной материал, включающий углеродное волокно или углеродные нити, вектран и/или кевлар. Основной материал содержит нити. Нити могут быть в целом выровнены по длине конструкции, могут иметь одну или большее количество выровненных структур, могут быть намотаны или размещены по спирали и/или могут быть переплетены. Композитный материал с памятью формы содержит связующий материал вокруг основного материала и/или в промежутках основного материала. Связующий материал может представлять собой силикон, уретан или смолу. Примеры композитных материалов с памятью формы описаны в патентной заявке США №2016/0288453, озаглавленной «Композитный Материал».

[25] В одном из иллюстративных вариантов реализации рефлектор может содержать гибкую мембрану, имеющую поверхность с высокой отражательной способностью. Поверхность может быть получена путем нанесения покрытия, ламинирования, напыления материала на поверхность мембраны или путем его прикрепления к поверхности мембраны иным способом или может представлять собой саму поверхность мембраны. В одном из иллюстративных вариантов реализации мембрана содержит майлар, каптон, нейлон с полиуретановым покрытием, тедлар, тефлон, другие полиимидные или пластичные материалы и их комбинации. Отражающее покрытие может содержать слой высокопроводящего металла, такого как алюминий, серебро, серебряно-инконелевый сплав и их комбинации. Мембрана также может быть выполнена из проводящего материала, такого как алюминиевая фольга или фольга из нержавеющей стали, а также из углеродного волокна или проводящего сетчатого материала. Мембрана также может состоять из слоистого материала или комбинации из некоторых вышеупомянутых материалов или их всех. Поверхность может быть покрыта слоем высокопроводящего металла, такого как алюминий, серебро или серебряно-инконелевый сплав. Толщина металлизации может составлять от 100 ангстрем (10 нм) до 2000 ангстрем (20 нм).

[26] В одном из иллюстративных вариантов реализации рефлектор может иметь сплошную поверхность, выполненную из композитного материала с памятью формы, покрытого слоем или слоями металлизированной мембраны, например из майлара, каптона, нейлона с полиуретановым покрытием, тедлара, тефлона или других полиимидных или пластических материалов. Как описано в данном документе, композитный материал с памятью формы может быть покрыт слоем высокопроводящего металла, такого как алюминий, серебро или серебряно-инконелевый сплав. Отражающее покрытие может быть нанесено непосредственно на композитный материал с памятью формы или на мембрану, покрывающую этот композитный материал. В примерном варианте реализации настоящего изобретения монолитный композитный материал с памятью формы может заменить держатели и/или внешнюю раму несущей конструкции. По существу монолитная поверхность композитного материала с памятью формы становится самонесущей конструкцией.

[27] В одном из иллюстративных вариантов реализации рефлектор представляет собой упаковываемую мембрану, покрытую слоем высокопроводящего металла. Мембрана может быть выполнена из майлара, каптона, нейлона с полиуретановым покрытием, тедлара, тефлона или из другого полиимидного или пластического материала. Двойная кривизна мембраны получена путем соединения точно вырезанных плоских клиновидных частей мембраны, соединенных адгезивом или расплавляемым на швах материалом или путем использования метода прямой отливки или метода горячего формования. Несущие конструкции представляют собой тороидальное кольцо, радиальные ребра и держатели. Они выполнены из композитного материала, состоящего из углеродного волокна или углеродных нитей,вектрана и/иликевлара. Связующим материалом для композитного материала может являться силикон, уретан или смола. Несущие конструкции спроектированы и изготовлены таким образом, что они выполнены с возможностью складывания с обеспечением их упаковки и укладки. Они также могут быть выполнены с использованием композитных материалов с памятью формы. Композитные ребра выполнены таким образом, что они имеют кривизну, необходимую для достижения высокого коэффициента усиления антенны и высокой эффективности антенны. В качестве примера в рефлекторе с параболической поверхностью все ребра могут лежать на поверхности параболоида. При упаковке тороидальное кольцо, ребра и держатели складывают наподобие складного зонтика, при этом мембрана рефлектора оказывается сложенной между ребрами, держателями и тороидальным кольцом или поверх них. Развертывание происходит в результате развертывания упакованной антенны в свою окончательную конфигурацию, вызванного высвобождением энергии упругой деформации, запасенной в упакованной (или уложенной) конфигурации. Благодаря особым природным свойствам материала несущих конструкций их упругость может быть при изготовлении отрегулирована в большую или меньшую сторону по шкале жесткости.

[28] Однако предпочтительный вариант реализации конструкции рефлектора «CoSMeRA» состоит из клиновидных частей полиимидной мембраны с низким коэффициентом теплового расширения, покрытых серебряно-инконелевым сплавом толщиной 1500 ангстрем (150 нм), при этом несущие конструкции выполнены из углеродного композитного материала с памятью формы с обеспечением возможности их складывания.

[29] В некоторых случаях несущие конструкции предпочтительно выполнены не из складных стержней, а из полых трубок. Их развертывание может быть осуществлено путем использования бортового насоса и надувающего газа, например азота, углекислого газа или другого инертного вещества, такого как гелий или аргон. В зависимости от задачи могут быть использованы и другие газы.

[30] В одном из иллюстративных вариантов реализации материал с памятью формы может быть использован для изготовления всей несущей конструкции или только ее частей. Например, внешняя рама рефлектора может содержать материал с памятью формы, а ребра могут содержать обычные жесткие многосекционные материалы. В данном документе также рассмотрены и другие комбинации конструкций с памятью формы с обычными конструкциями. Таким образом, в данном документе рассмотрены любые комбинации из композитных материалов с памятью формы, надувных материалов, способных к упрочнению материалов и жестких материалов.

[31] На фиг. 6А показана один из примеров развернутой конфигурация складной антенны. Как показано на фиг. 6А, несущая конструкция может быть образована из внешней рамы 14 и держателей 16. Держатели выступают от внешней рамы до космического аппарата или коллектора (который в целом назван здесь узловым устройством). Внешняя рама 14 и держатели 16 задают несущую конструкцию, обеспечивающую опору для рефлектора 20. Как описано выше, несущая конструкция может содержать композитный материал с памятью формы или другой известный материал, например надувную, способную к упрочнению или статическую складную конструкцию. Как показано на фиг. 6А, несущая конструкция содержит внешнюю тороидальную раму и три держателя. Однако может быть использовано любое количество держателей, предпочтительно от двух до шести держателей. Несущая конструкция задает внешнюю оболочку или поверхность, которая полностью вмещает отражающую поверхность. Несущая конструкция представляет собой развертываемую конструкцию, предназначенную для задания формы развернутой антенны.

[32] Развертываемая складная антенна содержит ячеистую сетку 22, окруженную и поддерживаемую внешней рамой 14. На фиг. 6В показан увеличенный вид ячеистой сетки, а на фиг. 6С и 6D показаны увеличенные виды узлов ячеистой сетки. Как описано в данном документе, ячеистая сетка может быть выполнена из любого эластичного материала, который обеспечивает узлы 26 в местах скрепления. Натягивание ячеистой сетки происходит при развертывании внешней рамы. Узлы ячеистой сетки соединены с натяжными элементами 24, которые проходят от ячеистой сетки до узлового устройства. Натяжные элементы находятся под натяжением с заданием формы поверхности ячеистой сетки при развертывании несущей конструкции. Ячеистая сетка может быть сформирована неплоской, в целом криволинейной конструкцией внешней рамы, находящейся в развернутом состоянии. Натяжные элементы могут обеспечивать сохранение положения ячеистой сетки по отношению к узловому устройству.

[33] Натяжные элементы могут обеспечивать несущие конструкции для отражающих мембран. Таким образом, в пределах объема, заданного ячеистой сеткой, внешней рамой и держателями может быть образован рефлектор 20. Рефлектор 20 может содержать панели, соединенные с натяжными элементами. Положение панелей может задавать форму рефлектора. Поверхность рефлектора может приближаться к криволинейной поверхности благодаря ступенчатому размещению в целом плоских панелей. Рефлектор 20 может содержать панели, выполненные из майлара, каптона, покрытого нейлоном полиуретана или тедлара, покрытого слоем высокопроводящего металла толщиной от 100 ангстрем (10 нм) до 1500 ангстрем (150 нм), например алюминия, серебра или серебряно-инконелевого сплава. Кроме того, могут быть использованы и отражающие поверхности, отличные от отражающих поверхностей, описанных в данном документе, или другие известные специалисту отражающие поверхности.

[34] В одном из иллюстративных вариантов реализации сверхкомпактная развертываемая антенна содержит ячеистую сетку, периферийное тороидальное опорное кольцо, три или большее количество держателей, струны (натяжные элементы), проводящую параболическую мембранную поверхность и их комбинации (или комбинации из других вариантов реализации, описанных в данном документе). Струны, представляющие собой легковесные натяжные элементы высокой жесткости, прикреплены к каждому из узлов конструкции в виде ячеистой сетки. Другой конец каждой из струн прикреплен с противоположной стороны к узловому устройству. При натягивании струн в результате развертывания несущей конструкции происходит изменение формы ячеистой сетки до необходимой криволинейной поверхности с приданием ячеистой сетке формы, например, перевернутого купола. Криволинейная форма может представлять собой любую поверхностью вращения, в том числе, без ограничения, параболоид, сферу или гиперболоид. Иллюстративные варианты реализации, описывающие криволинейные поверхности, включают аппроксимацию этих поверхностей кусочно-плоскими или кусочно-линейными сегментами.

[35] С использованием такой конструкции могут быть изготовлены укладываемые в небольшой объем антенны с диаметрами апертуры, составляющими от нескольких десятков метров до 100 метров.

[36] На фиг. 6В показан вид сверху ячеистой сетки в форме перевернутого купола. Поверхность рефлектора может состоять из треугольных проводящих граней, выполненных из майлара, каптона, покрытого нейлоном полиуретана или тедлара, покрытого слоем высокопроводящего металла толщиной от 100 ангстрем (10 нм) до 1500 ангстрем (150 нм), например алюминия, серебра или серебряно-инконелевого сплава. Треугольные металлизированные грани выглядят подобно граням, показанным на фиг. 6С. Каждая вершина треугольной металлизированной грани может быть прикреплена в подходящих местах к натянутой струне для формирования необходимой формы поверхности вращения, например параболоида. Поскольку проводящие грани мембраны не обязательно растягивать до достижения высокого напряжения покрытия, нагрузки, действующие на несущие конструкции (тороидальное кольцо и держатели), могут быть малы. Это приводит к уменьшению массы всей системы.

[37] Рефлектор также может быть выполнен из точно вырезанных плоских клиновидных частей металлизированной мембраны, соединенных адгезивом или расплавляемым на швах материалом или путем использования метода прямой отливки или метода горячего формования.

[38] Несущая конструкция может содержать тороидальное кольцо и держатели. Несущая конструкция может быть выполнена из композитного материала, состоящего из углеродного волокна, углеродных нитей, вектрана и/или кевлара. Связующим материалом для композитного материала может являться силикон, уретан или смола. Несущие конструкции спроектированы и изготовлены таким образом, что они имеют возможность складывания с обеспечением их упаковки и укладки. Кроме того, они могут быть выполнены с использованием композитных материалов с памятью формы. Ячеистая сетка купола рефлектора изготовлена таким образом, что она имеет кривизну, необходимую для достижения высокого коэффициента усиления антенны и высокой эффективности антенны. При упаковке тороидальное кольцо и держатели также складывают, при этом мембрана рефлектора оказывается сложенной между держателями и тороидальным кольцом или поверх них. Развертывание может быть осуществлено с использованием (а) набора телескопических держателей или (b) набора держателей и тороидального кольца, выполненных из композитного материала с памятью формы, что обеспечивает возможность развертывания упакованной антенны в свою окончательную конфигурацию в результате высвобождения энергии упругой деформации, запасенной в упакованной (или уложенной) конфигурации. Благодаря особым природным свойствам материала несущих конструкций их упругость может быть может быть при изготовлении отрегулирована в большую или меньшую сторону по шкале жесткости.

[39] В одном из иллюстративных вариантов реализации несущие конструкции или их части могут быть выполнены из полых трубок. Развертывание трубчатых несущих конструкций может быть осуществлено с использованием надувающего газа, например азота, углекислого газа или другого инертного вещества, такого как гелий или аргон. Могут быть использованы и другие газы.

[40] Для предотвращения запутывания натяжных элементов каждая струна может быть упакована в двух камерах 28, при этом, как показано на фиг. 8А-8В, одна камера размещена на конце 30 ячеистой сетки, а другая камера прикреплена к противоположному концу 32 рядом с узловым устройством. При развертывании держателей происходит вытягивание струн из их камер. Камера может представлять собой любую цилиндрическую камеру, такую как трубка. Камера может быть выполнена гибкой и деформируемой, вследствие чего она не сохраняет приданную форму, а просто отделяет одну струну от другой.

[41] Следует отметить, что в вариантах реализации, описанных в данном документе, могут быть реализованы многочисленные изменения и модификации, при этом составные элементы этих вариантов реализации приведены исключительно в качестве примера. Предполагается, что все такие модификации и изменения находятся в пределах объема настоящего изобретения, определенного прилагаемой формулой изобретения. Кроме того, этапы, описанные в данном документе, могут быть выполнены одновременно или в порядке, отличном от порядка, описанного в данном документе. Кроме того должно быть очевидно, что признаки и характеристики конкретных вариантов реализации, раскрытых в данном документе, могут быть объединены различными способами для создания дополнительных вариантов реализации, которые находятся в пределах объема настоящего изобретения.

[42] В нижеследующем описании определенная терминология может быть использована исключительно в качестве ссылки и не предполагает введение каких-либо ограничений. Например, термины «выше» и «ниже» относятся к направлениям на чертежах, на которые приводится ссылка. Термины «передний», «задний», «левый», «правый», «тыльный» и «боковой» описывают ориентацию и/или расположение частей компонентов или элементов в пределах унифицированной, но произвольной системы координат, которые поясняет ссылка на текст и соответствующие чертежи, описывающие рассматриваемые компоненты или элементы. Кроме того, термины, такие как «первый», «второй», «третий» и так далее могут быть использованы для описания отдельных компонентов. К такой терминологии могут относиться как вышеупомянутые слова, так и их производные, а также слова со схожим значением.

[43] Условные термины, используемые в данном документе, например, помимо прочего, термины «может», «мог бы», «например» и т.п., если специально не указано иное или иное не следует из контекста, в целом предназначены для выражения того, что конкретные варианты реализации имеют конкретные признаки, элементы и/или состояния. Однако, такие термины также охватывают конкретные варианты реализации, в которых не представлены такие признаки, элементы или состояния. Таким образом, не следует считать, что такие условные термины подразумевают, что признаки, элементы и/или состояния являются всегда необходимыми для одного или большего количества вариантов реализации или что один или большее количество вариантов реализации обязательно не содержат компонентов, которые не описаны в другом варианте реализации.

[44] Кроме того, в данном документе может быть использована нижеследующая терминология. Если из контекста не следует иное, упоминание элементов в единственном числе не исключает использования множества таких элементов. Таким образом, например, ссылка на элемент подразумевает ссылку на один или большее количество таких элементов. Термин «один из» относится к одному, двум или большему количеству элементов и в целом касается выбора некоторых элементов или всего количества элементов. Термин «множество» относится к двум или большему количеству элементов. Термин «примерно» или «приблизительно» означает, что количественные параметры, габариты, размеры, состав, параметры, формы и другие характеристики не обязательно должны иметь точные значения, то есть при необходимости они могут иметь и приблизительные значения и/или иметь большие или меньшие значения, что отражает допустимые отклонения, коэффициенты преобразования, погрешность округления, погрешность измерения и другие факторы, известные специалистам. Термин «по существу» означает, что указанные характеристики, параметр или значение не обязательно должны быть достигнуты в точности и что отклонения или изменения, содержащие, например, отклонения, погрешность измерения, ограничения точности измерения и другие факторы, известные специалистам, могут возникать в величинах, которые не исключают эффекта, для обеспечения которого и была предназначена характеристика. Например, термины «приблизительно», «примерно» и «по существу» могут относиться к величине, которая находится в пределах менее 10%, в пределах менее 5%, в пределах менее 1%, в пределах менее 0,1% или в пределах менее 0,01% от заданной величины или характеристики. Размеры, которым предшествует термин, такой как «примерно» или «приблизительно», также содержат перечисленные размеры. Например, выражение «примерно 3,5 мм» включает величину 3,5 мм. Например, в данном документе специально предусмотрены случаи, в которых значение или диапазоны снабжены термином «примерно» или «приблизительно».

[45] В данном документе числовые данные могут быть выражены или представлены в форме диапазона. Следует понимать, что такой формат в виде диапазона используют исключительно для обеспечения удобства и краткости, при этом предполагается, что диапазон содержит не только числовые значения, указанные в качестве границ диапазона, но и все отдельные числовые значения или поддиапазоны, находящиеся в пределах этого диапазона, как в случае перечисления каждого числового значения и поддиапазона. Например, числовой диапазон «примерно от 1 до 5» следует толковать таким образом, что он содержит не только перечисленные числовые значения от примерно 1 до примерно 5, но и также содержит отдельные значения и поддиапазоны в пределах указанного диапазона. Таким образом, этот числовой диапазон содержит отдельные значения, такие как 2, 3 и 4, и поддиапазоны, такие как «примерно от 1 до примерно 3», «примерно от 2 до примерно 4» и «примерно от 3 до примерно 5», «от 1 до 3», «от 2 до 4», «от 3 до 5» и т.п. В другом примере числовой диапазон «примерно от 1 до примерно 5» должен также содержать вариант диапазона «от 1 до 5». Такой же принцип применяют и к диапазонам, в которых указано только одно числовое значение (например, «более примерно 1»), при этом его следует применять вне зависимости от ширины диапазона или описываемых характеристик. Элементов для удобства могут быть представлены в общем перечне. Однако эти перечни следует толковать таким образом, что каждый элемент в перечне индивидуально идентифицирован как отдельный и уникальный элемент. Таким образом, ни один индивидуальный элемент в таком перечне не следует рассматривать в качестве фактического эквивалента любого другого элемента в том же самом перечне, основанном исключительно на их представлении в общей группе при отсутствии указаний на обратное. Таким образом, термины «и» и «или», используемые в сочетании с перечнем элементов, следует толковать расширительно, поскольку любой один элемент или большее количество из перечисленных элементов могут быть использованы по отдельности или в сочетании с другими перечисленными элементами. Термин «в качестве альтернативы» относится к выбору одной из двух или большего количества альтернатив и не предполагает ограничивать выбор только перечисленными альтернативами или только одной из этих перечисленных альтернатив, если только из контекста явно не следует иное.

Изобретение относится к трансформируемым, преимущественно крупногабаритным конструкциям. Предлагаемая антенна содержит коллектор (совмещенный с космическим аппаратом (КА)) и несущую конструкцию с тороидальной (надувной) внешней рамой и натянутой на нее ячеистой сеткой. КА связан с рамой тремя (или более) держателями. К сетке прикреплены натяжные элементы («стропы» между узлами сетки и КА), вызывающие в развернутом состоянии прогиб ячеистой сетки, задающий требуемую форму рефлектора, который закреплен на натяжных элементах между рамой и КА. Рефлектор может содержать мембраны, каждая из которых присоединена к смежным натяжным элементам. Представлены варианты реализации развертываемых антенн. Технический результат состоит в уменьшении объема, занимаемого крупногабаритной антенной в сложенной конфигурации. 11 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Развертываемая антенна, содержащая коллектор, несущую конструкцию и рефлектор, выполненный с возможностью направления радиочастотных сигналов, принятых рефлектором, на коллектор, причем развертываемая антенна имеет сложенную конфигурацию и развернутую конфигурацию, несущая конструкция содержит тороидальную внешнюю раму и по меньшей мере три держателя, соединенных с внешней рамой, при этом развертываемая антенна также содержит ячеистую сетку, прикрепленную к тороидальной внешней раме и образующую узлы, к указанным узлам прикреплены натяжные элементы, которые в натянутом состоянии задают развернутую форму ячеистой сетки в развернутой конфигурации, а к натяжным элементам прикреплен рефлектор.

2. Развертываемая антенна по п. 1, в которой рефлектор содержит мембраны, каждая из которых присоединена к смежным натяжным элементам.

3. Развертываемая антенна по п. 2, в которой несущая конструкция содержит композитный материал с памятью формы.

4. Развертываемая антенна по п. 1, в которой несущая конструкция содержит композитный материал с памятью формы.

5. Развертываемая антенна по п. 4, в которой композитный материал с памятью формы содержит основной материал и связующий материал.

6. Развертываемая антенна по п. 5, в которой основной материал содержит одно из следующих: углеродное волокно, углеродные нити, вектран, кевлар или комбинации вышеперечисленного.

7. Развертываемая антенна по п. 6, в которой связующий материал содержит одно из следующих: силикон, уретан, смолу или комбинации вышеперечисленного.

8. Развертываемая антенна по п. 7, в которой основной материал содержит нити, а связующий материал заполняет пространство между нитями.

9. Развертываемая антенна по п. 8, в которой нити в целом выровнены по всей длине несущей конструкции.

10. Развертываемая антенна по п. 9, в которой несущая конструкция содержит внешнюю раму, ребра, соединенные с внешней рамой, и держатели, соединенные с внешней рамой.

11. Развертываемая антенна по п. 10, в которой внешняя рама имеет тороидальную форму, при этом держатели выступают из плоскости внешней рамы и в целом сходятся по направлению друг к другу.

12. Развертываемая антенна по п. 11, в которой внешняя рама и держатели обеспечивают опору для рефлектора.