Бескаркасная кольцеобразная конструкция Российский патент 2021 года по МПК B64G1/22 

Изобретение относится к космической технике, именно к бескаркасным статическим кольцеобразным конструкциям космической техники, которые могут быть использованы как платформы для развертывания на орбите солнечных батарей, отражателей света и других крупногабаритных систем.

Известна «Развертываемая кольцеобразная конструкция», (патент №2123459 C1, B64G 1/10, Андреев А.В., Куркин В.И., Терентьев Ю.К., опубликованный 20.12.1998, которая содержит спирали, привод с направляющими средствами, выполненными в виде ограничителей смещений спиралей, управляемый привод выдвижения спиралей.

Однако такая конструкция характеризуется сложностью, большой насыщенностью элементами, что приводит к росту массогабаритных показателей.

Наиболее близким по технической сущности является описываемое в авторском свид. СССР «Магнитный диполь», №1821784, МПК G01V 3/08, опубл. 15.06.1993, Бюл. №22. Магнитный диполь кольцеобразной конструкции выполнен в виде проводников отдельных витков изолированных друг относительно друга, причем начала всех витков с нечетными номерами соединены между собой, также соединены концы витков с четными номерами, а блок питания подключен к началам нечетных номеров и концам четных номеров.

Недостатком такой конструкции является низкая надежность и большие массогабаритные показатели

Технической задачей изобретения является повышение надежности работы, обеспечиваемое простотой его схемотехнического решения.

Технический результат предлагаемого магнитного диполя заключается в упрощении конструкции, компактности конструктивного исполнения, снижении массогабаритных показателей магнитного диполя как платформы.

Это достигается тем, что известный магнитный диполь, содержащий два витка проводников, изолированных друг относительно друга, начало первого витка и конец второго витка подключены к блоку питания, а конец первого витка и начало второго витка разомкнуты, снабжен ребрами, в качестве проводников выбраны два витка проводников, при этом эти витки выполнены из сверхпроводника и расположены соосно в параллельных плоскостях, закреплены друг с другом ребрами, электрически соединены последовательно встречно, образуя контур, путем соединения между собой конца первого и конца второго витков и подключения начала первого витка и начала второго витка к блоку питания, совмещенного с блоком криостатирования.

Сущность предлагаемого магнитного диполя поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведен общий вид диполя, на фиг. 2 изображено сечение витков магнитного диполя в области между ребрами, на фиг. 3 изображено сечение витков магнитного диполя в области ребра, на фиг. 4 приведена принципиальная электрическая схема магнитного диполя.

Магнитный диполь содержит два витка 1 и 2 из сверхпроводников и расположенных соосно в параллельных плоскостях, виток 1 имеет выводы начала 3 и конца 4, виток 2 имеет выводы начала 5 и конца 6. Витки 1 и 2 соединены между собой последовательно встречно выводов конца 4 и конца 6. Витки 1 и 2 механически закрепленных друг с другом ребрами 7, вывод 3 начала витка 1 и вывод 5 начала витка 2 прикреплены к узлу сопряжения 8. Подключенные вывод начала 3 витка 1 подключен к выводу 9 блока питания 10 и вывода 5 начала витка 2 к выводу 11 блока питания 10, совмещенного с блоком криостатирования 12, образуют контур.

Магнитный диполь работает следующим образом.

В транспортируемом состоянии два сверхпроводника витков 1 и 2 магнитного диполя намотаны в виде спирали. В начале намотки спирали вывод 4 конца витка 1 и вывод 6 конца витка 2 соединены между собой. По всей длине спирали, с заданным шагом, сверхпроводники витков 1 и 2 закреплены друг с другом ребрами 11. В конце намотки (снаружи) спирали.

При развертывании магнитного диполя в рабочее состояние в пространстве происходит раскручивание спирали.

Стабильность положения развернутого кольцеобразного магнитного диполя в свободном пространстве определяется механической прочностью ребер 7, соединяющих витки 1 и 2, действием на витки контура радиальных сил упругости сверхпроводников. Превалирующим в обеспечении стабильности диполя в пространстве является действие пондеромоторных сил, обусловленных протеканием токов в витках сверхпроводников.

При значении тока I=10кА, среднем диаметре магнитного диполя D=100 м, расстоянии между витками d=1,5 м, диаметре сверхпроводника d_o=0,05 м, расстоянии между соседними ребрами по периметру диполя предварительное значение пондеромоторной силы, действующей на каждый виток, может быть определено на основе закона Ампера

где - единичный вектор, определяемый направлением тока I, В - вектор магнитной индукции в месте нахождения сверхпроводника, - длина периметра кольцеобразного модуля.

Выражение (1) соответствует в предположении линейной модели, учитывающей, что диаметр магнитного диполя D много больше расстояния между витками d. В явном виде, на основании (1) можно записать выражение модуля силы

где μ_o=4π10^-7, Гн/м - магнитная постоянная.

Для приведенных выше параметров магнитного диполя значение пандеромоторной силы, действующей как на виток 1, так и виток 2, в соответствии с (2), равно

Число промежутков между соседними ребрами по периметру модуля равно

Значение силы, действующей на сверхпроводники на длине между соседними ребрами, равно

Использование предлагаемого изобретения позволяет повысить надежность работы устройства на основе обеспечения простоты его схемотехнического решения. Уменьшение массогабаритов устройства достигается благодаря принятой компоновке каждого из двух витков и ребер магнитного диполя. При этом существенно упрощаются доставка на орбиту кольцеобразной конструкции больших размеров и развертывание ее в рабочее состояние. Открываются возможности компактного конструктивного исполнения платформы широкого профиля практических назначений и исследования электромагнитных процессов взаимодействия космических лучей и создаваемого постоянного магнитного поля, а также экранирования от внешних электоромагнитных воздействий.

Предлагаемая кольцеобразная конструкция (КК) относится к космической технике, а именно к статическим КК, которые могут быть использованы как платформы для развертывания на орбите, в частности, крупногабаритных систем. КК, содержащая два изолированных проводника и блок питания, снабжена ребрами, а проводники выполнены в виде витков из сверхпроводника, намотанных в виде спирали с возможностью ее раскручивания. Стабильное положение развернутой КК обеспечено за счет механической прочности ребер и действия на витки радиальных сил упругости. Витки расположены соосно в параллельных плоскостях, скреплены друг с другом указанными ребрами, электрически соединены последовательно встречно, образуя контур. При этом концы первого и второго витков соединены друг с другом, а начала первого и второго витков подключены к блоку питания, совмещенному с блоком криостатирования. Технический результат направлен на повышение надежности работы, обеспечиваемое простотой схемотехнического решения предложенной конструкции. 4 ил.

Бескаркасная кольцеобразная конструкция для развертывания на орбите крупногабаритных систем, содержащая два изолированных друг относительно друга проводника и блок питания, отличающаяся тем, что снабжена ребрами, изолированные проводники выполнены в виде витков из сверхпроводника, намотанных в виде спирали с возможностью ее раскручивания так, что стабильное положение развернутой конструкции обеспечено за счет механической прочности ребер и действия на витки радиальных сил упругости, при этом раскрученные витки расположены соосно в параллельных плоскостях, закреплены друг с другом указанными ребрами, электрически соединены последовательно встречно, образуя контур путем соединения между собой конца первого и конца второго витков и подключения начала первого витка и начала второго витка к блоку питания, совмещенному с блоком криостатирования.