Устройство развертывания солнечной батареи космического аппарата Российский патент 2023 года по МПК B64G1/44 

Изобретение относится к космическим аппаратам (КА), снабженным солнечными батареями, для обеспечения функционирования находящихся в нем электронной аппаратуры и других энергопотребителей.

Известен ряд конструкций, в которых развертывание солнечных батарей обеспечивается пружинным механизмом, размещенным в шарнирах раскладываемых панелей и выполненным в виде витой пружины. При этом сам процесс развертывания солнечной батарей регулируется электрическим двигателем, постепенно отпускающим трос, соединенный с крайним каркасом развертывающей батареи. [Основы проектирования информационно-управляющих и механических систем космического аппарата: Учеб. / А.В. Романов, Н.А. Тостоедов. - СПб.: ФГУП КБ «Арсенал» им. М.В. Фрунзе, БГТУ «Военмех» им. Д.Ф. Устинова, СПб. Отд. Российской акад. Космонавтики им. К.Э. Циолковского, ОАО «Информационные спутниковые системы» им акад. М.Ф. Решетнева, АНО ЛА «Профессионал», 2015. - 103, 107 с.]

Недостатком таких устройств является сложность конструкции и наличие жесткого каркаса самой батареи, препятствующего ее компактной упаковке на КА в стартовом положении.

Известны также конструкции [vunivere.ru. Схемы раскрытия фотоэлектрических батарей стр. 91-92], в которых раскладывание солнечных батарей осуществляется механизмом типа «пантограф». В стартовом положении КА он сложен и своим концевым звеном фиксирует крайний каркас сложенной «гармошкой», либо свернутой в рулон солнечной батареи. При раскладывании батареи «пантограф» раздвигается, например, под действием стягивания троса, проходящего через его шарниры, переводя, тем самым, ее в рабочее положение.

Близким техническим решением к заявленному является устройство, состоящее из телескопической штанги, звенья которой сложены одно в другое в стартовом положении и раздвигаются, развертывая прикрепленному к крайнему звену солнечную батарею, в орбитальном, рабочем положении [Анализ конструкций солнечных батарей космических аппаратов. З.А. Казанцев, A.M. Ерошенко, Л.А. Бабкина, А.В. Лопатин Космические аппараты и технологии №3 (37) 2021, т 5, стр. 126-127].

Недостатком такой конструкции является ограниченная величина раздвижения телескопической штанги из-за возможных длин ее звеньев, которое ограничивается их стартовым положением на КА. А также достаточно сложный механизм раздвижения телескопической штанги, вызывающий увеличение массы и габаритов.

Наиболее близким техническим решению к заявленному является трансформируемая ферма космического аппарата [RU 2782776, C1, B64G 1/22, 02.11.2022], содержащая первую опорную площадку, выполненную с возможностью ее крепления на корпусе космического аппарата, и вторую опорную площадку, выполненную возможностью ее крепления на корпусе развертываемого агрегата, при этом, на первой опорной площадке размещены три барабана, образующие в плане стороны равностороннего треугольника и выполненные с возможностью вращения от приводов, обеспечивающих размотку намотанных на них рукавов, выполненных в виде склеенных по краям пар лент, изготовленных из углепластиковых волокон с использованием термопластичного связующего полиэфирофиркетона, и крепления их начальных участков на второй опорной площадке, а также размещенных в углах образованного барабанами равностороннего треугольника пар валиков, выполненных с возможностью их вращения от приводов и размещения между валиками каждой пары валиков внахлест краев рукавов, намотанных на соседние с соответствующей парой валиков барабаны, а также крепления краев рукавов между собой внахлест.

Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно узкие функциональные возможности, что не позволяет использовать его для развертывания и прочного крепления солнечной батареи для длительной эксплуатации в условиях космоса.

Задача, на выполнение которой направлено заявляемое изобретение, является создание малогабаритного в свернутом состоянии устройства, позволяющего осуществить развертывание в космосе пленочной солнечной батареи большой площади и обеспечить на этой основе расширение арсенала технических средств, которые могут быть использованы для развертывания в космическом пространстве крупногабаритных агрегатов и систем.

Требуемый технический результат заключается в расширении функциональных возможностей устройства и осуществлении возможности развертывания в космосе пленочной солнечной батареи большой площади и обеспечить на этой основе расширение арсенала технических средств, которые могут быть использованы для развертывания в космическом пространстве крупногабаритных агрегатов и систем.

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что, в устройство, содержащее опорную площадку, выполненную с возможностью ее крепления на корпусе космического аппарата, и опорный элемент, выполненную возможностью его крепления к разворачиваемому объекту, при этом, на опорной площадке размещены три барабана, образующие в плане стороны равностороннего треугольника и выполненные с возможностью вращения от приводов, обеспечивающих размотку намотанных на них рукавов, выполненных в виде склеенных по краям пар лент, изготовленных из углепластиковых волокон с использованием термопластичного связующего полиэфирофиркетона, и крепления их начальных участков на опорной площадке, а также размещенных в углах образованного барабанами равностороннего треугольника пар валиков, выполненных с возможностью их вращения от приводов и размещения между валиками каждой пары валиков внахлест краев рукавов, намотанных на соседние с соответствующей парой валиков барабаны, а также крепления краев рукавов, каждый из которых в выдвинутом положении имеет в сечении чечевицеобразную форму, с плоскими по краям кромками между собой внахлест согласно изобретению, введен несущий барабан, закрепленный с возможностью вращения к корпусу космического аппарата и на котором размещен разворачиваемый объект, выполненный в виде намотанной на несущий барабан пленочной солнечной батареи, разворачиваемый конец которой закреплен на опорном элементе, а крепление краев рукавов между собой внахлест производится с помощью ультразвуковой сварки, при которой каждая пара валиков используют как электроды.

На чертеже представлено устройство развертывания солнечной батареи космического аппарата совместно с космическим аппаратом и солнечной батареей:

на фиг. 1 - устройство в неразвернутом положении;

на фиг. 2 - устройство в развернутом положении;

на фиг. 3 - поперечный профиль устройства.

Устройство развертывания солнечной батареи космического аппарата содержит опорную площадку 1, выполненную с возможностью ее крепления на корпусе космического аппарата 2, и опорный элемент 3, выполненную возможностью его крепления к разворачиваемому объекту 4.

На опорной площадке 1 размещены три барабана 5, образующие в плане стороны равностороннего треугольника и выполненные с возможностью вращения от приводов, обеспечивающих размотку намотанных на них рукавов 6, выполненных в виде склеенных по краям пар лент, изготовленных из углепластиковых волокон с использованием термопластичного связующего полиэфирофиркетона, и крепления их начальных участков на опорной площадке 1, а также размещенных в углах образованного барабанами равностороннего треугольника пар валиков 7, выполненных с возможностью их вращения от приводов и размещения между валиками каждой пары валиков 7 внахлест краев рукавов 6, намотанных на соседние с соответствующей парой валиков 7 барабаны 5, а также крепления краев рукавов 6, каждый из которых в выдвинутом положении имеет в сечении чечевицеобразную форму, с плоскими по краям кромками между собой внахлест.

В устройстве имеется также несущий барабан 8, закрепленный с возможностью вращения к корпусу космического аппарата 2 и на котором в неразвернутом состоянии размещен разворачиваемый объект 4, выполненный в виде пленочной солнечной батареи, намотанной на несущий барабан 8 и разворачиваемый конец которой закреплен на опорном элементе 3, а крепление краев 9 рукавов 6 между собой внахлест производится с помощью ультразвуковой сварки, при которой каждые пары валиков 7 используют как пары электродов.

Устройство развертывания солнечной батареи космического аппарата используется следующим образом.

Разворачиваемый объект 4 выполнен в виде пленочной солнечной батареи, намотанной на несущий барабан 8. Разворачиваемый конец пленочной солнечной батареи закреплен на опорном элементе 3.

В неразвернутом состоянии пленочная солнечная батарея намотана на несущий барабан 8, а гибкие рукава 6 намотаны на барабаны 3. При разворачивании гибких рукавов 6, за счет вращающихся от электропривода пар роликов 7, пропускающие между собой плоские края гибких рукавов и одновременно сваривающих их ультразвуковой сваркой, гибкие рукава 6 начинают выдвигаться и разворачивают свернутую на несущем барабане 8 пленочную солнечную батарею.

Предложенная конструкция способна обеспечить развертывания солнечной батареи большой площади, ограничением которой выступают габариты самой свернутой батареи и длина намотанных на бараны гибких рукавов. Для обеспечения надежности и прочности конструкции производится крепление краев рукавов 6 между собой внахлест с помощью ультразвуковой сварки, при которой каждые пары валиков 7 используют как пары электродов. Таким образом, представленное устройство способно развернуть солнечную батарею значительной площади, составляющих десятки квадратных метров.

Таким образом, в предложенной конструкции достигается требуемый технический результат, который заключается в расширении функциональных возможностей устройства и осуществлении возможности развертывания в космосе пленочной солнечной батареи большой площади и обеспечить на этой основе расширение арсенала технических средств, которые могут быть использованы для развертывания в космическом пространстве крупногабаритных агрегатов и систем.

Изобретение относится к области космической техники, а именно к солнечным батареям. Устройство развертывания солнечной батареи космического аппарата (КА) содержит опорную площадку на корпусе КА и опорный элемент, закрепленный к разворачиваемому объекту. На опорной площадке размещены три барабана, вращающиеся от приводов. На барабаны намотаны рукава в виде склеенных по краям пар лент из углепластиковых волокон с использованием полиэфирэфиркетона. В углах образованного барабанами равностороннего треугольника размещены пары валиков. Между каждой парой валиков размещены внахлест края рукавов. Рукава в выдвинутом положении имеют в сечении чечевицеобразную форму. На корпусе КА размещен несущий барабан с намотанной на него пленочной солнечной батареей. Склеивание краев рукавов между собой внахлест производится с помощью ультразвуковой сварки. Электродами является каждая пара валиков. Достигается возможность развертывания в космосе солнечной батареи большой площади. 3 ил.

Устройство развертывания солнечной батареи космического аппарата, содержащее опорную площадку, выполненную с возможностью ее крепления на корпусе космического аппарата, и опорный элемент, выполненную с возможностью его крепления к разворачиваемому объекту, при этом на опорной площадке размещены три барабана, образующие в плане стороны равностороннего треугольника и выполненные с возможностью вращения от приводов, обеспечивающих размотку намотанных на них рукавов, выполненных в виде склеенных по краям пар лент, изготовленных из углепластиковых волокон с использованием термопластичного связующего полиэфирэфиркетона, и крепления их начальных участков на опорной площадке, а также размещенных в углах образованного барабанами равностороннего треугольника пар валиков, выполненных с возможностью их вращения от приводов и размещения между валиками каждой пары валиков внахлест краев рукавов, намотанных на соседние с соответствующей парой валиков барабаны, а также крепления краев рукавов, каждый из которых в выдвинутом положении имеет в сечении чечевицеобразную форму, с плоскими по краям кромками между собой внахлест, отличающееся тем, что введен несущий барабан, закрепленный с возможностью вращения к корпусу космического аппарата, на котором размещен разворачиваемый объект, выполненный в виде намотанной на несущий барабан пленочной солнечной батареи, разворачиваемый конец которой закреплен на опорном элементе, а крепление краев рукавов между собой внахлест производится с помощью ультразвуковой сварки, при которой каждую пару валиков используют как электроды.