ПОДВИЖНОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОЕДИНЕНИЕ ЧАСТЕЙ МЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2024 года по МПК B64G1/22 B64G1/44 

Изобретение относится к космической технике и может применяться при проектировании силовой кабельной сети космических аппаратов (КА), в частности, для обеспечения электрического соединения панелей солнечных батарей (БС) КА. Изобретение позволяет компенсировать воздействие факторов космического пространства на кабельную сеть.

Для обеспечения электрических соединений между подвижными частями механизма широко применяются токосъемники на основе скользящих контактов (например, в конструкции фазных роторов асинхронных электродвигателей) или упругих элементов качения (патент РФ №2543136). Конструкции подобного рода обеспечивают электрическое соединение частей механизма, которые могут вращаться друг относительно друга вокруг одной оси, при этом не ограничивают угол поворота. Однако токосъемники имеют относительно сложную конструкцию, обладают значительной массой и габаритами, что делает их использование нецелесообразным в конструкциях, где угол взаимного поворота частей механизма составляет менее одного оборота.

Альтернативой токосъемникам для подобных случаев могут служить плоские кабели на основе гибких печатных плат (патенты US 20200050000, US 20110102986 A1). Участки таких кабелей могут соединять подвижные части механизмов в окрестностях шарнирных узлов (ШУ). Благодаря собственной упругости и малой массе плоские кабели не требуют наличия элементов, ограничивающих перемещение под воздействием перегрузок и вибрации для предотвращения повреждения кабеля. Однако плоские кабели не лишены недостатков:

1. Поскольку плоские кабели изготавливаются по технологиям печатных плат, существуют ограничения на длину таких кабелей. Это приводит к необходимости стыковки нескольких отрезков кабеля для обеспечения электрического соединения длинномерных конструкций, таких как крыло БС КА. Стыковка отрезков кабеля отрицательно влияет на надежность системы и технологичность сборки.

2. Гибкие печатные платы одновременно легко повреждаются и плохо поддаются ремонту, что усложняет монтаж кабельной сети.

В настоящее время в КА для электрического соединения подвижных частей широко используются кабели круглого сечения с гибкими участками, работающими на скручивание (патент РФ №2686595). В таком соединении ось гибкого участка кабеля совпадает с осью вращения ШУ. При вращении кабель скручивается, оказывая минимальное сопротивление вращению. Благодаря прямолинейности гибкий участок кабеля противостоит перегрузкам и вибрациям, не контактируя с другими элементами конструкции. Конструктивно кабели представляют собой набор многожильных проводников в индивидуальной полимерной изоляции, заключенный в общую экранирующую оболочку. Данная конструкция наиболее близка к описываемому изобретению и принята за прототип.

В космическом пространстве элементы конструкции КА, в том числе кабельная сеть, находятся под воздействием потока заряженных частиц. На поверхностях диэлектриков скапливаются статические заряды, которые могут приводить к пробоям изоляционного слоя проводников. Как правило, такие пробои случаются в местах точечного истончения изоляции, и приводят к еще большему истончению. В составе кабеля могут находиться проводники, между которыми при эксплуатации может возникать значительная, вплоть до 100 В, разница потенциалов, что способствует возникновению пробоев между этими проводниками. Повреждение изоляции в результате этого процесса может привести к возникновению короткого замыкания между проводниками.

Для заявленного изобретения выявлены следующие общие с прототипом существенные признаки: подвижное электрическое соединение частей механических систем космических аппаратов, соединенных шарнирно, обеспечиваемое за счет прямолинейных гибких участков кабеля круглого сечения, испытывающих деформацию кручения при взаимном перемещении частей механических систем.

Техническая проблема, решаемая изобретением, состоит в минимизации описанного явления и его последствий.

Техническая проблема решается тем, что в одном варианте исполнения на участке, проходящем через шарнир, кабель разделен на стволы, с противоположно разнесенными друг относительно друга прямолинейными гибкими участками, в каждом из которых сгруппированы проводники, имеющие близкий электрический потенциал. В другом варианте исполнения проводники, имеющие близкий электрический потенциал, сгруппированы, по меньшей мере, в двух кабелях. При этом до участка, проходящего через шарнир, кабели располагаются в непосредственной близости друг от друга, а на участке, проходящем через шарнир, кабели разнесены противоположно друг относительно друга прямолинейными гибкими участками.

Основное отличие заявленного устройства в том, что проводники с разными потенциалами физически разделены друг относительно друга. Предлагается один гибкий участок заменять как минимум двумя, в каждом из которых сгруппированы проводники с близкими потенциалами.

На фиг. 1 показана возможная конструкция такого электрического соединения по первому варианту исполнения, на примере ШУ 6, соединяющего панели БС 4 и 5. Кабель 1 круглого сечения закреплен на кронштейнах 2, установленных на одной части механической системы космических аппаратов, например, на панели БС 4, и кронштейнах 3, установленных на второй части механической системы космических аппаратов, например, на панели БС панели 5. Указанные части 4, 5 механической системы соединены шарнирно (ШУ на фиг. не показано) с возможностью взаимного вращения. Подвижность электрического соединения обеспечивается прямолинейными гибкими участками кабелей длиной L, которые испытывают деформацию кручения при взаимном перемещении частей 4, 5 механических систем КА. На каждом из участков длиной L сгруппированы проводники с близкими потенциалами. Для уменьшения магнитного момента, возникающего вследствие противоположного направления тока в гибких участках, площадь образуемой гибкими участками петли минимизируется. Для этого разделение проводников на группы выполняется в точках А и Б непосредственно вблизи ШУ, а размеры H и D принимаются минимально возможными для данной конструкции ШУ, панелей БС и механических параметров кабеля.

Гибкие участки могут быть ветвями одного кабеля, разделяющегося и соединяющегося в точках А и Б, как показано на фиг.1, а также, при проектировании кабельной сети КА, может быть целесообразным полностью разнести проводники с соответствующими потенциалами по разным кабелям, как показано на фиг. 2, что является вторым вариантом исполнения. При этом кабели 1 и 2 должны прокладываться в непосредственной близости друг к другу для уменьшения магнитного момента кабельной сети до участка, проходящего через ШУ.

Устройство работает следующим образом. При взаимном перемещении подвижных частей механической системы гибкие участки кабеля скручиваются вокруг собственной оси за счет того, что их концы закреплены на разных подвижных частях. При этом непрерывно сохраняется электрическая связь между частями, а деформирующиеся проводники с разным потенциалом не соприкасаются друг с другом.

Техническим результатом изобретения является увеличение надежности бортовой электросети КА.

Изобретение относится к электрооборудованию космических аппаратов (КА), в частности к соединительным узлам панелей солнечных батарей, включающим гибкие участки кабеля, подверженные кручению при взаимном перемещении частей (панелей) КА. Согласно изобретению, на участке, проходящем через шарнир, проводники кабеля со значительной взаимной разностью потенциалов (до 100 В) удалены друг от друга, причем проводники с близким потенциалом объединены в жгуты (стволы). Это позволяет уменьшить опасность пробоя изоляции, повреждаемой, в частности, потоками заряженных космических частиц. Техническим результатом является увеличение надежности бортовой электросети КА. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Подвижное электрическое соединение частей механических систем космических аппаратов, соединённых шарнирно, обеспечиваемое за счёт прямолинейных гибких участков кабеля круглого сечения, испытывающих деформацию кручения при взаимном перемещении частей механических систем, отличающееся тем, что на участке, проходящем через шарнир, кабель разделён на стволы с противоположно разнесёнными друг относительно друга прямолинейными гибкими участками, в каждом из которых сгруппированы проводники, имеющие близкий электрический потенциал.

2. Подвижное электрическое соединение частей механических систем космических аппаратов, соединённых шарнирно, обеспечиваемое за счёт прямолинейных гибких участков кабеля круглого сечения, испытывающих деформацию кручения при взаимном перемещении частей механических систем, отличающееся тем, что проводники, имеющие близкий электрический потенциал, сгруппированы по меньшей мере в двух кабелях, при этом до участка, проходящего через шарнир, кабели располагаются в непосредственной близости друг от друга, а на участке, проходящем через шарнир, кабели разнесены противоположно друг относительно друга прямолинейными гибкими участками.