Космический аппарат с пассивной системой ориентации и стабилизации Советский патент 1991 года по МПК B64G1/00 

Изобретение откосится к космической технике, а именно к конструкции космических аппаратов (КА), предназначенных для исследования Солнца и космической астрометрии.

На фиг. 1 изображен КА с блоком грубой солнечной ориентации и управляющими поверхностями, находящимися в рабочем раскрытом положении; на фиг. 2 - КА в транспортном положении, в котором он находится на активном участке полета ракетоносителя (РН).

КЛ представляет собой корпус 1 в форме осесимметричного тела, например правильной усеченной пирамиды, на котором установлены блок грубой солнечной ориентации в составе штанг 2 и солнечного паруса грубой ориентации 3, а также управляющих

поверхностей 4, выполняющих функции блока точной ориентации. В вершинах верхнего основания корпуса, которое представляет собой правильный многоугольник с размещенными на нем солнечными батареями расположены узлы 5, фиксирующие поворотные штанги 2 в транспортном положении (фиг. 2). В вершинах нижнего основания корпуса 1 расположены узлы крепления и поворота штанг 6 в плоскостях, проходящих через продольную ось корпуса . 1 КА.

Для грубой ориентации КА на Солнце необходимо обеспечить возникновение максимального компенсирующего момента. Для этого точку приложения результирующей силы солнечного давления необходимо отнести на максимальное расстояние от

о ел ел со

4

го

центра масс. Это можно обеспечить, если поверхность солнечного паруса расположить под углом к продольной КА. Оптимальный угол лежит в пределах 45-55°. Если при этом центр масс КА расположен выше этой поверхности, то предложенная конструкция КА обеспечит постоянную устойуивую ориентацию КА на Солнце, а наличие управляющих поверхностей позволяет корректировать положение КА по трем осям.

Солнечный парус ориентации 3 укреплен на штангах таким образом, что он образует форму осесимметричной замкнутой поверхности. Ось симметрии этой поверхности совпадает с продольной осью корпуса КА 1, причем центр масс КА находится на этой оси выше верхнего края солнечного паруса 3, что обеспечивает статическую устойчивость КА.

На конце каждой штанги установлена управляющая поверхность 4 с приводом поворота 7, 8 - оптические приборы наблюдения.

Космический аппарат функционирует следующим образом.

После вывода КА РН на заданную орбиту, во время которого КА находится в транспортном положении (фиг. 2), а солнечный парус грубой ориентации 3 уложен вокруг корпуса 1, штанги 2 расположены вдоль корпуса и управляющей поверхности 4, образуют над верхним основанием правильную пирамиду, защищая КА от факторов внешней среды на участке выведения, срабатывают узлы 5, фиксирующие штанги 2 в вертикальном положении, и освобождают указанные штанги. В результате срабатывания узлов 6 крепления и поворота штанг 2 осуществляется раскрытие и натяжение солнечного паруса грубой ориентации. Под действием сил солнечного давления на поверхность солнечного паруса космический аппарат ориентируется на Солнце таким образом, что его продольная ось совпадает с направлением на Солнце.

Во время работы КА управляющие поверхности 4, поворачиваясь вокруг своей оси, лежащей в плоскости, перпендикулярной продольной оси КА(фиг. 1), компенсируют возмущающие моменты, действующие на КА, и тем самым обеспечивают ориентацию продольной оси КА на Солнце. КА с системой ориентации и стабилизации с солнечным парусом обладает исключительной экологической чистотой в силу отсутствия выбросов рабочего тела в окружающее пространство, что создает благоприятные условия для работы научных (в частности оптических) приборов на его борту при времени существования до 5 лет,

Использование предложенной конструкции КА для выполнения астрометрических исследований обусловлено следующими преимуществами.

Система ориентации КА с закруткой его вокруг оси, направленной на Солнце, обеспечивает непрерывную съемку звездного

0 неба в течение всего периода его существования, что позволяет построить сплошную глобальную равноточную триангуляционную звездную сеть.

Отсутствие управляющих воздействий

5 на угловое положение КА, и малые величины внешних возмущающих моментов позволяют с высокой точностью реконструировать изменение во времени пространственной ориентации КА. Апостериорная точность оп0 ределения ориентации КА, стабилизируемого световым давлением, достигает 0,01, что трудно обеспечить, используя любые активные системы ориентации.

Пассивная система ориентации КА об5 ладает практически неограниченным ресурсом и полностью превосходит по надежности любые активные системы.

Простота конструкции КА обеспечивает решение вопросов разработки и изготовле0 ния КА в кратчайшие сроки с минимальными затратами и техническим риском. Формула изобретения Космический аппарат с пассивной системой ориентации и стабилизации, содер5 жащий блок грубой солнечной ориентации, расположенный на корпусе осесимметрич- ного многоугольного сечения с верхним и нижним основаниями, штанги, соединенные с корпусом с возможностью разворота

0 в плоскости, проходящей через продольную ось космического аппарата, и закрепленные на их свободных концах управляющие поверхности, установленные с возможностью разворота в той же плоскости, и уста5 новленные в корпусе оптические приборы наблюдения, отличающийся тем, что, с целью уменьшения массы космического аппарата, упрощения его конструкции, блок грубой солнечной ориентации выполнен в

0 виде солнечного паруса, представляющего отражающую поверхность с осью симметрии, совпадающей с продольной осью космического аппарата, укрепленную на штангах, причем штанги соединены с нижним осно5 ванием корпуса, центр масс космического аппарата расположен выше верхней кромки отражающей поверхности, а управляющие поверхности установлены с возможностью дополнительного разворота в двух плоскостях, ортогональных первой плоскости.

Изобретение относится к космической технике, может быть использовано при исследовании Солнца и космической астрометрии и позволяет уменьшить вес космического аппарата и упростить его конструкцию. Для этого блок грубой ориентации выполнен в виде солнечного паруса 3 с отражающей поверхностью, укрепленной на штангах 2, соединенных с нижним основанием корпуса 1. Компенсирующий момент обеспечивается расположением центра масс космического аппарата в плоскости, лежащей выше плоскости, проходящей через верхние кромки отражающей поверхности. 2 ил. СП

3

// xJ ,/ a

# ж V

S X/ # - Ъ Ј

Фиг1

Составитель И.Зуевская Редактор Н.ГорватТехред М.МоргенталКорректор О.Кундрик

Заказ 2024Тираж 315Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5