RU2053941C1 - Космический аппарат с солнечным парусом - Google Patents
Космический аппарат с солнечным парусом Download PDFInfo
- Publication number
- RU2053941C1 RU2053941C1 RU93018881A RU93018881A RU2053941C1 RU 2053941 C1 RU2053941 C1 RU 2053941C1 RU 93018881 A RU93018881 A RU 93018881A RU 93018881 A RU93018881 A RU 93018881A RU 2053941 C1 RU2053941 C1 RU 2053941C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wings
- sail
- space vehicle
- rods
- rim
- Prior art date
Links
- 241000120551 Heliconiinae Species 0.000 claims abstract description 3
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 4
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 239000002985 plastic film Substances 0.000 description 1
- 229920006255 plastic film Polymers 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
- B64G1/00—Cosmonautic vehicles
- B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
- B64G1/40—Arrangements or adaptations of propulsion systems
- B64G1/407—Solar sailing
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Aerials With Secondary Devices (AREA)
Abstract
Изобретение относится к космической технике, конкретно к космическим аппаратам ( КА ), использующим для управления своим движением солнечное световое давление; кроме того, КА может применяться в качестве отражателя для освещения поверхности планеты. Сущность изобретения состоит в том, что парус выполнен в виде узких длинномерных крыльев из тонкой зеркальной пленки, взаимодействующих внешними концевыми торцами с внешним опорным ободом и закрепленных внутренними концами на центральной части КА. Поворот зеркальной поверхности крыльев относительно светового потока производится электроприводами (соленоидного типа, с винтовыми преобразователями движения сердечников), установленными на внешнем ободе и связанными (винтовыми парами) с концевыми торцами крыльев. Ширина крыльев убывает, а толщина возрастает от периферии к центру. По командам системы управления могут быть задействованы все или некоторые электроприводы, в результате произойдет разворот всех или некоторых крыльев на определенные углы кручения, что приведет к изменению тяги солнечного паруса и / или возникновению управляющего момента светового давления для требуемого изменения ориентации паруса вместе с КА. 1 з. п. ф-лы, 4 ил.
Description
Изобретение относится к космической технике, конкретно к космическим аппаратам (КА), использующим для управления своим движением солнечное световое давление.
Наиболее близким аналогом из числа известных является КА с солнечным парусом, содержащий центральную часть корпуса, радиальные длинномерные крылья из тонкой отражающей пленки с укрепленными на их внешних концевых торцах стержнями, внешний опорный обод, с которым указанные стержни взаимодействуют посредством радиальных шарнирных осей и электродвигателей поворота внешних торцев крыльев в этих осях, связанные с электродвигателями источники электроэнергии и управляющее устройство [1] Недостатком известного КА является то, что при большой длине крыльев, необходимой для получения требуемой площади светоотражающей поверхности, возникает ряд проблем с выбором технических средств управления наклоном плоскостей крыльев к световому потоку, которые в известном техническом решении не преодолены в полной мере.
Технический результат состоит в разработке указанных выше средств управления, обладающих небольшими массой и энергопотреблением при обеспечении достаточных точности и надежности управления солнечным парусом КА.
Данный технический результат достигается тем, что в известном КА с солнечным парусом крылья выполнены с шириной, убывающей от внешних торцев к центральной части корпуса, и закреплены на этой части своими внутренними концами, а электродвигатели установлены на радиальных шарнирных осях.
Кроме того, электродвигатели поворота внешних торцев крыльев могут быть выполнены в виде соленоидов с сердечниками, причем обмотки соленоидов закреплены на элементах радиальных осей, неподвижных относительно опорного обода, а сердечники связаны со стержнями и образуют винтовые пары с этими элементами.
На фиг. 1 дан космический аппарат в развернутом состоянии во время полета: а вид сбоку, б по направлению оси вращения; на фиг. 2: а поперечное сечение торцевых стержней крыльев; б возможное поперечное сечение стержней опорного обода; в соединение стержней опорного обода; на фиг. 3 шарнирное соединение торца крыла с опорным ободом; на фиг. 4 двигатель поворота крыла: а и б прорези.
Космический аппарат содержит цилиндрический корпус 1, в котором может находиться полезный груз и управляющая аппаратура: бортовой компьютер и радиоприемник. К корпусу прикреплены крылья 2 длинные узкие ленты из тонкой зеркальной пленки, на торцах которых укреплены тонкостенные стержни 3. Последние прикреплены к опорному ободу 4 с помощью шарнирных осей 5. Аппарат вращается вокруг оси симметрии. Под действием солнечных лучей крылья прогибаются на угол α ≈0,01.
Крылья могут быть изготовлены, например, из алюминизированной пластиковой пленки или металлической фольги. Около центра аппарата используется более толстая и прочная пленка. Радиальные края пленки могут быть слегка вогнутыми и укреплены бордюрными нитями, или узкими полосками более толстой пленки, создающими азимутальное натяжение крыла. Длина крыльев: 300-500 м, число их: 200-400. Толщина пленки на периферии 2-4 мкм.
Обод 4 может быть выполнен в виде цепочки стержней 6, соединенных посредством шарниров 7. Тонкостенные стержни 3 и 6 могут быть изготовлены из композиционного материала, стали или титана и иметь поперечное сечение. Шарниры 7 могут быть выполнены в виде кольца 8, вставленного в отверстия 9. Шарнирное соединение 5 может быть выполнено в виде двух трубчатых осей 10 и 11, прикрепленных к стержням 3 и 6, вставленных одна в другую и закрепленных с помощью подшипников 12.
Электродвигатель поворота крыла может быть расположен непосредственно в соединении 5 и выполнен в виде соленоида с втягиваемым намагниченным сердечником. В этом случае в трубке 10 делается продольный разрез 13, в трубке 11 винтовой разрез 14. Сердечник 15 с поперечным выступом 16 вставляется в трубку 10. При этом выступ 16 вставлен в прорези 13 и 14. Обмотка соленоида 17 намотана на трубку 11. При пропускании электрического тока по обмотке возникает поступательное движение сердечника. Оно преобразуется во вращательное движение оси 10 с помощью винтового разреза 14. Меняя ток в обмотке, можно обеспечить требуемые повороты крыльев.
Электроэнергия может вырабатываться солнечными батареями, прикрепленными к корпусу, ободу или некоторым крыльям. К электродвигателям она подводится или по специальным изолированным токопроводящим покрытиям на крыльях, или по отдельным, не показанным на чертеже, кабелям. Необходимое изменение тока обеспечивает управляющее устройство.
Космический аппарат работает следующим образом. Из-за наличия опорного обода все крылья всегда остаются в одной плоскости, а расстояние между ними строго сохраняется. Это позволяет использовать большее число крыльев, чем предлагалось ранее, и получить большую площадь паруса при меньшем отношении длины крыла к его ширине на периферии. В результате уменьшаются амплитуда крутильных колебаний крыла и отклонения локальных нормалей к пленке от нужного направления. Из-за гироскопического эффекта плоскость обода сохраняет ориентацию. При этом углы поворота крыльев относительно этой плоскости строго контролируются управляющим устройством.
Поворачивая крылья с периодом, равным периоду вращения аппарата вокруг его оси симметрии, можно менять величину и направление общей силы светового давления на аппарат при сохранении направления оси симметрии. Для изменения направления оси создается момент сил, приводящий к нужной процессии. Для этого крылья поворачиваются так, чтобы точка приложения суммарной силы светового давления сместилась относительно корпуса. Постоянный во времени разворот крыльев позволяет менять период вращения аппарата и натяжение крыльев и обода. Часть крыльев может быть ориентирована так, чтобы отраженные ими лучи попали на нужный участок земной поверхности.
Claims (2)
1. КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ С СОЛНЕЧНЫМ ПАРУСОМ, содержащий центральную часть корпуса, радиальные длинномерные крылья из тонкой отражающей пленки с укрепленными на их внешних концевых торцах стержнями, внешний опорный обод, с которым указанные стержни взаимодействуют посредством радиальных шарнирных осей и электродвигателей поворота внешних торцов крыльев в этих осях, связанные с электродвигателями источники электроэнергии и управляющее устройство, отличающийся тем, что крылья выполнены с шириной, убывающей от внешних торцов к центральной части корпуса, и закреплены на этой части своими внутренними концами, а электродвигатели установлены на радиальных шарнирных осях.
2. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что электродвигатели поворота внешних торцов крыльев выполнены в виде соленоидов с сердечниками, причем обмотки соленоидов закреплены на элементах радиальных осей, неподвижных относительно опорного обода, а сердечники связаны стержнями и образуют винтовые пары с этими элементами.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93018881A RU2053941C1 (ru) | 1993-04-12 | 1993-04-12 | Космический аппарат с солнечным парусом |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93018881A RU2053941C1 (ru) | 1993-04-12 | 1993-04-12 | Космический аппарат с солнечным парусом |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2053941C1 true RU2053941C1 (ru) | 1996-02-10 |
RU93018881A RU93018881A (ru) | 1996-10-20 |
Family
ID=20140164
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU93018881A RU2053941C1 (ru) | 1993-04-12 | 1993-04-12 | Космический аппарат с солнечным парусом |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2053941C1 (ru) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6689952B2 (en) | 2001-07-16 | 2004-02-10 | The Director-General Of The Institute Of Space And Astronautical Science | Large membrane space structure and method for its deployment and expansion |
GB2434345A (en) * | 2005-12-28 | 2007-07-25 | Frank Ellinghaus | Solar sail arrangement |
DE102005028378B4 (de) * | 2005-06-20 | 2010-10-21 | Frank Ellinghaus | Verbesserter Thruster-Solar-Segler mit Segelsetz- und -Reffvorrichtung, selbst justierender zentraler Innenring-Struktur mit Docking- und Nutzlaststation, sowie zusätzlicher mobiler, andockfähiger Triebwerkseinheit(en) |
GB2492879A (en) * | 2011-07-13 | 2013-01-16 | Frank Ellinghaus | A space based power station incorporating a solar sail |
US10994868B2 (en) * | 2017-10-18 | 2021-05-04 | Frank Werner Ellinghaus | PanelSat—stack able satellite with fuel free attitude control |
DE102022102420A1 (de) | 2022-02-02 | 2023-08-03 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Raumfahrzeugmembran-Kopplungseinrichtung und Raumfahrzeugmembraneinheit |
-
1993
- 1993-04-12 RU RU93018881A patent/RU2053941C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Полякова Е.Н., Космический полет с солнечным парусом - М.: Наука, 1986, с.269 - 275. * |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6689952B2 (en) | 2001-07-16 | 2004-02-10 | The Director-General Of The Institute Of Space And Astronautical Science | Large membrane space structure and method for its deployment and expansion |
DE102005028378B4 (de) * | 2005-06-20 | 2010-10-21 | Frank Ellinghaus | Verbesserter Thruster-Solar-Segler mit Segelsetz- und -Reffvorrichtung, selbst justierender zentraler Innenring-Struktur mit Docking- und Nutzlaststation, sowie zusätzlicher mobiler, andockfähiger Triebwerkseinheit(en) |
GB2434345A (en) * | 2005-12-28 | 2007-07-25 | Frank Ellinghaus | Solar sail arrangement |
GB2434345B (en) * | 2005-12-28 | 2008-04-09 | Frank Ellinghaus | Solar-sail-launch-system, comprising a launch vehicle and a solar sail mothership spacecraft with "roller-reefing"-ACS and solar electric propulsion. |
GB2492879A (en) * | 2011-07-13 | 2013-01-16 | Frank Ellinghaus | A space based power station incorporating a solar sail |
GB2492879B (en) * | 2011-07-13 | 2014-04-02 | Frank Ellinghaus | Mobile solar sail powerstation and coupled solar sail powerstations for space based power generation and transmission |
US10994868B2 (en) * | 2017-10-18 | 2021-05-04 | Frank Werner Ellinghaus | PanelSat—stack able satellite with fuel free attitude control |
DE102022102420A1 (de) | 2022-02-02 | 2023-08-03 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Raumfahrzeugmembran-Kopplungseinrichtung und Raumfahrzeugmembraneinheit |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN100444411C (zh) | 可自旋展开的薄膜太阳电池阵及其在太空的应用 | |
EP1430542B1 (en) | Solar array concentrator system and method for concentrating solar energy | |
US4318522A (en) | Gimbal mechanism | |
US3817481A (en) | Deployable solar array for a spin stabilized spacecraft | |
JP6623004B2 (ja) | 自発的自律的展開による展開型マスト、および、この種類の少なくとも1つのマストを備える衛星 | |
US5133518A (en) | Attitude control device using solar sails for a satellite stabilized on three axes | |
RU2053941C1 (ru) | Космический аппарат с солнечным парусом | |
US4580747A (en) | Method and apparatus for orbital plane changing | |
GB2122965A (en) | Station-keeping using solar sailing | |
US3168263A (en) | Gravity gradient satellite orientation system | |
US5012170A (en) | Mechanical stabilization system with counter-rotating nested rotors | |
US6655915B2 (en) | Drive system for the retraction/extension of variable diameter rotor systems | |
US3190581A (en) | Method and apparatus for magnetic steering | |
US11958637B2 (en) | Gyromesh solar sail spacecraft and sail panel assemblies | |
US4302152A (en) | Anti-moment gyro for windmill | |
US6068218A (en) | Agile, spinning spacecraft with sun-steerable solar cell array and method | |
US20040012865A1 (en) | Spin-stabilized film mirror and its application in space | |
KR20040101336A (ko) | 우주선의 자세 제어용 제어 모멘트 자이로 | |
US5063336A (en) | Mechanical stabilization system using counter-rotation and a single motor | |
US5597141A (en) | Efficient mass translation device | |
US4621893A (en) | Satellite optical scan device | |
Higuchi et al. | Design and evaluation of an ultra-light extendible mast as an inflatable structure | |
MacNaughton et al. | The BI-STEM-A New A New Technique in Unfurlable Structures | |
US5042753A (en) | Mechanical stabilization system having counter-rotating rotors which are separate | |
RU2480387C2 (ru) | Способ переориентации и управления тягой вращающегося космического аппарата с солнечным парусом |