RU2214659C2 - Развертываемый крупногабаритный космический рефлектор - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к космической технике, в частности к развертываемым рефлекторам космических антенн, выполненных на основе крупногабаритных стержневых конструкций. Рефлектор содержит центральный узел, силовое кольцо с шарнирно соединенными стержнями, связанными своими концами со стойками, на которых установлены приводы, опорные лепестки, шарнирно соединенные со стойками и взаимодействующие с центральным узлом, сетеполотно, закрепленное на элементах, задающих профиль рабочей поверхности рефлектора. Рефлектор снабжен подкосами и рычагами, шарнирно связанными со стойками, которые выполнены из телескопических звеньев. Подкос и рычаг соединены между собой осью вращения при соблюдении соответствующего условия выбора длин. Опорные лепестки шарнирно связаны с центральным узлом и имеют прямоугольную форму. Элементы, задающие профиль рабочей поверхности рефлектора, выступают над опорными лепестками и соединены с сетеполотном. Над каждым опорным лепестком закреплена ограничительная лента для защиты сетеполотна от неуправляемых перемещений, а приводы служат для раздвижения телескопических звеньев стоек. Изобретение позволяет упростить конструкцию и уменьшить ее массово-габаритные характеристики за счет уменьшения количества элементов и их подвижных связей, а также обеспечить высокую плотность транспортной укладки рефлектора. 3 з.п.ф-лы, 16 ил., 1 табл.

Description

Изобретение относится к космической технике, в частности к развертываемым рефлекторам космических антенн, выполненных на основе крупногабаритных стержневых конструкций.

Известны развертываемые крупногабаритные конструкции рефлекторов: "Складываемый по периметру форменный рефлектор" по патенту ЕР 0959524 А1, кл. H 01 Q 2/28, обеспечивающий отношение 30:1 между развернутым и сложенным состояниями; "Телескопический разворачиваемый рефлектор и метод развертывания" по патенту ЕР 0807991 А1; "Механизм развертывания складной антенные, по патенту США 4482900, в котором представлена компактная упаковка складной антенны для размещения ее на космическом аппарате.

За прототип принята конструкция развертываемого крупногабаритного параболического космического рефлектора, разработанного Грузинским Институтом космических сооружений, совместно с Ракетно-Космической Корпорацией "ЭНЕРГИЯ" (журнал "Аэрокосмический курьер", 6, 1999 г., стр.58-61; http: //eEs. cosmos. ru). Эксперимент по развертыванию рефлектора был проведен на орбитальной станции МИР 23-28 июля 1999 г.

Рефлектор содержит центральный узел, силовое кольцо, электромеханические приводы развертывания, радиотехническое отражающее сетеполотно, опорные радиальные лепестки.

Силовое кольцо диаметром 5220 мм представляет собой стержневую конструкцию в виде кольцевого пантографа, собранного из перекрещивающихся шарнирно соединенных стержней. Стержни образуют систему перекрещивающихся ячеек, выполненных в виде равносторонних параллелограммов. Функционально ячейки делятся на силовые и связующие. Силовые ячейки образованы из силовых стержней, связующие ячейки - из связующих стержней. Силовые стержни попарно и шарнирно связаны своими концами с основными стойками через ползуны, на которых установлены электроприводы. Связующие стержни шарнирно соединены с промежуточными стойками. На основных стойках шарнирно закреплены откидные консоли, имеющие разную длину. Распределение разнодлинных консолей по основным стойкам силового кольца осуществлено таким образом, чтобы проекция параболического рефлектора в плане давала форму эллипса, большая ось которого равна 6400 мм, а малая - 5540 мм.

Опорные радиальные лепестки выполнены из алюминиевой фольги. Каждый лепесток имеет трапециевидную форму. Боковые стороны этой "трапеции" профилированы по контуру в соответствии с кривизной параболической поверхности, т.е. вогнуты. Большим основанием "трапеции" лепесток шарнирно соединен с основной стойкой, а меньшим - жестко связан с центральным узлом. На барабан центрального узла лепестки накручиваются в положении транспортной укладки.

Профилирование лепестков с двух сторон необходимо, чтобы обеспечить равномерность распределения усилий натяжения лепестка при развертывании. Сетеполотно закреплено на элементах, задающих требуемый профиль рабочей поверхности рефлектора, а именно приклеено и прошито к кромкам каждого профилированного лепестка и закреплено на концах откидных консолей.

Развертывание рефлектора производится электроприводами, которые сообщают движение стержням через тросовые передачи, представляющие собой отдельные отрезки тросов, каждый из которых проложен по внешним сторонам основных стоек и силовых стержней от одного электропривода до другого с помощью роликов элементов.

В положении транспортной укладки опорные лепестки находятся в упруго деформированном состоянии в силу того, что они накручены на барабан центрального узла. Откидные консоли также упруго деформированы и прижаты к силовому кольцу механизмом удержания, который описан в патенте RU 2155145 С1, на "Устройство для удержания и освобождения трансформируемой конструкции...". Механизм удержания в указанном устройстве выполнен в виде зачекованных стяжек, охватывающих силовое кольцо вместе с откидными консолями.

Последовательность развертывания рефлектора следующая: после сбрасывания механизма удержания транспортной укладки рефлектора подается питание на электроприводы, которые через тросы передают движение силовым стержням. Поворачиваясь в шарнирных узлах, силовые и связующие стержни раздвигаются, увеличивая диаметр силового кольца. Основные стойки "тянут" за собой опорные лепестки, которые раскручиваются с барабана центрального узла. При этом силовое кольцо совершает вращение вокруг центрального узла, делая, примерно, 3,5 оборота. Вместе с кольцом разворачивается сетеполотно, соединенное с лепестками и откидными консолями. На конечной стадии развертывания рефлектора лепестки выравниваются, откидные консоли ориентируются в плоскости опорных лепестков и сетеполотно натягивается. Окончательное формообразование поверхности сетеполотна происходит при достижении в опорных лепестках усилия натяжения заданного значения. После чего электропитание приводов отключается.

Основным недостатком конструкции рефлектора по прототипу является сложность конструкции, вызванная множеством шарнирно связанных элементов, требующих согласованности движения. Так силовое кольцо рефлектора, содержит 240 шарнирно связанных стержней (144 силовых стержня и 96 связующих стержней) и 48 основных и промежуточных стоек. На основных стойках силового кольца установлены: 40 ползунов, связанных со стержнями шарнирными узлами, и 8 электромеханических приводов, закрепленных на ползунах основных стоек через равные промежутки; 24 каретки; 24 опорных лепестка с элементами крепления к центральному узлу и основным стойкам; 24 откидных консоли, шарнирно связанных с основными стойками. В конструкцию силового кольца входят 24 храповых механизма, установленных на промежуточных стойках. Тросы соединены с выходными валами приводов, пропущены через ролики и огибают основные стойки и силовые стержни.

Требуемую точность формообразования отражающего сетеполотна такой сложной многоэлементной конструкции можно обеспечить только теоретически. На практике при развертывании рефлектора достигнуть согласованности движений всех элементов конструкции затруднительно. Возможны следующие нештатные ситуации.

1. Поскольку тросовая передача подразумевает прокладку тросов вдоль основных стоек и силовых стержней, то перегибы тросов на роликах являются потенциальными источниками обрывов жил, составляющих тросы (длина каждого троса, проложенного от одного привода к другому, ≈4,5 метра; количество огибаемых роликов - 5 штук). В результате возможно заклинивание шарниров из-за попадания концов жил в ближайшие шарнирные связи. Кроме того, роликовые опоры должны предусматривать средства, уменьшающие возможность соскальзывания тросов с роликов, что усложняет конструкцию и снижает ее надежность.

Температурные перепады (от плюс 120^oС до минус 160^oС), при которых должна осуществляться штатная работа рефлектора, будут вызывать линейные деформации тросов, которые выбираются с помощью узлов компенсации, в данном случае пружинных механизмов. Чем длиннее трос, тем более массивны узлы компенсации, утяжеляющие и усложняющие конструкцию. Для троса длиной 4,5 метра компенсирующий механизм представляет собой мощную натяжную пружину с фиксатором проектной длины троса и стабилизатором напряженного состояния троса.

Большие участки тросов незащищены от взаимодействия с другими элементами конструкции, что создает угрозу зацепа, особенно в случае обрыва жил тросов.

Кроме того, при отказе одного из приводов такая разветвленная схема прокладки тросов изменяет характер силового нагружения основных стержней - помимо сжимающих усилий в стержнях возникают значительные изгибные напряжения. Чтобы учесть характер такого нагружения стержни должны быть рассчитаны на большее сечение, в результате чего будет увеличена масса всей конструкции.

2. Трапециевидная форма опорного лепестка приводит к тому, что если усилие, прикладываемое к большей стороне лепестка, которой он крепится к основной стойке, составляет, например, 10 кгс, то в угловых периферийных зонах этой стороны, где направление усилия натяжения будет проходить касательно к вогнутой поверхности кромок лепестка, величина этого усилия будет, приблизительно в 20 раз меньше, т.е. составлять всего 0,5 кгс. Эта неравномерность распределения усилий по площади лепестка вызывает на поверхности лепестка появление складок или гофр, искажающих плоскостность лепестка. А так как кромки лепестков напрямую связаны с сетеполотном, то искажения формы лепестков будут вызывать погрешности в кривизне отражающей поверхности сетеполотна, снижая точность его отражения.

В связи с тем, что в состоянии транспортной укладки рефлектора опорные лепестки накручены на барабан центрального узла и находятся в упруго деформированном состоянии, то при освобождении транспортной укладки от элементов удержания силы упругости свернутых лепестков вызывают частичное подраскрытие силового кольца. При этом в тросах появляется слабина, которая может стать причиной попадания провисших участков в зазоры между элементами конструкции или соскакивания этих участков с роликовых опор.

3. Откидные разнодлинные консоли в конструкции представляют собой самостоятельные одностепенные механизмы. Каждая консоль - это тонкая штанга, длиной от 60 до 640 мм, связанная шарниром с основной стойкой. После расчековки стяжек, удерживающих консоли в сложенном состоянии, освобожденные консоли сразу же "откидываются" от силового кольца под действием упругих сил. Время откидывания консолей составляет ≈0,5-1 с, а развертывание силового кольца длится 7-10 минут, в течение которых ничем не сдерживаемые консоли, воспринимая динамику развертывания силового кольца, могут совершать неуправляемые движения, увлекая за собой прикрепленное к ним сетеполотно. В итоге возможно зацепление консолей за сетеполотно и его повреждение.

4. Из-за жесткого соединения опорных лепестков с барабаном центрального узла и с основными стойками увеличивается величина суммарной технологической ошибки при сборке конструкции. Это приводит к увеличению средне квадратичного отклонения точек крепления отражающей поверхности сетеполотна относительно элементов конструкции и, следовательно, к снижению точности формирования отражающей поверхности. Кроме того, при накручивании лепестков на барабан в зоне их заделки возможно появление участков пластической деформации, возникающих при перегибе и натяжении лепестков. Такие участки могут быть следствием технологических особенностей материала лепестков и операций заделки. В этом случае требуемое положение лепестков при развертывании не достигается, что также негативно отражается на точности формирования отражающей поверхности.

5. Связующие стержни силового кольца предназначены для придания конструкции жесткости. На динамику развертывания они не оказывают положительного влияния и являются "паразитной" частью рефлектора, увеличивающей число кинематических пар и потери на трение. Это приводит к снижению надежности срабатывания рефлектора, значительному увеличению массы и габаритов транспортной укладки.

6. Рассмотрим изменения конструкции рефлектора при увеличении его габаритов. В этом случае "глубина чаши" отражающей поверхности рефлектора увеличивает свою высоту. Следуя конструкции рефлектора по прототипу, очевидно, что будет изменяться профиль каждого опорного лепестка. Поскольку лепесток профилируется с обеих сторон (для обеспечения симметричности передачи усилий), то чем больше "глубина чаши", тем резче возрастает площадь широкой части лепестка, которой он крепится к основной стойке. Увеличение площади лепестков приведет к увеличению длин основных стоек и силовых стержней. Как следствие увеличиваются габариты транспортной укладки и снижается ее плотность. При этом возникнут дополнительные технические трудности при решении задач доставки транспортной укладки на борт космического объекта (объем зон размещения, диаметры люков и т.п.). Следовательно, при изготовлении космических рефлекторов большего диаметра по схеме прототипа будут присутствовать ограничения по габаритам.

Все перечисленные моменты указывают на недостаточную надежность развертывания рефлектора, вызванную конструктивной сложностью и связанную с трудностями в достижении заданных массовых характеристик и габаритов транспортной укладки.

Задачей предлагаемого развертываемого крупногабаритного космического рефлектора является увеличение надежности развертывания, за счет упрощения его конструкции, с одновременным уменьшение массы и повышением плотности упаковки рефлектора в транспортном положении.

Сущность изобретения состоит в том, что предложенный развертываемый крупногабаритный космический рефлектор содержит центральный узел и силовое кольцо с перекрещивающимися шарнирно соединенными стержнями, попарно и шарнирно связанными своими концами со стойками, на которых установлены приводы, сообщающие движение стержням через тросовые передачи, опорные лепестки, шарнирно соединенные со стойками и взаимодействующие с центральным узлом, сетеполотно, закрепленное на элементах, задающих профиль рабочей поверхности рефлектора.

Поставленная задача достигается тем, что в конструкцию крупногабаритного космического рефлектора введены подкосы и рычаги, а каждая стойка выполнена, по крайней мере, из двух наружного и внутреннего телескопически связанных звеньев. Причем наружное звено шарнирно связано с подкосом, а внутреннее звено шарнирно связано с рычагом. Подкос и рычаг соединены между собой осью вращения при соблюдении условия: А+В=С, где А - длина плеча рычага, между указанной осью вращения и его шарнирной связью с внутренним звеном; В - длина подкоса; С - высота стойки в ее раздвинутом положении. Опорные лепестки шарнирно связаны с центральным узлом и имеют прямоугольную форму. Элементы, задающие профиль рабочей поверхности рефлектора, закреплены на каждом опорном лепестке с выступанием их концов над опорным лепестком, так, что сетеполотно закреплено на этих выступающих концах и на концах указанных рычагов. При этом на указанных задающих профиль элементах между опорным лепестком и поверхностью сетеполотна закреплена ограничительная лента для защиты сетеполотна от неуправляемых перемещений, а указанные приводы являются приводами раздвижения телескопически связанных звеньев стоек.

Кроме того, в развертываемом крупногабаритном космическом рефлекторе на рычагах установлены разнодлинные удлинители, уравнивающие длину рычагов до одной величины в положении транспортной укладки. Удлинители выполнены из электроизоляционного материала.

Вариант установки каждого привода на стойке следующий, привод установлен на внутреннем телескопическом звене. Каждая указанная тросовая передача содержит взаимодействующий с тросом ролик, установленный внутри наружного телескопического звена стойки. Один конец троса соединен с выходным валом привода, а другой закреплен во внутреннем телескопическом звене, при этом трос перекинут через ролик и расположен в полости стойки.

Как вариант приводы могут быть выполнены электрическими.

Предлагаемая конструкция развертываемого крупногабаритного космического рефлектора имеет значительно меньшее количество составляющих элементов и подвижных связей по сравнению с конструкцией рефлектора по прототипу. Так, при одинаковых параметрах - количестве опорных лепестков (24 шт.) и электродвигателей (8 шт.), количество основных элементов известного и предлагаемого рефлекторов см. в таблице.

При этом диаметр силового кольца предлагаемого рефлектора будет значительно больше, примерно 12 метров.

Изобретение поясняется графическими материалами, на которых изображено:
фиг. 1 - пространственное изображение развертываемого крупногабаритного космического рефлектора;
фиг.2 - общий вид рефлектора - фронтальное изображение;
фиг.3 - общий вид рефлектора - вид сверху;
фиг. 4 - фрагмент силового кольца в развернутом положении без опорных лепестков;
фиг. 5 - силовое кольцо с удлинителями в состоянии транспортной укладки (без лепестков и сетеполотна);
фиг. 6 - пространственное изображение кинематической связи стойки со стержнями, подкосом и рычагом в развернутом положении рефлектора (когда телескопически связанные наружное и внутреннее звенья стойки полностью сдвинуты) (выносной элемент I);
фиг. 7 - изображение кинематической связи наружного и внутреннего телескопически связанных звеньев стойки с подкосом и рычагом;
фиг. 8 - конструкция телескопической стойки с электромеханическим приводом - главный вид;
фиг. 9 - конструкция телескопической стойки с электромеханическим приводом - вид в плане;
фиг.10 - фрагмент стойки с механизмом стопорения (выносной элемент II);
фиг.11 - центральный узел - корпус - главный вид;
фиг. 12 - узел шарнирного соединения опорного лепестка к корпусу центрального узла (выносной элемент III);
фиг. 13 - схема опорного прямоугольного лепестка со штангами и ограничительной лентой;
фиг. 14 - схема стойки в положении, когда наружное и внутреннее телескопически связанные звенья раздвинуты;
фиг.15 - схема стойки, когда наружное и внутреннее телескопически связанные звенья находятся в промежуточном положении;
фиг. 16 - схема стойки в положении, когда наружное и внутреннее телескопически связанные звенья полностью сдвинуты.

На перечисленных фигурах изображена конструкция рефлектора с использованием следующих элементов:
1 - стержни силового кольца,
2 - центральный узел,
3 - опорные лепестки,
4 - рычаги,
5 - подкос,
6 - электромеханические приводы развертывания,
7 - сетеполотно,
8 - шарнир, связывающий перекрещивающуюся пару стержней 1,
9 - наружное звено телескопической стойки,
10 - внутреннее звено телескопической стойки,
11 - фитинг наружного звена 9 телескопической стойки,
12 - фитинг внутреннего звена 10 телескопической стойки,
13 - шарниры, соединяющие стержни 1 с фитингами 11 и 12,
14 - шарнир, связывающий подкос 5 с фитингом 11,
15 - шарнир, связывающий рычаг 4 с фитингом 12,
16 - ось вращения, связывающая рычаг 4 с подкосом 5,
17 - узел крепления сетеполотна в виде электроизоляционной шпильки,
18 - кронштейн для крепления электромеханического привода 6,
19 - ролик, установленный внутри наружного звена 9 телескопической стойки,
20 - трос,
21 - подпружиненная тяга,
22 - выходной вал электропривода привода 6,
23 - катушка, установленная на выходном валу 22 электропривода 6,
24 - конец троса, закрепленный на кронштейне 18,
25 - конец троса, закрепленный на катушке 23,
26 - защелка, установленная на наружном звене 9 телескопической стойки,
27 - зубчатая рейка во внутреннем звене 10 телескопической стойки,
28 - корпус центрального узла,
29 - основание корпуса 28,
30 - опорные лепестки,
31 - шарнирное соединение опорных лепестков 30 со стойкой и корпусом 28,
32 - резьбовая ось шарнирного соединения 31,
33 - хвостовая часть резьбовой оси 32,
34 - штанги, закрепленные на опорных лепестках,
35 - ограничительная лента,
36 - удлинитель.

Развертываемый крупногабаритный космический рефлектор содержит силовое кольцо, собранное из стержней 1, центральный узел 2, опорные лепестки 3, рычаги 4 и подкосы 5, приводы развертывания 6, отражающую поверхность рефлектора, выполненную в виде сетеполотна 7. Общий вид пространственного изображения развертываемого крупногабаритного космического рефлектора представлен на фиг.1. Предлагаемое изобретение описано на примере разработанной авторами конструкции рефлектора с параболической формой отражающей поверхности, наилучшие характеристики отражения у которой достигаются когда параболическая поверхность получена пересечением поверхности параболоида цилиндрическим телом, ось вращения которого параллельна оси параболоида. На фиг.2, 3 представлена схема проекционного изображения рефлектора - главный вид (фиг.2) и вид в плане (фиг.3), на котором видно, что проекция рефлектора имеет форму эллипса.

В развернутом положении силовое кольцо представляет собой механизм пантографа, замкнутый в кольцо (фиг.1, 2, 3), фрагмент которого изображен на фиг.5.

В состоянии транспортной укладки силовое кольцо имеет цилиндрическую форму (фиг.5).

Силовое кольцо выполнено из перекрещивающихся стержней 1, соединенных между собой шарниром 8 (фиг.4). Стойки выполнены из телескопически связанных звеньев, например, из двух - наружного звена 9 и внутреннего звена 10. В приведенном случае исполнения силового кольца стойки параллельны между собой, а шарниры 8 расположены посередине стержней 1.

Наружное звено 9 телескопической стойки снабжено фитингом 11, внутреннее звено - фитингом 12. Стержни 1 соединяются с фитингами 11 и 12 шарнирами 13. Подкос 5 крепится к фитингу 11 на шарнире 14, а рычаг 4 крепится к фитингу 12 на шарнире 15 (фиг.6, 7 - развернутое положение рефлектора, когда телескопически связанные наружное 9 и внутреннее 10 звенья стойки полностью сдвинуты). Между собой рычаг 4 и подкос 5 соединены осью вращения 16 (фиг. 7).

Рычаги 4 и подкосы 5 выполняются разной длины, исходя из следующих соображений: так как силовое кольцо имеет форму окружности, то для обеспечения отражающей поверхности сетеполотна параболической формы, рычаги и подкосы рассчитаны так, чтобы распределение их по периметру силового кольца давало рефлектору в плане проекцию в форме эллипса. В рассматриваемом варианте рычаги 4 и подкосы 5 имеют семь модификаций длины, а параметры большой и малой осей эллипса - 14747 мм и 12000 мм.

Для каждой пары "подкос - рычага соблюдается соотношение: (фиг.7):
A+B=C=const,
где А - длина плеча рычага 4 между осью вращения 16 и его шарниром 15, связывающим рычаг 4 внутренним звеном 10;
В - длина подкоса 5;
С - высота стойки в положении, когда телескопически связанные звенья 9 и 10 полностью раздвинуты (положение транспортной укладки рефлектора - фиг. 13).

При нарушении этого равенства происходит следующее: если сумма величин "А" и В" меньше, чем размер "С", то при укладке рефлектора в транспортное положение рычаги 4 и подкосы 5 сложатся, а стержни силового кольца не сомкнутся; если сумма "А" и "В" будет больше, чем размер "С", то силовое кольцо сомкнется, а рычаги и подкосы не сложатся.

На концах рычагов 4 закреплены узлы крепления сетеполотна 7, выполненные в виде электроизоляционных шпилек 17. Сетеполотно 7 прикрепляется к шпилькам 17 аримидными нитями (фиг.7).

На стойках через равные промежутки установлены приводы 6, выполненные электромеханическими. Приводы 6 сообщают движение стержням 1 через тросовые передачи.

Вариант взаимодействия электромеханического привода 6 со стойками изображен на фиг.8, 9, 10. Электропривод 6 устанавливается на внутреннем звене 10 телескопической стойки с помощью кронштейна 18, закрепленного на фитинге 12. Тросовая передача представляет собой следующее. Внутри наружного телескопического звена 9 стойки установлен ролик 19, через который перекинут трос 20. Ролик 19 закреплен на подпружиненной тяге 21 в полости наружного звена 9 телескопической стойки. Подпружиненная тяга 21 является компенсирующим механизмом, выбирающим линейные деформации троса 20 (механизм не показан). На выходном валу 22 электропривода 6 установлена катушка 23. Концы 24 и 25 троса 20 механическими соединениями жестко закреплены на катушке 23 и кронштейне 18 (фиг.8, 9).

На всех телескопических стойках смонтированы механизмы стопорения развернутого положения рефлектора. Механизм стопорения представляет собой две подпружиненные защелки 26, выполненные на наружном звене 9 телескопической стойки и зубчатые рейки 27, расположенные во внутреннем звене 10 стойки (фиг.10).

В геометрическом центре силового кольца расположен центральный узел 2, который является опорной частью рефлектора. Корпус 28 центрального узла имеет цилиндрическую форму (фиг.11) и закреплен на основании 29, с помощью которого рефлектор соединяется с механизмом наведения, корректирующим положение рефлектора в пространстве. Каждый опорный лепесток 30 крепятся к корпусу 28 с помощью шарнирного соединения 31, выполненного в виде оси. Резьбовой частью 32 оси лепесток закрепляется во фланце корпуса 28, а хвостовой гладкой частью 33 - устанавливается с возможностью вращения в гнезде опорного лепестка 30 (рис.12). При наземной установке каждого лепестка 30 резьбовая часть 32 оси позволяет за счет поступательного перемещения регулировать положение лепестка относительно корпуса 28. По гладкой части 33 оси опорный лепесток 30 способен перемещаться в процессе развертывания рефлектора, выбирая незначительные искажения положения.

Опорные лепестки 30 крепятся к наружному звену 9 стоек шарнирными соединениями, аналогичными по конструкции и возможностям шарнирным соединениям 31.

Опорные лепестки 30 выполнены из композиционного углепластового материала (с прореженной нитью) и имеют прямоугольную форму (фиг.13).

На каждом опорном лепестке закреплены элементы, задающие профиль рабочей поверхности рефлектора. Элементы выполнены в виде равномерно установленных параллельных штанг 34, выступающих над поверхностью лепестка. Линия, проведенная через концы штанг 34 каждого опорного лепестка, представляет собой отрезок параболы, который образуется пересечением параболической поверхности с плоскостью радиального сечения. В результате сетеполотно 7, закрепленное на выступающих концах штанг 34 и на концах рычагов 4, при распрямлении образует отражающую поверхность рефлектора параболической формы.

Между каждым опорным лепестком 30 и концами штанг 34 на данном лепестке закреплена ограничительная лента 35, служащая для защиты сетеполотна от неуправляемых перемещений. Опорный лепесток 30 и ограничительная лента 35 лежат в одной плоскости.

Проблема формирования сетеполотна 7 в транспортной укладке рефлектора может быть решена следующим вариантом исполнения рычагов 4. Рычаги снабжаются разнодлинными удлинителями 36, которые жестко закрепляются на концах каждого рычага. В сумме длина L₁ рычага 4 и длина L₂ удлинителя 36 для каждой пары "рычаг-удлинитель" величина постоянная (фиг.7), что позволяет в положении транспортной укладки уравнять длину всех пар "рычаг-удлинитель". Этим приемом создается защищенный объем для сетеполотна и уменьшается вероятность зацепления его за элементы конструкции при развертывании рефлектора. Так как удлинители 36 располагаются вне зоны сетеполотна, то они выполняются из электроизоляционного и радиопрозрачного материала, что необходимо для обеспечения минимального влияния на пассивную интермодуляцию рефлектора.

Выравнивание длин рычагов 4 и удлинителей 36 до одной величины позволяет устанавливать зачекованные стяжки механизма удержания в наиболее выгодных зонах транспортной укладки Это обеспечивает укладке устойчивое состояние и надежное развертывание рефлектора.

Следует отметить, что высокую плотность рефлектора в состоянии транспортной укладки обеспечивает кинематическая схема силового кольца, позволяющая элементам конструкции максимально примьжать друг к другу.

Развертывание рефлектора происходит после отведения манипулятором транспортной укладки рефлектора в заданную точку относительно космического аппарата.

Последовательность развертывания рефлектора следующая. Транспортная укладка рефлектора освобождается от зачекованных стяжек. На электроприводы 6 подается электропитание, приводящее в движение катушки 23. Стягивание телескопически связанных звеньев 9, 10 каждой стойки происходит следующим образом. Трос 20, закрепленный концом 25 (фиг.4) на катушке 23, перекатываясь через ролик 19, начинает наматываться на катушку 23. Другой конец 24 троса, закрепленный на кронштейне 18, принуждает перемещаться наружное звено 9 стойки по внутреннему звену 10, тем самым сдвигая их.

На фиг. 14, 15, 16 изображена схема трансформации телескопически связанных звеньев 9 и 10 стойки, рычага 4 и подкоса 5 из состояния транспортной укладки в развернутое положение. На фиг.14 изображена стойка в состоянии транспортной укладки рефлектора с раздвинутыми телескопически связанными звеньями 9 и 10. Рычаг 4 и подкос 5, в этом случае, сложены и примыкают к стойке, при этом соблюдено соотношение А+В=С. На фиг.15 изображено промежуточное положение развертывания, при котором звенья 9 и 10 стойки сдвинуты не полностью. На фиг.16 показано положение, при котором звенья 9 и 10 стойки полностью сдвинуты, а положение рычага 4 и подкоса 5 соответствуют рабочему, т. е. когда силовое кольцо развернуто, опорные лепестки выпрямлены, сетеполотно натянуто.

Одновременно с движением сдвигания звеньев 9 и 10 стоек происходит разворот стержней 1 в шарнирах 8 друг относительно друга и в шарнирах 13 - относительно фитингов 11 и 12. При этом подкос 5 поворачивается в шарнирах 14 фитинга 11 и в шарнире 16 относительно рычага 4, а рычаг 4 поворачивается в шарнире 15 фитинга 12.

Процесс развертывания силового кольца заканчивается, когда телескопические звенья 9 и 10 стоек сдвигаются полностью (фиг.6, 7, 8, 9, 15) и срабатывают механизмы стопорения, т. е. защелки 26 входят в зацепление с зубчатьми рейками 27 (фиг. 10). Во время развертывания происходит поворот силового кольца вокруг центрального узла 2, при котором опорные лепестки 30, разворачиваясь в шарнирных соединениях 31, распрямляются.

Благодаря шарнирному соединению 31, выбираются искажения в положении лепестков при их натяжении.

Сетеполотно 7, закрепленное на штангах 34 опорных лепестков 30 и в узлах крепления 17 на рычагах 4, расправляется вместе с движением рычагов 4 и выпрямлением опорных лепестков 30. При этом ограничительная лента 35 защищает складки сетеполотна от зацепления их за штанги 34. Распрямление сетеполотна 7 происходит равномерно и плавно, так как кинематическая связь телескопических звеньев 9 и 10, стержней 1 и рычагов 4 с подкосами 5 организована так, что движение этих элементов происходит одновременно, обеспечивая конструкции упорядоченное развертывание.

На конечном этапе развертывания силового кольца происходит выравнивание и натяжение лепестков, в результате чего происходит формообразование отражающей поверхности сетеполотна. Заданная геометрия сетеполотна определяется соответствующими длинами рычагов 4, ползунов 5 и разновысокими штангами 34 опорных лепестков. Требуемое усилие натяжения в опорных лепестках соответствует конечному рабочему положению телескопически связанных звеньев, при котором на электроприводах срабатывают датчики выключения. Расчетное натяжение в каждом опорном лепестке составляет 5-7 кгс. Причем прямоугольная форма лепестка обеспечивает равномерное распределение усилий натяжения по всей поверхности, исключая искажение его поверхности.

Ограничительная лента при этом остается в не напряженном состоянии, усилие натяжения в ней составляет ≈0,5 кгс.

Развернутое состояние рефлектора поддерживается приводами и механизмами стопорения. Для этого каждый электромеханический привод имеет в составе кинематической цепи червячную пару, которая является самостопорящей на обратное вращение вала. Это позволяет сохранить достигнутое в тросах усилие натяжения. Механизмы стопорения, входящие в состав каждой телескопической стойки, дублируют работу червячных пар приводов: даже в случае обрыва одного из тросов, защелки 26 в зацепление с рейками 27 позволяют сохранять предварительное нагружение конструкции.

Преимущества предлагаемой конструкции развертываемого крупногабаритного рефлектора следующие.

1. Простота исполнения - рефлектор имеет малое число составляющих элементов и подвижных связей, что значительно уменьшает массу всего рефлектора.

2. Использование упрощенной системы тросовых передач - в силовом кольце отрезки тросов расположены внутри телескопических стоек и имеют по одной роликовой опоре, что в несколько раз уменьшает длину тросов в системе привода, сокращает количество роликовых опор и, связанных с ними, перегибов тросов. В итоге уменьшаются потери на трение, исключается провисание тросов.

3. Развертывание рефлектора исключает вероятность зацепления сетеполотна за рычаги и штанги. Это происходит за счет введения в состав рычагов удлинителей и за счет введения ограничительных лент, которые облегчают процесс формирования сетеполотна. Кинематическая связь стержней и стоек силового кольца с рычагами и подкосами позволяет включаться в движение одновременно всем элементам, что обеспечивает равномерность развертывания конструкции и плавное расправление складок сетеполотна.

4. Обеспечение отражающей поверхности сетеполотна максимальной точности за счет выполнения шарнирной связи опорных лепестков с центральным узлом. Шарнирная связь позволяет регулировать положение опорных лепестков не только при их наземном монтаже на центральный узел, но и позволяет автоматически выбирать искажения положений лепестков при натяжении на заключительном этапе развертывания. Кроме того, шарнирная связь обеспечивает плотное и равномерное накручивание опорных лепестков на центральный узел и исключает в лепестках появление зон пластической деформации.

5. Исполнение элементов, задающих профиль рабочей поверхности рефлектора, с выступанием их концов над опорными лепестками (применение штанг в опорных лепестках) позволяет выполнять лепестки простой геометрической формы - прямоугольной. В этом случае исключается возможность появления на лепестках зон с различной напряженностью, которые негативно сказываются на процессе распрямления лепестков. Т.е., прямоугольная форма лепестка обеспечивает равномерное распределение усилий натяжения по всей поверхности, исключая искажение его поверхности. Кроме того, уменьшается масса лепестков и повышается плотность упаковки рефлектора.

6. Практическое отсутствие влияния увеличения типоразмера рефлектора на габариты транспортной укладки, поскольку площадь каждого опорного лепестка мало изменяется при увеличении размеров рефлектора. На плотность укладки увеличение диаметра силового кольца также не оказывает никакого влияния.

Перечисленные факторы позволяют повысить надежность развертывания крупногабаритного космического рефлектора, увеличить плотность транспортной укладки и уменьшить массу его конструкции.

Claims (4)

1. Развертываемый крупногабаритный космический рефлектор, содержащий центральный узел и силовое кольцо с перекрещивающимися шарнирно соединенными стержнями, попарно и шарнирно связанными своими концами со стойками, на которых установлены приводы, сообщающие движение стержням через тросовые передачи, опорные лепестки, шарнирно соединенные со стойками и взаимодействующие с центральным узлом, сетеполотно, закрепленное на элементах, задающих профиль рабочей поверхности рефлектора, отличающийся тем, что он снабжен подкосами и рычагами, а каждая стойка выполнена, по крайней мере, из двух, наружного и внутреннего, телескопически связанных звеньев и имеет шарнирные связи наружного звена с подкосом и внутреннего - с рычагом, при этом подкос и рычаг соединены между собой осью вращения при соблюдении условия А+В=С, где А - длина плеча рычага, между указанной осью вращения и его шарнирной связью с внутренним звеном; В - длина подкоса; С - высота стойки в ее раздвинутом положении, причем опорные лепестки шарнирно связаны с центральным узлом и имеют прямоугольную форму, указанные задающие профиль элементы закреплены на каждом опорном лепестке с выступанием их концов над опорным лепестком так, что сетеполотно закреплено на этих выступающих концах и на концах указанных рычагов, при этом на указанных задающих профиль элементах между опорным лепестком и поверхностью сетеполотна закреплена ограничительная лента для защиты сетеполотна от неуправляемых перемещений, а указанные приводы являются приводами раздвижения телескопически связанных звеньев стоек.

2. Развертываемый крупногабаритный космический рефлектор по п.1, отличающийся тем, что рычаги и подкосы выполнены разной длины для обеспечения параболической формы рабочей поверхности рефлектора, причем на рычагах установлены разнодлинные удлинители, уравнивающие длину рычагов до одной величины в положении транспортной укладки, выполненные из электроизоляционного материала.

3. Развертываемый крупногабаритный космический рефлектор по п.1 или 2, отличающийся тем, что привод установлен на внутреннем телескопическом звене, а каждая указанная тросовая передача содержит взаимодействующий с тросом ролик, установленный внутри указанного наружного телескопического звена стойки, один конец троса соединен с выходным валом указанного привода, а другой закреплен во внутреннем телескопическом звене, при этом трос перекинут через ролик и расположен в полости стойки.

4. Развертываемый крупногабаритный космический рефлектор по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что указанные приводы выполнены электрическими.

Images