RU2772156C1 - Stand for thermal-vacuum testing of cubesat-standard satellites with a communication interface - Google Patents
Stand for thermal-vacuum testing of cubesat-standard satellites with a communication interface Download PDFInfo
- Publication number
- RU2772156C1 RU2772156C1 RU2021117193A RU2021117193A RU2772156C1 RU 2772156 C1 RU2772156 C1 RU 2772156C1 RU 2021117193 A RU2021117193 A RU 2021117193A RU 2021117193 A RU2021117193 A RU 2021117193A RU 2772156 C1 RU2772156 C1 RU 2772156C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- spacecraft
- satellites
- cubesat
- stand
- thermal
- Prior art date
Links
- 238000004891 communication Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 230000003287 optical Effects 0.000 claims abstract description 5
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 abstract description 7
- 238000009434 installation Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 5
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 4
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 235000015842 Hesperis Nutrition 0.000 description 1
- 235000012633 Iberis amara Nutrition 0.000 description 1
- 240000004804 Iberis amara Species 0.000 description 1
- 210000004279 Orbit Anatomy 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 1
- 230000001808 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к ракетно-космической технике, а именно к устройствам, используемым на этапе наземных тепловакуумных испытаний спутников стандарта CubeSat.The invention relates to rocket and space technology, and in particular to devices used at the stage of ground-based thermal vacuum testing of CubeSat satellites.
Известен ряд устройств на основе вакуумной камеры для тепловакуумных испытаний спутников. В патентах RU 2205140 C1, RU 2302983 C1, RU 2564056 C1 описаны вакуумные камеры, снабженные различным оборудованием, имитирующим факторы космического пространства (криоэкраны, имитаторы внешних тепловых потоков, имитаторы солнечного излучения), в которых КА устанавливаются неподвижно. Также известны устройства, в которых есть двигающиеся отдельные элементы камер: криоэкраны (патент RU 2208564 C1) или пространственно позиционируемые экраны (патент RU 2565149 C2). К недостаткам этих устройств можно отнести то, что достоверность результатов проводимых испытаний в них ниже, чем в камерах с опорно-поворотными устройствами КА (патент RU 2734681 C1).There are a number of devices based on a vacuum chamber for thermal vacuum testing of satellites. Patents RU 2205140 C1, RU 2302983 C1, RU 2564056 C1 describe vacuum chambers equipped with various equipment simulating space factors (cryoscreens, external heat flow simulators, solar radiation simulators), in which the spacecraft is fixed. Devices are also known in which there are moving individual elements of the chambers: cryoscreens (patent RU 2208564 C1) or spatially positioned screens (patent RU 2565149 C2). The disadvantages of these devices include the fact that the reliability of the results of tests in them is lower than in chambers with KA turntables (patent RU 2734681 C1).
Наиболее близким по технической реализации к предлагаемому изобретению является стенд для проведения тепловакуумных испытаний космических аппаратов в условиях, имитирующих натурные, представленный патентом RU 2734681 C1. Данный стенд включает вакуумную камеру с загрузочной крышкой, систему вакуумирования, криогенный экран, имитатор солнечного излучения, опорно-поворотное устройство для размещения КА, систему управления работой вакуумной камеры, систему управления работой КА. Вакуумная камера выполнена в виде двух перпендикулярных цилиндров. Опорно-поворотное устройство размещено в нижней части горизонтального цилиндра. Имитатор солнечного излучения имеет два источника излучения - горизонтальный и вертикальный. При размещении КА на опорно-поворотном устройстве облучение солнечным потоком происходит с высокими точностными характеристиками по неоднородности уровней плотности падающего потока излучения, непараллельности и удельной тепловой мощности падающего теплового потока.The closest in technical implementation to the proposed invention is a stand for thermal vacuum testing of spacecraft under conditions simulating full-scale, presented by patent RU 2734681 C1. This stand includes a vacuum chamber with a loading lid, an evacuation system, a cryogenic screen, a solar radiation simulator, a turntable for spacecraft placement, a vacuum chamber operation control system, and a spacecraft operation control system. The vacuum chamber is made in the form of two perpendicular cylinders. The turntable is located in the lower part of the horizontal cylinder. The solar radiation simulator has two radiation sources - horizontal and vertical. When the spacecraft is placed on a turntable, solar flux irradiation occurs with high accuracy characteristics in terms of the inhomogeneity of the density levels of the incident radiation flux, the non-parallelism and specific thermal power of the incident heat flux.
Этот стенд принят за прототип.This stand is taken as a prototype.
Недостатком прототипа является то, что опорно-поворотное устройство с КА осуществляет только вращательные движения вокруг своей оси. Отсутствует описание того, как осуществляется взаимодействие с КА, находящемся во вращательном движении в герметично закрытой, выполненной из экранирующего материала, камере. Исходя из представленной схемы стенда, можно предположить, что существуют трудности связанные с установкой КА на опорно-поворотное устройство при опускании его внутрь камеры, отсутствует возможность визуального контроля за вращением КА в вакуумной камере.The disadvantage of the prototype is that the slewing device with the spacecraft performs only rotational movements around its axis. There is no description of how the interaction with the spacecraft is carried out, which is in rotational motion in a hermetically sealed chamber made of a shielding material. Based on the presented scheme of the stand, it can be assumed that there are difficulties associated with installing the spacecraft on the turntable when lowering it into the chamber, there is no possibility of visual control over the rotation of the spacecraft in the vacuum chamber.
Техническая проблема, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в создании условий, максимально имитирующих натурные, при проведении тепловакуумных испытаний КА стандарта CubeSat форматов от 1U до 12U, упрощенной установке КА на опорно-поворотное устройство как в горизонтальном, так и в вертикальном положении, в обеспечении визуального контроля и устойчивой связи с КА, находящимся в вакуумной камере, с целью осуществления автоматического контроля над перемещением и информационного взаимодействия с КА in situ, приема телеметрии.The technical problem solved by the invention is to create conditions that maximally imitate natural conditions when conducting thermal vacuum tests of a CubeSat standard spacecraft in formats from 1U to 12U, a simplified installation of a spacecraft on a turntable both in a horizontal and vertical position, in providing visual control and stable communication with the spacecraft located in the vacuum chamber, in order to automatically control the movement and information interaction with the spacecraft in situ , receive telemetry.
Необходимость решения такой технической задачи вызвана увеличением количества запусков попутной полезной нагрузкой или ракетами легкого класса спутников стандарта CubeSat, в виду перспективности их использования. Для допуска к пуску каждый КА должен пройти ряд испытаний, в число которых входят тепловакуумные испытания. От успешности прохождения этих испытаний во многом зависит успех выполнения всей миссии космического аппарата на орбите.The need to solve such a technical problem is caused by an increase in the number of launches by a passing payload or by rockets of a light class of CubeSat satellites, in view of the prospects for their use. To be allowed to launch, each spacecraft must pass a series of tests, including thermal vacuum tests. The success of the entire mission of the spacecraft in orbit largely depends on the success of these tests.
Предлагаемое устройство состоит из вакуумной камеры, выполненной из соединенных Т-образно горизонтального и вертикального цилиндров, оборудованной криогенным экраном, расположенным по внутреннему контуру каждого цилиндра; имитатора солнечного излучения в виде двух источников смонтированных на фланцах цилиндров; фланца со смотровым окном; фланца для подключения откачного поста; опорно-поворотного устройства со сменной корзиной, размещенной на вертикальном фланце внешней трубы, используемой для передачи опорно-поворотному устройству вращательного и поступательного движения; внутренней трубы для прокладки интерфейса связи к фланцу на конце этой трубы; а также опор, подшипников, защитных кожухов и вакуумных прокладок обеспечивающих оптимальный режим работы всего стенда.The proposed device consists of a vacuum chamber made of connected T-shaped horizontal and vertical cylinders, equipped with a cryogenic screen located along the inner contour of each cylinder; solar radiation simulator in the form of two sources of cylinders mounted on the flanges; flange with viewing window; flange for connection of the pumping station; a turntable with a replaceable basket placed on the vertical flange of the outer pipe used to transfer rotational and translational motion to the turntable; an inner pipe for laying the communication interface to the flange at the end of this pipe; as well as supports, bearings, protective covers and vacuum gaskets that ensure optimal operation of the entire stand.
Отличие от ближайшего аналога заключается в возможности:The difference from the closest analogue lies in the possibility of:
1. Не только вращать КА во время тепловакуумных испытаний, но и перемещать его вдоль оси вращения, благодаря горизонтальному размещению опорно-поворотного устройства, получившему дополнительную степень свободы.1. Not only rotate the spacecraft during thermal vacuum tests, but also move it along the axis of rotation, thanks to the horizontal placement of the turntable, which has received an additional degree of freedom.
2. Осуществлять управление космическим аппаратом и прием его телеметрии in situ, автоматизированный контроль над перемещением, благодаря оптическому интерфейсу связи, совмещенному с опорно-поворотным устройством.2. Control the spacecraft and receive its telemetry in situ , automated control over movement, thanks to the optical communication interface combined with the turntable.
3. Устанавливать КА в вертикальном или горизонтальном положении благодаря использованию сменных корзин адаптируемых к опорно-поворотному устройству.3. Install the spacecraft in a vertical or horizontal position due to the use of interchangeable baskets adapted to the turntable.
4. Проводить визуальный контроль перемещений КА в вакуумной камере, благодаря наличию фланца со смотровым окном.4. To carry out visual control of spacecraft movements in the vacuum chamber, due to the presence of a flange with a viewing window.
5. Выполнять облегченную загрузку КА в вакуумную камеру благодаря возможности выдвигать опорно-поворотное устройство с корзиной из камеры наружу.5. Perform easy loading of the spacecraft into the vacuum chamber due to the ability to extend the turntable with the basket out of the chamber.
Сущность изобретения заключается в том, что в предлагаемом стенде для тепловакуумных испытаний спутников стандарта CubeSat форматов от 1U до 12U, включающем вакуумную камеру, состоящую из горизонтального и вертикального цилиндров соединенных Т-образно, оборудованную криогенным экраном, расположенным по внутреннему контуру каждого цилиндра, имитатором солнечного излучения в виде двух источников смонтированных на фланцах цилиндров, используется опорно-поворотное устройство со сменной корзиной, которое может одновременно вращаться вокруг собственной оси и перемещаться вдоль нее, а установка КА в корзину может осуществляться как в горизонтальном, так и в вертикальном положениях вне вакуумной камеры, оснащенной дополнительно фланцем со смотровым окном для визуального контроля, при этом информационная связь с КА поддерживается постоянно благодаря оптическому интерфейсу связи на основе разнесенных оптопар, совмещенному с опорно-поворотным устройством.The essence of the invention lies in the fact that in the proposed stand for thermal vacuum testing of CubeSat satellites in formats from 1U to 12U, including a vacuum chamber consisting of horizontal and vertical cylinders connected in a T-shape, equipped with a cryogenic screen located along the inner contour of each cylinder, a solar simulator radiation in the form of two sources of cylinders mounted on flanges, a turntable with a replaceable basket is used, which can simultaneously rotate around its own axis and move along it, and the spacecraft can be installed in the basket both in horizontal and vertical positions outside the vacuum chamber , additionally equipped with a flange with a viewing window for visual control, while information communication with the spacecraft is constantly maintained thanks to an optical communication interface based on spaced optocouplers, combined with a turntable.
Устройство представлено на следующих чертежах:The device is shown in the following drawings:
фиг.1 - общий вид стенда для тепловакуумных испытаний спутников стандарта CubeSat с разобранной вакуумной камерой (без приборов, имитирующих факторы космического пространства);Fig.1 - General view of the stand for thermal vacuum testing of satellites of the CubeSat standard with a disassembled vacuum chamber (without instruments that simulate space factors);
фиг.2 - стенд для тепловакуумных испытаний спутников стандарта CubeSat с интерфейсом связи в разрезе;figure 2 - stand for thermal vacuum testing of satellites of the CubeSat standard with a communication interface in the section;
фиг.3 - интерфейсные панели бесконтактной связи стенда для тепловакуумных испытаний спутников стандарта CubeSat.figure 3 - interface panel contactless communication stand for thermal vacuum testing of satellites of the CubeSat standard.
Стенд для тепловакуумных испытаний спутников стандарта CubeSat с интерфейсом связи состоит (см. фиг.1 и 2) из вакуумной камеры 1 на опорах 7, снабженной фланцами 2 и 3 с гермовводами и установленными источниками имитатора солнечного света; криогенного экрана 28, расположенного по внутреннему контуру каждого цилиндра вакуумной камеры; фланца со смотровым стеклом 29; быстро разъемного фланца 30 с вентилем для подключения гофры откачного поста; фланца 27, через который проходит перемещающая корзину с КА внешняя труба 18, скользящая через подшипник 16 в кожухе 15; жестко закрепленного на трубе 18 посредством муфты 14 опорно-поворотного устройства со съемной корзиной 4, имеющей фиксирующую КА рамку 5; интерфейсной платы (см. фиг.3) 10, закрепленной на внутренней части кожуха 9 и соединяющейся шлейфом 8 со спутником 6 стандарта CubeSat 12U (см. фиг.2), включающей в себя четыре лазерных диода по краям платы для позиционирования КА, один фотоприемник в центре платы для входящего управляющего сигнала и один лазерный диод для исходящего информационного сигнала, расположенный между фотоприемником и крайним лазерным диодом, закрепленной на торце внутренней трубы 25, соединенной жестко с посаженным на нее подшипником 13, фиксируемым накладкой 12, снабженной фланцем 26 с гермовводами на противоположном торце, электрически соединенного с интерфейсной платой 11, а также реечного механизма 19 для передачи поступательно движения КА, шестерни 20 для передачи вращательного движения КА, прокладки с кожухом 17, кожуха 23, подшипника 24 для поддержания свободно скользящей через в нем трубы 25, подшипника 22 с опорой 21, для поддержания свободно скользящей через в нем трубы 18.The bench for thermal vacuum testing of satellites of the CubeSat standard with a communication interface consists (see Fig.1 and 2) of a vacuum chamber 1 on
Устройство работает следующим образом.The device works as follows.
На начальном этапе опорно-поворотное устройство с присоединенной к нему корзиной выдвигается через снятый фланец из вакуумной камеры, и в корзину устанавливается КА. На фиг.2 показана корзина, адаптированная под спутник CubeSat 12U. Для спутников других форматов (1U-6U) устанавливаются соответствующие их размеру корзины, при этом спутники в них можно устанавливать как горизонтально, так и вертикально. Затем опорно-поворотное устройство возвращается в камеру, и ранее снятый фланец с прокладкой устанавливается на свое прежнее место. На этом, также как и на последующих этапах, посредством фланца со смотровым стеклом, осуществляется визуальный контроль над КА в камере. При необходимости смотровое окно экранируется. Через быстро разъемный фланец к камере подключается гофра откачного поста и происходит откачка до давления, исключающего конвективный теплообмен в вакуумной камере (до 10-3 Па). Одновременно с откачкой камеры захолаживают криогенный экран. Затем проводятся испытания КА с использованием имитаторов солнечного излучения. При этом спутник одновременно может вращаться и перемещаться вдоль оси своего вращения, что соответствует условиям максимально имитирующим натурные. Вращение и перемещение корзины с КА происходит благодаря электроприводу адаптированному к шестерне и реечному механизму, размещенным на трубе жестко соединенной с опорно-поворотным устройством с корзиной. Процедуры контроля над перемещением КА, управление им in situ и прием телеметрии осуществляются посредством оптического интерфейса, состоящего из нескольких разделенных оптопар. Первая половина этих оптопар подключена к конвертору, размещенному в корзине и запитанному от бортовой сети КА, а вторая половина оптопар через внутреннюю трубу стенда подключается к фланцу снабженному гермовводами. Посредством гермовводов осуществляется подключение КА к контрольной и управляющей аппаратуре. Завершив испытания, отогревают криогенный экран до комнатной температуры, а вакуумную камеру разгерметизируют.At the initial stage, the turntable with the basket attached to it is extended from the vacuum chamber through the removed flange, and the spacecraft is installed in the basket. Figure 2 shows a basket adapted for a CubeSat 12U satellite. For satellites of other formats (1U-6U), baskets corresponding to their size are installed, while satellites can be installed in them both horizontally and vertically. Then the turntable is returned to the chamber, and the previously removed flange with gasket is installed in its original place. At this, as well as at subsequent stages, visual control over the spacecraft in the chamber is carried out by means of a flange with a viewing glass. If necessary, the viewing window is shielded. The corrugation of the pumping station is connected to the chamber through a quick-release flange, and pumping occurs to a pressure that excludes convective heat transfer in the vacuum chamber (up to 10 -3 Pa). Simultaneously with pumping out of the chamber, the cryogenic screen is cooled down. Then the spacecraft is tested using simulators of solar radiation. In this case, the satellite can simultaneously rotate and move along the axis of its rotation, which corresponds to conditions that maximally imitate natural ones. The rotation and movement of the basket with the spacecraft is due to the electric drive adapted to the gear and rack mechanism, placed on a pipe rigidly connected to the turntable with the basket. Procedures for controlling the movement of the spacecraft, its in situ control, and receiving telemetry are carried out through an optical interface consisting of several separated optocouplers. The first half of these optocouplers is connected to a converter placed in the basket and powered from the on-board network of the spacecraft, and the second half of the optocouplers is connected through the inner tube of the stand to a flange equipped with pressure seals. By means of pressurized inputs, the spacecraft is connected to the control and control equipment. Having completed the tests, the cryogenic screen is heated to room temperature, and the vacuum chamber is depressurized.
Технический результат изобретения заключается в создании условий, максимально имитирующих натурные, при проведении тепловакуумных испытаний КА стандарта CubeSat форматов от 1U до 12U, упрощенной установке КА на опорно-поворотное устройство как в горизонтальном, так и в вертикальном положении, в обеспечении визуального контроля и устойчивой связи с КА, находящимся в вакуумной камере, с целью осуществления автоматического контроля над перемещением и информационного взаимодействия с КА in situ, приема телеметрии.The technical result of the invention is to create conditions that maximally imitate natural conditions when conducting thermal vacuum tests of CubeSat standard spacecraft in formats from 1U to 12U, a simplified installation of the spacecraft on a turntable both in a horizontal and vertical position, in providing visual control and stable communication with the spacecraft located in the vacuum chamber in order to carry out automatic control over the movement and information interaction with the spacecraft in situ , receiving telemetry.
Источники информацииInformation sources
1. Патент RU 2734681 C1,1. Patent RU 2734681 C1,
2. Патент RU 2205140 C1,2. Patent RU 2205140 C1,
3. Патент RU 2302983 C1,3. Patent RU 2302983 C1,
4. Патент RU 2564056 C1,4. Patent RU 2564056 C1,
5. Патент RU 2208564 C1,5. Patent RU 2208564 C1,
6. Патент RU 2565149 C2.6. Patent RU 2565149 C2.
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2772156C1 true RU2772156C1 (en) | 2022-05-18 |
Family
ID=
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115575673A (en) * | 2022-11-11 | 2023-01-06 | 四川新川航空仪器有限责任公司 | Vacuum high-rotation-speed test platform and test method for tone wheel |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2530446C1 (en) * | 2013-02-13 | 2014-10-10 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Device and method for measurement of incident heat flow density at heat vacuum tests of spacecraft |
JP6340300B2 (en) * | 2014-10-17 | 2018-06-06 | 富士通フロンテック株式会社 | Printing device |
RU2734681C1 (en) * | 2020-01-20 | 2020-10-21 | Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Bench for carrying out thermal-vacuum tests of spacecraft under conditions that simulate full-scale |
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2530446C1 (en) * | 2013-02-13 | 2014-10-10 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Device and method for measurement of incident heat flow density at heat vacuum tests of spacecraft |
JP6340300B2 (en) * | 2014-10-17 | 2018-06-06 | 富士通フロンテック株式会社 | Printing device |
RU2734681C1 (en) * | 2020-01-20 | 2020-10-21 | Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Bench for carrying out thermal-vacuum tests of spacecraft under conditions that simulate full-scale |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115575673A (en) * | 2022-11-11 | 2023-01-06 | 四川新川航空仪器有限责任公司 | Vacuum high-rotation-speed test platform and test method for tone wheel |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Fabricant et al. | Binospec: a wide-field imaging spectrograph for the MMT | |
Flaugher et al. | The dark energy camera | |
CN101462599B (en) | Novel terrestrial globe simulator for static state infrared horizon ground detection | |
Gudmundsson et al. | The thermal design, characterization, and performance of the SPIDER long-duration balloon cryostat | |
RU2772156C1 (en) | Stand for thermal-vacuum testing of cubesat-standard satellites with a communication interface | |
Konidaris et al. | SDSS-V local volume mapper instrument: overview and status | |
RU2172709C2 (en) | Stand for thermal tests of space objects | |
Kjellstrand et al. | The PMC Turbo balloon mission to measure gravity waves and turbulence in Polar Mesospheric Clouds: Camera, telemetry, and software performance | |
Martin et al. | FCI instrument on-board MeteoSat Third Generation satellite: design and development status | |
US3405561A (en) | Flight simulator | |
Herbst et al. | The SDSS-V local volume mapper telescope system | |
Chen et al. | The Greenland Telescope—Construction, Commissioning, and Operations in Pituffik | |
RU2678923C1 (en) | Cryogenic-vacuum plant | |
CN116952715A (en) | Stratospheric airship capsule material testing system and testing method | |
Rufino et al. | Laboratory test system for performance evaluation of advanced star sensors | |
Denis et al. | Multi-Application Solar Telescope: assembly, integration, and testing | |
Petro et al. | Plankton, aerosol, cloud, ocean ecosystem (PACE) mission integration and testing | |
CN107131890A (en) | A kind of geostationary orbit face battle array stares camera multi-channel integrated test system | |
Canestrari et al. | The ASTRI SST-2M prototype for the Cherenkov Telescope Array: status after the commissioning phase of the telescope | |
Savage et al. | Current status of the Hobby-Eberly Telescope wide field upgrade and VIRUS | |
RU2786203C1 (en) | Method for a comprehensive examination of a block of protective tubes of a nuclear reactor and a device for its implementation | |
Azzam et al. | Current and future capabilities of the 74-inch telescope of kottamia astronomical observatory in Egypt | |
RU2616341C1 (en) | Optical device | |
Strassmeier et al. | Opto-mechanical design of the Antarctic Telescope ICE-T | |
RU2297019C2 (en) | Automatic ecological control post |