Телескопическая антенна космического аппарата (варианты)

Полезная модель относится к трансформируемым космическим конструкциям, которые развертываются из компактного транспортного в функциональное положение. Технической задачей, решаемой предложенной полезной моделью, является создание развертываемой конструкции антенны космического аппарата (КА) компактной при транспортировке и надежной при эксплуатации. Решение поставленной задачи обеспечено тем, что антенна КА, включающая трансформируемый каркас и гибкий толкатель (ГТ) намотанный на катушку, а также привод ГТ, согласно полезной модели, каркас выполнен в виде телескопической конструкции (ТК) из концентричных цилиндрических элементов, выполненных из электропроводящего материала, при этом ГТ выполнен в виде троса один из концов которого закреплен в центральном цилиндрическом элементе ТК, причем ГТ снабжен резьбой, выполненной на его поверхности, с возможностью образования винтового соединения с охватывающим ГТ винтовым элементом, выполненным с возможностью вращения за счет привода. В вариантах исполнения, привод может быть выполнен в виде высокооборотного электродвигателя с редуктором или в виде нескольких высокооборотных электродвигателей с общим редуктором; винтовой элемент выполнен в виде гайки или в виде винтового участка полого вала низкооборотного электродвигателя привода; гайка выполнена из капролона; в качестве материала трансформируемого каркаса антенны использован углепластик; качестве материала ГТ использован неэлектропроводный материал, например, нейлон; ГТ может быть снабжен сердечником из электропроводного материала, например в виде медного провода; привод выполнен реверсивным; трансформируемый каркас антенны снабжен устройством регулирования последовательности выдвижения телескопических секций.

Полезная модель относится к конструкциям антенн телескопического типа, которые развертываются из компактного транспортного в функциональное положение.

Известна антенна космического аппарата (КА), выполненная в виде трансформируемой конструкции "зонтичного типа" с параллелограммным механизмом и радиальными профилированными ребрами, закрепленными на центральном узле этой конструкции. В транспортном положении ребра складываются поворотом к оси конструкции. К профилированной кромке ребер крепится поддерживающая сеть, на которую монтируется радиоотражающий элемент антенны. Достигаемая точность формы обеспечивается количеством ребер, см. патент США 2945234, 1960 г.

Основным недостатком этой конструкции является ограниченные размеры в раскрытом состоянии и сравнительно большой объем, занимаемый антенной в сложенном положении. Это приводит к необходимости в увеличенных размерах головных обтекателей и, следовательно, к увеличению массы и нагрузок на ракету-носитель с ужесточением требований к системе управления ракеты-носителя.

Известна также антенна КА, содержащая выдвижные трансформируемые стержневые элементы, направляющие средства и формируемый с помощью указанных элементов и средств гибкий структурный элемент (см. патент США 3 582020; B64G 1/10; 1971).

В качестве стержневых элементов использованы выдвижные упруго трансформируемые элементы, изготовленные из предварительно напряженных пружинящих лент, наматываемых на катушки и принимающих при освобождении трубчатую форму. В качестве гибкого структурного элемента используется трос, несущий полезную нагрузку.

Наиболее близким аналогом предлагаемой полезной модели является антенна КА, включающая трансформируемый каркас и гибкий толкатель, намотанный на катушку, а также привод толкателя, (см. RU 2123459, МПК B64G 1/10,1998 г.)

Недостатками этих аналогов являются ограниченные возможности гибкого структурного элемента как несущего и/или функционального элемента каркаса, трудность обеспечения заданной формы антенны, а также отсутствие возможности оперативной корректировки размеров антенны в процессе ее функционирования.

Технической задачей, решаемой предложенной полезной моделью, является создание развертываемой конструкции антенны космического аппарата компактной при транспортировке и надежной при эксплуатации с обеспечением возможности оперативной корректировки размеров антенны в процессе ее функционирования.

Решение поставленной задачи обеспечено тем, что антенна КА, включающая трансформируемый каркас и гибкий толкатель (ГТ) намотанный на катушку, а также привод ГТ, согласно полезной модели, каркас выполнен в виде телескопической конструкции (ТК) из концентричных цилиндрических элементов, выполненных из электропроводящего материала, при этом ГТ выполнен в виде троса один из концов которого закреплен в центральном цилиндрическом элементе ТК, причем ГТ снабжен резьбой, выполненной на его поверхности, с возможностью образования винтового соединения с охватывающим ГТ винтовым элементом, выполненным с возможностью вращения за счет привода.

В вариантах выполнения, привод может быть выполнен в виде высокооборотного электродвигателя с редуктором или в виде нескольких высокооборотных электродвигателей с общим редуктором; винтовой элемент выполнен в виде гайки или в виде винтового участка полого вала низкооборотного электродвигателя привода; гайка выполнена из капролона; в качестве материала трансформируемого каркаса антенны использован углепластик; качестве материала ГТ использован неэлектропроводный материал, например, нейлон; ГТ может быть снабжен сердечником из электропроводного материала, например в виде медного провода; привод выполнен реверсивным; трансформируемый каркас антенны снабжен устройством регулирования последовательности выдвижения телескопических секций.

Техническим результатом от использования предложенной полезной модели, является обеспечение:

- необходимой компактности антенны в сложенном (транспортном) положении;

- необходимой жесткости антенны в раскрытом (рабочем) положении.

Описание полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1, 2 и 3 показаны аксонометрия и поперечные сечения антенны в соответствии с вариантом 1 (с механическим редуктором - фиг. 1, 2 и без редуктора - фиг. 3); на фиг. 4 - устройство регулирования последовательности выдвижения секций (по обоим вариантам), на фиг.5 -аксонометрия антенны по варианту 2.

Сущность полезной модели по варианту 1 заключается в следующем.

В сложенном состоянии трубчатые секции телескопической антенны 1 полностью входят одна в другую. Гибкий и упругий винт-толкатель в виде троса 2 намотан на катушку 3 с малым моментом инерции. Излучающим элементом антенны могут быть либо трубчатые секции, либо винт-толкатель. Если излучающим радиосигнал элементом являются секции телескопической антенны 1, то они должны быть выполнены из электропроводящего материала, например, углепластика. В качестве материала троса винта-толкателя 2 использован нейлон. Если излучающим радиосигнал элементом является винт-толкатель 2, он должен быть выполнен также из неэлектропроводящего материала с сердечником из электропроводного материала, при этом сердечник может быть выполнен из медного провода, а секции телескопической антенны должны быть неэлектропроводящими, чтобы избежать экранирования радиосигнала.

После выведения КА на орбиту на высокооборотный электродвигатель 4 подается электрическое напряжение, за счет чего ротор электродвигателя с шестерней 5 приводится во вращение, которое с шестерни 5 (фиг. 1 и 2) передается на гайку 6, в виде зубчатого колеса 7 механического редуктора. Гайка 6 (зубчатого колеса 7) винтовой передачи механизма раскрытия выполнена из капролона. Зубчатое колесо 7 вращается в подшипнике скольжения (вкладыше) 8, установленном в корпусе 9. В корпусе 9 закреплен также электродвигатель 4. Вращающейся гайкой 6 винту-толкателю (тросу) 2 сообщается поступательное - осевое перемещение, в результате чего происходит осевое выдвижение секций, т.е. раскрытие телескопической антенны 1. Винт-толкатель (трос) 2 при этом не вращается.

Для увеличения мощности и резервирования с целью повышения надежности привода может быть использовано два или более электродвигателей 4, вращающих шестерни 5, входящих в зацепление с зубчатым колесом 7 механического редуктора. После выведения на орбиту КА, осуществляется однократное раскрытие антенны 1.

При использовании в качестве привода высокомоментного низкооборотного электродвигателя, например, индукторного или с возбуждением от постоянных магнитов с электромагнитной редукцией частоты вращения, антенна может быть выполнена без редуктора (фиг. 3). В этом случае, низкооборотный электродвигатель 4 должен быть выполнен с полым валом, внутри которого должен быть выполнен участок с резьбой 11. Этот участок по существу является гайкой винтовой передачи механизма раскрытия. При работе, за счет вращения полого вала 11 винту-толкателю (тросу) 2 сообщается поступательное осевое перемещение, в результате чего происходит осевое выдвижение телескопических секций, т.е. раскрытие и/или изменение размеров телескопической антенны 1.

Для обеспечения наилучшей управляемости КА в процессе раскрытия антенны необходимо обеспечить заданную последовательность выдвижения телескопических секций трансформируемого каркаса. Оптимальной является последовательность выдвижения секций от наименьшего диаметра к наибольшему. Такую последовательность выдвижения обеспечивает устройство регулирования последовательности выдвижения (УРПВ), показанное на фигуре чертежа 4. На телескопической секции 12 наибольшего диаметра закреплено УРПВ крепежным изделием 13 (например, болтом с гайкой и шайбой), состоящее из хомута 14, пластинчатых пружин 15 и пружин, работающих на растяжение 16. Усилие сжатия УРПВ, обеспечиваемое пружинами 14 и 15 выбрано так, чтобы обеспечить поочередное выдвижение телескопических секций, начиная с наименьшего диаметра, далее по мере возрастания диаметра, к наибольшему.

При необходимости складывания антенны 1 привод может быть выполнен реверсивным.

Сущность полезной модели по варианту 2 заключается в следующем.

В сложенном состоянии трубчатые секции телескопической антенны 1 полностью входят одна в другую. Гибкий и упругий толкатель в виде пружины 17 намотан на катушку 3 с малым моментом инерции (фиг. 5). В качестве материала толкателя 17 использована пружинная углеродистая сталь. Излучающим элементом антенны могут быть либо трубчатые секции, либо электрический провод 18, проложенный с внешней стороны телескопической антенны 1 и прикрепленный к ней. В случае, если секции телескопической антенны 1 являются излучающим элементом, то они должны быть выполнены из электропроводящего материала, например, углепластика.

После выведения КА на орбиту на высокооборотный электродвигатель 4 подается электрическое напряжение, за счет чего ротор электродвигателя при помощи редуктора (например, червячного) вращает катушку 3. Конец толкателя 17 закреплен в центральном цилиндрическом элементе телескопической конструкции. Начало толкателя 17 закреплено на оси 18 катушки 3, поэтому толкатель 17 посредством направляющих роликов 19 обеспечивает осевое выдвижение секций, т.е. раскрытие телескопической антенны 1, а вместе с антенной 1 и разматывание с катушки 20 электрического провода 18, конец которого закреплен на секции наименьшего диаметра антенны 1.

Для увеличения мощности и резервирования с целью повышения надежности привода может быть использовано два или более электродвигателей 4, вращающих механический редуктор. После выведения на орбиту КА, осуществляется однократное раскрытие антенны 1.

При необходимости складывания антенны 1 привод может быть выполнен реверсивным.

За счет компактной, легкой и надежной конструкции, предложенная антенна может быть успешно использована на ряде орбитальных КА, предназначенных, например, для исследования ионосферы Земли.

1. Телескопическая антенна космического аппарата, включающая трансформируемый каркас и гибкий толкатель, намотанный на катушку, а также привод толкателя, отличающаяся тем, что каркас выполнен в виде телескопической конструкции из концентричных цилиндрических элементов, при этом толкатель выполнен в виде троса, один из концов которого закреплен в центральном цилиндрическом элементе телескопической конструкции, причем толкатель снабжен резьбой, выполненной на его поверхности, с возможностью образования винтового соединения с охватывающим толкатель винтовым элементом, выполненным с возможностью вращения за счет привода.

2. Телескопическая антенна космического аппарата по п. 1, отличающаяся тем, что привод выполнен в виде высокооборотного электродвигателя с редуктором.

3. Телескопическая антенна космического аппарата по п. 1, отличающаяся тем, что привод выполнен в виде нескольких высокооборотных электродвигателей с общим редуктором.

4. Телескопическая антенна космического аппарата по п. 1, отличающаяся тем, что винтовой элемент выполнен в виде гайки.

5. Телескопическая антенна космического аппарата по п. 1, отличающаяся тем, что винтовой элемент выполнен в виде винтового участка полого вала низкооборотного электродвигателя привода.

6. Телескопическая антенна космического аппарата по пп. 1 и 4, отличающаяся тем, что гайка выполнена из капролона.

7. Телескопическая антенна космического аппарата по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве материала трансформируемого каркаса антенны использован электропроводящий материал, а в качестве материала толкателя использован неэлектропроводный материал.

8. Телескопическая антенна космического аппарата по п. 7, отличающаяся тем, что в качестве материала трансформируемого каркаса антенны использован углепластик, а в качестве материала толкателя использован нейлон.

9. Телескопическая антенна космического аппарата по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве материала трансформируемого каркаса антенны использован неэлектропроводный материал, а в конструкции толкателя имеется жила из электропроводного материала.

10. Телескопическая антенна космического аппарата по п. 9, отличающаяся тем, что в качестве материала толкателя использован нейлон, при этом жила выполнена из медного провода.

11. Телескопическая антенна космического аппарата по п. 1, отличающаяся тем, что привод выполнен реверсивным.

12. Телескопическая антенна космического аппарата по п. 1, отличающаяся тем, что трансформируемый каркас антенны снабжен устройством регулирования последовательности выдвижения телескопических секций.

13. Телескопическая антенна космического аппарата, включающая трансформируемый каркас и гибкий толкатель, намотанный на катушку, а также привод толкателя, отличающаяся тем, что каркас выполнен в виде телескопической конструкции из концентричных цилиндрических элементов, при этом толкатель выполнен в виде стальной пружины, один из концов которой закреплен в центральном цилиндрическом элементе телескопической конструкции, а второй - на оси катушки, катушка выполнена с возможностью вращения за счет привода, привод вращает катушку и посредством направляющих роликов и толкателя обеспечивает выдвижение телескопических секций антенны.

14. Телескопическая антенна космического аппарата по п. 13, отличающаяся тем, что привод выполнен в виде высокооборотного электродвигателя с редуктором.

15. Телескопическая антенна космического аппарата по п. 13, отличающаяся тем, что привод выполнен в виде нескольких высокооборотных электродвигателей с общим редуктором.

16. Телескопическая антенна космического аппарата по п. 15, отличающаяся тем, что используется червячный редуктор.

17. Телескопическая антенна космического аппарата по п. 13, отличающаяся тем, что в качестве материала трансформируемого каркаса антенны использован электропроводящий материал.

18. Телескопическая антенна космического аппарата по п. 17, отличающаяся тем, что в качестве материала трансформируемого каркаса антенны использован углепластик.

19. Телескопическая антенна космического аппарата по п. 13, отличающаяся тем, что привод выполнен реверсивным.

20. Телескопическая антенна космического аппарата по п. 13, отличающаяся тем, что трансформируемый каркас антенны снабжен устройством регулирования последовательности выдвижения телескопических секций.