Великогабаритний сферичний дзеркальний космічний рефлектор

Реферат: Великогабаритний сферичний дзеркальний космічний рефлектор, з можливістю складання у транспортному положенні. Радіальні штанги укладаються вздовж центрального пневматичного циліндра з отвором, всередині якого розташовані два поршні зі штоками на кінцях, до яких прикріплені шарніри, що з'єднують радіальні штанги та тяги, на яких розташовані втулки, що утримують циліндричну стрічкову пружину, яка розкриває пластикову металізовану кулю, що кріпиться до фланця з монтажним вушком, крізь який проходить вакуумна трубка, яка з'єднана із пустотілим штоком, до кінця якого під'єднаний дросельний клапан з електромагнітною системою керування та вакуумний насос. UA 100777 U (12) UA 100777 U UA 100777 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до космічної техніки, зокрема до систем розгортання (розкривання) великогабаритних рефлекторів, дзеркальних відбивачів (параболоїд обертання) які, наприклад, мають діаметр більше 12 м. Відома конструкція рефлектора "парасолькового типу" (патент США № 2945234 від 12.07.1960 року), в якій до центрального вузла рефлектора кріпляться радіальні профільовані ребра. Паралелограмний механізм дозволяє складати ребра поворотом до осі рефлектора. До профільованої крайки ребер кріпиться радіовідбивна поверхня - "екран" з сіткового полотна. Задана точність профілю та форми рефлектора забезпечується кількістю і профілем ребер. Недоліком конструкції, є необхідність виділяти під головним обтічником у транспортному положенні рефлектора, великі зони для корисного вантажу. Це призводить до зростання розмірів головних обтічників і, отже, маси і навантажень на ракету-носій, посилення вимог до системи управління ракети-носія. Крім того, точність відтворення заданої форми радіовідбивної поверхні у такого роду конструкції зменшується до периферії, а також вона вимагає розробки і виготовлення дорогого стендового обладнання у вигляді стендів невагомості, які за вартістю можна порівняти з вартістю самих рефлекторів. Відомо також технічне рішення конструкції рефлекторів, що розкриваються, наприклад, за патентом США № 3286259 від 30.04.1964 року, де до жорсткої профільованої середньої частини рефлектора шарнірно по периферії закріплені силові елементи конструкції, що складаються. Шарнір дозволяє елементу обертатися в площині, перпендикулярній осі рефлектора, що забезпечує складання. Силовий елемент зігнутий так, що при складанні він укладається на бічну поверхню середньої частини рефлектора, поруч з попереднім аналогічним елементом. При цьому в розкритому стані вони разом утворюють профільовану поверхню, доповнюючи профільовану середню частину рефлектора. До силових елементів кріпиться радіовідбивні елементи антени, які натягуються при розкритті рефлектора. У технічному рішенні за патентом США № 5446474 від 29.08.1995 року пропонується конструкція рефлектора "парасолькового" типу. До середньої частини рефлектора, виконаного у вигляді котушки на шарнірах, встановлених під невеликим кутом до осі рефлектора, кріпляться профільовані з боку робочої частини радіальні ребра. Ребра виготовлені з високопружного матеріалу. На профільовану частину ребер кріпиться сітка з радіовідбивними елементами антени. Поворотом навколо осі шарніра і вигином ребра в транспортному положенні намотуються на середню частину. Для забезпечення точності форми збільшується кількість ребер. Недоліки конструкцій за вказаними двома патентами повторюють недоліки за патентом США № 2945234 від 12.07.1960 року. Прототипом корисної моделі є великогабаритний рефлектор, що розгортається (розкриваються) (патент № 2214659 від 05.09.01, МПК 7 Н 01 Q 15/16, 1/28). Рефлектор містить силове кільце, зібране з стержнів, центральний вузол, опорні радіальні пелюстки, важелі і підкоси, електромеханічні приводи розгортання, відбивну поверхню рефлектора, виконану у вигляді сіткового полотна. Силове кільце в розгорнутому положенні являє собою механізм пантографа, замкнутий в кільце. Центральний вузол розташований в геометричному центрі силового кільця, опорні пелюстки шарнірно з'єднані з корпусом центрального вузла і з зовнішніми телескопічними стійками силового кільця. Формоутворення відбивної поверхні рефлектора забезпечується шляхом закріплення сіткового полотна на кінцях штанг розрахункової довжини, яка визначається заданим профілем відбивної поверхні, встановленої на опорних пелюстках і важелях. Проекція відбивної поверхні рефлектора, в плані має форму еліпса, що забезпечується за рахунок використання різнодовжинних важелів і підкосів. Точність форми забезпечується вибором необхідної кількості опорних пелюсток і кроку установки штанг на пелюстках і важелях. У стані транспортної укладки силове кільце має циліндричну форму, при цьому стержні й телескопічні стійки силового кільця, а також важелі і підкоси, складені вздовж твірної циліндра. Висота транспортної укладки рефлектора перевищує висоту складеного силового кільця і визначається обраною максимальною довжиною важелів. Недоліком конструкції є збільшення відхилення від заданої форми відбивної поверхні до периферії рефлектора внаслідок установки формотворчих елементів (штанг) тільки в радіальному напрямку на опорних пелюстках і важелях, що вимагає надмірної кількості опорних пелюстків і важелів в конструкції рефлектора. Задані розміри і точність форми відбивної поверхні, вимагає надмірною жорсткості і стійкості конструкції і призводить до ускладнення конструкції і збільшення маси рефлектора. 1 UA 100777 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Також істотним недоліком є пропорційне збільшення габаритної висоти у транспортному положенні з збільшенням розміру рефлектора. Задачею корисної моделі є забезпечення можливості мінімізації висоти укладання рефлектора в транспортному положенні, для широкого діапазону габаритів і форм рефлекторів, що дозволить розширити діапазон можливих компонувальних рішень при розміщенні космічних апаратів в обмеженій зоні під головним обтічником ракети-носія; а також забезпечення необхідної точності форми по всій площині поверхні рефлектора при зменшенні кількості елементів конструкції рефлектора, що веде до її спрощення, зменшення маси і, як наслідок, збільшенню надійності конструкції, якості і швидкості приведення рефлектора в робоче положення. Розв'язання задачі корисної моделі досягається тим, що мінімізація висоти укладання рефлектора в транспортному положенні досягається за рахунок укладання радіальних штанг 6 (див. фіг. 1, фіг. 2, фіг. 3) вздовж центрального пневматичного циліндра 11, всередині якого розташовані два штоки 2 з поршнями 3. На кінцях штоків 2 прикріплені шарніри 1, до яких кріпляться радіальні штанги 6 та тяги 5 (16 шт.). На кінцях радіальних штанг розташовані направляючі втулки 18, які слугують направляючим елементом для циліндричної стрічкової пружини розтягнення 7. До фланця 15, що закріплений на кінці штока 2, кріпиться пластикова металізована куля 8, всередині якої і розміщується весь механізм розкриття рефлектора. До фланця 15 кріпиться вакуумна трубка 14. На кінці штока 2 також закріплений дросельний клапан 16 з електромагнітною системою керування 17, а також монтажне вушко 12 для закріплення рефлектора на супутнику. Система для розгортання великогабаритного рефлектора працює наступним чином. Після відкриття головного обтікача космічного апарата для розгортання великогабаритного рефлектора на електромагнітну систему керування 17 подається управляючий електричний сигнал і дросельний клапан 16 відкривається. Атмосферний тиск повітря 13, що знаходиться у пластиковій металізованій кулі 8, виходить крізь отвір 4 циліндра 11 і через вакуумну трубку 14 та пустотілий шток 2, виходить крізь дросельний клапан 16 у космічний вакуум. Розрідження, що створюється у циліндрі 11, викликає рух поршнів до отвору 4. Відповідно штоки 2, до яких закріплені шарніри 1 через тяги 5, починають діяти на штанги 6, які починають розходитись у всі боки до повного розкриття. На кінцях штанг 6 розташовані направляючі втулки 18, які утримують циліндричну стрічкову пружину 7, що розтягується під час розходження штанг і формує коло, яке натягує пластикову металізовану кулю 8 на утворений каркас рефлектора (див. фіг. 2, фіг. 3). Для утворення відбиваючої вгнутої сферичної поверхні 8, на електромагнітну систему керування 17 подається управляючий електричний сигнал і дросельний клапан 16 переключається у положення закриття доступу до космічного вакууму та відкриття дросельного клапана 16 у положення глибокого вакууму, що створюється масляним або іонним вакуумним насосом 19. Після утворення сферично-вгнутої поверхні вакуумний насосом 19 відключається, а дросельний клапан 16 - закривається. Великогабаритний сферичний дзеркальний космічний рефлектор може бути застосований як в космічних геліостанціях, так і в оптичних телескопах. Завдяки великому діаметру рефлектор може акумулювати значну кількість сонячної енергії і фокусувати її на сонячні силіконові батареї, підвищуючи їх продуктивність у виробленні електроенергії. Такий рефлектор може працювати з акумулятором тепла, з парогенератором та електричним генератором в складі електричної геліостанції. При використанні сферичного рефлектора великого діаметра у оптичній астрономії є реальна можливість створювати космічний телескоп з легким мобільним головним дзеркалом (рефлектором) до 20 метрів на відміну від існуючих скляних прототипів, діаметром у кілька метрів, що приведе до інновацій у оптичній астрономії. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 60 Великогабаритний сферичний дзеркальний космічний рефлектор, з можливістю складання у транспортному положенні, який відрізняється тим, що радіальні штанги укладаються вздовж центрального пневматичного циліндра з отвором, всередині якого розташовані два поршні зі штоками на кінцях, до яких прикріплені шарніри, що з'єднують радіальні штанги та тяги, на яких розташовані втулки, що утримують циліндричну стрічкову пружину, яка розкриває пластикову металізовану кулю, що кріпиться до фланця з монтажним вушком, крізь який проходить 2 UA 100777 U вакуумна трубка, яка з'єднана із пустотілим штоком, до кінця якого під'єднаний дросельний клапан з електромагнітною системою керування та вакуумний насос. 3 UA 100777 U 4 UA 100777 U Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5