CC BY
25УДК 629.783
АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОРБИТАЛЬНОЙ ЮСТИРОВКИ КРУПНОГАБАРИТНОГО РЕФЛЕКТОРА
Н. Н. Голдобин
АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52
E-mail: goldobin@iss-reshetnev.ru
Рассмотрены результаты анализа эффективности средств орбитальной юстировки крупногабаритного трансформируемого рефлектора зонтичного типа диаметром 12 м. Показаны результаты расчета с использованием конечно-элементной модели рефлектора.
Ключевые слова: антенна космического аппарата, рефлектор, орбитальная юстировка.
ANALYSIS OF EFFICIENCY OF ORBITAL ADJUSTMENT OF THE LARGE-SIZED REFLECTOR
N. N. Goldobin
JSC Academician M. F. Reshetnev Information Satellite Systems 52, Lenin Str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: goldobin@iss-reshetnev.ru
In this paper, the results of the analysis of the effectiveness of means for orbital adjustment of a large-sized transformable reflector of an umbrella type with a diameter of 12 meters are considered. The calculation results are shown using the finite element model of the reflector.
Keywords: an antenna of a spacecraft, a reflector, orbital adjustment.
В связи с постоянно растущими требованиями, предъявляемыми к космическим антеннам, как, например, увеличение рабочего частотного диапазона, точность наведения и формы радиоотражающей поверхности может быть увеличена за счет проведения орбитальной юстировки рефлектора.
Задача орбитальной юстировки рефлектора в общем случае представляет собой совокупность управляющих воздействий специальных устройств, направленных на компенсацию отклонений положения и формы отражающей поверхности, возникающих в процессе эксплуатации рефлектора на рабочей орбите, с целью ее приведения к требуемому состоянию с точки зрения радиотехнических характеристик антенны.
В качестве типового рефлектора для анализа орбитальной юстировки выбран крупногабаритный сетчатый рефлектор зонтичного типа диаметром 12 м (см. рисунок) [1]. Управляющие органы используемой концепции системы орбитальной юстировки рефлектора включают:
- устройство для изменения пространственного положения рефлектора относительно облучающей системы: двухстепенной привод с вращательными степенями свободы относительно двух взаимно перпендикулярных осей, установленный в месте стыка штанги со спицей рефлектора;
- устройство для изменения геометрической формы силового каркаса: расположенный на конце мачты
механизм, изменяющий длины оттяжек-подкосов (см. рисунок); при этом изменение длин оттяжек-подкосов, закрепленных на концах спиц, приводит к перемещению спиц друг относительно друга и относительно фланца рефлектора.
Следует отметить, что в определенных пределах регулировки функции угловых приводов могут выполняться согласованным изменением углового положения спиц относительно фланца рефлектора.
Использование устройства поворота рефлектора позволяет компенсировать угловое отклонение фокальной оси. Однако оно не позволяет полностью компенсировать отклонение фокуса (это возможно только в случае, если отклонение рефлектора произошло относительно оси поворота, а также если расстояние от оси поворота до фокуса не изменилось).
Поэтому устройство поворота рефлектора следует применять только для компенсации углового отклонения фокальной оси рефлектора.
Использование устройства изменения формы рефлектора влияет на угловое отклонение фокальной оси. В первую очередь это связано с тем, что рефлектор крепится к штанге за конец спицы. По этой причине работа управляющих средств по достижению необходимой точности положения и формы отражающей поверхности рефлектора должна выполняться совместно и за несколько итераций.
Решетневскуе чтения. 2018
Расположение исполнительных средств для проведения орбитальной юстировки
Результаты расчета
Геометрические параметры рефлектора Номер расчетного случая
Настроенный рефлектор № 1 № 2 № 3 № 4
Координаты фокуса, м х = 8,300 у = 0,000 г = 0,000 х = 8,208 у = -0,516 г = 0,000 х = 8,394 у = 0,499 г = -0,000
Отклонение фокуса, ДГ, м 5х = 0,000 5у = 0,000 Ъг = 0,000 5х = -0,092 5у = -0,516 5г = 0,000 5х = 0,094 5у = 0,499 Ъг = 0,000 5х = ±0,004 5у = ±0,013 5г = ±0,000 5х = ±0,000 5у = ±0,000 5г = ±0,024
ДГ = 0,000 ДГ = 0,528 ДГ = 0,511 ДГ = 0,013 ДГ = 0,024
Отклонение фокальной оси, Ф, 0 Яу = 0,00 Яг = 0,00 Яу = 0,00 Яг = 1,92 Яу = 0,00 Яг = -1,99 Яг = ±0,16 Яу = ±0,3
Дф = 0,00 Дф = 1,96 Дф = 2,04 - -
СКО поверхности от ПНС, мм 0,1 6,7 6,9 0,1 0,1
С целью определения влияния воздействий от устройств изменения положения и формы рефлектора на контролируемые геометрические параметры рефлектора (отклонения фокуса и фокальной оси, СКО относительно параболоида наилучшего соответствия (ПНС) [2]) был проведен ряд расчетов по имитации работы данных управляющих средств с использованием КЭМ выбранного сетчатого рефлектора.
Расчеты выполнялись для приращений длин оттяжек, связанных с концами спиц, от -20 мм до +20 мм относительно их исходных длин. Рассматривались следующие расчетные случаи:
1. Длины всех оттяжек уменьшены на 20 мм, что соответствует развалу рефлектора.
2. Длины всех оттяжек увеличены на 20 мм, что соответствует прискладыванию рефлектора.
3. Длины оттяжек изменены, имитируя поворот отражающей поверхности рефлектора как жесткого целого относительно оси I (поворот в плоскости 0ХУ) в системе координат (СК) антенны. В СК антенны отражающая поверхность рефлектора описывается каноническим уравнением параболоида с фокальной осью вдоль оси X.
4. Длины оттяжек изменены, имитируя поворот отражающей поверхности рефлектора как жесткого целого относительно оси У (поворот из плоскости 0ХУ) в СК антенны.
Воздействия прикладывались к настроенному рефлектору, у которого отклонения фокуса и фокальной оси, а также СКО относительно ПНС имеют минимально возможное значение. В данном случае ПНС вычислялся для массива точек, расположенных в местах пересечения шнуров фронтальной сети ФОС, которые, в соответствии с требованиями к конструкции рефлектора, должны находиться на поверхности параболоида, т. е. СКО относительно ПНС должно быть равно 0 мм. Результаты расчета представлены в таблице.
Результаты проведенного анализа могут быть сделаны следующие выводы:
- воздействия от устройства изменения формы рефлектора позволяют проводить подстройку при отклонениях формы отражающей поверхности с СКО от ПНС не более 6,8 мм;
- использование устройства для изменения пространственного положения рефлектора позволяет
управлять угловыми отклонениями фокальной оси рефлектора, вызванными влиянием внешних, внутренних факторов, в том числе вызванными работой устройства изменения формы рефлектора;
- возможность подстройки положения и формы отражающей поверхности рефлектора с использованием указанных средств должна быть проверена в ходе численного эксперимента и подтверждена по результатам соответствующих испытаний. Данные работы будут выполнены в ходе дальнейших исследований.
Библиографические ссылки
1. Пат. RU2350519 (C1), МПК B64G 1/22; H01Q 15/16. Развертываемый крупногабаритный рефлектор космического аппарата [Электронный ресурс] / Тестоедов Н. А. (RU) [и др.] ; заяв. ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» (RU). № 2007122219/11; заявл. 13.06.2007 ; опубл. 27.03.2009. URL: http://www1.fips. ru/wps/wcm/connect/content_ru/ru/inform_resources/ (дата обращения: 15.05.2018).
2. Голдобин Н. Н. Математические методы, используемые для оценки точности положения и формы крупногабаритного рефлектора космического аппарата // Вестник СибГАУ. Красноярск, 2014. С. 93-100.
References
1. Pat. RU2350519 (C1), MPK B64G 1/22; H01Q 15/16. Razvertyvayemyy krupnogabaritnyy reflektor kosmicheskogo apparata [Elektronnyy resurs] / Testoye-dov N.A. (RU) [i dr.]; zayavitel' OAO «Informatsionnyye sputnikovyye sistemy» imeni akademika M. F. Reshet-nova» (RU). № 2007122219/11; zayavl. 13.06.2007 ; opubl. 27.03.2009. URL: http://www1.fips.ru/wps/wcm/ connect/content_ru/ru/inform_resources/ (accessed: 15.05.2018).
2. Goldobin N. N. Matematicheskiye metody, is-pol'zuyemyye dlya otsenki tochnosti polozheniya i formy krupnogabaritnogo reflektora kosmicheskogo apparata // Vestnik SibSAU. Krasnoyarsk, 2014. P. 93-100.
© Голдобин Н. Н., 2018
