Методика юстировки и сборки антенн космических аппаратов, не имеющих собственных элементов регулировки Текст научной статьи по специальности «Физика»

б

Антенный рефлектор с 8 спицами: а - вид сбоку; б - вид «в чашу»

Тепловой анализ рефлектора проведен для следующих расчетных случаев: весеннее равноденствие; осеннее равноденствие; летнее солнцестояние; зимнее солнцестояние. Для каждого расчетного случая рассматривался один виток орбиты продолжительностью в 24 часа с дискретизацией в 1 час.

По результатам анализа для весеннего и осеннего равноденствия, а также зимнего и летнего солнцестояния выявлены элементы конструкции с максимальными и минимальными температурами. Зимнее солнцестояние и весеннее равноденствие выбраны в качестве «горячего» и «холодного» случаев соответственно для анализа температурных деформаций антенны. Наибольшие искажения отражающей поверхности возникают при выходе рефлектора из тени Земли в весеннее равноденствие и при падении солнечного излучения «в чашу» рефлектора в период зимнего солнцестояния. В целом СКО отражающей поверхности рефлектора не превышает значения, определенного техническим заданием.

© Бельков А. В., Валишевский О. К., Величко А. И., Жуков А. П., Павлов М. С., Пономарев В. С., Пономарев С. В., Попов А. В., Халиманович В. И., Шальков В. В., Шендалев Д. О., 2013

а

УДК 621.396.67

МЕТОДИКА ЮСТИРОВКИ И СБОРКИ АНТЕНН КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ, НЕ ИМЕЮЩИХ СОБСТВЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ РЕГУЛИРОВКИ

В. В. Болгов, В. Б. Тайгин

ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Россия, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52. E-mail: bolgov-v@iss-reshetnev.ru

Анализируются существующие методы юстировки антенн космических аппаратов и описывается новый метод. Показаны особенности нового метода на примере настройки и сборки офсетной зеркальной антенны. Разработанный метод юстировки антенн космических аппаратов применим для большого класса антенн (зеркальные антенны различного исполнения), не имеющих в конструкции элементов регулировки положения.

Ключевые слова: зеркальная антенна, юстировка и настройка антенн космических аппаратов, антенна со сложным интерфейсом.

METHOD OF ADJUSTMENT AND ASSEMBLING OF SPACECRAFT ANTENNAS HAVING NO ADJUSTMENT ELEMENTS

V. V. Bolgov, V. B. Taigin

JSC "Academician M. F. Reshetnev "Information Satellite Systems" 52, Lenin str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russia. E-mail: bolgov-v@iss-reshetnev.ru

The article analyzes the existing methods for spacecraft antennas adjustment and describes a new method. The features of a new method are shown considering the example of configuration and assembling of an offset reflector antenna. The developed method of spacecraft antennas adjustment is applicable for a large class of antennas (reflector antennas of different design) which do not include position adjustment elements.

Keywords: reflector antenna, adjustment and assembling of spacecraft antennas, antenna with a complex interface.

Антенны космических аппаратов - сложные конструкции, важным критерием работоспособности которых является соответствие значений радиотехнических характеристик (РТХ) (диаграмма направленно-

сти, коэффициент стоячей волны и др.) заданным. Получить нужные значения РТХ у антенны можно ее юстировкой (настройкой).

Существует несколько методов настройки антенн

Решетневскуе чтения. 2013

космических аппаратов (КА). Первый метод реализуется наличием в конструкции антенны элементов регулировки (косые кольца, пазы, отверстия и другие конструктивные решения). Антенна настраивается в сборе. Второй метод реализуется на антеннах со сложным интерфейсом (не имеют общей базы, антенны больших габаритов), он заключается в настройке антенны на юстировочном стенде и последующем проектировании переходных кронштейнов для установки элементов антенны на КА. Методы отработаны и используются в разработках современных конструкций антенн КА. Перспективным методом юстировки антенн является второй метод, при котором антенна настраивается на юстировочном стенде, так как снижается масса антенны ввиду отсутствия элементов регулировки, а также повышается жесткость конструкции, так как имеется меньшее количество крепежных элементов.

Но данный метод не всегда актуален ввиду особенностей состава антенны и расположения антенны на КА - для антенн с малыми габаритами и фокусными расстояниями и антенн, конструктивно расположенных на общих силовых опорах (антенна Грегори, антенна Кассегрена, параболические антенны).

Проанализировав имеющиеся методы настройки антенн, разработали новый метод юстировки. Предлагаемый новый метод настройки и сборки антенн КА позволяет упростить конструкцию антенн в части элементов настройки, а конструктивное решение исполнения антенны позволяет избавиться от компенсаторов для температурных развязок, снижает массу антенны, обеспечивает высокую точность установки.

Данный метод рассмотрен на малогабаритной зеркальной антенне (рис. 1). Антенна состоит из рупорного облучателя, рефлектора и силовой опоры.

Зеркальная антенна представляет собой достаточно общий тип излучающей системы, с помощью которой в принципе можно получить близкое приближение практически к любой заданной форме диаграммы направленности [1].

Новая методика юстировки и сборки антенн состоит из трех этапов.

Этап 1. Юстировка антенны. После изготовления составных частей антенны следующим этапом является настройка антенны на технологическом юстиро-вочном стенде. Юстировочный стенд - технологическое приспособление, на котором при помощи переходных кронштейнов на устройствах с шестью степенями свободы (гексоподах) располагаются элементы антенны. Облучатель и рефлектор имеют положения, отличающиеся от теоретического ввиду погрешностей изготовления и сборки. Антенна настраивается перемещением рефлектора относительно неподвижного облучателя, что позволяет сохранить положение выходных фланцев и волноводов. В результате настройки достигаются необходимые значения РТХ антенны. На рефлекторе и облучателе антенны имеются оптические элементы контроля положения, после настройки они измеряются. Для обеспечения точных итоговых значений по установке вводятся системы координат, которые определены на различных стендах, что позволяет реализовать необходимые манипуляции.

Этап 2. Установка элементов антенн на силовые опоры. Для установки элементов антенны на силовую опору используется дополнительное технологическое приспособление (рис. 2), состоящее из направляющей, по которой перемешается модифицированное устройство с шестью степенями свободы. Устройство подводят поочередно к элементам антенны и монтируют к технологическим отверстиям. Технологическое приспособление с высокой точностью переносит облучатель и рефлектор на опору, сохраняя положение на штатной опоре аналогично настроенному.

Рис. 1. Антенна в сборе

Ж) о

Рис. 2. Установка облучателя и рефлектора на опору

Этап 3. Сборка антенны. Связь опоры с облучателем обеспечивают композитные уголки, которые устанавливают на клей. Только после полимеризации клея технологическое приспособление может быть демонтировано, аналогично устанавливается и рефлектор антенны. Использование клея в конструкции позволяет использовать силовую опору с погрешностями, которые по результатам сборки устраняются.

Новый метод юстировки и сборки антенн КА позволяет:

- обеспечить требуемые точные показатели установки (±0,2 мм от показателей на юстировочном стенде), не имея в конструкции никаких элементов регулировки и настройки, ни одного крепежного элемента;

- получать размеростабильные конструкции после внешних воздействий, так как антенна является «монолитной»;

- создавать высокоточные антенны, сложные по составу с использованием в большом количестве полимерных композитных материалов (до 80 % от массы антенны) с меньшими массовыми значениями (массой на 20-60 % меньше массы аналогов).

Данный метод универсален и может быть применен для антенн различных габаритов, частотных диапазонов и конструктивных исполнений.

Библиографическая ссылка

1. Вуд П. Анализ и проектирование зеркальных антенн. М.: Радио и связь, 1984. 208 с.

Reference

1. Vud P. Analiz i proektirovanie zerkalnih antenn. M.: Radio i svyaz, 1984. 208 p.

© Болгов В. В., Тайгин В. Б. 2013

УДК 539.3

МОДЕЛИРОВАНИЕ РЕФЛЕКТОРА С ТЕНЗОГРИДНЫМ ОБОДОМ

А. И. Величко1, С. В. Белов2, С. В. Пономарев2

1ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Россия, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52. E-mail: vai@iss-reshetnev.ru 2Научно-исследовательский институт прикладной математики и механики Томского государственного университета Россия, 634050 г. Томск, пл. Ленина 36, корпус 10. E-mail: psv@niipmm.tsu.ru

Рассмотрен трансформируемый космический рефлектор с апертурой двенадцать метров и тензогридным ободом, точность отражающей поверхности в узлах вант тыльной и фронтальной сети, формы колебаний, соответствующие наибольшей эффективной массе, напряженно-деформируемое состояние элементов конструкции.

Ключевые слова: рефлектор с тензогридным ободом, метод конечных элементов, среднеквадратическое отклонение (СКО).

MODELLING A REFLECTOR WITH TENSEGRETY RIM

A. I. Velichko1, S. V. Belov2, S. V. Ponomarev2

JSC "Academician M. F. Reshetnev "Information Satellite Systems" 52, Lenin str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russia 2The Research Institute of Applied Mathematics and Mechanics of Tomsk State University 36, Lenin str., Tomsk, 634050, Russia. E-mail: psv@niipmm.tsu.ru

The space reflector with tensegrity rim is considered. A finite-element model of a reflector with aperture of 12 meters is developed. RMS value reflector's surface, mode shapes with appropriate natural frequencies, deformation mode and effective mass are obtained.

Keywords: Space reflector with tensegrity rim, finite - element method, RMS value.

«Тензогридность» происходит от английского слова «tensegrety», которое является производным слов «tensile» (растяжимый, эластичный) и «integrity» (целостность). Определение тензогридной стркутуры дано в работе Миуры и Пеллигрино: «как любая структура состоящая из шнуров и стоек, где стойки находятся в состоянии предварительного напряжения, которое создает натяжения во всех шнурах конструкции» [1]. Очевидным преимуществом таких структур является небольшая масса и объем в сложенном состоянии.

Образцы рефлекторов тензогридной структуры подробно описаны в работе Тиберта [2]. На рис. 1 и 2 показаны рефлекторы на шести стойках, предложенные Кнайтом и др. в работе [3], и рефлектор AstroMesh компании Northgroup Grumman.

На сайте компании Northgroup Grumman указано, что существует возможность увеличения апертуры рефлектора AstroMesh до 50 метров, однако пока в печати указаны характеристики рефлектора с апертурой до 25 метров. А характеристики рефлектора, показанного на рис. 1, рассмотрены только с апертурой 3 метра в [2].