CC BY
15"Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических аппаратов
УДК 629.7.01
В. И. Буякас
Физический институт имени П. Н. Лебедева Российской академии наук, Россия, Москва
НОВАЯ КИНЕМАТИЧЕСКАЯ СХЕМА УКЛАДКИ И РАСКРЫТИЯ БОЛЬШОГО ЛЕПЕСТКОВОГО ЗЕРКАЛА
Предлагается новая кинематическая схема укладки и раскрытия большого лепесткового зеркала. Приводятся результаты виртуального моделирования схемы в пакете ЗоШШогкз и предварительные результаты физического моделирования.
Большие твердотельные раскрывающиеся зеркала, предназначенные для работы в миллиметровым, субмиллиметровым, инфракрасным и оптических диапазонах разрабатываются в настоящее время в рамках ряда программ и космических проектов[1-5]. Классическая схема твердотельного лепесткового рефлектора, впервые предложенная при разработке первого варианта проекта FIRST [4] (far infrared space telescope) представляет собой трансформируемую конструкцию, состоящую из центрального зеркала и набора лепестков. В сложенном состоянии лепестки размещаются в вертикальном положении над центральным зеркалом под обтекателем. У основания каждого лепестка имеется цилиндрический шарнир, связывающий лепесток с центральным зеркалом. Показано, что существуют такие направления осей шарниров, при которых синхронное вращение лепестков, приводит к раскрытию зеркала без зацепления элементов конструкции. В раскрытом состоянии центральное зеркало и лепестки образуют параболический рефлектор (рис. 1). Этот подход был использован в проекте «Радиоастрон» для создания 10-метровой антенны космического радиотелескопа, предназначенного для работы в сантиметровом диапазоне.
ляющий вклад в эффективную площадь рефлектора, и у зеркала с миллиметровым диапазоном должна быть выполнена с особой тщательностью.
Поэтому желательно соединить соседние лепестки раскрытого зеркала по внешнему контуру системой связей. Ранее предпринятая попытка осуществить замыкание на раскрытом зеркале оказалась неудачной [5]. Во-первых, трудно обеспечить точное попа -дание большого количества замков в ловители, во-вторых, раскрытое зеркало представляет собой достаточно жесткую, статически неопределимую конструкцию, и замыкание, выполненное после раскрытия, приводит к неконтролируемому возмущению формы отражающей поверхности,
В рамках предлагаемой кинематической схемы связь между соседними лепестками по внешнему контуру сохраняется на всем протяжении раскрытия. Для осуществления этого подхода необходимо, прежде всего, отказаться от цилиндрических шарниров, связывающих лепестки с центральным зеркалом, заменив их связями, обеспечивающими лепесткам большую степень свободы. Мы рассматривали конструкцию, в которой каждый лепесток связан с центральным зеркалом двухстепенным шарниром. Кроме этого, в вершине каждого лепестка размещается шаровая опора, удерживаемая в процессе раскрытия на поверхности соседнего лепестка. Раскрытие может осуществляться, например, по схеме зеркала проекта «Радиоастрон» набором тяг, каждая из которых связана с соответствующим лепестком сферическим шарниром.
Рис. 1. Раскрытие лепесткового зеркала
Попытка использовать эту схему для раскрытия высокоточных зеркал, в частности, зеркал миллиметрового диапазона, приводит к серьезным трудностям. Дело в том, что ошибки в установке положения осей вращения цилиндрических шарниров и неточности углов поворота лепестков при раскрытии приводят к искажениям формы поверхности зеркала, величина которых нарастает от оси вращения лепестка к периферии зеркала. А именно удаленная от центра часть отражающей поверхности зеркала вносит опреде-
Рис. 2. Зеркало в сложенном состоянии
Решетневскце чтения
Оказывается, что при выбранной системе связей в каждый момент раскрытия конструкция является статически определимой, геометрически неизменяемой и, следовательно, ненапряженной. Для проверки предложенного подхода в пакете SolidWorks была построена виртуальная модель трансформируемого рефлектора и изготовлена физическая модель. Результаты компьютерного моделирования и предварительные результаты физического моделирования представлены в работе (рис. 2-5).
Рис. 3. Зеркало в раскрытом состоянии
Рис. 4. Макет зеркала в сложенном положении
Рис. 5. Двухстепенные шарниры, связывающие лепестки с центральным зеркалом
Предполагается на заключительном этапе раскрытия замкнуть составное зеркало по внешнему контуру самоустанавливающейся системой связей
Библиографические ссылки
1. Peterson L. D., Hinkle J. D. et al. Technology for Earth Observing Deployed Lidar Telescope // Proc. of the Sixth Annual NASA Earth Science Technology Conf. Maryland, USA, 2006.
2. Arkhipov, M. Yu., Baryshev A. M., Kardashov N. S. et al. Deployable Antennas for Space Radio Telescope: Radioastron and Millimetron Missions // Proc. of 30th ESA Antenna Workshop / ESTEC. Noordwijk, Netherlands, 2008.
3. Кардашев Н. С., Андреянов В. В., Буякас В. И. и др. Проект «Миллиметрон» // Тр. Физ. ин-та им. П. Н. Лебедева. 2000. Т. 228. С. 112-128.
4. Dornier, FIRST Technology study: Multisurface control mechanism for a deployable antenna. Final report. Dornier Report RP-FA-D003, 1987.
5. Складная конструкция антенны радиотелескопа : препринт / Е. И. Битушан, С. Н. Саяпин, А. А. Драков ; ИКИ. М., 1987. № 13.
V. I. Buyakas
P. N. Lebedeb Physical Institute Russian Academy of Science, Russia, Moscow
NEW KINEMATIC SCHEME TO FOLD AND DEPLOY LARGE PETAL-TYPE MIRROR
The new kinematic scheme to fold and deploy large petal-type mirror is proposed. Results of computer simulation and preliminary results of physical simulation are presented in the paper.
© Буякас В. И., 2012
