CC BY
42<Тешетневс^ие чтения. 2016
УДК 629.785
РАСКРЫТИЕ ЭЛЕМЕНТОВ УСТРОЙСТВ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ ПРИ ПОМОЩИ ГИБКОЙ ЛЕНТОЧНОЙ ШТАНГИ
Е. В. Чубенко1, И. В. Трифанов2
!АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнёва» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52 2Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: chubenko@iss-reshetnev.ru
Данная работа посвящена перспективному решению в области крупногабаритных трансформируемых конструкций для космических аппаратов с солнечным парусом и способу его раскрытия.
Ключевые слова: солнечный парус, гибкая ленточная штанга, трансформируемая конструкция, способ раскрытия.
DEPLOYMENT OF SPACECRAFT ELEMENTS BY APPLYING FLEXIBLE RIBBON BOOM
E. V. Chubenko1, I. V. Trifanov2
1JSC Academician M. F. Reshetnev Information Satellite Systems 52, Lenin Street, Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation 2Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: chubenko@iss-reshetnev.ru
The research describes the promising solutions in large-size convertible constructions for spacecraft with solar sail and the way of its deployment.
Keywords: Solar sail, a belt profile, convertible design, the method of disclosure.
В настоящее время ряд ведущих мировых космических держав проводят исследования и проектные разработки для создания миссий к планетам Солнечной системы. В качестве приоритетных путей решения поставленной задачи, учитывая требования снижения стоимости миссий, высокой энергоемкости для дальних перелетов и снижения массы космического аппарата в целом, перспективным является использование новых физических принципов движения в космическом пространстве [1]. Одним из таких принципов является создание космических аппаратов (КА) с солнечным парусом - двигательной установки малой тяги. В основе подобной двигательной установки лежит принцип движения КА под действием давления, созданного отражением солнечного света от поверхности паруса [2]. Основным направлением применения солнечного паруса является его использование на малых КА, масса которых не превышает десятки килограммов, где использование любой другой двигательной установки не представляется возможным, главным образом по причине минимально возможной массы, которая может превышать массу самого КА. Масса солнечного паруса определяется главным образом его площадью (в зависимости от необходимого значения тяги) и выбором материала паруса с учетом требований по температуре, коэффициенту излучения и прочностных характеристик [3].
Кроме отработки технологии изготовления и укладки в минимальный объем полотна, снижения массы
конструкции, минимальных затрат при максимальной эффективности и многих других задач не менее актуальной проблемой является определение эффективного способа раскрытия полотна солнечного паруса [4]. К одному из таких способов следует отнести предлагаемый вариант раскрытия полотна солнечного паруса гибкими элементами [5]. В его основе лежит создание движения только за счет запасенных собственных упругих сил гибкого элемента.
К главным преимуществам данного варианта следует отнести:
- высокий коэффициент развертывания - отношение размеров конструкции в развернутом и сложенном положениях;
- низкие удельно-массовые показатели (определяются выбором упругого композиционного материала: стеклопластик, органопластик, углепластик);
- простая кинематическая схема ввиду отсутствия многозвенных элементов и, как следствие, более высокая надежность механизма раскрытия в целом.
С учетом приведенных выше преимуществ одной из важных задач является выбор наиболее полно отвечающего поставленным задачам конструкторского решения для гибкого исполнительного элемента как средства раскрытия.
Наиболее подходящим для решения подобных задач на сегодняшний день является применение в качестве гибкого элемента ленточных штанг с незамкнутым профилем (рис. 1).
"Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических, аппаратов
Рис. 1. Варианты незамкнутых ленточных штанг с различной степенью перекрытия кромок
Рис. 2. Ленточная штанга замкнутого «чечевичного» типа
Полотно соточного паруса
Ьараоан
Ленточные штанги
' Интерфейс полотна и ленточной штанги
Направление вращения потолна солнечного паруса
Рис. 3. Этапы раскрытия полотна солнечного паруса при помощи ленточных штанг
В качестве альтернативного варианта исполнения гибкой ленточной штанги для повышения жесткост-ных характеристик на изгиб и кручение может быть выбран вариант замкнутого профиля «чечевичного» типа (рис. 2).
Способ раскрытия полотна солнечного паруса за счет упругих сил ленточной штанги заключается в следующем: ленточная штанга в плоском состоянии наматывается на барабан силовой конструкции; один конец штанги крепится к барабану; интерфейс между полотном и штангой выполнен в виде заделок, обеспечивающих их жесткое сцепление. В процессе раскрытия под действием запасенных в ленточной штанге упругих сил происходит ее сматывание с барабана - переход из плоского состояния в сформированное сечение; сматывание организовано в виде вращения штанги вокруг барабана и как следствие -равномерного развертывания полотна. Процесс раскрытия условно изображен на рис. 3.
Подобные гибкие ленточные штанги замкнутого типа являются относительно новым техническим решением и не получили широкого изучения в рамках опытно-конструкторских работ отечественных предприятий космической отрасли, а также не использовались ранее как способ раскрытия полотна солнечного паруса и требуют определения оптимальных геометрических параметров из условия максимальных жест-костных характеристик, анализа вариантов материала для изготовления, исходя из максимальной запасенной упругой энергии в сложенном состоянии.
Библиографические ссылки
1. Грихилес В. А., Орлов П. П. Солнечная энергия и космические полеты. М. : Наука, 1984. 216 с.
2. Поляхова Е. Н. Введение в теорию солнечного паруса. М. : Кн. дом «Либроком», 2010. 112 с.
3. Поляхова Е. Н. Космический полет с солнечным парусом. М. : Наука. 1986. 304 с.
4. Центробежные бескаркасные крупногабаритные космические конструкции / Г. Г. Райкунов, В. А. Комков, В. М. Мельников, Б. Н. Харлов. М. : Физматлит, 2009. 448 с.
5. Формируемые центробежными силами солнечные батареи / В. А. Комков, В. М. Мельников, Б. Н. Харлов. М. : Черос, 2007. 188 с.
References
1. Solnechnaya energiya i kosmicheskie polety / V. A. Grikhiles, P. P. Orlov. M. : Nauka, 1984. 216 p.
2. Polyakhova E. N. Vvedenie v teoriyu solnechnogo parusa. M. : Knizhnyy dom «Librokom», 2010. 112 p.
3. Polyakhova E. N. Kosmicheskiy polet s solnechnym parusom. M. : Nauka. 1986. 304 p.
4. Tsentrobezhnye beskarkasnye krupnogabaritnye kosmicheskie konstruktsii / G. G. Raykunov, V. A. Kom-kov, V. M. Mel'nikov, B. N. Kharlov. M. : Fizmatlit, 2009. 448 p.
5. Formiruemye tsentrobezhnymi silami solnechnye batarei / V. A. Komkov, V. M. Mel'nikov, B. N. Kharlov. M. : Cheros, 2007. 188 p.
© Чубенко Е. В., Трифанов И. В., 2016
