CC BY
29Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических аппаратов
References
1. Ivanov M. N. Detali mashin [Articles of mechanisms]. 3-rd edition, Moscow, Vyshaya shkola, 1976, 399 p. (In Russ.).
2. Anuriev V. I. Spravochnik konstruktora-mashinostroitelya [Handbook of mechanical engineering]. T. 1. Moscow : Mashinostroenie, 2001, 920 p. (In Russ.).
3. Orlov P. I. Osnovy konstruirovania [Principles of engineering]. Kn. 1. Moscow : Mashinostroenie, 1988, 560 p. (In Russ.).
4. Orlov P. I. Osnovy konstruirovania [Principles of engineering]. Kn. 2. Moscow : Mashinostroenie, 1988, 544 p. (In Russ.).
© Чугуй Ю. В., Халиманович В. И., Верхогляд А. Г., Скоков Д. В., Накрохин И. А., 2015
УДК 629.783
РАСКРЫВАЮЩИЙСЯ СОЛНЕЧНЫЙ ОТРАЖАТЕЛЬ
ДЛЯ НАНОСПУТНИКА «МАЯК» КЛАССА CUBESAT
А. Ю. Шаенко, М. С. Белокосков, А. А. Недогарок, Д. А. Шпотя
Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ) Российская Федерация, 107023, г. Москва, ул. Большая Семеновская, 38 E-mail: [email protected]
Рассматриваются варианты исполнения каркаса солнечного отражателя кубсата «Маяк» на основе пневматической конструкции и на основе упругих деформируемых металлических профилей. Обсуждаются преимущества и недостатки обоих вариантов конструкции, а также ограничения, накладываемые форматом Cubesat на трансформируемые конструкции.
Ключевые слова: крупногабаритная раскрывающаяся космическая конструкция, солнечный отражатель, проект «Маяк», Cubesat, кубсат.
DEPLOYABLE SOLAR REFLECTOR FOR MAYAK CUBESAT
A. Yu. Shаenko, M. S. Belokoskov, A. A. Nedogarok, D. A. Shpotya
Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI) 38, Bolshaya Semenovskaya Str., Moscow, 107023, Russian Federation. E-mail: [email protected]
This paper presents two types of Mayak cubesat solar reflector design with pneumatic or thin-walled furlable support structures. Both types of support structures design are discussed with regard to their application on Cubesat.
Keywords: deployable space structures, solar reflector, Mayak project, Cubesat.
За 15 лет своего существования кубсаты (CubeSat) [1] прошли путь от студенческих разработок до коммерческого применения и вплотную подбираются к межпланетным миссиям [2].
Ситуация с российскими кубсатами пока не столь впечатляюща, однако прогресс есть и у нас. Первый отечественный наноспутник SamSat-218, разработанный в Самарском государственном аэрокосмическом университете имени академика С. П. Королёва, готовится к запуску с космодрома «Восточный» в декабре 2015 года [3]. Кроме того, многие российские университеты находятся на разных стадиях проектирования своих аппаратов нанокласса.
Таким образом, разработка устройств для кубса-тов, в особенности для кубсатов, строго соблюдающих требования регламентирующих документов [1], является важно и актуальной задачей.
Спецификой кубсатов как космических аппаратов является их жестко заданная геометрическая форма [1]. В то же время все увеличивающие возможности бортовой радиоэлектронной аппаратуры
выдвигают новые требования к энергетике таких аппаратов, к апертуре бортовых антенн. Кроме того, существуют международные рекомендации, направленные на уменьшение космического мусора [4], ограничивающие срок орбитального существования вышедших из строя космических аппаратов, что приводит к необходимости предпринимать меры либо по установке на кубсаты двигателей, что не всегда возможно, либо по установке на кубсат устройства для аэродинамического торможения.
Говоря об использовании кубсатов в учебном процессе, следует иметь в виду, что разработка, изготовление, испытания и эксплуатация такого космического аппарата должны быть под силу студенту и не заставлять вуз нести серьезные финансовые затраты.
Космический аппарат «Маяк» нанокласса, разрабатываемый в Университете машиностроения, отвечает всем перечисленным требованиям. На его борту будет установлен солнечный отражатель, представляющий собой раскрывающуюся крупногабаритную относительно размеров кубсата конструкцию пра-
Решетнеескцие чтения. 2015
вильной тетраэдрической формы с ребром 3 метра, состоящую из каркаса и светоотражающей пленки. Развёртывание на малом космическом аппарате подобного рода конструкции позволит отработать в реальном полете раскрывающееся устройство для аэродинамического торможения, которое в дальнейшем можно будет использовать для свода с орбиты малых спутников. Помимо этого, наблюдая в оптическом диапазоне за полетом «Маяка», можно будет провести измерения плотности верхней атмосферы Земли и верифицировать модели расчета звездной величины.
Конструкция аппарата разработана таким образом, что студент будет в состоянии изготовить детали спутника, провести его сборку, испытания и подготовку к запуску.
В настоящей работе обсуждается одна из подсистем «Маяка» - солнечный отражатель. Рассмотрены два варианта исполнения его каркаса - ребер правильного тетраэдра, придающих ему необходимую жесткость, пневматический и механический.
В случае пневматического каркаса ребра формируются из замкнутых полостей, заполняемых продуктами термического разложения карбоната аммония, смесью углекислого газа, аммиака и воды, получаемыми в системе раскрытия и закрутки, при этом часть газов, получаемых при разложении реагента, используется для закрутки космического аппарата с целью увеличения зоны его видимости с Земли. Использование такого реагента обусловлено требованиями формата кубсат по нетоксичности используемых на борту аппарата реагентов.
В случае механического каркаса ребра формируются из упругих деформируемых профилей с незамкнутым сечением, способных уплощаться при приложении сжимающей нагрузки поперек продольной оси профиля. Подобный принцип построения раскрывающихся космических конструкций широко применяется на практике, например, он использовался для создания каркаса солнечного паруса на космическом аппарате Ы§И18а11-1 [5].
К преимуществам пневматического каркаса можно отнести меньший объем каркаса отражателя в сложенном положении и относительную простоту его конструкции, к недостаткам - недолговечность при
УДК 62-231
длительном, в несколько месяцев экспонировании в реальном космическом полете, обусловленную потерей каркасом герметичности под действием космической радиации, УФ-излучения и микрометеоритов.
К преимуществам механического каркаса можно отнести его принципиальную отработанность в большом количестве космических полетов и способность длительное время работать в полете без существенной потери свойств. Недостатки такой конструкции -больший относительно пневматического каркаса объем в сложенном положении и более сложная конструкция.
Таким образом, к применению на кубсате «Маяк» можно рекомендовать пневматический каркас, для использования на реальном космическом аппарате -механический каркас.
References
1. "CubeSat Design Specification Rev. 13". California State Polytechnic University. Retrieved 04.09.2015. http://cubesat.org/images/developers/cds_ rev13_final2.pdf
2. Cohen, Barbara A.; Sellar, R. G.; Staehle, R. et al., eds. (2013). Lunar Flashlight: Mapping lunar surface volatiles using a CubeSat (PDF). Annual Meeting of the Lunar Exploration Analysis Group (2013). NASA -SSERVI.
3. Alexander Kirillin, Igor Belokonov, Ivan Timbai, Andrey Kramlikh, Mariya Melnik, Efim Ustiugov, Andrey Egorov, Stepan Shafran. SSAU Nanosatellite Project for the Navigation and Control Technologies Demonstration. Procedia Engineering, том 104, 2015, с. 97-106.
4. "UN Space Debris Mitigation Guidelines", UN Office for Outer Space Affairs, 2010. Retrieved http://orbitaldebris.jsc.nasa.gov/library/Space %20Debris %20Mitigation %20Guidelines_C0PU0S.pdf
5. The Planetary Society. Projects: LightSail-Solar Sailing. Retrieved 04.09.2015. http://www.planetary.org/ programs/projects/solar_sailing/lightsail1.html
© Шаенко А. Ю., Белокосков М. С.,
Недогарок А. А., Шпотя Д. А., 2015
КОМПОНЕНТЫ ВЫСОКОТОЧНОГО ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ПРИВОДА ДЛЯ СВЕРХНИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР (4,2 К) СИСТЕМЫ АДАПТАЦИИ ТРАНСФОРМИРУЕМОЙ КОСМИЧЕСКОЙ КОНСТРУКЦИИ
А. В. Юсов1, С. А. Козлов1, М. Ю. Архипов2, Е. А. Костров2
ЮОО «Прикладная механика» Российская Федерация, 105203, г. Москва, ул. Парковая 15-я, 5. E-mail: [email protected] 2Физический институт им. П. Н. Лебедева Российской академии наук Российская Федерация, 119991, г. Москва, просп. Ленинский, 53
Поставлена проблема создания криогенных исполнительных механизмов для трансформируемых космических конструкций. Сообщено о результатах проектирования и испытания опытных образцов при гелиевых температурах (4,2 К).
Ключевые слова: линейный привод, двигатель, сверхнизкие гелиевые температуры, гексапод.
