CC BY
38УДК 629.78.064.56
О. А. Артюшенко, В. Г. Порпылев, А. Б. Гурылев, А. В. Токарев
ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева», Россия, Железногорск
РАЗРАБОТКА БЛОКА МЕХАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ОРИЕНТАЦИИ СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЙ НАУЧНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ МОДУЛЕЙ
Описана конструкция и основные характеристики разрабатываемого блока механического системы ориентации солнечных батарей научно-энергетических модулей.
В настоящее время ведется работа по разработке блока механического (БМ) системы ориентации солнечных батарей (СОСБ) научно-энергетических модулей (НЭМ) для орбитального комплекса Международной космической станции.
Блок механический СОСБ предназначен для выполнения следующих задач:
- реверсного вращения выходного вала;
- передачи электроэнергии с вращающихся панелей СБ;
- выдачи информации об угле поворота выходного вала БМ СОСБ;
- передачи телеметрических и управляющих сигналов с датчиков, установленных на крыле СБ.
Передача тока с панелей солнечных батарей происходит через 12 силовых цепей каждого из боковых приводов и 24 цепи корневого привода. Передача телеметрических сигналов проходит по 11 цепям каждого из боковых приводов и через 21 цепь телеметрического токосъемного устройства (ТТУ) корневого привода. Передача цепей электродвигателей и датчиков углового положения боковых приводов проходит через ТТУ корневого привода. Количество цепей (колец) определяется выбранным электродвигателем и датчиком угла с резервированием каждой из цепей.
Устройство разработано на внешние нагрузки при эксплуатации:
- крутящий момент - не более 100 Н-м;
- изгибающий момент - не более 1 000 Н-м;
- осевые и перерезывающие силы - не более 500 Н.
Блок механический СОСБ НЭМ состоит из трех
модулей: двух боковых приводов и корневого привода.
Модули боковых приводов и корневого привода имеют одинаковый состав: редуктор с двигателем; датчики углового положения; силовое токосъемное устройство (СТУ); телеметрическое токосъемное устройство. Отличия определяются величиной нагрузки и требованиями по скорости вращения привода. С учетом требований к корневому модулю БМ СОСБ по вращению панелей БС с большой инерционной нагрузкой на высоких скоростях целесообразно применить привод, имеющий обратную связь по углу, с использованием датчика положения ротора электродвигателя в режиме стабилизации скорости его вращения.
Редукторы интегрированы в корпуса модулей кор -невого и боковых приводов. Это позволяет найти оптимальное соотношение между минимальной массой
БМ СОСБ НЭМ и затратами на его изготовление и отработку. Конструктивно БМ СОСБ выполнен в негерметичном исполнении.
Корневой модуль БМ СОСБ может быть создан с использованием аналога моментного датчика, успешно работающего в составе системы поворота антенн нескольких КА при их летной эксплуатации. В качестве датчика положения ротора может быть использован вращающийся трансформатор.
Другой вариант создания корневого модуля БМ СОСБ основан на использовании электродвигателя постоянного тока серии ДБМ со встроенным датчиком положения ротора.
После анализа обоих вариантов выбирается компоновка корневого привода, выполненного на основе двух электродвигателей ДБМ со встроенным датчиком. Датчик угла выполнен на трехсекционном потенциометре.
С точки зрения унификации привода для всех БМ СОСБ боковые приводы могут быть выполнены такими же, как и корневой привод, но с учетом того, что инерционная составляющая нагрузки от панелей СБ для боковых приводов и скорость их вращения существенно меньше, чем для корневого, боковые БМ СОСБ могут создаваться с использованием синхронных электродвигателей в шаговом режиме без обратной связи по положению ротора, что существенно упрощает схему управления, количество элементов и в целом повышает надежность.
Электродвигатели боковых приводов работают через ТТУ корневого привода. Для исключения влияния электрических помех на их работу применяются микрошаговые синхронные электродвигатели, имеющие минимально необходимое количество проводов пода -чи сигналов.
Конструктивно-компоновочная схема боковых приводов отработана на изделиях « Экспресс-АМ», 8Б8ЛТ, «Глонасс-М» и др. Жесткий выходной вал устанавливается на двух подшипниковых опорах, СТУ - на валу, ТТУ - внутри вала, а передача вращения осуществляется приводом, расположенным в задней части корпуса. Устройства, разработанные по этой схеме, выдерживают изгибающие моменты до 2 500 Н-м.
В качестве чувствительного элемента датчика углового положения выходного вала БМ СОСБ, с учетом унификации информационных каналов всех приводов (корневого и боковых), должен быть выбран
Решетневскце чтения
одинаково чувствительный для всех элемент. Исходя из требований по точности выбран трехсекционный потенциометр.
С блоком датчиков текущего положения, выдающего информацию об угловом положении выходного вала в любой момент времени, выходной вал связан двухступенчатым редуктором с передаточным отношением 1. Для обеспечения максимально возможного ресурса выбран редуктор с самым высоким КПД -цилиндрический зубчатый редуктор. Плавность вра-
щения обеспечивается минимальным шагом электродвигателей (для синхронных электродвигателей) и гармонической формой сигнала управления для ДБМ.
На аналогичном узле защищен 15-летний ресурс с двойным запасом (при наземной отработке на ускоренных ресурсных испытаниях в вакууме). Результаты дефектации устройства после подтверждения 30-летнего ресурса в ускоренном режиме показали наличие в устройстве запаса по работоспособности. Следов износа механических частей практически нет.
О. А. Artushenko, B. G. Porpylev, A. B. Gurylev, A. V. Tokarev JSC «Academician M. F. Reshetnev «Information Satellite Systems», Russia, Zheleznogorsk
DEVELOPMENT OF MECHANICAL UNIT SYSTEM OF ORIENTATION OF SOLAR BATTERIES OF SCIENTIFICALLY-POWER MODULES
Design and basic characteristics of a unit of mechanical systems of orientation of solar batteries of scientifically-power modules being developed are described in the article.
© Артюшенко О. А., Порпылев В. Г., Гурылев А. Б., Токарев А. В., 2011
УДК 629.7.01
А. А. Байбородов, А. В. Балановский, В. В. Кузнецов
ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева», Россия, Железногорск
УНИФИЦИРОВАННЫЕ МЕХАНИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ РАСКРЫТИЯ СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЙ ДЛЯ СОВРЕМЕННЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
Одним из направлений по снижению затрат на космическую деятельность является унификация элементной, агрегатно-приборной и производственной базы космических аппаратов. Обеспечение рационального уровня унификации механических систем современных космических аппаратов является одним из основных направлений проектно-технической политики ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева».
Стратегическое значение механических систем для нормального функционирования космических аппаратов (КА) очевидно и не требует дополнительных обоснований. Накопленный опыт проектирования механических систем не только подтверждает это, но и показывает, что научно-технический уровень современной механики вполне соответствует первоочередным задачам, поставленным перед ней в области космической техники. В этой связи весьма актуально, обобщив имеющийся опыт создания и применения механики КА и учитывая перспективы ее дальнейшего развития, сформулировать принципы, которыми следует руководствоваться при создании и совершенствовании механических систем современных космических аппаратов.
Такими принципами являются принцип реконфигурируемости (модульности) и принцип унификации функциональных элементов механических систем космических аппаратов.
Принцип модульности обеспечивает создание систем переменной структуры, т. е. позволяет изменять состав системы в ходе ее разработки и использования.
Принцип унификации позволяет разрабатывать практически неограниченную номенклатуру создаваемых на его основе технических систем, повышать их технический уровень, сокращать сроки проектирования, облегчает техническое обслуживание и ремонт основанных на этом принципе технических систем.
В разработках механических систем солнечных батарей (СБ) для современных космических платформ в ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» (ИСС) применены оба принципа проектирования.
Принцип модульности заключается в разделении общей конструкции СБ на основные (самостоятельные) функциональные узлы: каркасы, шарнирные узлы (ШУ), замки зачековки, а также в самостоятельной проверке каждого функционального узла на воздействие факторов штатной эксплуатации, таких же, как и в составе всей системы. Это исключает часть дорогостоящих проверок отдельных узлов в составе системы и обеспечивает их автономность.
