Система развертывания солнцезащитных экранов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ной, за счет того, что геометрия роликов построена таким образом, что по достижении необходимого угла раскрытия дальнейшее перекатывание невозможно и происходит растяжение пружины. Требование по за-чековке также обеспечивается пружиной за счет жесткости ее профиля. На рис. 2 приведен график с характером момента, который необходимо приложить чтобы преодолеть жесткость профиля. Контролепри-

годность обеспечивается установкой датчика, который будет подтверждать факт раскрытия шарнира.

Регулировку положения частей трансформируемой механической системы относительно друг друга можно обеспечить эксцентриками

Общий вид конструкции, которая способна обеспечить все требования, приведен на рис. 3.

© Кузнецов В. В., Байбородов А. А., 2013

УДК 629.78.064.56

СИСТЕМА РАЗВЕРТЫВАНИЯ СОЛНЦЕЗАЩИТНЫХ ЭКРАНОВ

Е. А. Лаптев

ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Россия, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52

Для решения ряда научных задач по изучению разнообразных астрономических объектов создаются различные космические аппараты (обсерватории, телескопы), главным инструментом которых являются рефлекторы, требующие глубокого охлаждения до температуры 4,5 К. Задача обеспечения заданного теплового режима рефлектора решается за счет применения системы пассивного охлаждения - системы радиационного экранирования излучений Солнца, Земли, Луны и других источников теплового излучения, обеспечивающей температуру на выходе на уровне 20 К, и системы активного охлаждения, обеспечивающей дальнейшее снижение температуры с 20 К до 4,5 К.

Представлена система развертывания радиационных экранов из сложенного положения в рабочее, которая может быть взята за основу при создании пассивных систем охлаждения аналогичных космических аппаратов.

Ключевые слова: солнечный щит, солнечный отражатель, солнцезащитный экран, система охлаждения космического телескопа, механизм развертывания, механизм раскрытия.

SUNSCREEN DEPLOYMENT SYSTEM

E. A. Laptev

JSC "Academician M. F. Reshetnev "Information Satellite Systems" 52, Lenin str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russia

To address a number of scientific tasks to study a variety of astronomical objects by a variety of spacecraft (observatories, telescopes) is designed; the main tool of them is a reflector, requiring deep cooling to a temperature of 4,5 K. The task to provide specified thermal conditions of a reflector is achieved by the use of passive cooling - a radiation shielding from the sun, earth, moon, and other heating sources, keeping an outlet temperature up to 20 K, and the active cooling system, characterized by a further decrease in temperature from 20 K to 4,5 K. A system deployed radiation shields from a retracted position to the operation, which can be used as a basis to design passive cooling systems for similar spacecraft is presented.

Keywords: solar panel, solar reflector, sun screen, cooling system of Space Telescope, the deployment mechanism, the mechanism of disclosure.

В существующих проектах космических телескопов пассивная система охлаждения обычно представляет собой набор пленочных экранов, выполняемых, как правило, из металлизированной полиимидной или полиэтилентерефталатной пленки, расположенных определенным образом относительно друг друга для эффективного отражения солнечного потока и обеспечения заданной температуры на ближнем к рефлектору экране. Толщины пленок могут быть от 5 до 60 мкм, некоторые экраны могут быть выполнены в виде экрано-вакуумной теплоизоляции (ЭВТИ). Для

защиты рефлектора от солнечного потока при его боковом освещении экраны продлевают до среза рефлектора. Форма экранов выбирается исходя из требований по величине теплового потока, приходящего на рефлектор, и направления освещения и может быть как плоской, так и в виде пирамиды с произвольным числом граней. Плоский вид граням придается для упрощения конструкции, развертывающей экраны и обеспечивающей их форму в рабочем положении, хотя теоретически их можно выполнять и криволинейными.

Решетневскуе чтения. 2013

На рис. 1 показаны экраны системы пассивного охлаждения проекта космического телескопа, имеющего рефлектор диаметром 10 м и в процессе работы подвергающегося как осевому с тыльной стороны, так и боковому освещению солнечным потоком. В результате того что пленка не обладает достаточной упругостью для самостоятельного развертывания в рабочую конфигурацию и не способна удерживать свою форму, экранам требуется механизм развертывания, или раскрытия. Этот механизм всегда будет создавать дополнительный кондуктивный теплопри-ток, приходящий на корпус телескопа и далее на рефлектор, который нужно учитывать.

Исходя из задач к механизму развертывания экранов можно предъявить следующие основные требования:

- беспечение формы укладки пленки в сложенном положении в выделенной зоне полезного груза и ее сохранность на всех этапах наземной эксплуатации и на участке выведения;

- высокая надежность развертывания;

- создание как можно меньшего кондуктивного теплопритока, приходящего на корпус телескопа через элементы конструкции механизма развертывания;

- обеспечение требуемой жесткости в рабочем положении;

- обеспечение стабильности геометрической формы экранов;

- обеспечение целостности пленки при ее температурных деформациях.

Обеспечить выполнение всех вышеперечисленных требований может конструкция, показанная на рис. 2. Ее основными элементами являются спицы с подпружиненными тягами, обеспечивающие требуемую жесткость системы пассивного охлаждения в рабочем положении. Конструктивно спицы выполнены в виде трубы из материала, обладающего максимальной жесткостью, минимальной теплопроводностью, минимальным коэффициентом температурного расширения. Количество спиц выбирается минимально возможным, и главным ограничением в выборе количества служат размеры зоны полезного груза. Спицы

закреплены на корпусе телескопа шарнирно. Поворот спицы из сложенного положения в рабочее ограничивается упором в шарнире, определяющим конечное положение спицы. Раскрываемый момент в спице создается пружинами тяг. Тяги одним концом закреплены на корпусе телескопа, вторым - на концах спиц и выполнены из материала, обладающего такими же свойствами, как и у спиц. Пружины тяг, кроме функции раскрытия, выполняют также функцию по обеспечению необходимого усилия натяжения тяг для минимизации влияния силы тяжести на форму экранов при наземной экспериментальной отработке и на этапах изготовления. Конструктивно пружины тяг расположены внутри спицы. Экраны закреплены на тягах следующим образом: жестко зафиксированы в плоскости грани экрана и перпендикулярно плоскости грани экрана, в вершинах граней экраны закреплены на тягах с помощью пружин, создающих необходимое усилие натяжения пленки, при этом вдоль тяги экраны имеют относительно них силовую развязку. Силовая развязка как обеспечивает целостность пленки при ее температурной деформации, так и уменьшает величину растяжения пружин тяг, что в свою очередь уменьшает деформацию спиц и обеспечивает лучшую стабильность геометрической формы экранов. Пример реализации такого закрепления показан на рис. 3.

На рис. 4 показан механизм развертывания в сложенной конфигурации: спицы сложены вдоль продольной оси телескопа, при этом концевые части спиц посредством концевого шарнира повернуты вовнутрь для обеспечения размещения в зоне полезного груза. Спицы упираются друг в друга специальными упорами, образуя два пояса зачековки - верхний и нижний. Зачековка может быть реализована путем стягивания спиц по этим двум поясам специальными тросами, которые в требуемый момент времени разрываются при помощи, например, пироэлементов, высвобождая тем самым спицы. Зачекованная таким способом конструкция представляет собой достаточно жесткий и устойчивый каркас, служащий опорой для экранов, укладываемых на нем специальным образом.

2

Рис. 1

ТПЧКП ЧПк'ПРПЛРНИЯ

Рис. 2.

1 - спица; 2 - тяги; 3 - корневой шарнир; 4 - концевой шарнир рис 3

1

Рис. 4.

1 - верхний пояс зачековки;

2 - нижний пояс зачековки

Рис. 5

После расчековки спицы начинают раскрываться под действием пружин тяг. При необходимости для обеспечения плавного и одновременного раскрытия всех спиц можно установить ограничитель скорости раскрытия. Известным способом является применение разматывающегося посредством электрического привода троса, опоясывающего все спицы. На рис. 5 изо-

бражена система пассивного охлаждения в рабочем положении, совмещающая в себе пленочные экраны и систему их развертывания.

© Лаптев Е. А., 2013