CC BY
22Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических.аппаратов
УДК 629.78.064.56
Л. В. Чуйкина, В. Г. Порпылев, Д. О. Чуйкин
ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева», Россия, Железногорск
ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ПРИВОДОВ РАСКРЫТИЯ
Представлена классификация развития приводов раскрытия космических аппаратов (КА). Рассмотрены сравнительные достоинства и недостатки основных схем.
Одной из важнейших задач при определении основных тенденций и направлений развития приводов раскрытия КА является систематизация существующих на мировом рынке технологических ресурсов с целью обоснования приоритетов при разработке нового изделия, а также представление их в виде информационного продукта, позволяющего руководству компаний оценить готовность рынка и предполагаемый экономический эффект от реализации научно-технических достижений.
Процессы появления инновационных технологий и услуг на рынке космических телекоммуникаций требуют их детального изучения для обеспечения конкурентных преимуществ разработчиков КА и снижения рисков ошибочных инвестиционных решений.
С 1960 до 1990 гг. в спутникостроении применялись привода толкающего типа. Основной и единственной функцией данных приводов был поворот концевой панели солнечных батарей из транспортировочного положения в рабочее. Привода данного назначения использовались в изделиях типа «Молния», «Поток», «Луч», «Глобус» и др. В этих приводах применялись коллекторные двигатели постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов Д-52 с различными модификациями. Для обеспечения высокого вращающего момента, применялись силовые редуктора различных компоновок (планетарные, цилиндрические, комбинированные). Резервирование в таких приводах было предусмотрено применением дополнительного электродвигателя, работа которого происходит в следующем режиме: напряжение подается на один из электродвигателей или одновременно на оба подключаемых через инерционную муфту. Для предотвращения выхода их из строя применяется предохранительная муфта.
С 90-х годов для раскрытия рефлекторов антенн и штанг солнечных батарей начали применять привода смешанного типа (как толкающего, так и удерживающего). Роль толкателя выполняют пружины, а привод выполняет удерживающие и доводочные функции в случае недораскрытия пружинами. Данное новшество было введено в первую очередь для повышения надежности раскрытия КА. Данные привода выполняют следующие задачи:
- сдерживание раскрывающихся элементов конструкции при раскрытии из сложенного положения в рабочее (штатный режим);
- перемещения раскрывающихся элементов конструкции из сложенного положения в рабочее, при необходимости.
Для обеспечения приводов изделий типа «8е$а1», «Экспресс-АМ», «Галс», «Олимп» и «Лабиринт» в движения начали применять более мощные электродвигатели типа ДПР-42, ДПР-52. Эти электродвигатели позволили улучшить массово-энергетические характеристики.
Также были разработаны безмуфтовые привода с ограничителями вращающего момента. Ограничение вращающего момента привода осуществляется за счет использования предохранительной муфты; ограничения силы тока, реализуемого установкой источника тока в приводе.
Данный привод применяется на изделиях типа «Эксперсс-1000» с одним электродвигателем. Для сокращения массы приводов разработан унифицированный силовой редуктор. Необходимая скорость вращения различных приводов обеспечивается легким быстроходным редуктором.
На изделиях типа «АтоБ5» применяется своя схема резервирования. При подаче напряжения на обмотки одного из электродвигателей или одновременно на оба электродвигателя их выходные валы начинают вращаться. Вращение передается на зубчатый цилиндрический редуктор, затем на планетарный и далее на выходной вал. При превышении допустимого момента на выходном валу привода происходит срабатывание предохранительной муфты, которая предназначена для предотвращения выхода из строя электродвигателей и элементов зубчатого редуктора. Для разрыва кинематической цепи редуктора, при работе от каждого электродвигателя, установлены центробежные муфты. Это предотвращает заклинивание привода при отказе любого электродвигателя. Кроме того, пружинная система раскрытия имеет возможность раскрывать конструкцию даже в обесточенном состоянии. Это обеспечивается наличием инерционных муфт. В обесточенном режиме привод не создает момент сопротивления более 2 Н-м (0,2 кг-м).
Одной из последних разработок является привод с ограничением скорости раскрытия. Данный привод работает в двух основных режимах вращения и торможения. Функционирование привода сохраняется при понижении напряжения вплоть до полного пропадания с последующим восстановлением работоспособности при восстановлении питания, которой является уникальнейшей разработкой последнего времени. Этот привод применяется на изделиях типа «Луч-4».
Решетневские чтения
Разработки последнего времени привели к значительному увеличению надежности раскрытия КА. Прежде всего, это произошло за счет применения центробежных муфт, значительно улучшились массо-габаритные характеристики изделий благодаря использованию силовых редукторов. Повысилась и удельная мощность. Разрабатываются привода, работающие во время всего функционирования изделия.
Появилась возможность складывать панели на время работы плазменных двигателей, что позволит увеличить ресурс работы бортовой системы (БС). В свою очередь, это дало огромный вклад в общий ресурс активного пребывания на орбите космических аппаратов.
Характеристики основных типов приводов приведены в таблице.
Технические данные приводов
Наименование изделия Номинальный момент сопротивления на выходном валу, кгс-м Скорость вращения выходного вала при номинальном моменте, град/с Масса, кг
Поток 0-3 2-8 1,4
Луч 0-6 1-4 3,1
Sesat 0-3 0,5-5 2,2
Олимп 0-4 1-3 0,7
Эксперсс-1000 6-9 0,4-1,5 0,5
Amos5 0-2,5 2-4 0,75
L. V. Chuykina, B. G. Porpylev, D. O. Chuykin JSC «Academician M. F. Reshetnev «Information Satellite Systems», Russia, Zheleznogorsk
THE OPENED DRIVES DEVELOPMENT TENDENCIES
A Classification of the space vehicles opened drives development is presented. The comparative advantages and disadvantages of the main planes are considered.
© HyfiKHHE ïï. B., noprnrneB B. r., ^ytaH fl. O., 2010
УДК 629.78.01
А. К. Шатров, Д. О. Шендалев
ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева», Россия, Железногорск
О ПОСТАНОВКЕ ЗАДАЧИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ РАСКРЫВАЕМОГО КОСМИЧЕСКОГО РЕФЛЕКТОРА
Разработка раскрываемого космического рефлектора представлена как процесс оптимального проектирования. Подробно рассматриваются уровни оптимизации, из которых составлен весь процесс проектирования. В качестве целевой функции предложено использовать точность отражающей поверхности рефлектора. Выделены основные составляющие точности, учитываемые при выборе проектных параметров. С учетом выбранной целевой функции формулируется задача проектирования.
При проектировании высокотехнологичных изделий особую роль приобретает оптимальность конструкции с точки зрения соотношения затрат на производства и качества выполнения функциональных задач. Поэтому проектирование должно осуществляться с применением оптимизации.
Определение термина оптимизации предусматривает как перебор всех возможных вариантов исполнения, так и применение математических методов оптимизации. Под оптимальным проектированием объектов техники чаще всего понимается использование математических методов оптимизации. Однако, аналогично определению оптимизации, понятие оптимального проектирования несколько шире и включает
также неформализованные методы поиска оптимума (в частности, экспертные оценки).
Процесс проектирования в общем случае является итерационным. Итерации повторяются с оценкой и перепроектированием до тех пор, пока проект не будет удовлетворять ограничениям и целям, определенным в техническом задании (ТЗ), и не станет в некотором смысле оптимальным. В общем случае выделяют три уровня оптимизации в процессе проектирования.
Первый уровень состоит в выборе наилучшей технической идеи, принципа действия объекта проектирования (ОП). Это наименее формализованный этап и задача, как правило, решается с использованием экс-
