CC BY
40"Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических, аппаратов
УДК 629.78
УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ ОБЕЗВЕШИВАНИЯ СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЙ
КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА
А. Н. Коркин*, А. И. Приходько, Е. Н. Головенкин, А. В. Егоров, А. А. Мелкомуков
АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнёва»
Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52
E-mail: *mgv@iss-reshetnev.ru
Раскрывается проблема недостаточной эффективности современных систем обезвешивания для проверки работоспособности трансформируемых механических систем космических аппаратов. Предлагается модернизировать активную систему обезвешивания.
Ключевые слова: космический аппарат, механические системы, испытания, система обезвешивания, сервопривод, датчик.
MODERNIZATION OF GRAVITY COMPENSATION SYSTEM FOR SPACECRAFT SOLAR BATTERY WING
A. N. Korkin*, A. I. Prihodko, E. N. Golovenkin, A. V. Egorov, A. A. Melkomukov
JSC Academician M. F. Reshetnev Information Satellite Systems 52, Lenin Street, Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: *mgv@iss-reshetnev.ru
The article presents the problem of insufficient effectiveness of modern gravity compensation systems to perform check of spacecraft flexible mechanics. There is a version of modernization of the active gravity compensation system in the research.
Keywords: space vehicle, mechanics, testing, gravity compensation system, servo-motor, sensing element.
При наземной экспериментальной отработке космических аппаратов (КА) особое внимание уделяется проверке функционирования их трансформируемых механических систем (ТМС). К ним относятся пакеты панелей батарей солнечных (БС), трансформируемые рефлекторы антенных систем и некоторые другие исполнительные устройства, в зависимости от типа и назначения КА. Испытания на функционирование (ИФ) ТМС - это уникальный метод верификации конструкции, которая не является устойчивой, однако эти испытания необходимы, так как много вопросов, касающихся правильной работы реальной ТМС, не могут быть решены лишь аналитическим путем [1].
Самой большой проблемой при испытании конструкции, которая не может поддерживать собственный вес в условиях земной гравитации, является проблема ее разгрузки при трансформации. Даже если ТМС способна поддерживать свой вес, все же может оказаться необходимым разгрузить ее для более точной имитации состояния невесомости в космосе.
Для разгрузки ТМС во время их ИФ наиболее широко применяется система обезвешивания (СО) (система компенсации весовой составляющей - СКВС) [1]. На рисунке показан общий вид одного из вариантов СО для ИФ крыла БС космического аппарата.
В данной СО вес главных частей крыла (штанги, рамы и трех панелей БС) компенсируется силой упругости пружин, входящих в состав каждой из пяти вывесок.
Любая реальная СКВС механически воздействует на объект испытаний (ОИ), внося нередко серьезные «помехи» в процесс ИФ ТМС и затрудняя анализ ее работы в реальном космосе [1-4]. Так, в СО крыла БС, показанной на рисунке, присутствуют два фактора, вызывающие нежелательные ускорения элементов ОИ и напряжения в них:
- трение роликов кареток, а также в подвижных соединениях узлов СО, приводящее к увеличению их инерции;
- погрешности изготовления главных деталей кареток и вывесок (например, пружин), а также монтажа СО.
Для минимизации влияния инерции элементов СО на ОИ, а также быстрого гашения колебаний элементов ОИ и СКВС, возникающих в результате действия на ТМС внешних возмущений, в том числе со стороны СКВС, в настоящее время предлагаются активные СО. Их элементы, обычно за счет использования сервоприводов, предотвращают или быстро гасят нежелательные ускорения и колебания самих себя и ОИ. В частности, АО «ИСС» имени академика М. Ф. Ре-шетнева» обладает патентом на СО с сервоприводами [5], где отклонение от вертикальности вывесок отслеживается с помощью датчиков-инклинометров.
Такая СО не имеет возможности точного реагирования на вынужденные нежелательные колебания ОИ, а также сложна по конструкции.
<Тешетневс^ие чтения. 2016
Механическое устройство БС КА в рабочем положении, поддерживаемое с помощью СО
Для устранения этих недостатков предлагается модернизировать СКВС, представленную на рисунке.
Ее предлагается сделать активной за счет оснащения каждой каретки, с которой связана соответствующая вывеска, сервоприводом и инклинометром. Главное же новшество заключается в применении на каждой вывеске комплекта лазерных дальномеров, которые образуют датчик, отслеживающий колебания троса вывески, вызываемые нежелательными ускорениями и колебаниями элементов ОИ. Сигналы со всех датчиков передаются по кабелям в систему управления сервоприводами кареток.
Доработанная СКВС способна быстро реагировать не только на десинхронизацию перемещения центров масс элементов ОИ и кареток вследствие инерции тех и других, но и гасить вынужденные колебания ОИ и собственных элементов, создавая более приближенную к условиям космоса имитацию невесомости ТМС по сравнению с рассмотренными СО. Кроме того, предполагается, что эта система проще по конструкции, чем вышеописанная активная СО, разработанная в АО «ИСС» имени академика М. Ф. Ре-шетнева».
Библиографические ссылки
1. Технология производства космических аппаратов : учеб. пособие / Н. А. Тестоедов, М. М. Михнев,
А. Е. Михеев и др. ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2009. 309 с.
2. Чеботарев В. Е., Косенко В. Е. Основы проектирования космических аппаратов информационного обеспечения : учеб. пособие / Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2011. 488 с.
3. Анфимов Н. А. Тенденции развития космической техники на современном этапе // Космонавтика и ракетостроение. 2003. № 1.
4. Гущин В. Н. Основы устройства космических аппаратов : учебник. М. : Машиностроение, 2003. 272 с.
5. Пат. RU2565807C2. Система имитации невесомости / Агашкин С. В., Ушаков А. Р., Анкудинов А. В. № RU2014105600A ; заявл. 14.02.2014 ; опубл. 20.10.2015.
References
1. Tehnologija proizvodstva kosmicheskih apparatov : ucheb. posobie [Production engineering of space vehicles. Textbook] / N. A. Testoedov, M. M. Mihnev, A. E. Miheev et al. Krasnoyarsk : SibSAU, 2009. 309 p.
2. Chebotarev V. E., Kosenko V. E. Osnovy proektirovanija kosmicheskih apparatov informat-sionnogo obespechenija : ucheb. posobie [Designing
Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических, аппаратов
principles of informational supplying space vehicles. Textbook]. Krasnoyarsk : SibSAU, 2011. 488 p.
3. Anfimov N. A. [Tendencies to development of modern spacecraft] // Kosmonavtika i raketostroenie. 2003. № 1 (In Russ.).
4. Gushchin V. N. Osnovy ustroystva kosmicheskih apparatov : uchebnik [Principles of spacecraft's
construction. Textbook]. Moscow : Mashinostroenie Publ., 2003, 272 p.
5. Agashkin S. V., Ushakov A. R., Ankudinov A. V. Sistema imitatsii nevesomosti [System of weightlessness simulation]. Patent RF, no. 2565807, 2014.
© KopKHH A. H., npHX0flbK0 A. H., TonoBeHKHH E. H., EropoB A. B., MenKOMyKOB A. A., 2016
УДК 629.7.021.6
СИСТЕМА ОТДАЛЕНИЯ ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА ОТ ЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ
П. В. Кротов
ФГУП «Конструкторское бюро «Арсенал» имени М. В. Фрунзе» Российская Федерация, 195009, г. Санкт-Петербург, ул. Комсомола, 1-3 E-mail: paha-9308@mail.ru
Приведено описание конструкции системы отдаления ядерной энергетической установки космического аппарата от модулей с электронной аппаратурой для перспективных космических аппаратов.
Ключевые слова: перспективный космический аппарат, ядерная энергетическая установка, ферма, удлиняющийся стержень.
REMOVAL SYSTEM OF NUCLEAR POWER PLANTS FROM SPACECRAFT ELECTRONIC EQUIPMENT
P. V. Krotov
Federal State Unitary Enterprise «Design Bureau «Arsenal» named after M. V. Frunze» 1-3, Komsomol Str., Saint-Petersburg, 195009, Russian Federation E-mail: paha-9308@mail.ru
The article describes the design of the removal system of nuclear power plant from the spacecraft modules with electronic equipment for advanced spacecraft.
Keywords: advanced spacecraft, nuclear power plant, farm, lengthening rod.
Для функционирования бортовых электроприборов с большим энергопотреблением, как, например, электрореактивные двигатели, требуется мощный источник энергии.
Для решения задачи обеспечения электроэнергией в перспективных космических аппаратах (КА) предполагается использование ядерных энергетических установок (ЯЭУ).
Работа ЯЭУ связана с радиацией, которая негативно влияет на работу бортовой электронной аппаратуры. Решение проблемы носит комплексный характер: установка защиты и отдаление ЯЭУ от модуля с электронной аппаратурой.
Предлагаемая конструкция системы отдаления ЯЭУ от электронной аппаратуры (далее - система отдаления) позволяет решить задачу дистанционного размещения работающей ядерной энергетической установки на безопасном расстоянии от электронной аппаратуры.
Конструкция является ферменной, состоящей из нескольких одинаковых ферм, надстроенных друг на друге, ключевым элементом которой являются телескопически удлиняющиеся стержни.
В транспортном положении все стержни находятся в сжатом состоянии. В процессе развертывания системы стержни удлиняются под действием пружин внутри, тем самым увеличивая длину фермы и отдаляя ЯЭУ от модуля с электронной аппаратурой. В конце выдвижения стержня его секции взаимно фиксируются при помощи механического фиксатора «конус в конус».
Стержни имеют возможность регулировки длины, что позволяет нивелировать погрешности изготовления.
Для контроля скорости развертывания предлагается использовать ролики с тросами, прикрепленные к каждому отдаленному шпангоуту фермы с одной стороны, а с другой - к соответствующему ролику.
