Способ изготовления развертываемой крупногабаритной двухзеркальной антенны космического аппарата

Авторы патента:

H01Q15 - Устройства для отражения, рефракции и дифракции или поляризации излучаемых антенной волн, например квазиоптические устройства (регулируемые с целью изменения направленности H01Q 3/00; размещение таких устройств для передачи волн H01P 3/20; регулируемые с целью модуляции H03C 7/02)

Владельцы патента RU 2468479:

Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" (RU)

Изобретение относится к космической технике, в частности к системе изготовления развертываемых (раскрываемых) крупногабаритных двухзеркальных антенн (диаметром раскрыва рефлектора порядка 12 м и более) с высокоточными отражающими поверхностями главного зеркала и контррефлектора. Способ изготовления вышеуказанной антенны включает операции сборки ее главного параболического зеркала путем развертывания секций, отражающих поверхностей, выполненных из жесткого размеростабильного материала, и установки вблизи фокуса главного зеркала на опорах-кронштейнах гиперболического контррефлектора, проведения наземных испытаний-измерений радиотехнических характеристик антенны, причем при наземных испытаниях на размеростабильных опорах-кронштейнах устанавливают наземный вариант контррефлектора, гиперболическая поверхность которого согласована с параболической поверхностью главного зеркала при наземных температурных условиях, а после окончания наземных испытаний наземный вариант облучателя демонтируют и на размеростабильных опорах-кронштейнах устанавливают орбитальный вариант контррефлектора, гиперболическая поверхность которого согласована с параболической поверхностью главного зеркала при температурах в условиях орбитального полета. Обеспечивается высококачественное изготовление антенны 2 ил.

Изобретение относится к космической технике, в частности к развертываемым (раскрываемым) крупногабаритным (порядка 12 м и более) двухзеркальным антеннам (например, космических телескопов) с высокоточными отражающими параболическими поверхностями главного зеркала и контррефлектора с гиперболическими отражающими поверхностями, изготавливаемых из жесткого материала (среднеквадратичные отклонения (СКО) профилей отражающих поверхностей от теоретических профилей соответственно не более 0,02 мм и 0,007 мм), и высокоточными взаимными отклонениями положений фокусов главного зеркала и контррефлектора (не более 0,01 мм) как при наземных испытаниях антенны (например, в ближней зоне) при температуре окружающего воздуха в диапазоне от 233 до 323 К, что возможно в течение календарного года (с учетом расширения диапазона в обе стороны на 10°С согласно существующим требованиям на разработку), так и при эксплуатации в условиях орбитального полета, когда температура главного зеркала и контррефлектора для обеспечения требуемых входных (выходных) радиотехнических характеристик (например, формирование требуемой диаграммы направленности) антенны поддерживается в условиях сверхнизких температур, близких к абсолютному нулю, в пределах менее 20 К (см. «Центр научно-технической информации «Поиск». Бюллетень «Информационные новости». Выпуски: №42, октябрь 2005 г., лист 16; №48, ноябрь 2005 г., лист 12» [1] (принята за прототип).

В процессе разработки авторами вышеуказанной высокоточной антенны, имеющей диаметр раскрыва главного зеркала 12 м и изготавливаемого, например, из бериллия, установлено, что подтверждение требуемых параметров диаграммы направленности наземными испытаниями при наземных температурных условиях не гарантирует, что такие же параметры диаграммы направленности будут при температурных условиях орбитального полета: анализ показал, что, хотя бериллий считается размеростабильным (относительно) материалом (коэффициент линейного расширения равен (1,5-11,5)·10^-6 1/К - см. стр.68-69 справочника Новицкий Л.А., Кожевников И.Г. Теплофизические свойства материалов при низких температурах. М., Машиностроение, 1975. [2]), линейные изменения линейных размеров главного зеркала при уменьшении температуры, например, с 300 до 4 К, из-за его повышенной величины диаметра раскрыва, равного 12 м, существенно (относительно) изменяются: диаметр раскрыва главного зеркала при вышеуказанных температурных условиях уменьшается на ≈ 35 мм, а глубина и, следовательно, фокусное расстояние уменьшается на 15 мм, в то время как из-за малых размеров контррефлектора (диаметр ≈ 0,3 м) его фокусное расстояние уменьшается только на ≈ 0,9 мм - это означает, что полученные данные по радиотехническим характеристикам антенны при наземных испытаниях не будут стыковаться с данными эксплуатации антенны на орбите, т.е. известный способ изготовления не обеспечивает качественное изготовление крупногабаритной высокоточной антенны.

Целью предлагаемого авторами нового технического решения является устранение вышеуказанного существенного недостатка.

Поставленная цель достигается тем, что в способе изготовления развертываемой крупногабаритной двухзеркальной антенны космического аппарата, включающем операции сборки ее главного параболического зеркала путем развертывания секций отражающих поверхностей, выполненных из жесткого размеростабильного материала, установки вблизи фокуса главного зеркала на опорах-кронштейнах гиперболического контррефлектора и проведения наземных испытаний-измерений радиотехнических характеристик антенны, в результате численного анализа определяют геометрические параметры контррефлектора для наземных испытаний, при наземных испытаниях на размеростабильных опорах-кронштейнах устанавливают наземный вариант контррефлектора, рабочая гиперболическая поверхность которого согласована с параболической поверхностью главного зеркала при наземных температурных условиях, а после окончания наземных испытаний наземный вариант контррефлектора демонтируют и на размеростабильных опорах-кронштейнах устанавливают орбитальный вариант контррефлектора, рабочая гиперболическая поверхность которого согласована с параболической поверхностью главного зеркала при температурах в условиях орбитального полета, что и является, по мнению авторов, существенными отличительными признаками предлагаемого авторами технического решения.

В результате анализа, проведенного авторами известной патентной и научно-технической литературы, предложенное сочетание существенных отличительных признаков заявляемого технического решения в известных источниках информации не обнаружено и, следовательно, известные технические решения не проявляют тех же свойств, что в заявляемом способе изготовления развертываемой крупногабаритной двухзеркальной антенны космического аппарата.

Принципиальная схема реализации предложенного авторами технического решения изображена на фиг.1 и фиг.2, где: 1 - космический аппарат; 2 - антенна; 2.1 - главное зеркало; 2.2.1 (см. фиг.1) - контррефлектор - вариантное исполнение, предназначенное для наземных испытаний антенны; 2.2.2 (см. фиг.2) - контррефлектор -вариантное исполнение, предназначенное для эксплуатации на орбите (радиус кривизны рабочей гиперболической поверхности контррефлектора 2.2.1 - R₁ больше радиуса кривизны рабочей гиперболической поверхности контррефлектора 2.2.2 - R₂); 2.3 - опора-кронштейн.

Изготовление развертываемой крупногабаритной двухзеркальной антенны космического аппарата осуществляется следующим образом.

1. В результате численного анализа, в частности, определяют геометрические параметры контррефлектора 2.2.1 (наземный вариант) и контррефлектора 2.2.2 (орбитальный вариант) (например, численный анализ показал, что для 12-метрового главного зеркала рабочая поверхность контррефлектора 2.2.1 имеет радиусы кривизны, на 3, 5-7 мм большие радиуса кривизны рабочей поверхности контррефлектора 2.2.2).

2. Изготавливают комплектующие антенны: секции главного зеркала 2.1, контррефлектор 2.2.1 и контррефлектор 2.2.2, опоры-кронштейны 2.3.

3. Осуществляют сборку главного зеркала 2.1 и монтаж на нем опор-кронштейнов 2.3, к свободным торцам которых прикрепляют (при необходимости, через дополнительные регулирующие длину опор-кронштейнов прокладки) контррефлектор 2.2.1 (наземный вариант).

4. Проводят наземные испытания антенны, например, в ближней зоне, и определяют ее радиотехнические характеристики, которые должны удовлетворять заданным орбитальным требованиям, например, должна обеспечиваться параллельность потоков излучения от рабочей поверхности главного зеркала.

5. После окончания наземных испытаний антенны перед запуском космического аппарата контррефлектор 2.2.1 (наземный вариант) демонтируют и вместо него на опорах-кронштейнах 2.3 (без помощи прокладок, т.к. длина опор-кронштейнов штатная - обеспечивает требуемую длину, совпадение фокусов и взаимно согласованные отражающие рабочие поверхности главного зеркала и контррефлектора при штатных (орбитальных) условиях эксплуатации) устанавливают штатный контррефлектор 2.2.2 (орбитальный вариант).

6. Запускают на орбиту космический аппарат.

7. В условиях эксплуатации, в частности, главное зеркало 2.1, контррефлектор 2.2.2, опоры-кронштейны 2.3 охлаждаются, например, с ≈ 300К до требуемой рабочей температуры, равной 4 К, и рабочие поверхности главного зеркала и контррефлектора будут иметь взаимно обусловленные (согласованные) требуемые величины радиусов кривизны и совпадение их фокусов, и, следовательно, антенна будет обеспечивать требуемые орбитальные радиотехнические характеристики в результате высококачественного изготовления ее согласно предложенному техническому решению.

Таким образом, как следует из вышеизложенного, предложенное авторами техническое решение обеспечивает высококачественное изготовление антенны космического аппарата, и тем самым достигаются цели изобретения.

Способ изготовления развертываемой крупногабаритной двухзеркальной антенны космического аппарата, включающий операции сборки ее главного параболического зеркала путем развертывания секций отражающих поверхностей, выполненных из жесткого размеростабильного материала, и установки вблизи фокуса главного зеркала на опорах-кронштейнах гиперболического контррефлектора и проведения наземных испытаний-измерений радиотехнических характеристик антенны, отличающийся тем, что в результате численного анализа определяют геометрические параметры контррефлектора для наземных испытаний; при наземных испытаниях на размеростабильных опорах-кронштейнах устанавливают наземный вариант контррефлектора, рабочая гиперболическая поверхность которого согласована по величине радиуса кривизны и совпадению фокусов с рабочей поверхностью главного зеркала при наземных температурах условиях, а после окончания наземных испытаний контррефлектора наземный вариант контррефлектора демонтируют и на размеростабильных опорах-кронштейнах устанавливают орбитальный вариант контррефлектора, рабочая гиперболическая поверхность которого согласована с параболической поверхностью главного зеркала при температурах в условиях орбитального полета.

Изобретение относится к космической технике, в частности к зеркальным антеннам с развертываемым (раскрываемым) крупногабаритным рефлектором зонтичного типа, имеющим диаметр раскрыва порядка 12 м и более, и к способам их изготовления.

Развертываемая крупногабаритная двухзеркальная антенна космического аппарата // 2449436

Изобретение относится к космической технике, в частности к развертываемым (раскрываемым) крупногабаритным двухзеркальным антеннам с высокоточными отражающими поверхностями главного зеркала и контррефлектора.

Зонтичная антенна космического аппарата // 2447550

Изобретение относится к космической технике, в частности, к зеркальным антеннам со складным рефлектором зонтичного типа. .

Экран для подавления многолучевого приема сигналов и антенная система с таким экраном // 2446522

Развертываемый крупногабаритный космический рефлектор и способ его наземной отработки // 2442249

Изобретение относится к развертываемым крупногабаритным рефлекторам космических антенн и способу отработки его раскрытия и складывания при наземных испытаниях. .

Трансрефлектор // 2439757

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в антеннах с управляемой поляризацией, многодиапазонных антеннах, многозеркальных антеннах с управлением диаграммой направленности в коротковолновой части сантиметрового и миллиметрового диапазонах длин волн, например в двухзеркальных антеннах с поворотом плоскости поляризации.

Развертываемый крупногабаритный космический рефлектор (варианты) // 2436208

Изобретение относится к развертываемому крупногабаритному антенному рефлектору. .

Многолучевая зеркальная антенна // 2435262

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к антенным устройствам. .

Конусообразный рефлектор для линейного облучателя // 2435261

Изобретение относится к области радиотехники. .

Открытый резонатор // 2428775

Изобретение относится к области микроволновой оптики, в частности к квазиоптическим устройствам, волноводам, резонаторам и линиям миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов, а также антеннам и радиаторам для возбуждения объемных резонаторов.

Перестраиваемый метаматериальный фильтр терагерцевого диапазона // 2469446

Изобретение относится к области электрорадиотехники, а более конкретно - к устройствам для фильтрации электромагнитного излучения в терагерцевом диапазоне

Развертывающееся шарнирное соединение // 2474736

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к шарнирным соединениям, и преимущественно может быть использовано в развертываемых стержневых конструкциях каркасов параболических антенных рефлекторов, применяемых, например, в космической технике

Устройство для фокусировки типа "линза люнеберга" // 2485646

Изобретение относится к области конструирования направленных антенн, а именно к конструированию устройств для фокусировки при приеме-передаче радиоволн сантиметрового и миллиметрового диапазонов

Корректор поляризации облучателя зеркальной антенны // 2491686

Изобретение относится к области антенной техники и может быть использовано, в частности, в зеркальных антенных системах для приема сигналов спутникового телевидения или в зеркальных антеннах земных станций спутниковой связи

Зеркало с заданной кривизной // 2498362

Изобретение может быть использовано в концентраторах солнечного излучения и радиоволн, устройствах по изменению светового потока. Зеркало содержит гибкое зеркальное полотно, размещенное на пневмосистеме, состоящей из газонаполняемых пневмокамер, пневматически связанных между собой. Пневмокамеры имеют форму, близкую к сферической, все пневмокамеры уложены во внешнюю газонаполняемую оболочку, пневмокамеры пневматически связаны между собой через клапаны, обеспечивающие доступ газа от источника газа во внутренние полости пневмокамер и препятствующие выходу газа из внутренней полости пневмокамер. Технический результат - упрощение конструкции зеркала с заданной кривизной, упрощение регулировки кривизны зеркала, повышение надежности работы, увеличение площади зеркала. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Зонтичная антенна космического аппарата // 2503102

Изобретение относится к космической технике, в частности к зеркальным антеннам зонтичного типа. Антенна содержит облучающую систему и рефлектор, который включает: жесткие несущие ребра, расположенные радиально относительно центральной ступицы и шарнирно соединенные с ней; радиоотражающую поверхность, сформированную в виде клиньев, контурные шнуры, соединенные с клиньями, вспомогательные ребра, расположенные в каждом секторе между соседними несущими ребрами; механизм раскрытия рефлектора из транспортировочного положения в рабочее положение. Вспомогательные ребра соединены с тыльной стороной радиоотражающего сетеполотна, расположены в каждом секторе между соседними несущими ребрами равномерно, центральные вспомогательные ребра с одного конца шарнирно соединены со ступицей, а остальные вспомогательные ребра со стороны вершины рефлектора шарнирно присоединены к соответствующим соседним несущим ребрам на различных уровнях, а в периферийной зоне каждое вспомогательное ребро одинаково соединено с контурным шнуром между соседними несущими ребрами и с вблизи расположенной с контурным шнуром натяжной нитью. Техническим результатом является упрощение высокоточной регулировки при изготовлении и повышение надежности обеспечения стабильности рабочей формы радиоотражающей поверхности в условиях эксплуатации антенны на орбите. 9 ил.

Цилиндрическая линза // 2504056

Изобретение относится к антенной технике, а именно к устройствам для фокусировки радиоволн сантиметрового и миллиметрового диапазонов. Техническим результатом является создание цилиндрической линзы Микаэляна из однородного диэлектрического материала с минимальным продольным размером. Цилиндрическая линза представляет собой коаксиальный набор, состоящий из М диэлектрических плоских N-лепестковых элементов одинакового максимального радиуса r0, изготовленных из одинакового диэлектрического материала, повернутых относительно друг друга на угол Каждый лепесток i-го диэлектрического плоского N-лепесткового элемента, имеющий миндалевидную форму, радиально ориентирован относительно центральной оси данного элемента. 5 ил.

Устройство для антенной системы // 2512120

Изобретение относится к устройству для перенаправления электромагнитного поля, принимаемого антенной, или пучков, образуемых антенной. Технический результат - возможность перенаправления скомпонованных пучков от фокальной области. Устройство для расщепления электромагнитного поля, принимаемого антенной системой, содержит: один или несколько ножей для расщепления электромагнитного поля на множество сегментов, соответствующих отдельным пучкам, и перенаправления упомянутого множества сегментов для детектирования множеством детекторов, причем, по меньшей мере, один из одного или более ножей содержит первую и вторую поверхности, пересекающиеся по кромке, и причем кромка, по меньшей мере, одного ножа расположена для расщепления поля, падающего на нож, путем перенаправления, по меньшей мере, первого сегмента поля, падающего на первую поверхность, в первом направлении и, по меньшей мере, второго сегмента поля, падающего на вторую поверхность, во втором направлении, отличающемся от первого направления. 4 н. и 17 з.п. ф-лы, 12 ил.

Антенная система с частичной металлизацией радиопрозрачного защитного кожуха // 2514134

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к антенным системам. Технический результат - упрощение конструкции антенной системы и ослабление климатико-механических требований к составным частям антенной системы. Антенная система с частичной металлизацией радиопрозрачного защитного кожуха содержит зеркало, малошумящий усилитель с преобразователем частоты и устройство наведения на объект излучений, при этом в ее состав введен защитный радиопрозрачный кожух, соответствующий конфигурации для зеркала антенны и установленный на вращающейся по кругу платформе, при этом половина или часть кожуха металлизирована и представляет собой зеркало антенны, а малошумящий усилитель с преобразователем частоты установлен на кронштейне, обеспечивающем его перемещение в горизонтальной и вертикальной плоскости, для ослабления ветровых нагрузок защитный кожух укрепляется растяжками, а также дополнительно введен компрессор с регулируемым температурным режимом для поддержания внутри кожуха соответствующего температурного режима. 1 ил.

Сверхлегкое устройство подавления многолучевости // 2517390

Изобретение относится к устройствам типа чок-ринг, используемым в глобальных навигационных спутниковых системах (ГНСС) для борьбы с многолучевостью. Технический результат - уменьшение веса устройства при сохранении прочности и устойчивости конструкции к вибрационным нагрузкам. Сверхлегкое устройство подавления многолучевости, состоящее из трех металлических слоев, которые имеют формы полых цилиндров, при этом слои объединены общим сплошным проводящим основанием и высотой около четверти длины волны, при этом основание представляет собой тонкий слой металлизации, а форма устройства выполнена из легкого радиопрозрачного материала с низкой относительной диэлектрической проницаемостью, и в этой радиопрозрачной форме выполнены отверстия для пропускания проволоки или металлических штырей. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.