Способ изготовления развертываемой крупногабаритной двухзеркальной антенны космического аппарата

Способ изготовления развертываемой крупногабаритной двухзеркальной антенны космического аппарата

Иллюстрации

Показать все

Реферат

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.