Пикоспутник

Изобретение относится к конструкции искусственных спутников, преимущественно пикоспутников типа CubeSat (10×10×10 см), которые м. б. использованы для контроля процесса разделения и состояния космических объектов. Пикоспутник имеет кубический корпус и снабжен антеннами, солнечными (СБ) и аккумуляторными батареями. Внутри корпуса закреплены электронные печатные платы. Корпус выполнен из полиэфирэфиркетона с углеродными нанотрубками (ТЕСАРЕЕК ELS nano, плотн. 1,44 г/см3). На всех его гранях, в том числе под СБ, установлены защитные пластины из пластика на основе полиимида с наполнителем из дисульфида молибдена. Пластины обеспечивают электрическую и тепловую развязку (в диапазоне т-р от -270°С до +300°С) СБ и корпуса. Указанное исполнение корпуса придает ему необходимые прочность и токопроводящие свойства (благодаря нанотрубкам), высокую радиационную защиту (без вторичной радиации) и др. полезные качества. На разных гранях корпуса установлены объективы видеокамер (не менее пяти). Технический результат изобретения состоит в увеличении срока эксплуатации пикоспутника. 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

Изобретение относится к области ракетно-космической техники и может быть использовано для контроля процесса разделения и состояния космических объектов, в частности, пикоспутниками формата CubeSat (10×10×10 см).

Из уровня техники известен пикоспутник со встроенной системой запуска, снабженный антеннами, солнечными и аккумуляторными батареями и содержащий кубический корпус, внутри которого закреплены электронные печатные платы (см. патент CN 103303494, кл. B64G 1/10, опубл. 18.09.2013).

Наиболее близким по технический сущности к заявленному изобретению является пикоспутник для наблюдения за космическими объектами, снабженный антеннами, солнечными и аккумуляторными батареями, содержащий кубический корпус, внутри которого закреплены электронные печатные платы, и три видеокамеры, объективы которых расположены на разных гранях корпуса (см. http://spacefellowship.com/news/art29095/ardusat-access-to-a-satellite-in-space-for-as-little-as-350.html).

Недостатками известных устройств являются сравнительно низкая массовая защита от воздействия внешних факторов космического пространства (воздействие космической радиации), низкая плотность монтажа печатных плат, сравнительно невысокие надежность (основные бортовые системы не резервированы) и функциональные возможности.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков. Технический результат заключается в увеличении срока эксплуатации пикоспутника. Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что пикоспутник снабжен антеннами, солнечными и аккумуляторными батареями и содержит кубический корпус, внутри которого закреплены электронные печатные платы, причем корпус выполнен из полиэфирэфиркетона с углеродными нанотрубками, и на всех его гранях, в том числе под солнечными батареями, установлены защитные пластины из пластика на основе полиимида с наполнителем из дисульфида молибдена. Пикоспутник предпочтительно снабжен, по крайней мере, пятью видеокамерами, объективы которых расположены на разных гранях корпуса.

На фиг.1 представлен общий вид предлагаемого пикоспутника снизу;

на фиг.2 - общий вид сверху;

на фиг.3 - то же, что на фиг.1 с раскрытыми антеннами командной радиолинии бортового комплекса управления;

на фиг.4 - вид сбоку на внутреннюю часть пикоспутника (без стенки корпуса);

на фиг.5 - поэлементный состав пикоспутника;

на фиг.6 - общий вид пикоспутника со снятыми защитной и солнечной панелями;

на фиг.7 - общий вид внутренней части пикоспутника (без корпуса);

на фиг.8 - вид снизу на пикоспутник с раскрытыми ленточными антеннами.

Предлагаемый пикоспутник заключен в кубический корпус 1 с панелями солнечных батарей 2 и защитными пластинами 3 и снабжен, по крайней мере, пятью видеокамерами, объективы 4 которых расположены на разных гранях корпуса 1, корпусом ленточной антенны 5, приемной антенной спутниковой связи 6, антенной GPS/ГЛОНАСС 7, передающей антенной спутниковой связи 8, ленточной антенной командной радиолинии 9, блоком видеокамер 10, разъемами тестирования пикоспутника 11, наноразъемами подзаряда аккумуляторных батарей 12, межблочными наноразъемами (кабельная часть) 13, гибким шлейфом 14, пазами для укладки шлейфов 15, блоком радиоканала 16, бортовым центральным контроллером 17, блоком управления системой электроснабжения 18, блоком аккумуляторных батарей 19, блоком GPS/ГЛОНАСС приемника 20, модемом спутниковой связи 21, электрическими наноразъемами (блочная часть) 22, изолирующими втулками 23, классными втулками 24, направляющими втулками 25, электромагнитными катушками 26, шпильками 27, гайками 28, поворотными крышками корпуса ленточной антенны 29, резьбовыми вставками 30, электронными печатными платами 31, ключом активации пикоспутника 32, светодиодами подсветки 33, контактом отделения 34 из 4-х последовательно/параллельно соединенных герконов и антенной S-диапазона 35.

Корпус 1 выполнен в виде моноблока, собранного из корпусов отдельных приборов с помощью четырех шпилек 27 (М4) из титанового сплава и направляющих втулок 25 из бронзы ступенчатой формы, обеспечивающих соединение втулка-втулка или втулка-корпус. Две из которых в каждом блоке обеспечивают совместно с ответными отверстиями в блоках или соответствующими ответными втулками точную посадку. В каждом корпусе соответственно выполнены 4 отверстия, из которых два выполнены классными, обеспечивающими соединение втулка 24 - корпус 1 по скользящей посадке для нижней части корпуса и прессовой посадке для верхней части корпуса. Таким образом, обеспечивается жесткость конструкции и точность сборки.

Приборный блок состоит из:

- блока видеокамер (5 шт.) 10;

- блока радиоканала 16;

- бортового центрального контроллера 17 (БЦК) с ЗУ;

- блока управления системой электроснабжения 18;

- блока аккумуляторных батарей 19;

- блока приемника GPS/ГЛОНАСС 20;

- блока модема спутниковой связи 21.

На поверхности корпусов, не защищенных пластинами 3, наклеивается пленка с характеристиками типа «солнечный отражатель». Внутренняя поверхность приборов имеет характеристики, максимально приближенные к «абсолютно черному телу» за счет наполнителя из углеродных нанотрубок.

В нижней части блока видеокамер 10 установлены два малогабаритных корпуса 5 с ленточными антеннами 9, которые в исходном состоянии укладываются в виде спиралей, обжатых с двух сторон основанием корпуса и крышкой. Крышка 29 корпуса 5 открывается после выхода пикоспутника из транспортно-пускового контейнера при запуске за счет преобладания упругих сил антенны над силами трения в узлах вращения крышки. В транспортировочном состоянии крышка 29 фиксируется шплинтом, который убирается после установки пикоспутника в транспортно-пусковой контейнер. Крышка 29 при этом удерживается от раскрытия элементами конструкции транспортно-пускового контейнера.

Корпус 1 пикоспутника с четырех боковых сторон и сверху прикрывают панели солнечных батарей 2 с фотоэлементами из арсенида галлия GaAs с квантовыми точками и к.п.д. не менее 30%. Для исключения затенения элементами конструкции пико-спутника панели солнечных батарей 2 дополнительно могут быть установлены на втулки 23 из материала с низким коэффициентом теплопроводности.

Внутри каждого корпуса из приборов имеется ребро (позицией не обозначено) с бобышками, расположенное перпендикулярно стенке, увеличивающее жесткость. Также это ребро обеспечивает установку на него печатных плат 31 с функциональными узлами бортовых систем. Печатные платы 31 могут устанавливаться на это ребро с двух сторон. Межблочное соединение осуществляется с помощью гибкого шлейфа 14, интегрированного в корпус 1 пикоспутника. В корпусе каждого прибора выполнены пазы, образующие кабель-каналы, в которые укладываются шлейфы (Фиг.4, 6, 7). Шлейф 14 и жгуты в пазах снаружи закрываются защитными пластинами 3, на которых напротив разъемов 13 приклеены упорные прокладки, обеспечивающие поджатие разъемов 13 к ответным частям разъемов 22 на платах при вибрациях на участке выведения и транспортировке с целью исключения расстыковки. Кроме того, защитные пластины 3 прикрывают шлейф 14 от теплового и радиационного воздействия.

В пластинах 3, расположенных по осям координат пикоспутника, выполнены канавки для укладки катушек индуктивности 26, выполняющих роль электромагнитных устройств, создающих магнитное поле для ориентации пико-спутника по магнитному полю Земли (Фиг.5).

В корпусе блока видеокамер 10, являющемся нижним блоком в приборном блоке, выполнены пазы для гаек треугольной формы, служащих для фиксации шпилек М4, скрепляющих приборную стойку в единый моноблок. Все эти конструктивно-технологические решения увеличивают прочность конструкции пикоспутника. Также в двух бобышках корпуса блока видеокамер 10 выполнены резьбовые отверстия для крепления пикоспутника в качестве неотделяемой полезной нагрузки или научной аппаратуры на орбитальной станции. Кроме того, в нижней части корпуса блока видеокамер 10 размещены технологические разъемы для подзарядки аккумуляторных батарей 12 и тестирования пикоспутника при испытаниях 11, электрический разъем с ключом активации 32 пикоспутника и светодиоды подсветки 33.

Повышение долговечности спутника достигается за счет того, что корпус 1 выполнен из прочного материала, имеющего высокий молекулярный вес и обладающего токопроводящими свойствами, а именно из полиэфирэфиркетона с углеродными нанотрубками ТЕСАРЕЕК ELS nano плотностью 1,44 г/см3. На всех гранях корпуса 1, в том числе под солнечными батареями 2 устанавливаются защитные пластины 3 из пластика на основе полиимида POLYIMIDE VESPEL SP3 (PI) (аналогичный материал TECASINT 2391) с наполнителем из дисульфида молибдена M0S2 плотностью 1,6 г/см3, что обеспечивает более высокую радиационную защиту по сравнению с традиционно используемыми металлами МА2-1 и АМг6 при меньшей массе. Кроме того, поскольку в качестве наполнителя в материале корпуса используются углеродные нанотрубки, которые тоже имеют свою структуру, а в материале пластин - дисульфид молибдена, который, в свою очередь, также имеет более высокую молекулярную массу, то примененные материалы при совместном использовании не имеют вторичного эффекта, т.е. не становятся сами источниками вторичной радиации. Также данные материалы имеют разные физические свойства, которые в совокупности дают положительный эффект: ТЕСАРЕЕК ELS имеет проводящие свойства, что обеспечивает выравнивание заряда статического электричества на корпусе спутника и электромагнитную совместимость, а полиимид с наполнителем из дисульфида молибдена MoS2 является электро- и теплоизолятором, сохраняющим свои свойства в широком диапазоне температур от -270°С до +300°С, что обеспечивает электрическую и тепловую развязку солнечных батарей от корпуса спутника.

Для обеспечения высокой плотности монтажа печатных плат 31 в корпусах приборов с внутренней стороны выполнены специальные буртики по контуру с резьбовыми отверстиями, в которые установлены резьбовые малогабаритные одно или двусторонние шпильки. На указанные шпильки устанавливаются печатные платы в несколько слоев. Между слоями устанавливаются втулки, обеспечивающие необходимый зазор между электронными компонентами соседних плат. На платах устанавливаются межблочные и межплатные разъемы наноразмерности, таким образом, зазор между двумя соседними платами может быть уменьшен до 3-4 мм. Высокая плотность монтажа позволяет резервировать бортовые системы пико-спутника при необходимости или устанавливать дополнительные функциональные узлы и приборы полезной нагрузки.

Предлагаемое устройство функционирует следующим образом. Для доставки на орбиту пикоспутник помещается в специальное пусковое устройство, с помощью которого впоследствии осуществляется запуск по целевому назначению. Пусковое устройство располагается на последней ступени ракеты-носителя, разгонном блоке рядом с основной полезной нагрузкой (основным космическим аппаратом) или на орбитальной станции, таким образом, чтобы при отделении пикоспутника в поле зрения его видеокамер находились плоскость разделения основного космического аппарата (КА) от ракеты-носителя, а также наиболее важные элементы механических систем, например, солнечные батареи, штанги антенн, штанга магнитометра и др. Отделение пикоспутника производится за 1-2 секунды до отделения основного КА с минимальными линейными и угловыми скоростями, обеспечивающими безударное разделение объектов.

После отделения пикоспутник сразу активируется за счет срабатывания контакта отделения 34, происходит раскрытие ленточных антенн 9, начальная инициализация бортовых систем и включение блока видеокамер 10 на запись видеоинформации через пять объективов 4 в течение 30 секунд. Раскрытие ленточных антенн происходит за счет упругих сил ленточного штыря антенны 9, уложенного в корпус 5 специальной формы и поджатого неметаллической крышкой 29. В раскрытом положении ленточные штыри антенны 9 образуют между собой угол 90°. Угловое поле зрения каждой видеокамеры 4 составляет не менее 90°. Таким образом, пикоспутник может контролировать большую часть окружающего пространства. С учетом малых угловых скоростей вращения, которые обеспечиваются пусковым устройством и могут составлять 2 градуса в секунду согласно требованиям к транспортно-пусковым контейнерам типа P-POD (Poly Picosatellite Orbital Deployer), за 30 секунд пикоспутник изменит свое угловое положение на 60° в любом направлении относительно продольной оси, совпадающей с осью штыревой антенны 9. При этом основной КА останется в поле зрения одной из пяти камер.

В течение 30 секунд происходит отделение основного КА от разгонного блока и раскрытие основных механических систем. Заснятая видеоинформация с малогабаритных видеокамер запоминается в бортовом запоминающем устройстве и передается на наземную станцию приема информации по скоростному каналу радиосвязи в зоне радиовидимости или по каналу спутниковой связи вне зоны радиовидимости. Для этого на пикоспутнике соответственно установлены приемопередатчики и антенны 4 (скоростной канал) и 6, 8 (канал спутниковой связи). После передачи видеоинформации пикоспутник используется для проведения научных исследований в части радиационной стойкости аппаратуры, новой элементной базы и др.

Предлагаемое изобретение позволяет обеспечить радиационную защиту бортовой и научной аппаратуры, в частности пикоспутников формата CubeSat, и, следовательно, увеличить срок активного существования, а также расширить функциональные возможности за счет увеличения плотности монтажа печатных плат и, соответственно, обеспечить более широкие возможности установки дополнительных функциональных узлов и научных приборов. Кроме того, предлагаемый пикоспутник обладает повышенной прочностью конструкции и увеличенной энерговооруженностью системы электропитания.

Предлагаемый пикоспутник может быть использован для проведения научных исследований и экспериментальной отработки бортовых систем в условиях реальной эксплуатации в случае установки на внешней поверхности орбитальной станции в качестве неотделяемой автономной научной аппаратуры, а также для исследований в области визуального контроля состояния инспектируемых космических объектов с целью принятия дальнейших решений по выводу из нештатной ситуации и целесообразности дальнейшего использования по целевому назначению. Кроме того, данное изобретение может быть использовано для подтверждения факта отделения и нахождения в нормальном состоянии отделяемого космического объекта для страховых компаний.

1. Пикоспутник, снабженный антеннами, солнечными и аккумуляторными батареями и содержащий кубический корпус, внутри которого закреплены электронные печатные платы, отличающийся тем, что корпус выполнен из полиэфирэфиркетона с углеродными нанотрубками, и на всех его гранях, в том числе под солнечными батареями, установлены защитные пластины из пластика на основе полиимида с наполнителем из дисульфида молибдена.

2. Пикоспутник по п.1, отличающийся тем, что снабжен, по крайней мере, пятью видеокамерами, объективы которых расположены на разных гранях корпуса.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано для баллистического обеспечения полета космического аппарата. Измеряют температуру и давления рабочего тела (РТ) - газа, определяют на каждом шаге массовые остатки РТ до отбора части РТ из емкости рабочей системы по уравнению состояния идеального газа, определяют массу газа в приборной емкости постоянного объема с датчиками давления и температуры, отбирают часть РТ из емкости рабочей системы в заборную емкость постоянного объема, переводят отобранную часть РТ в общую емкость для трансформации РТ в идеальный газ, определяют по уравнению состояния идеального газа массу газа в общей емкости и искомую массу РТ - газа.

Изобретение относится к бортовому радиолокационному оборудованию космических аппаратов (КА), предназначенному для калибровки радиолокационных станций (РЛС) по величине эффективной поверхности рассеяния (ЭПР).

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано в космических аппаратах (КА). КА содержит модуль целевой аппаратуры, модуль служебных систем с системой электропитания с солнечными батареями, комплексом автоматики, аккумуляторными батареями, систему терморегулирования, объединяющую конструктивно блок управления, гидроблоки, панели навесных холодных радиаторов из отдельных сборочных единиц с концевым теплообменником термостатирования (КТТ) с жидким теплоносителем и тепловой трубой (ТТ), термоплаты с жидким теплоносителем, ТТ с плоскими полками, тепловые магистрали из гидроарматур.

Изобретение относится к устройствам закрывания и фиксации крышек люковых устройств и касается устройств закрывания и герметизации люков на сборочно-защитных блоках и блоках ракет-носителей.

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано в выдвижных ферменных конструкциях. Трансформируемая конструкция (ТК) содержит жесткие опорные элементы, жесткие створки.

Изобретение относится к тепловому проектированию преимущественно геостационарных телекоммуникационных спутников с тепловой нагрузкой порядка 4,5-5,5 кВт. Спутник выполняют из двух модулей: модуля полезной нагрузки (ПН) и модуля служебных систем (СС).

Изобретение относится к средствам крепления на космическом аппарате (КА) элементов оборудования, в частности солнечных батарей (СБ). КА содержит корпус (1) и панель (6) СБ, закрепленную на раме (2) в виде стержневой ферменной конструкции, имеющей форму скошенной пирамиды.

Устройство фиксации гермоконтейнера научной аппаратуры (ГК НА) относится к космической технике и может быть использовано при проектировании перемещающихся в пространстве элементов космического аппарата (КА) и имеющих жесткую механическую связь с корпусом КА в исходном и рабочем положениях.

Изобретение относится к космической отрасли и касается узлов и элементов крепления оборудования космического аппарата (КА) на его силовой конструкции из полимерных композиционных материалов (ПКМ).

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано в одноступенчатых ракетах-носителях. Одноступенчатая ракета-носитель легкого класса содержит двигательную установку с одним или несколькими ЖРД, топливный бак (ТБ), один или два отделяемых дополнительных топливных бака (ДТБ), установленных по тандемной схеме, проставку, трубопроводы, соединяющие ТБ и ДТБ.

Группа изобретений относится к межорбитальным, в т.ч. межпланетным, перелетам космических аппаратов (КА) с реактивным двигателем.

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано для уборки космического мусора (КМ). Многоразовый космический аппарат-буксир для уборки крупногабаритного КМ содержит корпус, приборный отсек с системой управления, двигательную установку, солнечные батареи, головку самонаведения, стакан с устройством дистанционного захвата КМ в виде космического копья с оперением и поршнем.

Группа изобретений относится к космическим системам (КС) обслуживания спутниковых систем (СС) различного назначения (мониторинга, навигации, связи и др.). Предлагаемая КС содержит средства обслуживания на орбитах базирования, каждой из которых поставлена в соответствие своя область обслуживания.

Группа изобретений относится к информационным спутниковым системам (ИСС) различного назначения, задачи которых в общем аспекте сводятся к обеспечению обзора (непрерывного или периодического) планеты, в частности Земли.

Изобретение относится к управлению движением космического аппарата (КА) и, конкретно, к удержанию геосинхронного КА в заданной области стояния и коллокации с другими геостационарными КА.

Изобретение относится к космической технике, а именно к компоновке космических аппаратов. Ёмкость изготавливают с тремя отверстиями для отвода пара, основное отверстие выполняют с центром, через который проходит центральная ось емкости, параллельная продольной оси спутника, направленная в сторону центра масс спутника, два дополнительных отверстия выполняют с центрами, через которые проходит другая параллельная ось емкости, параллельная оси спутника, направленная по направлению полета его.

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано для уборки космического мусора (КМ). Многоразовый космический аппарат-буксир содержит корпус, приборный отсек с системой управления, двигательную установку, солнечные батареи, головку самонаведения, устройства дистанционного захвата КМ.

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано в спутниковых системах связи и наблюдения. Спутниковая система связи и наблюдения содержит от 1 до 7 спутников с аппаратурой связи и наблюдения.

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано в системах искусственных спутников (СИС). СИС содержит минимум два искусственных спутника панельного типа (ИСПТ), соединенных в многофункциональную сеть (МС).

Изобретение относится к управлению движением геостационарных космических аппаратов (КА) в периоды резервирования и оперативного ввода в эксплуатацию. На этапе пассивного дрейфа КА из стартовой позиции резервирования (СПР) в рабочую орбитальную позицию (точку «стояния») минимизируют энергозатраты бортовых систем КА. Для этого расстояние между СПР и точкой «стояния» выбирается с учетом гарантированного срока невостребованности выводимого КА и времени приведения КА на СПР. КА переводят в дежурный режим и затем в режим аппаратной закрутки. По окончании резервирования КА выводят из режима закрутки. Техническим результатом изобретения является экономия рабочего тела системы коррекции и сокращение времени замены отработавшего КА новым до технического минимума, определяемого погрешностью определения срока невостребованности КА. 1 ил.
Наверх