Способ сборки оптико-механического блока космического аппарата



Способ сборки оптико-механического блока космического аппарата
Способ сборки оптико-механического блока космического аппарата
Способ сборки оптико-механического блока космического аппарата

 


Владельцы патента RU 2610919:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") (RU)

Способ сборки оптико-механического блока космического аппарата относится к области космического оптического приборостроения и может быть использован при сборке, юстировке и калибровке крупногабаритных оптико-механических блоков, предназначенных для работы в космосе. Способ включает следующие операции: соединение оптических и механических деталей в единую конструкцию и юстировку с последующим контролем ее оптико-механических параметров в наземных условиях до и после имитации запуска, которые осуществляют на стенде, при температуре, соответствующей температуре эксплуатации конструкции на рабочей орбите, кроме того, дополнительно осуществляют калибровку в условиях, имитирующих параметры среды на рабочей орбите, по результатам которой судят о качестве юстировки. Технический результат предлагаемого изобретения заключается в том, что юстировка оптических элементов сохраняется не только после воздействия перегрузок, вибрации и ударов при запуске, но и при температурных воздействиях при работе на орбите. 2 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области космического оптического приборостроения и может быть использовано при сборке, юстировке и калибровке крупногабаритных оптико-механических блоков, предназначенных для работы в космосе.

На космических аппаратах, решающих задачи астрономических наблюдений, устанавливаются высокоточные приборы и оборудование, одним из основных требований к которым является сохранение высокой геометрической стабильности конструктивных элементов в процессе эксплуатации: стабильности формы рабочих поверхностей зеркал, стабильности взаимного расположения оптических элементов телескопов и аппаратуры приема и регистрации излучений исследуемых объектов, стабильности взаимного расположения антенных модулей и т.д.

Известен способ сборки, юстировки и проверки оптических характеристик космических крупногабаритных оптических систем, которые производят в наземных условиях, когда они испытывают деформации от собственного веса, и чтобы уменьшить влияние деформаций на оптико-механические характеристики систем, при сборке оптические элементы устанавливают на опоры, а механическим элементам придают запас жесткости, который позволяет сохранить в требуемом допуске взаимное расположение оптических элементов систем. При сборке осуществляют определенную деформацию конструктивных элементов, которая будет устраняться в условиях невесомости, т.к. учитывается допуск на взаимное расположение элементов системы с учетом допустимой виброустойчивости конструкции. (Н.Н. Михельсон. Оптические телескопы. - М.: Наука, 1976 г., с. 455-469).

Точный контроль качества в земных условиях для таких систем невозможен, что не гарантирует высокое качество изображения в космических условиях.

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является способ сборки оптико-механической системы по авторскому свидетельству СССР №1839901 (публик. 20.05.2006 г.). Известный способ включает соединение оптических и механических деталей в единую конструкцию и юстировку с последующим контролем ее в наземных условиях до и после имитации запуска, при этом соединяемые детали независимо уравновешивают между собой в горизонтальном положение посредством съемных разгрузочных устройств поэлементно, а оптические параметры контролируют при повороте вокруг оптической оси на угол 180° при условии уравновешивания деталей и узлов.

Недостатком известного способа является то, что сборку осуществляют, учитывая только условия невесомости, при этом не учитывают температурные условия эксплуатации, что может привести к разъюстировкам на орбите оптических элементов системы.

В процессе эксплуатации в условиях переменных тепловых воздействий на стабильность геометрических характеристик аппаратуры определяющее влияние оказывают температурные деформации под воздействием неравномерных и меняющихся по времени температурных полей конструкции космического аппарата. Для космического аппарата с высокоточной аппаратурой обеспечение заданной геометрической стабильности конструкции является важной задачей в наземных условиях в процессе сборки.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в том, что применяя предлагаемый способ сборки, юстировка оптических элементов сохраняется не только после воздействия перегрузок, вибрации и ударов при запуске, но и при температурных воздействиях при работе на орбите.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе сборки оптико-механического блока космического аппарата, включающем соединение оптических и механических деталей в единую конструкцию и юстировку с последующим контролем ее оптико-механических параметров в наземных условиях до и после имитации запуска, соединение оптических и механических деталей в единую конструкцию, юстировку и последующий контроль осуществляют на стенде при температуре, соответствующей температуре эксплуатации конструкции на рабочей орбите, дополнительно осуществляют калибровку в условиях, имитирующих параметры среды на рабочей орбите, и о качестве юстировки судят по результатам калибровки.

Осуществление соединения оптических и механических деталей в единую конструкцию, юстировку и последующий контроль на стенде при температуре, соответствующей температуре эксплуатации конструкции на рабочей орбите, позволяет избежать разъюстировки оптических элементов, которая была бы возможна из-за разности температур при юстировке и эксплуатации.

Осуществление дополнительной калибровки в условиях, имитирующих параметры среды на рабочей орбите, по результатам которой судят о качестве юстировки, позволяет повысить точность контроля, а следовательно, и точность юстировки.

На фиг. 1 изображена сборка, на фиг. 2 схематично изображен модуль А комплексного стенда, поясняющий предлагаемый способ, где: 1 - корпус сборки, 2 - щель спектрографа, 3 - зеркало коллиматора, 4 - горизонт искусственный, 5 - диагональное зеркало, 6 - оптическая скамья с кондуктором, 7 - уровень, 8 - визирная труба, 9 - автоколлимационный теодолит, 10 - теодолит для определения углов, 11 - зеркальный кубик, А, В - точки соединения оптической скамьи со сборкой.

Предлагаемый способ поясняется на примере сборки оптико-механический блока спектрографов (ОМБС), который устанавливается в инструментальный отсек телескопа в соответствии с его оптической схемой и схемой размещения полей зрения аппаратуры в фокальной плоскости телескопа в условиях открытого космического пространства. Приемники излучения с электроникой формирования выходного сигнала, блок калибровки, узел входной щели каждого спектрографа конструктивно объединены в моноблок. Для обеспечения безотказной работы и получения научных данных в процессе проведения астрофизических исследований с помощью приборов, входящих в ОМБС, их окончательную настройку, юстировку и калибровку должны проводить в условиях, максимально имитирующих условия эксплуатации на рабочей орбите. Для проведения сборки (а также юстировки и калибровки) с последующими вакуумными испытаниями проверки работоспособности и обеспечения функционирования спектрографов был создан специальный комплексный стенд, который обеспечивает проведение работ в лабораторных условиях при использовании источников видимого и ближнего УФ-диапазонов и в вакуумной области спектра. Комплексный стенд для осуществления предлагаемого способа состоит из двух модулей А и Б. Модуль А включает жесткий цилиндр с высотой и диаметром около 1,5 м, образующая которого выполнена в виде нескольких стержней и нескольких поперечных платформ, жестко связанных со стержнями. На одной из платформ расположены три площадки, которые с помощью, так называемой, оптической скамьи образуют плоскость, параллельную фокальной плоскости телескопа. Кроме того, на этой платформе расположены три отверстия (VUV, UV, LSS) и площадки для установки оптических деталей в виде кубиков, призм, зеркал. Предусматривается возможность на краю платформы установки приборов типа визирной трубы, автоколлимационного теодолита, гелий-неонового лазера с зеркалами, позволяющими направлять пучок лучей параллельно оси цилиндра (вдоль оси телескопа). В состав модуля А также входят: имитатор телескопа с источниками ультрафиолетового излучения и оптической системой, обеспечивающей облученность входных щелей спектрографов и заполняющую апертуру зеркал коллиматоров; имитаторы дифракционных решеток; имитаторы входных щелей; уровни; линейный фотоприемник типа ПЗС для видимой области спектра с системой обработки информации и выводом картины на дисплей; линейный фотоприемник типа ПЗС для УФ-области спектра с системой обработки информации и выводом картины на дисплей.

Калибровку осуществляют в модуле Б стенда, включающем камеру, снабженную системой вакуумирования, терморегулирования, контрольно-измерительными приборами и набором источников (ламп) ВУФ и УФ диапазонов. Вакуумная система включает линию откачки. Вакуумная камера имеет полезный объем диаметром 2 м и длиной 4 м.

К сборке относятся работы, связанные с установкой оборудования и исполнительных механизмов, монтажом систем, а также комплекс работ по проверке правильности выполнения монтажа. При окончательной сборке производится сборка и юстировка оптической системы ОМБС. Сборку осуществляют при нормальных атмосферных условиях при температуре, соответствующей температуре эксплуатации ОМБС на рабочей орбите, около 20°C. Сборку в единую конструкцию 1 выполняют с использованием механических реперов с высокой точностью. В стенд устанавливают силовой каркас, включающий платформу, ферму каркаса и ферму оптики, таким образом, чтобы его продольная ось была ориентирована вертикально (ось X). Предварительно согласуют ОМБС с системой координат имитатора телескопа. После выполнения разметки положения щелей спектрографов 2 и средних мест установки датчиков гида определяют их координаты и выполняют уточненный расчет угловых положений базовых осей (БО) юстировок спектрографов. Зеркала гелий-неонового лазера позволяют направлять пучок лучей параллельно оси цилиндра (вдоль оси телескопа). Детали для сборки ОМБС, прошедшие очистку и дегазацию, переносят в модуль А. Сначала устанавливают оптические элементы, не требующие юстировки (датчики гида), электронные (электронные блоки обслуживания детекторов) и механические элементы (кронштейны, опоры и т.п.). Затем устанавливают оптические элементы, требующие юстировки совместно с котировочными платформами. Контроль установки элементов спектрографов вдоль оси луча выполняют прямыми измерениями между опорными площадками оптических деталей. Контроль установки БО спектрографов на расчетные углы в системе выполняется в следующей последовательности: к сборке 1 присоединяется оптическая скамья с кондуктором 6 и «верхняя» плита сборки горизонтируется с контролем по уровням 7 на площадках кондуктора; автоколлимационный теодолит 9 устанавливают в плоскости XOZ таким образом, что изображение его визирной оси в диагональном зеркале 5 вертикально (контроль по искусственному горизонту 4) и направлено по оси X; далее поворотом визирной оси теодолита 9 откладывают от исходного направления ОХ составляющие в плоскостях XOY и XOZ расчетного угла на БО конкретного спектрографа; поперечными подвижками первой по ходу луча оптической детали тракта спектрографа совмещают центр этой детали с визирной осью теодолита 9; таким же образом устанавливают оси двух остальных спектрографов; с помощью теодолита 10 определяют углы наклона нормалей к двум видимым граням зеркального кубика 11. Оптическая скамья 6 должна быть расположена параллельно фокальной плоскости телескопа, а центры отверстий (VUV, UV, LSS) (фиг. 2) должны совпадать с серединами входных щелей спектрографов. Юстировка канала спектрографа сводиться к проверке соответствия положения оптических деталей выбранной оптической схеме. Проверку положения коллиматорного зеркала 3 и взаимного расположения входной щели спектрографа 2 осуществляют с помощью излучения лазера. Юстировку и проверку элементов ОМБС осуществляют с использованием источников видимого диапазона, эти же операции повторяются с использованием источников ближнего УФ-излучения, а также в вакуумной области спектра.

Окончательная проверка юстировки, калибровки и определения пороговой (минимальной) чувствительности проводится в вакуумной камере модуля Б. Для калибровки спектрографов по длинам волн каждого канала блока спектрографов, определяя их чувствительность в определенной области спектра, используют набор источников (ламп) ВУФ и УФ диапазонов. Это источники газоразрядного типа, использующие различные варианты тлеющего разряда в смесях инертных газов, дуговой разряд с накальным катодом, барьерный разряд и др. В качестве источников ВУФ-диапазона используются источники двух типов: спектральные лампы, излучающие резонансные линии криптона или ксенона; каждая такая лампа излучает две резонансные линии соответствующего газа; источником второго типа может служить разряд в аргоне с примесью азота, который излучает в диапазоне 110-176 нм несколько групп интенсивных атомарных линий азота. В процессе откачки по мере необходимости включаются контрольные приборы многоступенчатых систем измерения давления и температуры. Откачка в области форвакуума производится безмасленным насосом и при помощи криосорбционного насоса, дополняющего этот форвакуумный агрегат, давление в камере доводится до уровня 10-4 мм рт.ст. После этого включаются криогенные конденсационные высоковакуумные насосы, которые должны понизить давление в камере до уровня 10-8-10-9 мм рт.ст., наиболее благоприятного для работы вакуумного спектрографа. Одновременно контролируется состав остаточной среды в камере при помощи масс-спектрометра. При помощи централизованной системы подачи жидкого азота температура экранов доводится до 90±5 К, при ней все высококипящие компоненты остаточной среды сорбируются охлаждаемыми экранами камеры. Последние, кроме всего, имитируют температуру космического пространства. После доведения параметров камеры до требуемых значений высоковакуумные насосы отключаются и включается гелиевый высоковакуумный криоконденсатный насос, который, поддерживая уровень давления в камере без вибраций, позволяет начать проведение оптических операций контроля и калибровки спектрографов. Процедура калибровки включает в себя процессы стабилизации, процессы проверки коэф. усиления и уровня фона, пространственного разрешения и линейности, позиционной чувствительности и эффективности. По окончании этой работы отключается подача жидкого азота в камеру. Его пары при давлении 0,1-0,3 кг/см2 подаются в нагреватель системы осушки и отогрева экранов камеры. При температуре выше 290 К и такой же температуре спектрографов в камеру подается сухой азот. При давлении в ней на уровне 740-760 мм рт.ст. камера разгерметизируется и сборка отводится вновь на модуль А для проведения последующих операций с аппаратурой. По результатам калибровки судят о точности юстировки. Потом завершают сборку путем установки корпуса, крышек, теплоизоляции и т.д. Целесообразно подчеркнуть, что все работы должны вестись в помещениях с высокой чистотой воздуха. После чего сборку упаковывают в контейнер с контролируемыми средой (инертный газ) и температурой и отправляют на испытания. После проведения транспортных испытаний и испытаний на механические воздействия, имитирующие условия выведения на орбиту (вибрации, перегрузки, удары), сборку возвращают в вакуумную камеру и проверяют сохранность юстировки и калибровки.

Данный способ сборки позволяет обеспечить точность сохранения параметров системы при выводе ее в космос и в условиях космоса.

Способ сборки оптико-механического блока космического аппарата, включающий соединение оптических и механических деталей в единую конструкцию и юстировку с последующим контролем ее оптико-механических параметров в наземных условиях до и после имитации запуска, включающим определение качества юстировки, отличающийся тем, что соединение оптических и механических деталей в единую конструкцию и юстировку осуществляют на стенде при температуре, соответствующей температуре эксплуатации конструкции на рабочей орбите, а о качестве юстировки судят по результатам калибровки, которую осуществляют в условиях, имитирующих параметры среды на рабочей орбите.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области испытаний оптико-электронных и оптико-механических устройств и касается вакуумно-криогенного стенда. Стенд включает в себя вакуумно-криогенную камеру, охлаждаемые радиационные экраны, универсальный и динамический источники излучения, коллиматор, поворотное и ломающие зеркала, спектрорадиометр, систему криогенного обеспечения, систему вакуумирования, модуль канала оптического фона и интерферометр сдвига.

Изобретение относится к области измерительной техники и касается многофункциональной оптико-электронной испытательной станции. Испытательная станция выполняется мобильной и включает в себя шину для подключения испытуемой оптико-электронной системы, блок выносных измерительных эталонов, блок выносных источников оптических помех, блок выносных метеорологических приборов, контрольно-измерительную аппаратуру (КИА), соединенную через вводно-выводное устройство с электронно-вычислительной машиной (ЭВМ) обработки сигналов и управления испытанием.

Изобретение относится к области оптических измерений и касается способа и датчика для измерения температуры и механических напряжений. Измерения осуществляются датчиком, который содержит первый путь распространения оптического излучения, который является конфигурируемым для взаимодействия со структурой, свойства которой должны быть измерены; второй путь распространения оптического излучения, который является конфигурируемым для взаимодействия со структурой, свойства которой должны быть измерены; третий путь распространения оптического излучения.

Изобретение относится к области контроля герметичности изделий. Способ масс-спектрометрического контроля герметичности моноблочных газовых лазеров включает создание замкнутых объемов с обеих сторон контролируемой оболочки лазера, откачку внутреннего объема вместе с анализатором пробного газа до высокого вакуума, накопление в контролируемой оболочке, соединенной с анализатором, пробного газа путем прекращения откачки пробного газа при откачке остальных газов и регистрацию изменения фоновой величины пика пробного газа за контрольное время Tк, выбираемое при выходе на линейный участок нарастания величины пика пробного газа, которое определяется до тех пор, пока зависимость интенсивности фонового потока пробного газа от времени при соседних измерениях не будет совпадать по крутизне и интенсивности с точностью до 10%, но не менее 3 раз.

Изобретение относится к лазерной технике. Способ контроля герметичности отсоединенных от вакуумного поста моноблочных газовых лазеров включает использование для оценки герметичности пробного газа, выбор аналитических пар спектральных линий пробного и рабочего газов, для оценки концентрации пробного газа, построение калибровочной зависимости относительной интенсивности выбранной аналитической пары от концентрации пробного газа, регистрацию спектра излучения тлеющего разряда контролируемого лазера, определение по калибровочной зависимости концентрации пробного газа, создание замкнутого объема вокруг контролируемой оболочки лазера, заполнение указанного замкнутого объема пробным газом, накопление в контролируемом лазере пробного газа, регистрацию линий пробного газа в спектре излучения тлеющего разряда после хранения в среде пробного газа, определение по калибровочной зависимости концентрации пробного газа и оценку герметичности изделия по разности измеренных концентраций пробных газов до и после контрольного времени хранения.

Изобретение может использоваться для работы с приборами, работающими в различных спектральных диапазонах. Устройство содержит коллиматор с установленным в его фокальной плоскости широкополосным излучателем со спектральным диапазоном в видимой и ИК-областях спектра, оптическую систему переноса изображения, оснащенную поворотным механизмом, позволяющим направлять излучение от коллиматора в каналы контролируемого прибора без изменения положения коллиматора, и механизм регулировки положения излучателя в фокальной плоскости коллиматора относительно его оптической оси.

Изобретение относится к способам оценки состояния контролируемого объекта, а именно к проектированию систем диагностики опасных объектов (ОО), подвергающихся аварийным воздействиям в процессе эксплуатации.

Изобретение относится к области измерительной техники и касается способа измерения фактора шума микроканальной пластины. Способ включает снятие сигнала со всей площади люминесцентного экрана, который осуществляется в процессе изготовления МКП, регистрацию сигнала каждого импульса с выхода МКП, его усиление и подачу на многоканальный амплитудный анализатор импульсов.
Изобретение относится к области оптической техники, в частности к оптотехническим измерениям. .

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для юстировки и выверки осей многоканальных оптико-электронных систем. .

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано при экспериментальной отработке системы электропитания КА. Автоматизированное рабочее место для исследований и испытания систем электропитания КА содержит имитатор батареи солнечной, имитатор аккумуляторной батареи, имитатор нагрузки, систему управления и аппаратуру регулирования и контроля.

Группа изобретений относится к способу и системе контроля готовности экипажа космического аппарата (КА) к внештатным ситуациям. Для контроля готовности экипажа к внештатным ситуациям моделируют внештатную ситуацию, определяют готовность космонавтов к внештатной ситуации путем сравнения параметров текущих координат космонавтов, используя излучатели и детекторы инфракрасного излучения, с заданными значениями, Система контроля готовности экипажа содержит средства отображения визуальной информации, блок моделей систем КА, блок управления тренировкой, блок задания внештатных ситуаций, блок задания параметров эталонных действий, блок определения уровня подготовки, блоки излучателей инфракрасных импульсных сигналов, радиоприемные устройства, позиционно-чувствительные детекторы инфракрасного излучения, оптические системы, блоки формирования данных приема инфракрасных сигналов, радиоприемо-передающие устройства, блок формирования команд управления излучением и приемом инфракрасных сигналов, синхронизатор, блок задания расположения детекторов инфракрасного излучения, блок задания параметров оптических систем, блок определения параметров направлений от детекторов на излучатели, блок определения координат местоположений излучателей, блок индикации фиксированных положений космонавтов и блок определения параметров относительного положения излучателей при фиксированном положении, блок определения параметров положения космонавтов, блок анализа и регистрации информации о выполненных действиях космонавтов, блок задания эталонных положений космонавтов, блок моделирования параметров событий нештатных ситуаций, блоки аудиовоспроизведения, блоки аудиозаписей, средства сопряжения радиоустройства с экраном и блоками аудиозаписи и воспроизведения, система обмена данными, соединенные определенным образом.

Изобретение относится к области испытаний оптико-электронных и оптико-механических устройств и касается вакуумно-криогенного стенда. Стенд включает в себя вакуумно-криогенную камеру, охлаждаемые радиационные экраны, универсальный и динамический источники излучения, коллиматор, поворотное и ломающие зеркала, спектрорадиометр, систему криогенного обеспечения, систему вакуумирования, модуль канала оптического фона и интерферометр сдвига.
Тренажер для отработки комплекса задач по исследованию астрономического объекта участниками космической экспедиции содержит рабочее место оператора, средства имитации и визуализации реальных условий проведения исследований, графическую станцию, джойстики интерактивного управления объектами, соединенные определенным образом.

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано при проектировании стендов для наземных испытаний трансформируемых конструкций космических аппаратов, раскрывающихся в двух плоскостях, типа батареи солнечной (БС), с максимальным приближением к условиям невесомости.

Изобретение относится к области космической техники. Устройство для тепловакуумных испытаний содержит стационарный цилиндрический криогенный экран, расположенный в вакуумной камере, пространственно позиционируемый экран (ППКЭ) с размероизменяемым кронштейном и приводом трехмерной дислокации.

Изобретение относится к области космической техники, а именно к наземной отработке теплового режима космических аппаратов. Способ тепловакуумных испытаний космического аппарата заключается в вакуумировании камеры с размещенным в ней КА до давления, исключающего конвективный теплообмен в камере, и воздействии на КА натурных тепловых потоков с помощью имитатора внешних тепловых потоков.

Изобретение относится к экспериментальной технике и может быть использовано для теплопрочностных статических испытаний конструкций летательных аппаратов, в частности к средствам, обеспечивающим воспроизведение нестационарных температурных полей в испытываемых конструкциях воздушно-космических самолетов (ВКС).

Изобретение относится к наземным испытаниям, в т.ч. при изготовлении космических аппаратов (КА).

Изобретение относится к тепловым имитационным стендам для испытаний аппаратуры космических аппаратов, выводимых на околоземную орбиту. Стенд содержит малогабаритную вакуумную камеру (ВК) с криогенным и соосным ему дополнительным экранами.

Группа изобретений относится к орбитальной заправке космических аппаратов (КА), например искусственных спутников. Система дозаправки содержит обслуживаемый (14) и обслуживающий (12) КА со средствами транспортировки топлива из баков КА (12) в баки КА (14).
Наверх