Развёртываемая конструкция дифракционной оптической системы с большой апертурой



Развёртываемая конструкция дифракционной оптической системы с большой апертурой
Развёртываемая конструкция дифракционной оптической системы с большой апертурой

 


Владельцы патента RU 2619155:

федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)" (СГАУ) (RU)

Изобретение относится к бортовому оборудованию космического аппарата (КА), которое может быть установлено на КА наблюдения. Конструкция оптической системы включает в себя линзу Френеля с дифракционными оптическими элементами (6), опорой (4) и каркасом (5) линзы. Линза имеет оправу (1), содержащую три дугообразные фермы (2), стянутые между собой тросами (3). Оправа (1) жестко закреплена на корпусе КА (7). Опора (4) соединена с корпусом КА при помощи продольных тросов (8). Техническим результатом изобретения является повышение качества и оперативности получения изображений путём создания достаточно жёсткой и лёгкой крупногабаритной конструкции оптической системы. 1 ил.

 

Изобретение относится к области космического машиностроения, а именно к проектированию силовых схем космического аппарата.

Предлагаемая схема конструкции позволяет обеспечить крепление элементов конструкции с массой в несколько сот килограмм, располагающихся в десятках метров от корпуса космического аппарата с жесткостью, сопоставимой с жесткостями крепления выносных элементов современных космических аппаратов наблюдения таких, как солнечные батареи и радиаторы.

Существующие решения в этой области можно показать на примере проектов космических аппаратов наблюдения с объективами на основе дифракционной линзы большой апертуры.

Известен дифракционный космический телескоп с большой апертурой (патент США №6219185, МПК G02B 5/18, B64G 1/24, G02B 23/00, B64G 1/10, B64G 1/28, B64G 1/66, G02B 7/00, опубл. 17.04.2001), содержащий два отдельных космических аппарата - функционирование основной оптической линзы объектива как увеличительного стекла и вспомогательной оптической линзы как окуляра. Космические аппараты запускают на расстояние нескольких километров вместе с окуляром за увеличительным стеклом, «настроенным» на необходимый объект с относительной ориентацией, определяющей оптическую ось телескопа, таким образом, осматривая объекты. Линза объектива имеет очень большую апертуру, очень тонкую диафрагму, дифракционную линзу, например линзу Френеля, которая не пропускает поступающий свет через всю апертуру и направляет его на увеличительное стекло. Окуляр имеет намного меньшую апертуру со шкалой и может двигаться по фокальной поверхности линзы объектива, собирая поступающий свет и преобразуя его в изображение высокого качества. Управление положением двух космических аппаратов осуществляется как для сохранения хорошего оптического фокуса, так и для указания нужного объекта, который может быть на земле или в воздухе.

Основным недостатком устройства является то, что для его работы необходимо существование двух, взаимодействующих между собой, космических аппарата, что весьма усложняет процесс создания конструкции и запуск ее на орбиту, а также появляется необходимость в обеспечении работы мощной гироскопической системы.

Известна также развертываемая плоская мембранная конструкция (заявка на патент США №20080111031, МПК B64G 1/00, B64G 1/22, B64G 1/10, опубл. 15.05.2008), которая представляет собой ферменный каркас, содержащий внешнюю круговую и переходную ферму. Переходная ферма содержит несколько узлов, соединенных на внешней ферме и мембране. Когда ферменная конструкция развернута, телескопические части внешней фермы, которые сложены при раскрытии, заставляют переходную ферму раскрываться и затягивать мембрану в плоское положение.

Недостатком данной конструкции является то, что недостаточно проработана система крепления ферменной рамы к корпусу КАН, что однозначно приведет к колебаниям конструкции, вызванным инерционными нагрузками в процессе ориентации КА.

Наиболее близким к настоящему изобретению является КАН с линзой Френеля MOIRE («Developing Lightweight Optics for Space» Lawrence Livermore, Ball Aerospace and Technologies Corporation, and NeXolve Corporation are preparing diffractive membrane optics for the Membrane Optic Imager Real-Time Exploitation (MOIRE) project, S&TR January/February 2013, стр. 20, https://str.llnl.gov/content/pages/january-2013/pdf/01.13.4.pdf). В этом проекте разрабатывается КАН с линзой Френеля диаметром 10 м. Линза располагается от корпуса КА на расстоянии 60 м. Конструкция крепления линзы к корпусу КА предлагается в виде трех прямых раскладывающихся ферм, одним концом закрепленных за корпус КА, а другим - за каркас линзы Френеля.

Конструкция крепления линзы этого прототипа обладает низкой жесткостью по сравнению с жесткостями конструкции крепления выносных элементов конструкции современных космических аппаратов наблюдения. Это приводит к тому, что невозможно оперативно наводить КА на объекты наблюдения. На практике это означает, что данный КА может быть использован только для наблюдения за одним объектом с геостационарной орбиты, и даже в этом случае будут возникать неудобства при малейшей коррекции орбиты.

Задачей предлагаемого технического решения является создание надежной крупногабаритной ферменной конструкции, которая позволяла бы оперативно наводить КА на объекты наблюдения.

Техническим результатом является обеспечение крепления элементов конструкции с массой в несколько сот килограмм, располагающихся в десятках метров от корпуса космического аппарата с жесткостью, сопоставимой с жесткостями крепления выносных элементов современных космических аппаратов наблюдения, что приводит к повышению качества изображений, получаемых с помощью оптической системы КАН, а также увеличение оперативности получения снимков.

Поставленная задача решается тем, что конструкция, содержащая оправу, механически связанную одним концом с корпусом космического аппарата, а другим - с удаленным элементом конструкции, и выполненную в виде раскладывающихся ферм, снабжена тросовой системой, с помощью которой стянуты между собой фермы, при этом фермы, в развернутом виде, имеют дугообразную форму, также конструкция включает продольные тросы, соединяющие удаленный элемент конструкции и корпус космического аппарата, причем продольные тросы установлены с возможностью сохранять кривизну дугообразной формы ферм.

Высокая жесткость конструкции позволяет управлять развертываемой конструкцией также оперативно, как традиционными КА наблюдения.

Изготовление опоры линзы в виде трехлучевой звезды позволяет снизить массу конструкции, не потеряв при этом в жесткости.

Конструкция дифракционной оптической системы с большой апертурой поясняется чертежом.

Устройство состоит из оправы 1, включающей три фермы 2, которые имеют дугообразную форму и стянуты между собой тросами 3, удаленного элемента конструкции, включающего опору линзы 4 и каркас 5 линзы Френеля с дифракционными оптическими элементами 6. Оправа 1 жестко закреплена с корпусом KA 7. Ферма 2 состоит из трех продольных стержней, соединенных между собой поперечными стержнями. Чтобы получить при развертывании ферму дугообразной формы, один из продольных стержней длиннее двух других. Поперечные стержни вместе с двумя из трех продольных стержней образуют правильный тетраэдр. Концы фермы 2 соединены с помощью продольных тросов 8.

Конструкция дифракционной оптической системы работает следующим образом.

После выведения КА на необходимую орбиту начинает разворачиваться оправа 1 из трех раскладываемых ферменных конструкций 2, которые соединены между собой тросами 3. Вместе с тем начинает раскладываться каркас 5 линзы Френеля с дифракционными оптическими элементами 6 и опорой 4 в виде трехлучевой звезды. После того как конструкция развернется, с помощью натяжения продольных тросов 8 осуществляется настройка кривизны ферменных конструкций 2 с целью совмещения оси линзы с осью всей оптической системы космического аппарата наблюдения. Натяжение продольных тросов 8 приведет к уменьшению радиуса дуг ферм. При этом расстояния между точками крепления тросов 3 на соседних фермах возрастут, что создаст в этих тросах натяжение.

Натяжение тросов должно удовлетворять следующим требованиям. Параметры ферменных арок (радиус дуги, продольная жесткость фермы, поперечный размер фермы и др.), натяжение продольных тросов 8 и упругость тросов 3 должны быть подобраны так, чтобы в процессе поворотов космического аппарата наблюдения тросы 3 оставались натянутыми.

Развертываемая конструкция дифракционной оптической системы с большой апертурой, содержащая оправу, механически связанную одним концом с корпусом космического аппарата, а другим - с удаленным элементом конструкции, и выполненную в виде раскладывающихся ферм, отличающаяся тем, что конструкция снабжена тросовой системой, с помощью которой стянуты между собой указанные фермы, при этом фермы в развернутом виде имеют дугообразную форму, при этом конструкция включает в себя продольные тросы, соединяющие удаленный элемент конструкции и корпус космического аппарата, причем продольные тросы установлены с возможностью сохранять кривизну дугообразной формы ферм.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к RFID-меткам. Устройство содержит RFID-транспондер с RFID-меткой и RFID-чипом, а также щелевую антенну.

Изобретение относится к системам и способам обеспечения информации о продукте. Технический результат – обеспечение достоверной информации о продукте.

Изобретение относится к области светотехники. Техническим результатом является улучшение приема радиочастотного сигнала.

Настоящее изобретение относится к конструкции смарт-карты с двойным интерфейсом и способу ее изготовления. Заявлена группа изобретений, включающая смарт-карту с двойным интерфейсом и способ изготовления смарт-карты с двойным интерфейсом.

Изобретение относится к антенной технике, в частности к антеннам с многоканальным входом и многоканальным выходом. Технический результат - повышение эффективности излучения антенны MIMO с одновременным уменьшением мариалоемкости при ее изготовлении.

Банка // 2595561
Изобретение относится к металлической банке для напитков, которая может открываться посредством одноразового затвора. Технический результат - создание банки, с помощью которой данные о расположении на ней транспондера передаются на внешнее устройство в случае вскрытия банки.

Антенна // 2407116
Изобретение относится к технике излучения и приема радиоволн. .

Изобретение относится к бесконтактным приемопередающим устройствам. .

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в качестве средства для сопряжения приемника сигналов спутниковых систем с активной антенной, конструкция которой предусматривает использование одного коаксиального кабеля для передачи сигналов и напряжения питания.

Группа изобретений относится к конструкции и компоновке космических аппаратов (КА), преимущественно геостационарных. КА содержит модуль служебных систем (100) и модуль полезной нагрузки (200), соединённые фермой (300).

Изобретение относится к космической технике. Модуль служебных систем содержит корпус, выполненный в виде прямой восьмигранной призмы, вдоль боковых ребер которой пропущены продольные стойки.

Изобретение относится преимущественно к космическим аппаратам (КА) с малыми космическими модулями (КМ) для оптико-электронного наблюдения Земли. КМ включает в себя призматический силовой корпус блочного типа.

Группа изобретений относится к космической технике и может быть использована в системе телеметрического контроля. В способе телеметрического контроля сигналы с выходов каждого из телеметрических датчиков сравнивают с установленными пороговыми значениями уровней сигналов ключевых элементов.

Изобретение относится к терморегулируемому бортовому оборудованию космического аппарата (КА). Отсек содержит шестиугольную платформу (многослойную панель), на которой с двух сторон размещены тепловыделяющие элементы блоков аппаратуры.

Изобретение относится к СВЧ радиотехнике. Делитель мощности содержит четыре направленных ответвителя на связанных линиях.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано как устройство закрепления оборудования к конструкции корпуса космического аппарата. Регулировочно-соединительное устройство содержит комплект крепежных элементов для шарнирного соединения, шпангоут, на посадочные поверхности которого установлены узлы регулировки.
Изобретение относится к космической технике. В способе определения деформации корпуса КА в полете фиксируют на внутренней поверхности иллюминатора КА в заданном положении фотокамеру, выбирают в качестве реперных точек ориентиры на внешней поверхности КА, попавшие в поле зрения фотокамеры, и фиксируют направления от фотокамеры на реперные точки.

Изобретение относится к оборудованию космических аппаратов (искусственных спутников) и средствам его развертывания на орбите. Устройство содержит две идентичные взаимно сбалансированные по массе пары прямолинейно-направляющих механизмов, установленных симметрично в вертикальных параллельных плоскостях.

Изобретение относится к авиации и касается созданий конструкций для летательных аппаратов (ЛА). При изготовлении отсека ЛА в виде оболочки вращения на оправку укладывают разделительный слой из резиноподобного материала со спиральными обоих направлений канавками одинаковой ширины, слоями из высокомодульных нитей вматывают в эти канавки спиральные ребра, затем наматывают обжимающую облицовку из термоусаживающего материала, термообрабатывают, удаляют облицовку, снимают с оправки и удаляют разделительный слой.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к системам соединения разделяемых частей летательных аппаратов. Технический результат - повышение сдвигоустойчивости узла соединения при длительных знакопеременных нагрузках с одновременной возможностью его распадения - отделения. Узел соединения содержит стыковочные фитинги, расположенные оппозитно друг к другу, и узлы крепления. Узлы крепления выполнены с возможностью распадения, а оси перпендикулярны плоскости стыковки фитингов. На одном фитинге в плоскости стыка выполнены кольцевые зубья в виде равнобедренного треугольника в поперечном сечении, вертикальная ось которых параллельна оси узла крепления, а поверхность контактирует с поверхностью кольцевого углубления, выполненного прессовкой стыковочных фитингов. Фитинг с кольцевым углублением выполнен из материала с меньшей твердостью, чем материал фитинга с кольцевым зубом. Отношение длины основания равнобедренного треугольника поперечного сечения кольцевого зуба к его высоте находится в интервале 0,52-1,3. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх