Отражатель излучения - RU2185695C1

Чертежи

Показать все 12 чертежа(ей)

Описание

Изобретение относится к космической технике, а именно к космической технике связи.

Известны крупногабаритные пленочные отражатели света, которые могут быть использованы [1] для космической радиотелефонной связи и подсвета наземных объектов из космоса в ночное время.

К причинам, препятствующим достижению ниже указанного технического результата при использовании известного устройства, относится то, что для раскрытия зеркального полотна используются центробежные силы, возникающие при его вращении.

При больших габаритах отражателя силы инерции, возникающие при вращении отражателя аналогично гироскопу, препятствуют его управлению и наведению отражателя на объект для подсветки.

Известны также отражатель электромагнитного излучения (света), который является наиболее близким [2] устройством того же назначения по совокупности существенных признаков. Известный отражатель [2] может быть указан в качестве прототипа предлагаемого изобретения. Прототип содержит, установленные на системе наведения внутреннюю и внешнюю пневмокамеры, соединенные пневматически друг с другом радиальными стойками, а также с источником сжатого газа (воздуха). При этом пневмокамеры и радиальные стойки связаны и взаимодействуют с зеркальным полотном. Зеркальное полотно, в свою очередь, состоит из эластичной диэлектрической пленки, покрытой отражающей свет металлической пленкой (алюминием).

Однако известная конструкция отражателя излучения [2] не позволяет собрать (свернуть) зеркальное полотно и получить зеркальные сферические поверхности с маленькими радиусами кривизны.

Задача заявляемого изобретения заключается в расширении функциональных возможностей отражателя путем получения сферических отражающих поверхностей малого радиуса кривизны и отражателей излучения прямоугольной формы.

Технический результат при осуществлении изобретения заключается в том, что появляется возможность, при необходимости, собрать (свернуть) зеркальное полотно.

Отражатели прямоугольной формы позволяют создать управляемый солнечный парус космического корабля (КК).

Указанный технический результат при этом достигается тем, что отражатель излучения содержит внутреннюю и внешнюю пневмокамеры, радиальные стойки, выполненные в виде гибкой трубки с отверстиями, на которой наращены шарообразные пневмоячейки из эластичного материала, взаимодействующие друг с другом.

Внешняя пневмокамера и радиальные стойки могут быть выполнены также в виде шлангов с отверстиями, на которых размещены тороидальные пневматические камеры, внутренние полости которых сообщаются с внутренними полостями шланг через отверстия.

Внешняя камера и радиальные стойки могут быть выполнены также в виде гибких трубок с отверстиями, внутренние полости которых сообщаются с внутренними полостями тороидальных пневмокамер. При этом тороидальные пневмокамеры наращиваются на гибких трубках так, что они образуют цепь из последовательно меняющихся четных и нечетных пневмокамер, ориентированных в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Кроме того, пневмокамеры частично перекрывают друг друга, т.е. часть трубки одновременно служит диаметром соседних четных и нечетных камер.

Для формирования отражателя прямоугольной формы пневмосистема выполнена в виде матрицы сообщающихся друг с другом взаимно перпендикулярных гибких трубок с отверстиями, вокруг которых наращены пневматические ячейки кубической формы, взаимодействующие друг с другом и зеркальным полотном.

Отражатель со сферической формой поверхности содержит механически и пневматически связанные друг с другом радиальные и концентрические секционные пневматические трубки. Для их создания гибкие трубки имеют отверстия, вокруг которых наращены пневмоячейки формы сектора сферической оболочки. При надуве пневмоячеек они образуют полусферическую оболочку отражателя со сферической вогнутой поверхностью.

На основание пневмоячеек с выпуклой стороны наносятся полоски из проводящего электрический ток металлического покрытия, формирующие электропроводящие кольца. Эти кольца подключаются к источник регулируемого напряжения относительно металлического покрытия зеркального полотна. Под действием электростатических сил зеркальное полотно принимает сферическую форму.

Кроме того, для раскрытия пленочного отражателя плоской формы внешнее кольцо и радиальные стойки могут быть выполнены в виде гирлянд из полых шариков (или колец), нанизанных на тросы, концы которых пропущены через отверстия жесткого внутреннего кольца и связаны с механизмом натяжения и фиксации положения тросов.

Наконец отражатель со сферической формой поверхности содержит концентрические кольца в виде гирлянды из отражающих излучение ячеек формы сектора сферической оболочки, нанизанные на два троса, пропущенные через середины противоположных боковых граней ячеек. Кроме того, концентрические кольца соединены друг с другом радиальными тросами. При этом концы концентрических и радиальных тросов соединены с механизмом натяжения и фиксации положения тросов.

Конструкции отражателей излучения приводятся на фиг.1-13.

На фиг.1 приведена конструкция отражателя излучения, где:
1 - внешняя пневмокамера;
2 - радиальные стойки;
3 - внутренняя пневмокамера;
4 - концентрическая трубка;
5 - отверстия;
6 - шарообразные пневмоячейки;
7 - крепежные ушки;
8 - растяжки (нитки);
9 - зеркальное полотно;
10 - радиальная трубка;
11 - радиальные пневмоячейки;
12 - стык радиальной и концентрической трубок;
На фиг.2 приведена конструкция отражателя излучения, для раскрытия которого используются тороидальные пневмокамеры, где:
13 - радиальные пневмокамеры;
14 - гибкая трубка;
15 - отверстия;
16 - стык концентрической и радиальной трубок;
17 - концентрическая внешняя пневмокамера;
18 - растяжки (нитки);
19 - зеркальное полотно;
20 - соединение тяги с концентрической внешней пневмокамерой 17.

На фиг.3 проведена конструкция отражателя, где тороидальные пневмокамеры связаны цепочкой, где:
21 - стык концентрической и радиальной трубок;
22 - внешняя пневмокамера;
23 - радиальные стойки;
24 - внутренняя пневмокамера;
25, 26 - четные и нечетные тороидальные пневмокамеры соответственно;
27 - крепежные ушки;
28 - растяжки;
29 - зеркальное полотно;
30 - шланг, соединяющий внутреннюю пневмокамеру с источником сжатого газа (ИСГ).

На фиг.4 приведена конструкция прямоугольного отражателя излучения, где:
31 - пневмоячейки;
32 - матрица из гибких труб;
33 - отверстия;
34 - пневмоячейки внешнего контура отражателя;
35 - крепежные ушки;
36 - растяжки;
37 - зеркальное полотно;
38 - пневмоячейки формы сектора сферической оболочки.

На фиг.5 приведена конструкция прямоугольного отражателя, раскрытие которого осуществляется с помощью тороидальных пневмокамер, где:
39, 40 - четные и нечетные тороидальные пневмокамеры соответственно;
41 - матрица из механически и пневматически связанных гибких трубок;
42 - отверстия;
43 - соединения гибких трубок с угловыми тороидальными пневмокамерами;
44 - матрица взаимно охваченных цепочкой тороидальных пневмокамер;
45 - крепежные ушки;
46 - растяжки;
47 - зеркальное полотно.

На фиг.6 приведена конструкция отражателя сферической формы, где:
48 - радиальные секционные шланги;
49 - концентрические секционные шланги;
50 - гибкие трубки;
51 - отверстия;
52 - пневмоячейки формы сферической оболочки;
53 - металлическое покрытие;
54 - концентрические электропроводящие кольца;
55 - зеркальное полотно;
56 - источник регулируемого напряжения.

На фиг.7 приведена конструкция отражателя излучения, для раскрытия которого используются полые шарики или кольца, где:
57 - внешнее кольцо;
58 - радиальные стойки;
59 - внутреннее кольцо;
60 - полые шарики;
61 -отверстия;
62 - трос;
63 - кольца;
64 - отверстия;
65 - ушки для крепления тяг;
66 - растяжки (нитки);
67 - узел для натяжения и фиксации положения тросов;
68 - узловая ячейка;
69 - отверстие для радиального троса;
70 - отверстия для концентрического троса.

На фиг.8 приведена конструкция отражателя сферической формы, где
71 - концентрические кольца сферической поверхности;
72 - отражающие ячейки формы сектора сферической оболочки;
73 - отражающее металлическое покрытие;
74 - отверстие;
74а - радиальное отверстие;
75 - тросы;
76 - механизм натяжения и фиксации положения тросов;
77 - узловые ячейки;
78 - блочки;
79 - оси вращения блочков.

На фиг. 9 приведена конструкция отражателя с вогнутой сферической поверхностью, где:
80 - внешняя пневмокамера; 81, 82 - четные и нечетные тороидальные пневмоячейки соответственно;
84 - растяжки;
85 - первое зеркальное полотно;
86 - второе зеркальное полотно;
87 - металлические электропроводящие кольца;
88 - источники регулируемого напряжения;
89 - устройство для ориентации отражателя излучения;
90 - OX, OY- оси вращения отражателя по углам ± α, ±β.
На фиг. 10 приведена конструкция прямоугольного отражателя с плоской поверхностью (а) и формы параболлического цилиндра (б), где:
91 - I, II, III, IV - первый, второй, третий и четвертый секции прямоугольного отражателя, OX, OY - оси вращения отдельных секций отражателя;
92 - устройство для ориентации отражателя;
93 - узловые ячейки;
94 - внешний контур прямоугольной секции отражателя;
95, 96 - четные и нечетные тороидальные пневмокамеры;
97 - крепежные ушки;
98 - растяжки;
99 - первое зеркальное полотно;
100 - второе зеркальное полотно;
101 - металлические электропроводящие полоски.

102 - источники регулируемого напряжения.

На фиг. 11. приведена конструкция прямоугольного отражателя излучения, где:
103 - внутренняя пневмокамера;
104 - выдвижные радиальные стойки;
105 - эластичный трос;
106 - крепежные ушки;
107 - подтяжки;
108 - зеркальное полотно.

На фиг. 12 приведена конструкция отражателя излучения, которая содержит внутреннюю 109 и внешнюю 110 пневмокамеры, радиальные стойки 111, тороидальные пневмокамеры 112, втулки соединительные 113, зеркальное полотно 114, ушки крепежные 115 и растяжки 116.

На фиг. 13 приведена конструкция прямоугольного отражателя излучения, где:
116 - тороидальные пневмокамеры;
117 - узловые ячейки;
118 - соединительные втулки;
119 - крепежные ушки;
120 - растяжки;
121 - зеркальное полотно;
122 - шарообразные пневмоячейки;
123 - соединения шарообразных пневмоячеек.

124 - тороидальные ячейки, образующие прямую цепь;
125 - узловые пневмоячейки, стыкующие прямоугольные участки под прямым углом;
126 - узловые пневмоячейки, стыкующие радиальные стойки с внешним кольцом.

Отражатель излучения работает следующим образом.

Для наведения отражателя излучения, его вращают вокруг взаимно перпендикулярных осей ОХ и OY, проходящих через центр внутреннего кольца 3 (фиг. 1), аналогично прототипу [2]. Для этого его устанавливают неподвижно на внешней раме карданного подвеса системы наведения.

Внешняя 1 и внутренняя 3 пневмокамеры имеют круглую форму, типа велосипедных камер. Эти камеры соединены друг с другом эластичными гибкими радиальными трубками, типа пожарных шланг 2. Пневмокамеры 1, 3, концентричные друг другу, с радиальными трубками, образуют герметичную пневмосистему, которая через вентиль подключена к источнику сжатого газа (ИСГ). После подачи газа (воздуха) пневмокамеры 1 и 3 принимают форму круга, а радиальные трубки - форму прямых стержней, а вся пневмосистема принимает форму колеса (см. фиг. 1).

Для того чтобы пневмосистема при больших габаритах принимала форму колеса, необходимо использовать следующие технические решения.

Конструкция пленочного отражателя, приведенная на фиг.1, отличается тем, что для его раскрытия используется давление сжатого газа, которое создается в пневмосистеме с помощью источника сжатого газа (ИСГ). На фиг.1 ИСГ не указан. Отражатель излучения на фиг.1 функционирует следующим образом.

На фиг. 1 внешняя пневмокамера и радиальные стойки 2 формируются из гибкой трубки 4 с отверстиями 5, на которой наращены шарообразные пневмоячейки 6 из эластичного материала (например, резины). Радиальные и кольцевая трубки пневматически связаны друг с другом и сообщаются с внутренней пневмокамерой 3, которая в свою очередь с помощью шланга подключается к источнику сжатого газа (ИСГ).

Шарообразные пневмоячейки 11, формирующие радиальные стойки 2, пневматически сообщаются с трубкой 4 внешней пневмокамеры 1. В трубках 4 и 10 имеются отверстия 5, смещенные относительно друг друга на расстояние, равное диаметру шарообразных пневмоячеек 6, 11 внешнего кольца 1 и радиальных стоек 3 соответственно. Шарообразные пневмоячейки наращиваются на шлангах 4 и 10 так, чтобы при подаче газа шары взаимодействовали друг с другом, т.е. отталкивали друг друга. Силы отталкивания пневмоячеек приводят к тому, что замкнутый кольцевой шланг 4 внешней пневмокамеры 1 принимает форму колеса, а радиальные стойки 12 выпрямляются. Радиальные трубки 11 стоек 2 пневматически сообщаются с трубкой 4 внешней пневмокамеры 1 и внутренней пневмокамерой 3. Они образуют замкнутую пневмосистему, подключенную с помощью шланга к источнику сжатого газа (ИСГ).

На боковых поверхностях шарообразных пневмоячеек внешней камеры наращиваются при их изготовлении крепежные ушки 7. К этим ушкам привязываются концы растяжек (крепежных ниток) 8. Другие концы указанных растяжек (ниток) прикрепляются через равные дистанции к аналогичным крепежным ушкам 7, наращенным на боковой поверхности внутренней пневмокамеры 3. Диаметр сечения внутренней камеры 3 равен диаметру шарообразных ячеек 6 внешней камеры 1. При подаче сжатого газа пневмоячейки заполняются газом, и при их взаимодействии отражатель принимает форму колеса (см. фиг.1).

Крепежные нитки 8, соединяющие ушки 7 внешней и внутренней пневмокамер, натягиваются. При раскрытии отражателя нитки 8 тянут в радиальном направлении связанное с ними по всему периметру зеркальное полотно 9. При окончательном натяжении ниток зеркальное полотно принимает форму плоского зеркала.

При сборке пленочного отражателя, необходимо отключить от пневмосистемы источник сжатого газа (ИСГ), газ выпустить из пневмосистемы в окружающую среду. Подтягивая крепежные нити 8 и трубки 11 радиальных стоек 2, возможно собрать и свернуть отражатель.

Для раскрытия пленочного отражателя излучения в конструкции на фиг.2 используются тороидальные пневмокамеры 13, 17. Аналогично прототипу внутренняя пневмокамера имеет круглую форму типа велосипедной камеры. С этой камерой через равные дистанции (90^o) соединены механически и пневматически гибкие трубки 14 радиальных стоек 13. Другие концы радиальных трубок соединены также через равные расстояния с трубкой, формирующей концентрическую пневмокамеру 17.

Для раскрытия внешней концентрической пневмокамеры 17 и радиальных стоек 13 в данной конструкции отражателя используются тороидальние пневмокамеры 17 и 13.

Эти камеры наращиваются на гибких трубках 14. Трубки 14 имеют отверстия, которые отдалены друг от друга на расстояние, равное диаметру тороидальных пневмоячеек 13, 17. Отверстия 15 пневматически соединяют внутреннюю полость гибких трубок 14 с внутренними полостями всех тороидальных пневмокамер 13, 17, формирующих радиальные стойки и внешнюю пневмокамеру. При этом тороидальные камеры при заполнении их газом принимают круглую форму. Часть трубки 14, охваченной тороидальной пневмоячейкой, принимает форму прямой. В местах стыка между тороидальными пневмокамерами за счет взаимодействия (отталкивания) пневмоячеек внешняя пневмокамера 17 примет форму круга, а радиальные стойки 13 - форму прямых.

Вся пневмосистема в целом примет форму велосипедного колеса.

Ориентация тороидальных пневмокамер, формирующих внешнюю концентрическую пневмокамеру 17, может быть перпендикулярной плоскости зеркального полотна (фиг.2а) или совпадать с плоскостью зеркального полотна 19 (фиг.2б).

В зависимости от указанного крепления растяжек (ниток) 18 к тороидальным пневмокамерам 17 оно будет разное.

В первом случае растяжки 18 крепятся к тороидальным камерам с двух сторон. Другие концы растяжек крепятся к ушкам 7 внутренней пневмокамеры 3, аналогично фиг.1. При раскрытии внешней пневмокамеры растяжки, закрепленные по всему периметру к зеркальному полотну, тянут его за собой. При необходимости зеркальное полотно 19 может быть натянуто с двух сторон относительно радиальных пневмокамер. Такая необходимость может возникнуть при формировании вогнутых сферических зеркальных поверхностей [2]. Когда ориентация плоскости тороидальных пневмокамер 17 совпадает с плоскостью зеркального полотна 19, крепление растяжек 18 к пневмокамерами 17 осуществляется в одной точке (см. фиг.2б). Для крепления растяжек на тороидальных пневмокамерах 17 могут быть наращены ушки 7, аналогичные тем, что на внутренней камере 3.

В обоих случаях при полном раскрытии пневмокамеры, состоящей из внутренней, внешней пневмокамер и радиальных стоек, зеркальное полотно 19, растянутое со всех сторон растяжками 18, примет форму плоского отражателя (зеркала).

Для раскрытия отражателя излучения, приведенного на фиг.3, в котором используются также тороидальные пневмокамеры, в отличие от фиг.2 чередующиеся четные и нечетные пневмокамеры 25, 26 здесь соединены цепочкой.

Внутренняя пневмокамера 24, аналогично прототипу и варианту по фиг.2, является цельной, типа велосипедной камеры.

Внешняя пневмокамера 22 и радиальные стойки 23 выполнены по одинаковой конструкции. Они состоят из гибких трубок 21, образующих замкнутое концентричекое кольцо внешней пневмокамеры 22 и радиальные стойки 23. Радиальные трубки стыкуются с концентрической трубкой 21 через равные расстояния. В нашем случае через 2πR/4, где R - радиус внешней пневмокамеры. Указанные трубки имеют отверстия, расположенные попарно друг от друга (четные и нечетные пары) на расстоянии, равном ~1/3 диаметра тороидальных пневмокамер. Каждая пара отверстий смещена относительно предыдущей на 90^o в сечении трубок, они находятся в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, пересекающихся по оси шлангов.

Вокруг указанных отверстий на трубках наращиваются тороидальные пневматические камеры (ячейки).

Четные тороидальные камеры 25, наращенные вокруг четных пар отверстий, ориентированы в плоскости, перпендикулярной плоскости ориентации нечетных камер, которые наращены вокруг нечетных отверстий. Таким образом, внутренние полости тороидальных камер 25, 26 через отверстия в трубках пневматически сообщаются с внутренними полостями шлангов 21 и внутренней камеры 24. Таким образом создается единая пневмосистема, которая через вентиль и шланг 30 подключается к источнику сжатого газа (ИСГ). На фиг.3 ИСГ не указан.

При подаче газа в пневмосистему тороидальные пневмокамеры 25, 26 заполняются газом и принимают круглую форму. При этом кусочек трубки, проходящий через диаметрально противоположные точки тора и жестко связанный с ним, принимает форму прямой. Итак, в пределах каждого тора трубка принимает кусочно-прямое направление. Так как участок шланга в пределах (в среднем 1/3) диаметра тороидальной камеры принадлежит одновременно смежным четным 25 и нечетным 26 пневмокамерам, то шланг стремится принимать форму прямой.

Все четыре радиальные стойки 23 примут прямое направление. А форму концентрического замкнутого круга примет трубка внешней пневмокамеры 22. Это связано с тем, что выпрямляющая сила, создаваемая взаимодействием тороидальных пневмокамер 25, 26, распределяется между ними поровну. Меняя расстояние между центрами четных и нечетных тороидальных пневмокамер, подбирая их сечение, материал для трубок и пневмокамер, а также давление газа, возможно в широких пределах регулировать скорость раскрытия и диаметр пленочного отражателя излучения.

При полном раскрытии отражателя пневмосистема примет форму велосипедного колеса (см. фиг.3).

Для крепления растяжек 28 на нечетных тороидальных камерах 26, ориентированных перпендикулярно плоскости зеркального полотна 29, наращиваются крепежные ушки 27. Аналогичные ушки наращиваются также на боковой поверхности внутренней пневмокамеры 24. При этом диаметр сечения внутренней пневмокамеры 24 должен быть равен внешнему диаметру концентрических тороидальных пневмокамер 26. Растяжки 28 должны быть эластичными и по всему периметру должны тянуть к центру и наружу связанное с ними зеркальное полотно 29. Зеркальное полотно, изготовленное также из эластичного материала, при натяжении его эластичными тягами (нитками) принимает форму плоского зеркала.

Для ликвидации вращения нечетных тороидальных пневмокамер концентрического шланга крепежные ушки 27 должны быть наращены на них с двух сторон. В этом случае аналогичные ушки наращиваются на внутренней пневмокамере 24 также с двух боковых сторон. Ушки на тороидальных пневмокамерах внешнего кольца с тыловой стороны соединяются с соответствующими ушками внутренней пневмокамеры. Таким образом, формируется полость из радиальных растяжек, параллельная полости зеркального полотна. При необходимости могут быть натянуты одновременно два зеркальных полотна параллельно друг другу.

Отражатель излучения прямоугольной формы (фиг.4) содержит матрицу 32 из пневматически связанных друг с другом взаимно перпендикулярных гибких трубок. Трубки выполнены из легкого эластичного материала, который легко изгибается и складывается. Трубки имеют отверстия 33, равноудаленные друг от друга на величину размера пневматической ячейки 31. Вокруг каждого отверстия 33 в трубке на ней наращены пневмоячейки 31 в виде параллелограмма (куба). Пневмоячейки выполняются из эластичного материала (например, из резины). Пневмоячейки 31 размещены так, чтобы стенки двух соседних ячеек взаимодействовали друг с другом, т. е. отталкивали. Взаимное давление стенок ячеек приводит к выпрямлению гибких трубок 32. Трубки не должны вытягиваться под давлением газа.

При подаче газа в трубки матрицы 32, стенки пневмоячеек растягиваются и взаимно отталкиваются друг от друга. В результате трубки вытягиваются, и матрица из трубок принимает форму плоскости (см. фиг.4). Пневматические ячейки, расположенные по периметру прямоугольного отражателя, имеют отростки - ушки 35 для крепления растяжек 36 зеркального полотна 37.

При полном раскрытии отражателя зеркальное полотно примет форму плоского прямоугольного зеркала.

Создавая отражатель из четырех прямоугольных секторов, угловое положение которых можно менять независимо друг от друга, возможно создание солнечного паруса для управления космическим аппаратом (КА) без расхода топлива (см. фиг.4).

Для создания отражателей излучения прямоугольной формы (фиг.5) может быть также использован эффект взаимодействия тороидальных пневмоячеек, соединенных цепочкой, аналогично фиг.3.

Создается матрица из взаимно перпендикулярных механически и пневматически связанных друг с другом гибких трубок 41 с периодически повторяющими отверстиями 42. Отверстия в трубках 41 расположены попарно в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, аналогично фиг.3. Вокруг отверстий на трубках наращиваются тороидальные пневмоячейки - пневмокамеры 39, 40. Четные 39 пневмокамеры ориентированы в плоскости, перпендикулярной плоскости чертежа, т.е. зеркального полотна. Ориентация нечетных пневмокамер 40 перпендикулярна ориентации четных камер, т.е. совпадает с плоскостью чертежа (см. фиг.5). Таким образом, создается матрица из взаимно переплетенных цепочек, состоящих из четных 39 и нечетных 40 тороидальных пневмокамер 44.

При подаче газа в полость гибких трубок матрицы 41 тороидальные пневмоячейки 39, 40 заполняются газом. Каждый из них принимает круглую форму тора. Трубки матрицы 41 принимают кусочно-прямую форму в пределах каждого тора.

При этом вся матрица 44 принимает форму плоскости (фиг.5).

На позиции 43 показано соединение гибких трубок матрицы 41 со стенками угловых тороидальных пневмоячеек.

Для крепления растяжек 46 зеркального полотна 47 на боковых поверхностях четных пневмоячеек 39, расположенных по периферии отражателя наращиваются крепежные ушки 45. Эластичные растяжки 46 по всему периметру соединяют зеркальное полотно с отражающим металлическим покрытием с четырехугольной матрицей 44. При полном раскрытии отражателя зеркальное полотно 47 принимает плоскую форму.

Вогнутый пленочный сферический отражатель излучения (см. фиг.6) формируется и раскрывается следующим образом.

Сферический отражатель на фиг. 6 содержит радиальные секционные пневмотрубки 48, размещенные через равные промежутки по площади отражателя. Кроме того, отражатель содержит N концентрических секционных пневмотрубок 49, взаимодействующих друг с другом. Эти пневмотрубки связаны пневматически и взаимодействуют с радиальными секционными пневмотрубками 48. Секционные пневмотрубки 48 и 49 содержат гибкие трубки 50 с отверстиями 51. Эти трубки пневматически связаны друг с другом и сообщаются с источником сжатого газа (ИСГ). Отверстия 51 размещены с одинаковым шагом, определяемым размером ячейки. На трубках 50 наращены пневматические ячейки 52, формы сектора сферической оболочки. Ячейки 52 выполняются из эластичного материала, например из резины.

Стенки пневмоячеек 52 взаимодействуют друг с другом, что приводит к изгибу трубок 50 и соответствующих секционных пневмотрубок 48 и 49. Радиус изгиба определяется углом наклона боковых граней ячеек 52 секторов сферической оболочки. Вследствие того, что длина трубки 50 не зависит от давления газа в них, диаметр сферического зеркала постоянен.

В результате взаимодействия стенок пневматических ячеек 52 в ряду соответствующих концентрических пневмотрубок 49 и между соседними рядами, а также взаимодействие со связанными с ними радиальными пневмотрубками 48, приводит к формированию основы зеркала сферической формы (см. фиг.6).

Для прижатия зеркального полотна 52 к сферической основе отражателя (см. фиг. 6) на основания пневматических ячеек 53 (на основания секторов сферической оболочки) наносится металлическое покрытие 53. Металлическое покрытие наносится на концентрические секционные пневмотрубки 49 так, чтобы концентрические электропроводящие кольца были изолированы друг от друга. Для этого покрытие наносят не на всю основу, а оставляют с двух сторон свободные диэлектрические участки. С двух других сторон пленку напыляют частично и на боковые грани четырехгранной пирамиды. При подаче газа в пневмоячейки 52 в развернутом положении отражателя металлические покрытия соседних ячеек внутри секционной пневмотрубки замыкаются друг с другом и образуют замкнутое электропроводящее кольцо.

Каждое из металлических колец подключается к отдельному источнику регулируемого напряжения 56. Отрицательные клеммы источников регулируемых напряжений соединяются параллельно друг с другом и подключаются к металлическому отражающему слою зеркального полотна 55. В простейшем случае все металлизированные кольца 54 могут быть запараллелены и подключены к положительной клемме источника ЭДС. Меняя величину ЭДС, можно менять радиус кривизны и стрелку прогиба сферического зеркала.

Эластичное зеркальное полотно принимает сферическую форму, величина прогиба и форма поверхности которого зависит от эластичности зеркального полотна и от величин напряжений на концентрических электропроводящих металлических полосках 54.

Отражатель излучения, конструкция которого приведена на фиг.7, отличается тем, что внешнее кольцо 57 и радиальные стойки 58 выполнены в виде полых шариков 60 или колец 63 из легкого материала (например, пластмассы). Шарики или кольца имеют два отверстия 61 с диаметрально противоположных сторон. Шарики (кольца) внешнего кольца 57 нанизаны на трос 62, концы которого пропущены через отверстие 69 узловой ячейки 68 и отверстия шариков одной из радиальных стоек 58. На трос 62 внешнего кольца нанизываются также узловые ячейки 68 в местах стыковки радиальной стойки 58 с внешним кольцом 57. Если общее число шариков внешнего кольца N, узловая ячейка 68 ставится через N/n шариков, где n - число стоек.

На фиг.7 число стоек n равно четырем. Число шариков N должно быть кратным числу n. К узловым ячейкам 68 крепятся концы тросов 62 радиальных стоек 58. Тросы 62 пропускаются через отверстия шариков 60 или колец 63 радиальных стоек и проходят через отверстия во внутреннем кольце 59. Внутреннее кольцо 59 имеет жесткую конструкцию и n отверстий, симметрично размещенных по периметру кольца.

Концы троса 62 внешнего кольца также проходят через отверстие 69 узловой ячейки 68 и отверстие шариков одной из радиальных стоек 58, а далее через одно из отверстий внутреннего кольца 57 (см. фиг.7). При отпущенных концах тросов 62 шарики, которые формируют внешнее кольцо 57 и радиальные стойки 58, можно свободно уложить и упаковать. При вытягивании тросов 62 с помощью узла натяжения и фиксации положения тросов 67 в направлении центра внутреннего кольца шарики принимают форму велосипедного колеса. Шарики внешнего кольца 57 принимают форму круга, а радиальных стоек 58 становятся вдоль прямых, соединяющих отверстия во внутреннем кольце 59 с узловыми ячейками 68, нанизанными на трос внешнего кольца.

Когда отражатель примет форму колеса, необходимо закрепить концы троса 62 и фиксировать положение отражателя. При раскрытии внешнего кольца 57 отражателя шарики 60 тянут за собою растяжки (нитки) 66, соединенные с ушками 65. Они направлены как спицы велосипедного колеса. Крепежные нитки другими концами закреплены с внутренним кольцом 59 через равные промежутки и неподвижно связаны с ним. Для получения плоской зеркальной поверхности необходимо, чтобы расстояние между отверстиями во внутреннем кольце 59 было равно диаметру шариков 60, формирующих внешнее кольцо 57.

При применении колец 63 для крепления тяг 66 в них сверлятся отверстия 61 на расстоянии, равном расстоянию между крепежными отверстиями внутреннего кольца 57.

В этом случае при натяжении крепежные нитки 66 с двух сторон отражателя становятся параллельны друг другу. Внешняя кромка зеркального полотна крепится неподвижно к растяжкам (ниткам) 66. При натяжении крепежных ниток 66 зеркальное полотно принимает форму плоскости. При необходимости зеркальное полотно 55 может быть закреплено к крепежным ниткам с двух сторон. Это позволяет создать две зеркальные плоскости, параллельные друг другу.

Для сборки отражателя необходимо освободить фиксированные концы тросов 62, освободить их концы из отверстий внутреннего кольца 59 и, подтягивая концы радиальных тросов в отдельности, свернуть отражатель.

Для формирования сферического зеркала могут быть использованы отражающий свет ячейки формы сектора сферической оболочки (см. фиг.8). Боковые грани ячеек высверливают и через отверстия в середине боковых граней пропускают параллельно два троса. Концентрические кольца соединяются друг с другом радиальными тросами, пропущенными через отражающие ячейки по всему кругу. Аналогично конструкции, приведенной на фиг.7, концы тросов выводятся через отверстия внутреннего кольца и подключаются к механизму 76 натяжения и фиксации положения тросов.

Этот механизм в определенной последовательности от центра к периферии натягивает тросы 75 концентрических колец 71 и формирует концентрические отражающие кольца. Конструкция ячеек 72 каждого кольца отличается от конструкции ячеек соседнего. По мере возрастания номера кольца число ячеек и их размер возрастает. Радиус кривизны отражающих поверхностей 73, их размеры и конфигурация рассчитываются и изготавливаются так, чтобы при натяжении тросов кольцевые ячейки 72 принимали форму концентричных колец 71, а отражатель в целом принимал форму сектора сферической оболочки, аналогичную фиг. 8. Для взаимной ориентации отдельных ячеек на их боковые грани могут быть нанесены также магнитные пленки. Силовые линии магнитного поля пленок (N-->S) соседних ячеек должны быть ориентированы взаимно перпендикулярно. В этом случае отпадает необходимость в двух кольцевых тросах - достаточен один трос.

Принцип работы данной конструкции отражателя совпадает с принципом работы отражателя по фиг.7, изложенным выше.

Отражатель излучения, конструкция которого приведена на фиг.8, функционирует следующим образом. Концентрические кольца 71, образующие сферическую поверхность отражателя, формируются из ячеек формы сектора сферической оболочки 72. Верхняя грань (отражающая поверхность) имеет полусферическую форму поверхности заданного радиуса кривизны, на которую наносится отражающее металлическое покрытие 73. Все ячейки 72, образующие N-e концентрическое кольцо 71, имеют одинаковую конструкцию и размер. По мере удаления от центра отражателя с возрастанием N число ячеек в концентрическом кольце 71 возрастает, конструкция ячеек также меняется. Меняются радиусы кривизны внутренней и внешней граней ячеек 72 между кольцами, а также углы между боковыми гранями ячеек.

Конструкция ячеек, образующих каждое из концентрических колец 71, должна быть заранее рассчитана. При сборке N-го концентрического кольца сферического отражателя оно должно образовать кольцо сферической оболочки, вырезаемое конусами с телесными углами α₁ и α₂.
Для ориентации ячеек 72 относительно друг друга и формирования замкнутого кольца сферической поверхности 71 используются два троса, которые пропускают через отверстия 74, проходящие через середины противоположных плоских граней. Тросы 75 при натяжении становятся параллельны друг другу и прижимают ячейки 72 плоскими гранями друг к другу. Концы тросов 75 через специальные блочки 78, вмонтированные внутри узловых ячеек 77, вытягиваются в радиальном направлении с помощью механизма 76 натяжения и фиксации положения тросов. После замыкания концов тросов 75 в окружности они пропускаются через блочки 78, вращающиеся вокруг осей 79.

Блочки 78 вмонтированы внутри узловых ячеек. После блочков концы тросов пропускаются через радиальные отверстия 74а в ячейках 72. После прохождения через отверстия ячейки центрального концентрического кольца концы тросов соединяются с механизмом 76 натяжения и фиксации положения тросов.

Этот механизм обеспечивает натяжение каждого из двух тросов с двух концов и фиксацию их положения в натянутом состоянии. При этом сборка и формирование сферического зеркала начинается от центрального кольца 71, и последовательно наращиваются кольца от центра к периферии. Кроме того, радиальные отверстия ячеек 74а, через которые проходят концы тросов, затягивающих разные концентрические кольца, смещены относительно друг друга и равномерно размещены по окружности отражателя.

Это приводит к тому, что тросы 75 при своем натяжении формируют не только концентрические сферические кольца 71, но и связывают их друг с другом. В результате формируется сферический отражатель из подогнанных друг к другу ячеек 72 не только внутри каждого концентрического кольца, но и смежных колец. Точность подгонки определяется зазором между тросом и стенкой отверстий 74 и 74а в ячейке. Для более точной подгонки ячеек 72 друг к другу в смежных гранях ячеек могут быть отлиты конические (или шарообразные) выступы и впадины. Два выступа и соответствующие им впадины на смежных гранях ячеек приводят к точной их взаимной ориентации и к получению сферической поверхности высокой точности и качества.

Механизм 76 натяжения и фиксации положения тросов по очереди вытягивает оба конца тросов 75, формирующих концентрические кольца 71. При полном натяжении обоих тросов концентрическое кольцо 71 принимает форму круга. В таком положении концы их крепятся так, чтобы тросы остались в натянутом состоянии.

После натяжения всех тросов концентрические кольца 71 образуют единую конструкцию со сферической вогнутой зеркальной поверхностью. При соответствующей конструкции отражающих ячеек 72 могут быть получены плоские или поверхности формы параболического цилиндра.

Данная конструкция отражателя позволяет получить любые радиусы кривизны и формы сферических поверхностей или параболического цилиндра. Ячейки, формирующие отражатель, могут быть из любого материала - кварца, стекла, пластмассы, покрытые отражающим металлическим слоем и т.д.

Отражатель излучения на фиг.9 содержит только одну внешнюю пневмокамеру 80. Камера состоит из гибкой трубки, на которой наращены четные и нечетные тороидальные пневмоячейки 81, 82. Они размещены так, что образуют цепь взаимоохваченных тороидальных пневмокамер. При этом четные пневмокамеры 81 ориентированы в одной плоскости, а нечетные 82 - в плоскости, перпендикулярной первой. Кроме того, один и тот же участок гибкого шланга размером ~1/3 внутреннего диаметра тора принадлежит одновременно двум соседним пневмоячейкам. Шланг с пневмоячейками 81, 82 образует замкнутую пневмосистему. Она подключается к источнику сжатого газа (ИСГ). При подаче газа тороидальные пневмоячейки 81, 82 принимают форму велосипедной камеры и вытягивают гибкий шланг, связанный с ними в диаметрально противоположных точках.

Так как часть шланга размером, равным 1/3 внутреннему диаметру тороидальной пневмоячейки, принадлежит одновременно двум соседним пневмоячейкам, то замкнутая внешняя камера принимает круглую форму с кусочно-прямыми участками. Это вызвано тем, что выпрямляющая сила, действующая на гибкий шланг с пневмоячейками, будет распределяться на все пневмоячейки внешней камеры равномерно.

Для крепления растяжек 84 с двух сторон на диаметрально противоположных точках тороидальных пневмоячеек, ориентированных в плоскостях, перпендикулярных плоскости зеркального полотна, наращиваются крепежные ушки 83.

С помощью растяжек 84 с одной стороны внешней пневмокамеры 80 крепится первое зеркальное полотно 85, а с другой - второе зеркальное полотно 86.

При этом на второе зеркальное полотно напыляется металлическое покрытие в виде концентрических колец, изолированных друг от друга. Относительно зеркального отражающего металлического слоя первого полотна 85 к электропроводящим кольцам 87 второго зеркального полотна подключаются клеммы различных источников регулируемого напряжения 88.

Под действием электростатических сил эластичные зеркальные полотна 85, 86, установленные параллельно друг другу, притягиваются друг к другу. При этом они принимают сферическую форму поверхности. Для изменения конфигурации сферической поверхности к кольцам 87 прикладываются разные напряжения. Подбирая материал для зеркальных полотен 85, 86, меняя ширину электропроводящих колец 87 и расстояние между ними, а также величины напряжений на кольцах, возможно регулировать и достичь необходимые радиус кривизны и форму сферической поверхности отражателя излучения.

Для изменения ориентации внешняя пневмокамера 80 устанавливается неподвижно на устройстве для ориентации отражателя 89. Это устройство обеспечивает поворот раскрытого отражателя вокруг осей 90 OX, OY по углам ±α, ±β. В невесомости и космическом вакууме устройство ориентации легко может управлять ориентацией крупногабаритного пленочного отражателя.

На фиг.10 приведена конструкция прямоугольного отражателя излучения, для раскрытия которого используются также тороидальные пневмокамеры.

Прямоугольный плоский отражатель (см. фиг.10а) состоит из четырех секций 91 I, II, III и IV. Каждая из секций ориентируется независимо друг от друга с помощью соответствующих устройств 92 для ориентации. Все секции имеют одинаковую конструкцию. Внешний контур 94 секции имеет прямоугольную форму и состоит из четырех узловых ячеек 93 и прямых сторон. Узловые ячейки и прямолинейные стороны формируются из четных 95 и нечетных 96 тороидальных пневмокамер, наращенных на гибкой трубке в виде цепочки, аналогично фиг.9.

Из-за конструкции узловых ячеек 93 пневмокамеры, формирующие контур прямоугольного отражателя, становятся вдоль четырех сторон, взаимно перпендикулярных друг другу.

При подаче сжатого газа контур принимает прямоугольную форму. На пневмоячейках, ориентированных перпендикулярно плоскости зеркального полотна 99, с двух сторон наращиваются крепежные ушки 97. К ушкам крепятся растяжки 98, с помощью которых устанавливаются первое и второе зеркальные полотна параллельно друг другу.

На второе зеркальное полотно 100 металлическое электропроводящее покрытие наносится в виде параллельных прямолинейных полос 101, изолированных друг от друга.

Эти полосы подключаются к различным источникам регулируемого напряжения 102 относительно металлического отражателя слоя первого зеркального полотна 99.

При подаче напряжения на металлические полоски 101 эластичные зеркальные полотна 99, 100 под действием электростатических сил принимают форму параболического цилиндра. Меняя материал зеркальных полотен, ширину полос, их количество и расположение, а также величины напряжений на них, можно менять радиус кривизны и форму параболического зеркала.

На фиг.11 приведена конструкция прямоугольного отражателя излучения, где вместо внешней пневмокамеры (фиг.3) используется эластичный трос.

Внутренняя пневмокамера 103 и выдвижные радиальные стойки выполнены на тороидальных пневмоячейках 104 аналогично конструкциям на фиг.3, 10.

Выдвижные радиальные стойки при подаче сжатого газа вытягиваются и тянут за собою закрепленный к внешним концам стоек эластичный трос 105.

Крепежные ушки 106 служат для соединения радиальных стоек 104 с эластичным тросом 105.

Направление, в котором выдвигается радиальная стойка, определяется положением (ориентацией) первой тороидальной пневмокамеры, связанной механически и пневматически с внутренней пневмокамерой 103.

К эластичному тросу 105 по всему периметру с помощью подтяжек 107 крепится зеркальное полотно 108. При полном раскрытии отражателя зеркальное полотно принимает плоскую форму.

Отражатель излучения, представленный на фиг.12, функционирует следующим образом.

Отражатель излучения по фиг.12 отличается от отражателя на фиг.3 тем, что радиальные стойки 111 и внешняя пневмокамера 110 имеют другую конструкцию. В них нет гибких радиальных и концентрического шлангов. Тороидальные пневмокамеры 112, формирующие радиальные стойки и внешнюю пневмокамеру, механически закреплены друг с другом с помощью соединительных втулок 113. Втулки могут быть выполнены из пластмассы или резины. Нагревом и механическим давлением втулки могут быть закольцованы с двух сторон и образуют надежное механическое соединение между соседними тороидальными пневмоячейками. Они имеют отверстия, с помощью которых ячейки пневматически соединяются друг с другом и образуют единую пневмосистему.

Механическое соединение соседних тороидальных пневмокамер может быть осуществлено с помощью клея. Только перед склейкой в пневмоячейках должны быть проделаны отверстия для пневматической связи между внутренними полостями тороидальных пневмокамер 112.

По сравнению с конструкцией на фиг.3, данная конструкция отражателя более технологична, имеет меньший вес и потому более экономична.

При подаче в пневмосистему сжатого газа от источника сжатого газа (ИСГ) тороидальные пневмоячейки принимают круглую форму тора. Взаимодействие тороидальных пневмоячеек 112, формирующих радиальные стойки 111 и внешнюю пневмокамеру 110, друг с другом приводит к тому, что пневмосистема примет форму велосипедного колеса (см. фиг.12).

На тороидальных пневмокамерах 112, формирующих внешнюю пневмокамеру 112, а также по внешнему периметру внутренней пневмокамеры 109 наращены крепежные ушки 115. К этим ушкам с помощью эластичных тонких растяжек 116 крепится зеркальное полотно 114.

Диаметр сечения внутренней пневмокамеры 110 должен быть равен внешнему диметру тора 112. При этом натянутое зеркальное полотно 114 становится параллельно плоскости, в которой ориентированы центры тороидальных пневмокамер 112, формирующих радиальные стойки 111 и внешнюю пневмокамеру 110 отражателя.

При необходимости формирования сферических пленочных зеркальных поверхностей крепежные ушки 115 наращиваются на тороидальных пневмокамерах 110, формирующих внешнюю пневмокамеру 110, а также на внутренней пневмокамере 109 с двух сторон, аналогично фиг.9.

Для ограничения диаметра отражателя при использовании шарообразных пневматических ячеек по окружности и по радиальным стойкам через отверстия пневмоячеек можно пропустить тонкую прочную нитку (например, капроновую). Это приведет к тому, что тороидальные пневмокамеры примут форму эллипса, а шарообразные ячейки - сплющенную форму.

Прямоугольный отражатель излучения на фиг.13 функционирует следующим образом. Этот отражатель отличается от конструкции на фиг.10 тем, что для его раскрытия используются силы непосредственного взаимодействия тороидальных пневмокамер 116 или шарообразных пневмоячеек друг с другом (см. фиг. 12).

Последняя конструкция не содержит в себе гибкий шланг в отличие от конструкций на фиг.1 и 2.

Тороидальные пневмокамеры 116 или шарообразные пневмоячейки 122 соединяются друг с другом с помощью втулок 118. Отверстия во втулках обеспечивают пневматическую связь между ячейками.

Узловые ячейки 117 обеспечивают соединение под прямым углом двух смежных сторон прямоугольного отражателя.

При подаче газа в пневмосистему взаимодействие тороидальных пневмокамер 116 или шарообразных пневмоячеек 122 приводит к тому, что пневмосистема примет прямоугольную форму (см. фиг.13). На диаметрально противоположных сторонах тороидальных пневмокамер и шарообразных пневмоячеек наращиваются (или наклеиваются) крепежные ушки 119.

К этим ушкам с помощью растяжек 120 крепится зеркальное полотно 121. Зеркальное полотно 121 может быть закреплено с одной (фиг.13) или с двух сторон (см. фиг.10). При полном раскрытии отражателя зеркальное полотно 121 принимает форму плоского зеркала.

Для получения зеркальных поверхностей параболической формы, аналогично фиг. 10, зеркальные полотна крепятся к прямоугольному контуру только с двух сторон. Подавая напряжения на зеркальные полотна с помощью электростатических сил, можно получить зеркальные поверхности параболической формы (см. фиг.10).

Поверхность шара радиусом R равна S_ш= 4πR², а поверхность тора того же внешнего радиуса R равна S_т= 4π²r(R-r), где r - радиус сечения тора.

Отношение

Одновременно уменьшается и объем сжатого газа, необходимый для раскрытия отражателя. При вышеуказанных обозначениях и размерах торов и шарообразной пневмоячейки отношение объемов можно определить следующим образом:

Конструкция тороидальных пневмоячеек должна быть технологичной. Должно быть предусмотрено наращивание внешнего кольца и радиальных стоек из отдельных ячеек (см. фиг.13а) и их стыковка.

Узловые ячейки (13б) позволяют стыковать тороидальные пневмокамеры под прямым углом. Ячейки, где стыкуются радиальные стойки с концентрической внешней камерой, имеют три отверстия (см. фиг.13в) для пневматического соединения радиальных стоек с внешней камерой.

Соединение тороидальных пневмоячеек друг с другом осуществляется с помощью клея. Клей обеспечивает необходимую механическую прочность стыковочного узла и его герметичность.

Три разновидности (фиг.13а, б, в) пневмоячеек обеспечивают все необходимые соединения между ними при формировании отражателя излучения круглой и прямоугольной формы (см. фиг.12, 13).

По принципу создания радиальных стоек может быть создана "рука" пространственного космического манипулятора (робота).

Отражатели излучения, раскрытие которых осуществляется изложенными выше способами, могут быть использованы в качестве солнечных парусов космических аппаратов, в качестве пассивных отражателей для космической радиотелефонной, телевизионной связи, для концентрации солнечных лучей и наведения их на наземные и воздушные цели противника с целью их уничтожения.

Аналогично прототипу [2], предлагаемый регулируемый отражатель излучения может быть использован в системах освещения городов в ночное время, а также для создания больших солнечных парусов. Управляя ориентацией паруса, можно вывести КК на более высокую орбиту. Достаточно вывести КК на самую низкую орбиту, а затем с помощью управляемого солнечного паруса КК вывести на геостационарную орбиту. Солнечный парус может быть использован для запуска межпланетных кораблей или для отправки КК в другие галактики.

На земле такие отражатели могут быть использованы для повышения КПД солнечных батарей электрической энергии, для нагрева воды и т.д.

Источники информации
1. Проект "Знамя" РКК "Энергия".

2. Амиров С. Д. , Алиев А.С. Система для подсвета объекта. Решение на выдачу патента по заявке 99111394, МПК 7 G 01 S 17/66.

Реферат

Изобретение относится к технике космической связи. Техническим результатом является создание сферических отражающих поверхностей малого радиуса кривизны и отражающих поверхностей прямоугольной формы, которые при необходимости могут быть свернуты. Сущность изобретения заключается в размещении отражающих поверхностей на свертываемых каркасах, выполненных, например, в виде взаимодействующих между собой, например, шариков или колец, размещенных на пневмотрубках или тросах. 11 с. и 2 з.п.ф-лы, 13 ил.

Формула