Параболический трансформируемый рефлектор для платформы CubeSat
Автор: З.А. Казанцев, А.М. Ерошенко, И.В. Уваев, А.В. Лопатин
Журнал: Космические аппараты и технологии.
Рубрика: Ракетно-космическая техника
Статья в выпуске: 2, 2020 года.
Бесплатный доступ
Платформа CubeSat используется для создания малых космических аппаратов. Неотъемлемой частью космического аппарата являются антенны для передачи сигналов между ним и абонентами. В зависимости от назначения полезной нагрузки на космический аппарат могут быть установлены антенны различных конфигураций. В космических аппаратах на базе платформы CubeSat используются антенны с раскрывающимся рефлектором. К конструкции рефлектора предъявляются следующие требования: небольшой объем в сложенном положении, максимальная апертура отражающей поверхности в рабочем положении, обеспечение требуемых точностных характеристик отражающей поверхности, простота механизма раскрытия и незначительная масса. Использование гибких шарнирных соединений в конструкции антенны позволяет создать надежный механизм раскрытия, обеспечить необходимую жесткость конструкции и небольшую массу. В статье предложена конструкция трансформируемого параболического рефлектора для космического аппарата на платформе CubeSat. Основным силовым элементом рефлектора является тонкостенная торовая оболочка с механизмом раскрытия в виде гибких шарниров. Проведен геометрический анализ для определения конфигурации рефлектора в сложенном положении. Выполнен модальный анализ для подтверждения необходимой жесткости. По результатам анализов были выбраны характеристики конструкции, которые удовлетворяют условию минимума массы. Разработан технологический процесс изготовления рефлектора, с помощью которого создан макет конструкции. Выполнены испытания рефлектора, заключающиеся в трансформации конструкции из рабочего положения в транспортировочное и обратно. Макет продемонстрировал возможность создания летных образцов рефлекторов, трансформируемым элементом которых является тонкостенная торовая оболочка с гибкими шарнирами.
Трансформируемая антенна, гибкое шарнирное соединение, сверхлегкий космический аппарат, механический анализ, торовый обод
Короткий адрес: https://sciup.org/14117436
IDR: 14117436 | УДК: 629.78 | DOI: 10.26732/j.st.2020.2.03
Parabolic transformable reflector for CubeSat platform
CubeSat platform is used for creating small spacecrafts. Antennas for transmission of signals between the spacecraft and subscribers are inalienable parts of it. Different antenna configurations may be installed on a spacecraft depending on functions of their payload. Spacecrafts based on the CubeSat platform are equipped with transformable antennas with a drop-down reflector. There are several requirement to the construction of the reflector designed for operating via the CubSat platform: small volume in folded state; maximal aperture of a parabolic reflective surface in working position; ensuring the required accuracy characteristics of the reflective surface; simplicity of the opening mechanism and low weight. Usage of flexible swivel joints in the design of the antenna allows to create a simple and reliable opening mechanism and to provide the necessary rigidity of the structure and a small mass of the reflector. The paper proposes a new design of a transformable parabolic reflector for a spacecraft on the CubeSat platform. The main power element is a thin-walled torus shell with a reflector opening mechanism in the form of flexible hinges. A geometric analysis was carried out to determine the configuration of the reflector in the folded position. Modal analysis was completed to confirm that the required stiffness was achieved. Based on the analysis results, the design characteristics of the structure were selected that satisfy the condition of the minimum mass of the reflector. A technological process for manufacturing a reflector was developed, with the help of which the model of the structure was made. Reflector tests which were the transformation of the structure from the working position to the transport position and vice versa were carried out. The produced layout demonstrated the possibility of creating flight reflectors, the transform.
Список литературы Параболический трансформируемый рефлектор для платформы CubeSat
- Peral E., Imken T., Sauder J., Statham Sh., Tanelli S., Price D., Chahat N. RainCube, a Ka-band precipitation radar in a 6U CubeSat // Proc. 31st Annu. AIAA/USU Conf. Small Satellites (SSC), Logan, UT, USA, Aug. 2017. [Электронный ресурс]. URL: https://digitalcommons.usu.edu/smallsat/2017/all2017/80/ (дата обращения: 23.07.2020).
- OrigamiSat-1 (FO 98, Fuji-OSCAR 98) ORIGAMI (Organization of research Group on Advanced deployable Membrane structures for Innovative space science) PROJECT. [Электронный ресурс]. URL: http://www.origami.titech.ac.jp (дата обращения: 23.07.2020).
- Hodges R., Shah B., Muthulingham D., Freeman T. ISARA – Integrated Solar Array and Reflectarray Mission Overview // Proc. 27st Annu. AIAA/USU Conf. Small Satellites, Logan, UT, USA, Aug. 2013.
- Chahat N., Sauder J., Hodges R. E., Thomson M., Rahmat-Samii Y. The deep-space network telecommunication CubeSat antenna: Using the deployable Ka-band mesh reflector antenna // IEEE Antennas Propag. Mag., 2017, vol. 59, no. 2, pp. 31–38.
- Hodges R. E., Chahat N., Hoppe D. J., Vacchione J. D. The Mars Cube One deployable high gain antenna // IEEE International Symposium on Antennas and Propagation, California Inst. Technology, USA, INSPEC Accession Number: 16411829, Oct. 2016.
- Babuscia A., Choi T., Sauder J., Chandra A., Thangavelautham J., Inflatable antenna for CubeSats: Development of the X-band prototype // Proc. IEEE Aerosp. Conf., Big Sky, MT, USA, Mar. 2016, pp. 1–11.
- Warren P. A., Steinbeck J. W., Minelli R. J., Mueller C. Large deployable S-band antenna for a 6U Cube Sat // Proc. 29th Annu. American Inst. Aeronautics and Astronautics/Utah State University Conf. Small Sattelites, 2015, pp. 1–7.
- Bolton S., Doty D. Compact Deployable Antenna for CubeSat Units // Mechanical Engineering Department, California Polytechnic State University, San Luis Obispo, USA, 2014-2015, pp. 1–125.
- Лопатин А. В., Казанцев З. А., Масловская А. М. Параболический трансформируемый рефлектор. Пат. № 183908, Российская Федерация, 2018, бюл. № 28.
- Лопатин А. В., Казанцев З. А., Масловская А. М. Параболический прямофокусный рефлектор. Пат. № 190518, Российская Федерация, 2019, бюл. № 19.
- Чеботарев В. Е., Косенко В. Е. Основы проектирования космических аппаратов информационного обеспечения : учеб. пособие ; Сиб. гос. аэрокосм. ун-т, Красноярск, 2011. 488 с.
- Михайлин Ю. А. Специальные полимерные композиционные материалы. СПб. : Научные основы и технологии, 2009. 664 с.
