RU2698960C1

RU2698960C1 - Inflatable antenna for spacecrafts

Info

Publication number: RU2698960C1
Application number: RU2018147730A
Authority: RU
Inventors: Олег Константинович Гаришин; Александр Львович Свистков; Владимир Васильевич Шадрин
Priority date: 2018-12-28
Filing date: 2018-12-28
Publication date: 2019-09-02

Abstract

FIELD: antenna equipment.SUBSTANCE: invention relates to designs of inflatable antennae used in space satellites. Proposed inflatable antenna comprises polymer shell consisting of transmitting and reflecting radio wave parts, and patch-antenna is equipped with frame from prepreg having two-sided metal coating. Frame is attached to the shell and when the aerial is inflated in open space it assumes working position.EFFECT: disclosed invention makes it possible to preserve operability of antenna in absence of internal pressure in antenna cover.1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к конструкции надувных антенн для космических аппаратов для связи с Землей.The invention relates to the construction of inflatable antennas for spacecraft for communication with the Earth.

Известны надувные антенны для космических спутников, которые состоят из полимерной оболочки, металлизированной на рабочей части отражателя радиоволн, которая разворачивается в космическом пространстве путем надува газом (Xu Y., Fu-ling G. Structure design and mechanical measurement of inflatable antenna \\ Acta Astronautica. Elsevier, 2012. V. 76. P. 13-25; A. Babuscia, M. Van de Loo, Q.J. Wei, S. Pan, S. Mohan, S. Seager, Ieee, Inflatable antenna for CubeSat: fabrication, deployment and results of experimental tests, in 2014 IEEE Aerospace Conference)Inflatable antennas for space satellites are known, which consist of a polymer shell metallized on the working part of a radio wave reflector, which is deployed in space by gas inflating (Xu Y., Fu-ling G. Structure design and mechanical measurement of inflatable antenna \\ Acta Astronautica Elsevier, 2012. V. 76. P. 13-25; A. Babuscia, M. Van de Loo, QJ Wei, S. Pan, S. Mohan, S. Seager, Ieee, Inflatable antenna for CubeSat: fabrication, deployment and results of experimental tests, in 2014 IEEE Aerospace Conference)

Такая конструкция антенны имеет недостаток - необходимость постоянно подкачивать газ для сохранения геометрии надувной антенны, которая меняется вследствие диффузии газа через оболочку, улетучивания газа в космос вследствие пробоя надувной антенны частицами пыли, двигающимися с космическими скоростями, микрометеоритами, выхода газа через возможные зазоры в месте крепления антенны к корпусу.This antenna design has a drawback - the need to constantly pump gas to maintain the geometry of the inflatable antenna, which changes due to gas diffusion through the shell, gas escaping into space due to breakdown of the inflatable antenna by dust particles moving at space speeds, micrometeorites, gas escape through possible gaps at the attachment point antennas to the case.

Известна конструкция антенны, в которой надувная оболочка выполнена полностью из препрега и имеет металлическое покрытие (Евлампиева С.Е., Беляев А.Ю., Мальцев М.С., Свистков А.Л. Анализ температурного режима отверждаемых надувных элементов антенн наноспутников // Механика композиционных материалов и конструкций. Москва: Институт прикладной механики РАН, 2017. Т. 23, №4, С. 459-469).A known antenna design in which the inflatable shell is made entirely of prepreg and has a metal coating (Evlampieva S.E., Belyaev A.Yu., Maltsev MS, Svistkov A.L. Analysis of the temperature regime of curable inflatable elements of the antennas of nanosatellites // Mechanics of Composite Materials and Structures, Moscow: Institute of Applied Mechanics, Russian Academy of Sciences, 2017.V. 23, No. 4, P. 459-469).

Недостатком этой конструкции является большой вес, что делает затруднительным ее применение в космосе.The disadvantage of this design is the large weight, which makes it difficult to use it in space.

Кроме того, недостатком является прилипание неотвержденного препрега в сложенном состоянии, что осложняет правильное развертывание антенны.In addition, the disadvantage is the adhesion of the uncured prepreg when folded, which complicates the proper deployment of the antenna.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому устройству, выбранным в качестве прототипа, является надувная антенна в виде полимерной оболочки, которая развертывается из спутника путем надува ее газом (Babuscia A., Corbin B., Knappa M., Jensen-Clemb R., Van de Loo M, Seagera S. Inflatable antenna for cubesats: Motivation for development and antenna design // Acta Astronautica. Elsevier, 2013. V. 91. P. 322-332). Одна половина оболочки является проницаемой для радиоволн, другая металлизирована и отражает радиоволны, имеет поверхность формы параболоида вращения. В центре проницаемой оболочки устанавливается патч-антенна, которая находится в фокусе отражательной поверхности параболоида. Рабочую отражающую часть антенны изготавливают с помощью специальной выкройки и склеивают, затем наносят радиоотражающее покрытие.The closest analogue to the proposed device, selected as a prototype, is an inflatable antenna in the form of a polymer shell, which is deployed from the satellite by inflating it with gas (Babuscia A., Corbin B., Knappa M., Jensen-Clemb R., Van de Loo M, Seagera S. Inflatable antenna for cubesats: Motivation for development and antenna design // Acta Astronautica. Elsevier, 2013. V. 91. P. 322-332). One half of the shell is permeable to radio waves, the other is metallized and reflects radio waves, has a paraboloid-shaped surface of revolution. A patch antenna is installed in the center of the permeable shell, which is in the focus of the reflective surface of the paraboloid. The working reflective part of the antenna is made using a special pattern and glued, then a radio-reflective coating is applied.

Недостатком прототипа является потеря требуемой геометрической формы антенны из-за улетучивания газа из оболочки в космическое пространство по вышеописанным причинам.The disadvantage of the prototype is the loss of the required geometric shape of the antenna due to the escape of gas from the shell into space for the above reasons.

Задачами изобретения являются сохранение геометрической формы антенны во время ее эксплуатации, снижение веса конструкции и свободное развертывание антенны из сложенного состояния в рабочее.The objectives of the invention are to preserve the geometric shape of the antenna during its operation, reducing the weight of the structure and free deployment of the antenna from the folded state to the working one.

Поставленные задачи решаются с помощью надувной антенны для космических аппаратов, содержащей полимерную оболочку, состоящую из пропускающей и отражающей радиоволны частей, последняя выполнена в форме параболоида вращения, патч-антенну, расположенную в фокусе параболоида вращения, и каркас из препрега, имеющий тонкое двустороннее металлическое покрытие, присоединенный к оболочке снаружи.The tasks are solved using an inflatable antenna for spacecraft containing a polymer shell consisting of transmitting and reflecting radio waves of the parts, the latter is made in the form of a paraboloid of rotation, a patch antenna located in the focus of the paraboloid of rotation, and a prepreg frame having a thin two-sided metal coating attached to the shell outside.

Отличительной особенностью предлагаемого устройства является каркас из препрега, имеющий тонкое двустороннее металлическое покрытие, присоединенный к оболочке снаружи.A distinctive feature of the proposed device is a prepreg frame having a thin two-sided metal coating attached to the shell from the outside.

Сущность изобретения иллюстрируется фиг. 1, где представлена космическая антенна в развернутом (надутом) состоянии.The invention is illustrated in FIG. 1, where a space antenna is shown in an expanded (inflated) state.

Надувная антенна содержит полимерную оболочку, состоящую из двух частей 1, 2, герметично соединенных друг с другом. Часть 1 изготовлена проницаемой для радиоволн, часть 2 имеет металлическое покрытие, например, напыление, которое отражает радиоволны. Часть 2 изготовлена в форме параболоида вращения, в фокусе которого установлена патч-антенна 3. Полимерная оболочка прикреплена к отверждаемому каркасу из препрега 4, имеющему тонкое двустороннее металлическое покрытие.The inflatable antenna contains a polymer shell, consisting of two parts 1, 2, hermetically connected to each other. Part 1 is made permeable to radio waves, part 2 has a metal coating, for example, sputtering, which reflects radio waves. Part 2 is made in the form of a paraboloid of revolution, in the focus of which a patch antenna 3 is installed. The polymer shell is attached to the curable frame of prepreg 4 having a thin double-sided metal coating.

Антенна выводится на орбиту в сложенном виде и разворачивается в рабочее положение путем надувания газом оболочки антенны, состоящей из частей 1, 2. При этом каркас антенны 4 находится в мягком состоянии и разворачивается вместе с оболочкой антенны.The antenna is put into orbit in a folded form and is deployed into position by gas inflating the antenna shell, consisting of parts 1, 2. In this case, the antenna frame 4 is in a soft state and is deployed with the antenna shell.

Патч-антенна 3, находящаяся в фокусе отражательной поверхности части 2, начинает передавать либо принимать информацию от внешнего приемника-передатчика, находящегося на Земле либо в космосе сразу после развертывания надувной антенны.Patch antenna 3, located at the focus of the reflecting surface of part 2, begins to transmit or receive information from an external receiver-transmitter located on Earth or in space immediately after the deployment of the inflatable antenna.

Позже происходит отверждение каркаса 4 путем нагрева внутренними источниками тепла или путем нагрева солнечными лучами и излучением от Земли.Later, the casing 4 is cured by heating with internal heat sources or by heating with sunlight and radiation from the Earth.

Для достижения температуры отверждения препрега от излучения Солнца и Земли на наружную и внутреннюю сторону каркаса наносится тонкое металлическое покрытие, которое также помогает исключить прилипание неотвержденного препрега к оболочке антенны во время транспортировки и разворачивания ее под действием внутреннего давления газа.To achieve the curing temperature of the prepreg from the radiation of the Sun and the Earth, a thin metal coating is applied to the outer and inner sides of the frame, which also helps to prevent adhesion of the uncured prepreg to the antenna shell during transportation and unfolding under the influence of internal gas pressure.

После отверждения каркас антенны становится жестким и сохраняет форму рабочей поверхности антенны при улетучивании газа из оболочки из-за его диффузии или нарушения герметичности космической пылью и микрометеоритами.After curing, the antenna frame becomes rigid and retains the shape of the antenna’s working surface when gas escapes from the shell due to its diffusion or leakage due to cosmic dust and micrometeorites.

Claims

An inflatable antenna for spacecraft containing a polymer shell consisting of transmitting and reflecting radio waves of the parts, the latter is made in the form of a paraboloid of rotation, and a patch antenna located in the focus of the paraboloid of rotation, characterized in that it contains a prepreg frame having a thin double-sided metal coating attached to the shell outside.