УСТРОЙСТВО РАЗВЕРТЫВАНИЯ И СВЕРТЫВАНИЯ ГИБКОЙ КОНСТРУКЦИИ, ГИБКАЯ РАЗВЕРТЫВАЕМАЯ КОНСТРУКЦИЯ И СПУТНИК, ОБОРУДОВАННЫЕ ТАКИМ УСТРОЙСТВОМ

Настоящее изобретение относится к устройству развертывания и свертывания гибкой конструкции, к гибкой развертываемой конструкции и к спутнику, оборудованным таким устройством. В частности, оно находит свое применение в области космического оборудования для спутников, такого как антенны, солнечные генераторы, тепловые экраны, дефлекторы или телескопы.

Конструкции, развертываемые в пространстве, например, типа солнечного генератора, обычно состоят из жестких панелей, шарнирно соединенных между собой, причем в положении хранения эти панели сложены в штабеля одни на другие. Преимуществом этих конструкций является контролируемая кинематика, но их недостатком являются большая поверхностная плотность и большая инерция. Кроме того, в положении хранения жесткие конструкции занимают много места под обтекателем ракеты-носителя. Поскольку пространство, выделенное для развертываемых конструкций под обтекателем ракеты-носителя, является ограниченным, необходимо уменьшить габариты этих развертываемых конструкций в положении хранения таким образом, чтобы их площадь была оптимальной в развернутом положении.

Существуют плоские гибкие развертываемые конструкции, содержащие гибкое полотно и рулетки (на английском языке: tape-spring), закрепленные на одной и той же плоскости полотна. В положении хранения полотно и рулетки намотаны вокруг стержня. Развертывание гибкой плоской конструкции происходит автономно за счет спонтанного разматывания рулеток во время свободного вращения стержня.

Действительно, как показано на фиг. 1а, 1b, 1с, рулетки, известные в области космического оборудования, представляют собой гибкие ленты, имеющие сечение в виде дуги окружности, радиус кривизны которой является выпуклым на первой стороне и вогнутым на второй стороне, причем эти ленты выполнены с возможностью перехода из смотанного состояния в размотанное состояние в основном за счет их собственной энергии упругости. Таким образом, рулетки обладают естественной тенденцией к развертыванию и стремятся оказаться в своем размотанном состоянии. Если попытаться принудительно их свернуть, они стремятся сворачиваться с радиусом, по существу равным их поперечному радиусу кривизны R. Следовательно, необходимо слабое внешнее усилие, чтобы удерживать их намотанными в этом виде. Вместе с тем, если действие этого усилия внезапно прекратить, развертывание станет стремительным и неконтролируемым, то есть вся рулетка может стремиться к распрямлению одновременно по всей своей длине, что может привести к повреждению гибкого полотна, на котором она закреплена, или находящихся рядом элементов. Таким образом, классические рулетки характеризуются трудностью с точки зрения контроля за их развертыванием. Кроме того, рулетки обладают неодинаковой жесткостью на своих двух сторонах 101, 102, выпуклой и вогнутой, поскольку их выпуклая сторона 101 является гибкой, тогда как их вогнутая сторона 102 является жесткой. Следовательно, в размотанном положении при малейшем усилии, показанном стрелкой на фиг. 1а, приложенном к выпуклой стороне 101 рулетки, последняя будет стремиться прогнуться, тогда как усилие, прикладываемое к вогнутой стороне 102, не будет иметь никакого эффекта, что создает проблемы устойчивости гибкой конструкции в развернутом состоянии. Чтобы решить эту проблему устойчивости в развернутом состоянии, необходимо удерживать полотно в развернутом положении при помощи дополнительного устройства удержания или переразмерить рулетку, чтобы она оставалась устойчивой под действием орбитальных усилий.

Изобретение призвано предложить устройство развертывания и свертывания развертываемой конструкции, не имеющее недостатков существующих устройств, имеющее преимущество в том, что является малогабаритным, простым в реализации, имеет оптимальный объем развертываемой конструкции в положении хранения под обтекателем ракеты-носителя, обеспечивающее контроль за развертыванием и способность свертывания, а также жесткость и устойчивость конструкции в развернутом положении без применения дополнительного устройства удержания.

В связи с этим объектом изобретения является устройство развертывания и свертывания гибкой конструкции, содержащее, по меньшей мере, одну рулетку с осью развертывания и свертывания, параллельной оси Х, и ротор, подвижный во вращении вокруг оси Y, перпендикулярной к оси Х, при этом рулетка выполнена с возможностью автономного перехода из состояния, намотанного вокруг ротора, в размотанное состояние. Рулетка установлена сложенной вдвое в виде U с двумя ветвями и содержит первый конец первой ветви, жестко закрепленный на первом креплении, и второй конец второй ветви, жестко закрепленный на втором креплении, неподвижно соединенном с ротором, при этом первый конец первой ветви рулетки установлен между двумя зажимными губками первого крепления.

Предпочтительно второе крепление состоит из двух зажимных губок взаимодополняющей формы, установленных друг против друга, при этом второй конец второй ветви рулетки установлен между двумя зажимными губками второго крепления.

Предпочтительно устройство развертывания и свертывания может дополнительно содержать, по меньшей мере, два ролика, установленных друг против друга на неподвижном узле, несущем на себе ось вращения ротора, при этом вторая ветвь рулетки, неподвижно соединенная с ротором, вставлена между двумя роликами.

Предпочтительно устройство развертывания и свертывания может дополнительно содержать устройство регулирования скорости развертывания, связанное с ротором.

Предпочтительно устройство развертывания и свертывания может дополнительно содержать, по меньшей мере, одну гибкую диафрагму с двумя размерами XY, при этом рулетка закреплена на гибкой диафрагме параллельно оси Х развертывания и свертывания рулетки.

Предпочтительно устройство развертывания и свертывания может содержать, по меньшей мере, две рулетки, закрепленные параллельно между собой и параллельно оси Х на гибкой диафрагме, при этом каждая рулетка установлена сложенной вдвое, при этом первый конец каждой рулетки жестко закреплен на первом креплении, и второй конец каждой рулетки жестко закреплен на втором креплении, неподвижно соединенном с ротором.

Предпочтительно гибкая диафрагма может содержать боковые планки, ортогональные оси Х, при этом боковые планки закреплены соответственно на каждой рулетке.

Согласно первому варианту выполнения изобретения, устройство развертывания и свертывания дополнительно содержит, по меньшей мере, один неподвижный статор, и первое крепление неподвижно соединено со статором.

Согласно второму варианту выполнения изобретения, первое крепление неподвижно соединено с ротором, и устройство развертывания и свертывания содержит два первых ролика, установленных друг против друга на узле, и два вторых ролика, установленных друг против друга на узле, при этом вторая ветвь рулетки вставлена между двумя первыми роликами, а первая ветвь рулетки вставлена между двумя вторыми роликами.

Предпочтительно устройство развертывания и свертывания может содержать, по меньшей мере, две рулетки, установленные друг против друга на одном и том же роторе, при этом каждая рулетка установлена сложенной вдвое и содержит два конца, закрепленные соответственно на одном и том же статоре при помощи первых креплений и на роторе при помощи вторых креплений.

В альтернативном варианте устройство развертывания и свертывания может содержать, по меньшей мере, три рулетки, установленные в виде звезды на одном и том же роторе, при этом каждая рулетка установлена сложенной вдвое и содержит два конца, закрепленные соответственно на одном и том же статоре при помощи первых креплений и на роторе при помощи вторых креплений.

Согласно частному варианту выполнения, устройство развертывания и свертывания может содержать, по меньшей мере, два статора, параллельных оси Y, при этом эти два статора установлены с одной и другой стороны от ротора, и две гибкие конструкции, установленные друг против друга на роторе, при этом каждая гибкая конструкция содержит гибкую диафрагму с двумя размерами XY и, по меньшей мере, одну рулетку, закрепленную сложенной вдвое на гибкой диафрагме, при этом рулетка содержит первый конец, жестко закрепленный на одном из двух статоров, и второй конец, закрепленный на роторе.

Предпочтительно рулетка может представлять собой гофрированный лист.

Объектом изобретения является также гибкая развертываемая конструкция, содержащая, по меньшей мере, одно устройство развертывания и свертывания.

Предпочтительно гибкая развертываемая конструкция может дополнительно содержать развертываемую шарнирную мачту.

Предпочтительно шарнирная мачта может быть закреплена на платформе спутника при помощи двигателя приведения во вращение.

Предпочтительно гибкая развертываемая конструкция может содержать два полукрыла солнечного генератора, установленные бок о бок с одной и другой стороны от центральной линии развертываемой конструкции, при этом центральная линия перпендикулярна к оси Х развертывания и свертывания двух полукрыльев, и два независимых устройства развертывания и свертывания, соответственно предназначенных для двух полукрыльев, при этом каждое устройство развертывания и свертывания содержит соответствующий ротор, при этом два ротора двух устройств развертывания и свертывания имеют соответствующие оси вращения, параллельные между собой.

Предпочтительно гибкая развертываемая конструкция может содержать первую гибкую диафрагму, закрепленную на первой ветви сложенной вдвое рулетки, и вторую гибкую диафрагму, закрепленную на второй ветви этой же рулетки, при этом первая гибкая диафрагма несет на себе первые объекты, а вторая гибкая диафрагма несет на себе вторые объекты, отличные от первых объектов.

Согласно частному варианту выполнения, первые объекты могут представлять собой солнечные элементы, а вторые объекты могут представлять собой концентрирующие свет линзы, и вторая гибкая диафрагма является прозрачной для световых лучей.

Объектом изобретения является также спутник, содержащий, по меньшей мере, одну гибкую развертываемую конструкцию.

Другие отличительные признаки и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания, представленного в качестве не ограничительного примера, со ссылками на прилагаемые схематичные чертежи, на которых:

Фиг. 1а, 1b - два изображения в перспективе первого примера рулетки с одним радиусом кривизны, соответственно во время сгибания и в состоянии покоя.

Фиг. 1с - вид сечения первого примера рулетки.

Фиг. 1d - второй пример рулетки с несколькими радиусами кривизны, вид в перспективе.

Фиг. 2а, 2b, 2c - вид в перспективе примера устройства развертывания и свертывания, соответственно в положении хранения, во время развертывания и в развернутом положении, согласно первому варианту выполнения изобретения.

Фиг. 3а-3d - четыре изображения в продольном разрезе первого примера устройства развертывания и свертывания, соответствующие четырем разным состояниям развертывания, в соответствии с изобретением.

Фиг. 3е и 3f - два изображения в поперечном разрезе двух разных примеров крепления рулетки, в соответствии с изобретением.

Фиг. 4а-4с - три изображения в продольном разрезе примера устройства развертывания и свертывания, содержащего роликовое направляющее средство, в соответствии с изобретением.

Фиг. 4d-4f - три изображения в поперечном разрезе трех примеров роликового направляющего средства, в соответствии с изобретением.

Фиг. 5а-5с - три изображения в продольном разрезе примера устройства развертывания и свертывания, содержащего два роликовых направляющих средства, в соответствии с изобретением.

Фиг. 6а и 6b - два изображения в продольном разрезе устройства развертывания и свертывания, содержащего две рулетки, установленные друг против друга, в развернутой конфигурации, согласно второму варианту выполнения изобретения.

Фиг. 7 - вид в продольном разрезе примера устройства развертывания и свертывания, содержащего три рулетки, установленные в виде звезды, в развернутой конфигурации, согласно третьему варианту выполнения изобретения.

Фиг. 8а - вид в перспективе устройства развертывания и свертывания развертываемой конструкции, содержащей три элементарные рулетки, закрепленные на гибком полотне, в развернутой конфигурации в соответствии с изобретением.

Фиг. 8b, 8c, 8d - три примера в поперечном разрезе гибкой диафрагмы, содержащей боковые планки, закрепленные на рулетке, в соответствии с изобретением.

Фиг. 9а и 9b - два изображения в перспективе примера устройства развертывания и свертывания двух установленных друг против друга развертываемых конструкций, при этом каждая развертываемая конструкция содержит три элементарные рулетки, закрепленные на гибком полотне, в развернутой конфигурации в соответствии с изобретением.

Фиг. 10а-10е - пример кинематики развертывания развертываемой конструкции, показанной на фиг. 8а, в соответствии с изобретением.

Фиг. 11а-11g - пример кинематики развертывания двух развертываемых конструкций, показанных на фиг. 9а, в соответствии с изобретением.

Фиг. 12а-12с - два примера различных конфигураций гибких развертываемых конструкций, таких как панели солнечных генераторов, установленные на платформе спутника, в соответствии с изобретением.

Фиг. 13а-13d - примеры конфигураций гибкой развертываемой конструкции, содержащей две пары из двух полукрыльев солнечных генераторов, установленных друг против друга на платформе спутника, в соответствии с изобретением.

Фиг. 14а-14с - три изображения в продольном разрезе крыла солнечного генератора, соответственно в положении хранения, в частично развернутом положении и в полностью развернутом положении в соответствии с изобретением.

Фиг. 15а и 15b - два изображения в перспективе крыла солнечного генератора, соответственно двух крыльев солнечного генератора, установленных друг против друга на спутнике, в полностью развернутом положении в соответствии с изобретением.

Фиг. 16 - вид в продольном разрезе в развернутой конфигурации концентрирующего крыла солнечного генератора, содержащей две гибкие диафрагмы с установленными различными объектами на двух наружных сторонах крыла, в соответствии с изобретением.

Согласно первому варианту выполнения изобретения, устройство развертывания и свертывания, показанное на фиг.2а-2с и схематично в разрезе на фиг. 3а-3d, содержит, по меньшей мере, одну рулетку 10 с осью развертывания и свертывания, параллельной оси Х, и ротор 15. Как показано на фиг. 1а, 1b, 1с, рулетка 10 может представлять собой гибкую пластину, содержащую первую выпуклую сторону 101, вторую вогнутую сторону 102 и имеющую сечение в виде дуги окружности с поперечным радиусом кривизны R. Рулетка может быть также выполнена в виде гофрированной гибкой пластины или гофрированного гибкого листа с несколькими поперечными радиусами кривизны, при этом гофры пластины или листа могут образовать несколько выпуклых зон 103, разделенных вогнутыми зонами 104. На фиг. 1d в перспективе показан пример гофрированной гибкой пластины, содержащей сторону с двумя выпуклыми зонами, разделенными средней вогнутой зоной, вместе с тем, число выпуклых зон может быть больше двух. Рулетка выполнена с возможностью автономного перехода из намотанного состояния в размотанное состояние в основном за счет своей упругой энергии. Согласно изобретению, рулетка установлена сложенной вдвое и содержит два конца 16, 17, жестко закрепленных соответственно на первом креплении 5 и на втором креплении 6, при этом второе крепление 6 неподвижно соединено с ротором 15. Первое крепление может быть неподвижно соединено со статором 14 или с ротором 15. Таким образом, во время развертывания и в развернутом положении рулетка образует гибкую конструкцию в виде U, содержащую две ветви 11, 12, соединенные основанием 9 в виде дуги окружности, радиус которой по существу соответствует радиусу кривизны рулетки. Конец 16, находящийся на конце первой ветви 11 рулетки 10, может быть закреплен непосредственно на статоре 14 или при помощи неподвижного узла 13, как показано, например, на фиг. 3а-3d, хотя это и не является обязательным требованием. В альтернативном варианте, как показано на фиг. 5а-5с, конец 16, находящийся на конце первой ветви 11 рулетки 10, может быть закреплен на роторе 15. Узел 13, неподвижно соединенный со статором 14, несет на себе ось вращения Y ротора 15, при этом ось Y перпендикулярна к оси Х. Когда первое крепление 5 закреплено на статоре 14, в положении хранения, показанном на фиг. 3а, рулетка 10 намотана вокруг ротора 15 от конца 17 второй ветви 12 до конца 16 первой ветви 11. Таким образом, в положении хранения первая ветвь 11 намотана поверх второй ветви 12. Во время развертывания, показанного на фиг. 3b, рулетка 10 постепенно разматывается и развертывается от конца 16 первой ветви 11 до конца 17 второй ветви 12 в направлении, параллельном оси Х, под действием вращения ротора 15, при этом конец 16 первой ветви 11 остается неподвижным, и конец 17 второй ветви 12 остается неподвижно соединенным с ротором. В развернутом положении, как показано на фиг. 3d, обе ветви 11, 12 рулетки 10 находятся на расстоянии друг от друга. В основании 9 U-образной формы промежуток между двумя ветвями 11, 12 рулетки 10 по существу соответствует диаметру кривизны D рулетки 10. Обе ветви 11, 12 рулетки 10 могут быть параллельными между собой, как показано на фиг. 3а, 3b, 3d, хотя это и не является обязательным условием.

Поскольку рулетка сложена вдвое, она представляет собой в развернутом положении сплошную гибкую конструкцию, проходящую с одной и другой стороны от средней продольной оси 20, параллельной оси Х развертывания и свертывания, при этом одна и та же сторона, вогнутая 102 или выпуклая 101 или гофрированная, рулетки всегда обращена наружу U-образной формы. Таким образом, две ветви 11 и 12 развернутой гибкой конструкции имеют переднюю и заднюю наружные стороны идентичной жесткости, противоположные друг другу в одном и том же направлении Z, ортогональным плоскости развернутой гибкой конструкции, которая, таким образом, является исключительно устойчивой. Предпочтительно в случае, когда рулетка является гибкой пластиной, содержащей две стороны, соответственно выпуклую и вогнутую, рулетку сгибают вдвое по ее вогнутой стороне 102 таким образом, чтобы ее выпуклая сторона 101 была обращена наружу U-образной формы. Вместе с тем, рулетку можно сложить вдвое по ее выпуклой стороне 101 таким образом, чтобы ее вогнутая сторона 102 была обращена наружу U-образной формы.

В положении хранения рулетка 10 удерживается смотанной сама по себе. Разматывание рулетки происходит автономно за счет упругой энергии рулетки. Для того, чтобы во время фазы развертывания разматывание рулетки было постепенным, размеренным и равномерным, устройство развертывания и свертывания может дополнительно содержать устройство 45 регулирования, связанное с ротором 15, как показано, например, на фиг. 9b. Устройство 45 регулирования позволяет в положении хранения удерживать рулетку в смотанном положении и во время развертывания регулировать скорость развертывания рулетки 10. Устройство регулирования может содержать, например, электрический двигатель, связанный с редуктором, и может дополнительно содержать устройство стопорения, обеспечивающее крепление рулетки в положении хранения. Предпочтительно устройство 45 регулирования является не реверсивным по вращению, если на него не поступает питание, что позволяет удерживать рулетку смотанной в положении хранения. Подача питания на устройство 45 регулирования позволяет освободить рулетку, которая может разматываться автономно, при этом устройство 45 регулирования регулирует скорость ее развертывания.

На роторе 15 и на статоре 14 можно предусмотреть разные типы креплений. Крепления, показанные на фиг. 3е и 3f, содержат две взаимодополняющие детали, называемые зажимными губками 18, 19, имеющими две внутренние поверхности взаимодополняющей формы, расположенные друг против друга, при этом две взаимодополняющие внутренние поверхности двух зажимных губок 18, 19 образуют поверхности крепления рулетки 10. Таким образом, рулетку 10 вставляют и зажимают между двумя зажимными губками на уровне конца 16 первой ветви 11 U-образной формы и конца 17 второй ветви U-образной формы. Как показано на фиг. 3е, обе поверхности крепления рулетки являются плоскими, что облегчает наматывание и разматывание рулетки 10, но обеспечивает менее хорошее жесткое крепление рулетки в развернутом положении. Как показано на фиг. 3f, обе поверхности крепления рулетки имеют соответственно вогнутую и выпуклую формы, что обеспечивает хорошее жесткое крепление рулетки в развернутом положении, но зато требует большего радиуса наматывания и разматывания рулетки 10, чем при плоских поверхностях крепления. Выбор типа крепления зависит от характеристик жесткости и от крутящего момента привода рулетки, который необходимо достичь.

Первая зажимная губка 19, являющаяся, например, выпуклой, неподвижно соединена со статором 14, когда она находится на уровне первого крепления 5, или неподвижно соединена с ротором 15, когда она находится на уровне второго крепления 6. Вторая зажимная губка 18, например, вогнутая, закреплена на первой зажимной губке 19 при помощи хомутов 4. Хомуты закреплены на наружной поверхности второй зажимной губки 18, при этом наружная поверхность может быть плоской, как показано на фиг. 3е и 3f, или может иметь другую форму, например, вогнутую, как показано на фиг. 4d, где ролик 21 имеет вогнутую наружную поверхность.

Как правило, конец 16 первой ветви 11, закрепленный на статоре 15, оснащен первым креплением 5, содержащим две взаимодополняющие зажимные губки 18, 19, соответственно вогнутую и выпуклую, таким как крепление, показанное на фиг. 3f, поскольку необходимо, чтобы крепление умело на уровне этого конца 16 максимальную жесткость и чтобы на этом конце 16 не возникало наматывающего напряжения.

Предпочтительно устройство развертывания и свертывания может содержать средства направления рулетки 10 для направления ориентации рулетки 10 во время развертывания или свертывания. Как показано на фиг. 4а-4с, средство направления второй ветви 12 закреплено на узле 13. Как показано на фиг. 4а-4d, средство направления может содержать, например, два ролика 21, 22, причем оба ролика 21, 22 имеют расположенные друг против друга взаимодополняющие поверхности, соответственно вогнутую и выпуклую. Чтобы снизить трение между роликами и рулеткой, каждый ролик 21, 22 может иметь моноблочную конструкцию, как показано на фиг. 4d, или может состоять из нескольких разных частей 21а, 21b, 21c, 22a, 22b, 22c с симметрией вращения, например, цилиндрической или вогнутой или выпуклой, вокруг одной и той же оси, как показано на фиг. 4f. При этом рулетку вставляют и зажимают между двумя роликами 21, 22 на уровне второй ветви 12 U-образной формы. Два ролика обеспечивают также правильное наматывание рулетки 10 на роторе 15 во время фазы свертывания и позволяют свернуть рулетку в полете, если развертываемая конструкция установлена на спутнике. В частном случае, представленном на фиг. 4а-4с, где направление рулетки 10 осуществляют при помощи системы роликов, можно использовать плоские крепления на уровне ротора 15, такие как крепления, показанные на фиг. 3е и 3f.

Чтобы уменьшить трение между роликами и рулеткой во время фаз развертывания и свертывания, можно заменить выпуклый ролик 22 и вогнутый ролик 21 двумя наборами 25, 26 из нескольких роликов, расположенных друг против друга в виде дуг окружности, образуя соответственно взаимодополняющие выпуклую форму и вогнутую форму, при этом два набора роликов могут содержать одинаковое число роликов, например, три ролика, как показано на фиг. 4е, или разное число роликов. Первый набор 25 роликов содержит несколько роликов, отстоящих друг от друга в радиальном направлении и расположенных в виде первой дуги окружности, второй набор 26 содержит несколько роликов, отстоящих друг от друга в радиальном направлении и расположенных в виде второй дуги окружности, при этом первая и вторая дуги окружности являются концентричными, при этом ролики второго набора 26 роликов расположены соответственно напротив роликов первого набора 25 роликов. Рулетку 10 вставляют и зажимают между первым и вторыми наборами 25, 26 роликов.

В варианте выполнения изобретения, показанном на фиг. 5а-5с, конец 16 первой ветви 11 и конец 17 второй ветви 12 рулетки 10 закреплены на креплении 6, неподвижно соединенном с ротором 15, и средства направления содержат два первых ролика 21, 22 и два вторых ролика 23, 24, установленные на узле 13. Два первых ролика 21, 22 и два вторых ролика 23, 24 расположены симметрично на узле 13 относительно центральной оси 20 U-образной формы и содержат две обращенные друг к другу взаимодополняющие поверхности, соответственно вогнутую и выпуклую. Рулетку 10 вставляют и зажимают между двумя первыми роликами 21, 22 на уровне второй ветви 12 U-образной формы и между двумя вторыми роликами 23, 24 первой ветви 11 U-образной формы. В этом случае в положении хранения обе ветви 11, 12 рулетки 10 намотаны вместе вокруг ротора 15, а во время развертывания обе ветви 11, 12 рулетки 10 разматывают одновременно. Поскольку обе ветви рулетки разматываются и наматываются одновременно вокруг ротора 15 и направляются соответственно двумя первыми роликами 21, 22 и двумя вторыми роликами 23, 24, основание U-образной формы и точка пересечения Р между основанием U и центральной осью U всегда остаются в одном и том же месте рулетки 10.

Устройство развертывания и свертывания может содержать только одну сложенную вдвое рулетку или несколько рулеток, при этом каждая рулетка сложена вдвое и имеет второй конец, закрепленный на одном и том же роторе 15, и первый конец, закрепленный либо на одном и том же статоре либо на одном и том же роторе. Во втором варианте выполнения изобретения, как показано, например, на фиг. 6а и 6b, устройство развертывания и свертывания содержит две рулетки 10а, 10b, имеющие оси развертывания и свертывания противоположных направлений, которые могут быть, например, параллельными оси Х или образовать угол А относительно оси Х. Обе рулетки 10а, 10b могут быть закреплены на одном и том же узле 13, неподвижно соединенном со статором 14, или на одном и том же роторе 15, при этом каждая рулетка установлена сложенной вдвое, образуя во время развертывания и в развернутом положении конструкцию в виде U. Таким образом, первая рулетка 10а содержит первый конец 16а, закрепленный на статоре 14 через узел 13 при помощи первого неподвижного крепления 5а, и второй конец 17а, закрепленный на роторе 15 при помощи второго крепления 6а. Вторая рулетка 10b содержит первый конец 16b, закрепленный на статоре при помощи первого неподвижного крепления 5b, и второй конец 17b, закрепленный на роторе 15 при помощи второго крепления 6b, неподвижно соединенного с ротором 15. В положении хранения обе рулетки 10а, 10b намотаны вместе вокруг ротора 15, и во время развертывания обе рулетки 10а, 10b разматываются одновременно друг против друга с одной и другой стороны ротора 15 в двух направлениях, которые могут быть, например, параллельными оси Х, и образуют между собой угол 180°, как показано на фиг. 6а, или в двух направлениях, образующих между собой угол А, меньший 180°, как показано на фиг. 6b.

В третьем варианте выполнения изобретения устройство развертывания и свертывания содержит несколько рулеток, имеющих оси развертывания и свертывания, расположенные в виде звезды. Например, как показано на фиг. 7, три рулетки 10с, 10d, 10f расположены в виде звезды и образуют между собой углы порядка 120°. Три рулетки 10с, 10d, 10f имеют первый конец 16, закрепленный, например, на одном и том же статоре 14 или в альтернативном варианте на одном и том же роторе 15, и второй конец 17, жестко закрепленный на одном и том же роторе 15, при этом каждая рулетки установлена сложенной вдвое, образуя во время развертывания и в развернутом положении U-образую форму. В этом случае статор 14 может иметь, например, форму трехконечной звезды, на которой соответственно закреплены первые концы 16 трех рулеток, и ротор 15 может иметь, например, многоугольную форму, содержащую, по меньшей мере, три грани, на которых соответственно закреплены вторые концы 17 трех рулеток. Можно также реализовать устройство развертывания и свертывания, содержащее более трех рулеток, расположенных в виде звезды.

Когда развертываемые объекты имеют небольшой размер, например, электронные схемы, электромагнитные элементы, антенны или небольшие плоские поверхности, рулетку 10 можно использовать как опору для развертываемых объектов, при этом объекты закреплены непосредственно на рулетке. При этом развертывание рулетки обеспечивает развертывание закрепленных на ней объектов. Если необходимо развертывать плоские поверхности больших размеров, оборудованных, например, элементами, такими как солнечные элементы, может потребоваться закрепить гибкую диафрагму 30, предназначенную для крепления на ней развертываемых объектов, по меньшей мере, на двух рулетках для увеличения жесткости всей гибкой конструкции при ее развертывании.

На фиг. 8а показано устройство развертывания и свертывания гибкой развертываемой конструкции 41, содержащей три элементарные рулетки, закрепленные на гибкой диафрагме. Устройство развертывания и свертывания содержит гибкую диафрагму или гибкое полотно 30 с двумя размерами, соответственно параллельными осям Х и Y, три рулетки 31а, 31b, 31c, статор 32, ротор 33 и два узла 34, 35. Гибкая диафрагма 30 предназначена для размещения на ней развертываемых элементов, например, таких как солнечные элементы, элементы с металлическим покрытием для отражения радиоволн или изоляционные элементы, образующие тепловой экран, или любое другое устройство. Каждая рулетка 31а, 31b, 31c установлена сложенной вдвое, при этом все три рулетки закреплены на гибкой диафрагме 30 параллельно между собой и параллельно продольной оси Х развертывания и свертывания. Например, две рулетки можно установить на боковых краях гибкой диафрагмы, а третью рулетку можно установить на уровне средней линии гибкой диафрагмы. Гибкую диафрагму 30 можно усилить боковыми планками 80, 84, 85, ортогональными оси Х и закрепленными соответственно на каждой рулетке 31а, 31b, 31c. На фиг. 8b и 8с в поперечном разрезе представлены два примера боковых планок, закрепленных на рулетке, имеющей несколько поперечных радиусов кривизны. Боковые планки 80, 84, 85 могут быть закреплены в точке крепления 81, 82, 83, находящейся, например, в вершине гофра 103, 104 рулетки. Если рулетка содержит несколько гофр, точка крепления 81, 82, 83 может находится в вершине средней гофры 104, как показано на фиг. 8b, или в вершине боковой гофры 103, как показано на фиг.8с. В случае, представленном на фиг. 8с, две боковые гофры 103 рулетки позволяют расположить две возможные точки крепления 82, 83 и закрепить две разные боковые планки 84, 85 на одной и той же рулетке. Несмотря на то, что рулетка, содержащая несколько поперечных радиусов кривизны, является предпочтительной для крепления боковых планок, разумеется, что можно также крепить боковые планки на рулетке с одним поперечным радиусом кривизны, как показано, например, на фиг. 8d, где боковая планка закреплена в вершине выпуклой стороны 101 двух рулеток с одним поперечным радиусом кривизны, расположенных параллельно друг другу. В развернутом положении, поскольку каждая рулетка сложена в виде U, в зависимости от назначения можно закрепить рулетку по всей ее длине на одной гибкой диафрагме, при этом каждую ветвь U крепят на гибкой диафрагме до складывания рулетки или обе ветви U крепят на двух разных гибких диафрагмах, или же в случае применения для солнечного генератора крепят только одну ветвь рулетки на гибкой диафрагме.

Предпочтительно каждую рулетку крепят на гибкой диафрагме ее выпуклой стороной или в вершине гофра, если каждая рулетка содержит несколько гофр. Крепление рулетки на гибкой диафрагме можно осуществлять при помощи любого средства крепления, например, посредством приклеивания или пришивания, или при помощи заклепок или скоб. Ротор 33 имеет ось вращения Y, перпендикулярную к оси Х, и содержит два противоположных конца, установленных соответственно на двух узлах 34, 35. В варианте выполнения, показанном на фиг. 8а, ротор 33 и статор 32 могут иметь, например, цилиндрическую форму, и статор 32 может иметь продольную ось, параллельную продольной оси Х ротора 33, и может содержать два противоположных конца 16, 17, жестко закрепленных соответственно на статоре 32 и на роторе 33 при помощи креплений 36, 37. В примере, показанном на фиг. 8а, ротор 33 и статор 32 смещены относительно друг друга в направлении, параллельном оси развертывания Х, на расстояние, слегка превышающее диаметр кривизны каждой рулетки, что позволяет разматывать и наматывать рулетки вокруг ротора 3 во время развертывания и свертывания.

Устройство развертывания и свертывания может содержать только одну развертываемую конструкцию 41, как описано со ссылками на фиг. 8а, но, вместе с тем, можно также установить две противоположные развертываемые конструкции на одном и том же роторе и разворачивать или сворачивать обе конструкции одновременно. Как показано на фиг. 9а и 9b, устройство развертывания и свертывания содержит две развертываемые конструкции 41, 42, каждая из которых содержит три элементарные рулетки, закрепленные на гибкой диафрагме, как показано на фиг. 8а, единственный ротор 33, общий для обеих развертываемых конструкций, и два идентичных статора 43, 44, установленных с двух сторон от ротора 33. Кроме того, развертываемая конструкция, показанная на фиг. 9b, дополнительно содержит устройство 45 регулирования скорости развертывания, установленное на одном конце ротора 33. В положении хранения обе развертываемые конструкции намотаны вместе вокруг ротора 33, и на устройство 45 регулирования не подается питание, что позволяет удерживать обе развертываемые конструкции намотанными вокруг ротора 33. На фиг. 9а и 9b оси развертывания обеих развертываемых конструкций образуют между собой угол 180°, но, разумеется, можно расположить оси развертывания двух развертываемых конструкций в двух направлениях, образующих между собой угол А, меньших 180°, как было указано со ссылками на фиг. 6b.

На фиг. 10а-10е представлен пример кинематики развертывания гибкой конструкции согласно вариантам выполнения, показанным на фиг. 3а-3d и 8а, например, такой как солнечный генератор. В этом примере гибкая конструкция содержит гибкую диафрагму или полотно 30 с двумя размерами, параллельными осям Х, Y, и три рулетки 31а, 31b, 31с, закрепленные на гибкой диафрагме 30. Как показано в данном примере выполнения, который, тем не менее, не является ограничительным, для удаления гибкой конструкции от опоры 50, например, такой как платформа спутника, гибкую конструкцию можно установить на конце мачты 53, при этом мачта может состоять из нескольких секций, установленных встык и шарнирно соединенных между собой при помощи промежуточных шарниров 56. Чтобы ориентировать гибкую конструкцию, в основании мачты 53 под вторым шарниром 55 можно разместить двигатель 58 приведения во вращение мачты вокруг оси Х развертывания гибкой конструкции. В положении хранения, показанном на фиг. 10а, мачта 53 сложена на опоре 50, и гибкая конструкция намотана вокруг ротора, при этом на опоре 50 при помощи креплений 51, 52 закреплены два узла 34, 35. Как показано на фиг. 10b и 10с, раскладывание мачты из положения хранения происходит автономно за счет разблокировки креплений 51, 52. После развертывания мачты, как показано на фиг. 10d и 10е, подача питания на устройство 45 регулирования обеспечивает развертывание гибкой диафрагмы, намотанной на роторе 33, которое происходит автономно, при этом устройство 45 регулирования, закрепленное на роторе, регулирует скорость разматывания диафрагмы вокруг оси Y.

Можно также предусмотреть сначала развертывание гибкой конструкции до развертывания мачты 53, которая остается при этом закрепленной на опоре 50 при помощи креплений 51 и 52.

На фиг. 11а-11g представлен пример кинематики развертывания двух развертываемых конструкций 41, 42, установленных друг против друга на одном и том же роторе 33, например, таких как солнечные генераторы, согласно вариантам выполнения, показанным на фиг. 6, 9а, 9b. В этом примере каждая развертываемая конструкция содержит гибкую диафрагму 30 с двумя размерами, параллельными осям Х, Y, и три рулетки 31а, 31b, 31с, закрепленные на гибкой диафрагме. Как показано в данном примере выполнения, который, вместе с тем, не является ограничительным, для удаления гибких конструкций от опоры 50, например, такой как корпус спутника, обе гибкие конструкции установлены на конце мачты 53 при помощи первого шарнира 54, при этом основание мачты установлено на опоре при помощи второго шарнира 55. В положении хранения, показанном на фиг. 11а, мачта сложена на опоре 50, и обе гибкие конструкции смотаны вместе вокруг ротора 33, при этом на опоре 50 при помощи креплений 51, 52 закреплены два узла 34, 35. Как показано на фиг. 11b и 11с, раскладывание мачты из положения хранения происходит автономно за счет разблокировки креплений 51, 52. После развертывания мачты, как показано на фиг. 11d-11g, развертывание двух гибких конструкций происходит автономно одновременно с двух сторон ротора 33. Подача питания на устройство 45 регулирования обеспечивает развертывание гибкой диафрагмы, намотанной на роторе 33, при этом устройство 45 регулирования, закрепленное на роторе, регулирует скорость разматывания диафрагмы вокруг оси Y.

На фиг. 12а-12с представлены примеры различных конфигураций гибких развертываемых конструкций, таких как крылья солнечных генераторов, установленных на платформе спутника 1, в соответствии с изобретением. Как показано на фиг. 12а, комплекс, состоящий из спутника 1 и крылья 2 солнечных генераторов, установлен в обтекателе 3 ракеты-носителя, при этом крылья солнечных генераторов находятся в положении хранения. На фиг. 12b показана конфигурация, в которое два крыла 2 солнечных генераторов развернуты симметрично с двух сторон спутника 1 при помощи мачты 543, при этом ось развертывания Х крыльев солнечных генераторов параллельна мачте. На фиг. 12с показаны пары из двух крыльев 2 солнечных генераторов, закрепленных на двух развертываемых конструкциях, установленных друг против друга на одном и том же роторе 33, при этом обе пары развернуты симметрично с двух сторон спутника 1 при помощи соответствующей мачты 53, 53’.

На фиг. 13а и 13b представлены примеры конфигурации гибкой развертываемой конструкции, содержащей две пары из двух полукрыльев 2а, 2b, 2c, 2d солнечных генераторов, установленных с двух сторон спутника 1 при помощи соответствующей мачты 53, 53’, при этом ось развертывания Х полукрыльев солнечных генераторов перпендикулярна к мачте. Полукрылья 2а, 2b, 2c, 2d каждой пары установлены бок о бок на двух разных соответствующих роторах 33а, 33b, 33c, 33d. Каждое полукрыло является независимой гибкой развертываемой конструкцией, оборудованной соответствующим устройством развертывания и свертывания, показанным на фиг. 3а-3d, 4a-4f, 5a-5c или на фиг. 8а. На фиг. 13а комплекс, состоящий из спутника 1 и двух полукрыльев 2а, 2b, 2c, 2d солнечных генераторов, установлен в обтекателе 3 ракеты-носителя, при этом оба полукрыла находятся в положении хранения. На фиг. 13b пары из двух полукрыльев 2а, 2b, 2c, 2d солнечных генераторов показаны в развернутом положении. Развертывание двух полукрыльев одной пары происходит параллельно оси Х, но в двух противоположных направлениях.

На фиг. 13с и 13d в продольном разрезе по оси Х развертывания представлен пример развертывания и свертывания развертываемой конструкции, содержащей два полукрыла 2а, 2b солнечного генератора, установленные бок о бок с одной и другой стороны от центральной плоскости 60 развертываемой конструкции, при этом центральная плоскость 60 перпендикулярна к оси Х развертывания и свертывания. На фиг. 13с оба полукрыла 2а, 2b показаны в положении хранения. На фиг. 13d одно из полукрыльев 2b находится на стадии развертывания, а другое полукрыло 2а остается в положении хранения. Каждое из двух полукрыльев 2а, 2b содержит, по меньшей мере, одну сложенную вдвое рулетку, как было указано со ссылками на фиг. 6, при этом две соответствующие рулетки 61а, 61b двух полукрыльев намотаны соответственно вокруг двух разных роторов 62а, 62b, расположенных симметрично с двух сторон от центральной плоскости 60. Оба ротора 62а, 62b имеют соответствующие оси вращения 63а, 63b, параллельные между собой и установленные на одном и том же узле 64, соединенном с неподвижным статором 65. Поскольку каждое полукрыло установлено на соответствующем роторе, то каждое полукрыло имеет свое устройство развертывания и свертывания. Развертыванием каждого полукрыла одной пары могут управлять два разных устройства регулирования, связанные с каждым ротором, при этом развертывание каждого полукрыла происходит независимо от развертывания других полукрыльев, что позволяет управлять спутником при помощи солнечных ветров.

Развертывание развертываемой конструкции может быть полным или частичным. В вариантах выполнения, показанных на фиг. 13а-13d, где гибкая развертываемая конструкция содержит две пары из двух полукрыльев 2а, 2b, 2c, 2d солнечного генератора, установленных с двух сторон спутника 1, развертыванием полукрыльев можно управлять независимо от развертывания других полукрыльев и геометрию крыльев солнечных генераторов можно изменять, складывая частично или полностью одну или несколько полукрыльев во время полета. Это позволяет управлять или компенсировать отклонения траектории спутника за счет силы солнечных ветров, действующих на крылья с изменяющейся геометрией.

В случае крыла солнечного генератора, в развернутом положении, все солнечные элементы находятся на одной и той же стороне крыла, тогда как во время развертывания можно получить солнечные элементы, размещенные на двух сторонах крыла, как показано, например, на фиг. 14b. На фиг. 14а крыло солнечного генератора находится в положении хранения. На фиг. 14b крыло солнечного генератора находится в частично развернутом положении, и солнечные элементы распределены на двух наружных сторонах 71, 72, соответственно задней и передней, крыла солнечного генератора. В этой конфигурации обе наружные стороны 71, 72 крыла солнечного генератора являются активными. Частичное развертывание крыла солнечного генератора представляет особый интерес в фазе перехода спутника из зоны пространства, где спутник выстреливается из обтекателя ракеты-носителя на окончательную орбиту вокруг Земли, так как во время этой переходной фазы ориентация крыла солнечного генератора относительно Солнца не является оптимальной и может меняться. Кроме того, частичное развертывание развертываемой конструкции можно осуществлять до развертывания мачты, что позволяет спутнику воспринимать более значительные механические нагрузки, чем при развернутой мачте.

Как показано на фиг. 14с и 15а, крыло солнечного генератора полностью развернуто, и все солнечные элементы 70 находятся на передней наружной стороне 72 солнечного генератора. На фиг. 15b показана развертываемая конструкция, содержащая два крыла солнечного генератора и установленная на спутнике 1. Оба крыла солнечного генератора полностью развернуты, и все солнечные элементы 70 находятся на передних наружных сторонах 72 каждого крыла солнечного генератора.

В другом варианте применения, как показано, например, на фиг. 16, различные объекты можно также крепить на двух наружных сторонах, задней 71 и передней 72, одного крыла. В этом случае на первой ветви рулетки, сложенной в виде U, закреплена первая гибкая диафрагма, оснащенная первыми объектами, а на второй ветви рулетки закреплена вторая гибкая диафрагма, оснащенная вторыми объектами, отличными от первых объектов. Например, в случае концентрирующего солнечного генератора первая гибкая диафрагма может быть оснащена солнечными элементами 70, а вторая гибкая диафрагма может быть оснащена оптическими элементами 73, выполненными с возможностью фокусирования света, например, такими как концентрирующие линзы, при этом оптические элементы, фокусирующие свет, расположены напротив солнечных элементов. При этом концентрирующие линзы 73, находящиеся на стороне крыла, обращенной к Солнцу, позволяют концентрировать солнечные лучи 74 на солнечных элементах 70.

Изобретение было описано в связи с частными вариантами выполнения, но, разумеется, оно ни в коем случае ими не ограничивается и включает в себя все технические эквиваленты описанных средств, а также их комбинации, если они не выходят за рамки изобретения.