Конструктивно-технологічні особливості виготовлення КА

Розрізнюють КА в герметичному і негерметичному виконанні.

Герметичне виконання корпусу супутника дозволяє експлуатувати апаратуру в заданих кліматичних умовах, в яких вона відпрацьовувалась на Землі. Конструктивно такі КА мають герметичний корпус з алюмінієвого сплаву, який є основним силовим елементом і має форму тіла обертання.

Технологія виготовлення герметичного корпусу супутника повністю відповідає технології виготовлення баків ракетоносіїв: матеріал – алюмінієвий сплав; технологія виготовлення – зварювання; контроль герметичності – за допомогою гелієвого течієшукача і вакуумної камери (рис. 1). Монтаж приладів і апаратури у корпусі виконується також аналогічно процесам монтажу приладів у відсіках ракетоносія.

Випробування на герметичність корпусів КА має особливість. Камера, як правило, виготовляється за контуром об’єкту випробування і в ній виконується імітація умов польоту: розрідження 10^–2 – 10^–4 Па, сонячна радіація – нагріванням інфрачервоними лампами, охолодження тіньового боку – спеціальними панелями з рідким азотом. Об’єкт витримується в такій камері від декількох годин до декількох діб. При цьому контролюється спад тиску в середині корпусу за яким визначають ступінь його герметичності або концентрацію гелію в камері. В разі сумарної негерметичності корпусу, його заповнюють гелієм з надлишковим тиском 0, 2 МПа і за допомогою течіешукача перевіряють кожен міліметр поверхні корпусу, зварних швів, фланців тощо.

Рис. 1. Схема випробування на герметичність корпусу супутника методом накопичення у вакуумі:

1 – пульт керування течієшукача; 2 – течієшукач; 3, 4 – вентилі;
5 – встановлювальне пристосування; 6 – трубопроводи пневмосистеми з віджимними пристосуваннями; 7 – пневмосистема; 8 – корпус виробу;

9 – барокамера 10 – дренажний клапан; 11 – затвор; 12 – затискач;

13 – контрольна теча; 14 – натікач з трубопроводом; 15 – запірний вентиль камери; 16 – пневмосистема корпусу виробу; 17 – азотний уловлювач

Однак герметичні супутники мають обмежений термін експлуатації, що пов’язано з втратою властивостей ущільнюючими матеріалами, ресурсом системи підтримання необхідних кліматичних умов тощо. На сьогодні продовжують експлуатуватись супутники в герметичному виконанні, які були запущені раніше, але нові супутники проектуються вже в негерметичному виконанні.

Космічні апарати негерметичного виконання мають наступні такі основні ознаки, як довільну конфігурацію (як правило відсутність форми тіла обертання); основним силовим елементом конструкції являється спеціально введений до її складу каркас у вигляді ферми, хрестовини або другого елементу; відсутність корпуса для більшості супутників, а у решти він став виконувати тільки функції екрану для захисту внутрішньої апаратури від статичних розрядів на поверхні супутника.

Для негерметичних КА стало можливим використовувати наступні нові конструктивно-технологічні рішення:

– створення і використання термостабільних (на основі вуглепластику) і ізотермічних труб, що зменшило теплову деформацію всієї конструкції і значно підвищило точність виставлення антен, оптичних приладів тощо;

– використання для корпусу тришарових панелей, які значно вигідніші у ваговому відношенні, ніж металевий корпус герметичного супутника;

– розробка тришарових панелей з стільниковим заповнювачем спонукала розвиток нових технологій склеювання стільникового заповнювача і тонких обшивок, а також створення нових методів контролю якості таких конструкцій;

– основним методом з’єднання замість зварювання склало клеєння;

– виникла необхідність тепловакуумних випробувань, як експериментального підтвердження розрахунків теплового режиму КА.

За конструктивним виконанням негерметичні супутники можна розділити на:

– корпусної конструкції, у яких основним силовим елементом являються центральна ферма або циліндричний бак двигунної установки;

– безкорпусної побудови;

– супутники, побудовані за рамочною схемою, коли корпуси для встановлення приладів виконуються у вигляді металевих рамок стандартного розміру, які набираються в пакет, з’єднуються за допомогою шпильок і кріпляться до двох, розташованих на торцях, металевих плит, утворюючи таким чином силовий каркас супутника.

В якості первинного джерела енергії в системах електропостачання КА використовують сонячні батареї, які є перетворювачами енергії сонячного випромінювання в постійний електричний струм. В процесі виводу супутника сонячні батареї знаходяться у складеному стані і після виходу на задану орбіту вони розкриваються.

Для перевірки розкриття сонячних батарей, перед їх передаванням на головне складання КА, в залежності від їх конструкції використовуються спеціальні стенди (рис. 2).

В цій конструкції стенду стійка з блоком сонячної батареї кріпиться до маніпулятора і за допомогою редуктора, електропривода та механізму розвороту стенда розгортає сегменти сонячної батареї. Після розвороту першого сегменту під ним створюється повітряна подушка, яка імітує відсутність власної ваги. Потім розгортається решта сегментів батареї на своїх повітряних подушках. Поверхня під дифузорами повинна бути ідеально гладкою, рівною та чистою, щоб не було гальмувань розкриття, перекосів у шарнірах. Стенд повинен бути чистим, щоб виключити забруднення сонячної батареї.

Рис. 2. Схема стенда для перевірки розкриття панелей сонячних батарей:

1 – маніпулятор стенду; 2 – стійка блоку сонячної батареї; 3, 4, 5, 6 – сегменти сонячної батареї; 7 – стійка; 8 – дифузор; 9 – повітряна подушка; 10 – ідеально гладка і чиста поверхня

Для перевірки розкриття та зачековки поворотних пристроїв використовується спеціальний стенд (рис. 3). Імітація невагомості досягається за рахунок використання спеціальних блоків з вантажами, каретки яких можуть рухатись по направляючим стенда.

Рис. 3. Схема стенда для перевірки розкриття панелей сонячних батарей:

1 – поворотний пристрій; 2 – каретка забезпечення руху блоків;

3 – направляюча руху каретки; 4 – блоки; 5 – стропи