adattive - мобильная тема

Российские ученые создают "зонтик" для связи с космосом

9 июля 2015 - Александр

Гигантский вольфрамовый зонт на углеродных спицах, который в научной терминологии именуют трансформируемой антенной-рефлектором, призван покрывать огромные площади, с которых снимается спутниковый сигнал. Он должен обеспечить гораздо большую чувствительность и устойчивость спутниковой связи по сравнению с той, что мы имеем сегодня. Разрабатывают это устройство при поддержке ФЦП Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 2020 годы учёные Национального исследовательского Томского государственного университета. О математике и физике космического зонтика , а также о его земной пользе рассказывает руководитель проекта, заведующий кафедрой механики деформируемого твёрдого тела ТГУ Владимир Скрипняк.

Владимир Альбертович, вы проектируете космические аппараты с трансформируемыми антеннами-рефлекторами. Расскажите, какие задачи решаете по ходу этого проекта?

В целом от размеров трансформируемых рефлекторов зависят площади территорий, с которых снимается сигнал. Фактически эти рефлекторы представляют собой систему, обеспечивающую чувствительность спутниковых систем связи, и соответственно отвечающую за устойчивую связь. К сожалению, технически воплотить эти закономерности очень сложно, поскольку с увеличением размеров рефлекторов антенн у нас возникает целый комплекс новых научных проблем. На сегодняшний день буквально несколько стран в мире подошли к их решению. В их числе и Россия в лице нашей группы, объединяющей учёных из нашего института и специалистов партнерской организации АО Информационные спутниковые системы им. академика М.Ф. Решетнева . Мы как раз решаем вопрос повышения чувствительности таких антенных устройств за счёт увеличения размера самого рефлектора.

В идеале должно быть так: при запуске рефлектор находится в сложенном состоянии, а на орбите раскрывается, приобретая соответствующую форму и многократно увеличиваясь в размерах.

Но чтобы обеспечить требуемые параметры в снятии сигнала, необходима очень высокая точность геометрии для параболической части антенны. Это уже проблемы из области механики деформируемого твёрдого тела. Нужно подбирать специальные материалы для каркасов и для вантовой системы развёртывания всей этой конструкции, плюс разрабатывать электронную начинку для обеспечения детекции принимаемых сигналов. Здесь целый комплекс сложных задач.

Какой путь в их решении уже пройден к настоящему моменту? Что вам удалось сделать?

Мы разработали методику расчётов и проектирований для сложных конструкций с вантовыми элементами с учётом новых возможностей полимерных композитов. Она использована для выработки и проектных решений. На основе проектных решений созданы разноразмерные макеты аппарата с трансформируемыми антеннами-рефлекторами. На этих макетах мы моделируем работу системы, проверяем точность своих расчётов. А наш индустриальный партнер будет создавать макет в натуральную величину.

Как выглядят эти макеты, и какие возможности они должны продемонстрировать?

Макет трансформируемого рефлектора похож на зонтик, который раскрывается. Но если форму раскрытого зонтика поддерживают спицы, то систему трансформируемого рефлектора каркас из углеродных композиционных материалов, очень лёгких и одновременно жёстких, не деформируемых под действием нагрева или охлаждения. Всё же рефлектор работает в условиях открытого космоса и может находиться как на солнечной стороне, так и в тени. На этот каркас натягивается специальная ткань из вольфрамовой нити, как правило, с позолотой, для того, чтобы увеличить альбедо отражение лучей. Это и есть основной элемент, который работает по сигналу. В центре антенны располагается специальное электронное устройство: приёмник сигналов. Лучи, электронные сигналы, попадая на поверхность антенны, отражаются и направляются в центр приёмного устройства. Если геометрия искажена в силу разных причин, то будет нарушена работа всей системы. Также приходится решать вопросы изменения формы конструкции при коррекции ее орбиты. Безусловно, в момент коррекции орбиты всегда будут потери качества сигнала. Но мы специально рассчитываем и прогнозируем затухание колебаний в таких системах для того, чтобы как можно быстрее антенна восстановила свою форму, геометрию и снова перешла в рабочее состояние.

В принципе, такие задачи понятны, и методики для их решения есть. Но сам объект чрезвычайно сложный, приходится каждый раз калибровать модели, чтобы быть уверенным в том, что модельные параметры, которые закладываются в расчёт, соответствуют физическим устройствам. Плюс используются совершенно новые композитные полимеры с углеродным армированием, которые исследованы недостаточно полно.

Как проходят испытания образцов в лаборатории?

На разработанных моделях мы стараемся определить натяжение вантовой конструкции при перемещении и, таким образом, проверить те математические модели, которые мы собираемся использовать уже в реальной конструкции. Поскольку у нас нет возможности использовать данные о реальных рефлекторах, работающих на орбите, там сейчас просто нет устройств и технологий, которые позволили бы эти данные получать, приходится проверять свои модели в условиях гравитации. К сожалению, они не дают стопроцентной точности в силу того, что на каждый элемент этой конструкции действует сила тяжести. Но мы надеемся, что опыт, который мы сейчас приобретаем, поможет нам создать крупногабаритные рефлекторы нового поколения, и решить все поставленные перед нами задачи.

По вашей оценке, когда аппараты с крупногабаритными антеннами-рефлекторами, которые вы сегодня создаете в рамках настоящего проекта, будут летать в космосе?

Мы занимаемся научным сопровождением методик создания и производства этих устройств. А сами устройства будут созданы по нашим рекомендациям, с нашими решениями в экспериментально-промышленных лабораториях соответствующих структур Роскосмоса.

Российские ученые создают "зонтик" для связи с космосом

Читайте также: