Войти

Российские учёные создают «зонтик» для связи с космосом

2666
0
+3
TGU_logo
Томский государственный университет.

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.


Наталья Быкова

Права на данный материал принадлежат Наука и технологии РФ
Материал размещён правообладателем в открытом доступе
  • В новости упоминаются
Хотите оставить комментарий? Зарегистрируйтесь и/или Войдите и общайтесь!
ПОДПИСКА НА НОВОСТИ
Ежедневная рассылка новостей ВПК на электронный почтовый ящик
  • Разделы новостей
  • Обсуждаемое
    Обновить
  • 03.04 10:59
  • 8302
Без кнута и пряника. Россия лишила Америку привычных рычагов влияния
  • 03.04 06:05
  • 0
Ответ на "ВКС России получили новые истребители Су-35, но в дальнейшем рост экспорта может сократить внутренние закупки (Military Watch Magazine, США)"
  • 03.04 05:29
  • 0
Ответ на "NI: российский комплекс ПВО С-500 обеспечит России преимущество в СВО"
  • 03.04 05:20
  • 13
Тегеран подготовил ракеты для потенциального ответа США - СМИ
  • 03.04 05:10
  • 20
Российские системы ПВО: первый опыт реального боевого применения
  • 03.04 04:42
  • 0
Ответ на "Нарышкин: РФ за время СВО улучшила характеристики востребованных вооружений"
  • 03.04 01:09
  • 1
Ростех создал уникальный пресс для гибки деталей фюзеляжа самолета
  • 03.04 00:16
  • 1
Нарышкин: РФ за время СВО улучшила характеристики востребованных вооружений
  • 02.04 21:46
  • 0
Ответ на "США проигрывают в борьбе за передел мира (Bloomberg, США)"
  • 02.04 17:57
  • 1467
Корпорация "Иркут" до конца 2018 года поставит ВКС РФ более 30 истребителей Су-30СМ
  • 02.04 17:35
  • 0
Польские стенания об оружии. Часть 1
  • 02.04 17:33
  • 0
Тонкая грань мира
  • 02.04 14:41
  • 2
На верфи HII спущен на воду эсминец DDG-129 "Иеремия Дентон" класса "Арли Берк"
  • 02.04 13:59
  • 38
Командующий ВВС США в Европе о роли авиации в боевых действиях на Украине
  • 02.04 13:40
  • 33
Российский завод начал в три смены выпускать трехтонные супербомбы. На что они способны?