Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка конструкции и технологии изготовления сверхлегких зеркальных космических антенн из композиционных материалов с высокой размерной стабильностью для межспутниковых систем связи.

Докладчик: Резник Сергей Васильевич

Должность: заведующий кафедрой, профессор

Цель проекта:
Разработка методов проектирования и технологии изготовления из полимерных композиционных материалов (ПКМ) сверхлегких зеркальных антенн с высокой геометрической стабильностью и долговечностью в условиях космического пространства для обеспечения эффективного функционирования космических аппаратов систем межспутниковой связи сроком более 15 лет.

Основные планируемые результаты проекта:
2.1 Промежуточные и заключительный отчеты о ПНИ, содержащие:
2.1.1 результаты анализа научно-технической литературы и других материалов, относящихся к разрабатываемой теме, и обоснованные направления исследований, методов и средств создания антенных рефлекторов из полимерных композиционных материалов для систем космической связи;
2.1.2 результаты выбора компонент ПКМ (матрицы и наполнителя) для создания материала с минимальным коэффициентом линейного термического расширения (КЛТР) и максимальным коэффициентом теплопроводности в плоскости армирования;
2.1.3 схему армирования ПКМ, обеспечивающая минимальный КЛТР материала и максимальный коэффициентом теплопроводности в плоскости армирования;
2.1.4 результаты лабораторных исследований экспериментальных образцов из ПКМ с выбранной схемой армирования с целью определения термомеханических и теплофизических характеристик;
2.1.5 результаты выбора компонент ПКМ (матрицы и наполнителя) для изготовления прототипа антенного рефлектора;
2.1.6 исходные данные по тепловым и механическим нагрузкам, действующим на элементы антенн при эксплуатации в космическом пространстве, а также механическим нагрузкам, действующим на этапе выведения космического аппарата на орбиту;
2.1.7 описание математических моделей (тепловых и термомеханических) антенного рефлектора из ПКМ;
2.1.8 результаты математического моделирования температурного и напряженно-деформированного состояния рефлектора в условиях космического полета;
2.1.9 описание математических моделей для определения влияния критических деформаций рефлектора на радиотехнические характеристики антенны;
2.1.10 результаты расчета исходных данных для конструирования антенного рефлектора по данным критических деформаций рефлектора, влияющих на радиотехнические характеристики антенны, определенных в ходе математического моделирования;
2.1.11 технические предложения по перспективным конструкциям бортовых антенн;
2.1.12 результаты расчета формы и конструкции антенного рефлектора, обеспечивающей максимизацию радиотехнических характеристик антенны;
2.1.13 конструктивно-силовую схему (количество слоев ПКМ, тип оребрения, ориентация слоев ПКМ) экспериментального образца антенного рефлектора;
2.1.14 результаты поверочных расчетов конструкции антенного рефлектора;
2.1.15 результаты оптимизации режимов формования и определения формы технологической оснастки по данным теплового анализа системы «приспособление – рефлектор»;
2.1.16 оптимальную конструктивно-технологическую схему (КТС) изготовления антенного рефлектора из ПКМ;
2.1.17 результаты термовакуумных исследовательских испытаний образцов антенных рефлекторов из ПКМ;
2.1.18 результаты обработки и интерпретации результатов термовакуумных исследовательских испытаний экспериментальных образцов антенных рефлекторов из ПКМ;
2.1.19 результаты корректировки эскизной конструкторской документации, технологии изготовления образца антенного рефлектора из ПКМ, используемых математических моделей и методик проведения испытаний;
2.1.20 оценку эффективности полученных результатов в сравнении с современным научно-техническим уровнем;
2.1.21 технико-экономическую оценку результатов ПНИ.
2.2 Отчет о патентных исследованиях, оформленный в соответствии с ГОСТ 15.011-96.
2.3 Экспериментальные образцы ПКМ для определения термомеханических и теплофизических характеристик.
2.4 Эскизная конструкторская документация на экспериментальный образец антенного рефлектора из ПКМ.
2.5 Эскизная конструкторская документация на технологическую оснастку для изготовления экспериментальных образцов антенных рефлекторов из ПКМ.
2.6 Технологическая оснастка для формования экспериментальных образцов антенных рефлекторов из ПКМ.
2.7 Лабораторный технологический процесс на изготовление экспериментальных образцов антенных рефлекторов из ПКМ.
2.8 Не менее 3-х экспериментальных образцов антенных рефлекторов из ПКМ;
2.9 Программа и методики проведения термовакуумных исследовательских испытаний антенного рефлектора из ПКМ.
2.9 Методика измерений технических характеристик антенного рефлектора при термовакуумных испытаниях.
2.10 Методики расчета, изготовления и испытания размеростабильных антенных рефлекторов из ПКМ для создания антенных рефлекторов систем межспутниковой связи, работающих в диапазоне частот с верхней границей 60 ГГц;
2.11 Технические требования и предложения по разработке, производству и эксплуатации продукции с учетом технологических возможностей и особенностей индустриального партнера - организации реального сектора экономики.
2.12 Проект технического задания на проведение ОКР по теме: «Разработка конструкции и технологии изготовления сверхлегкого антенного рефлектора из ПКМ с низкой поверхностной плотностью, высокой жесткостью и размеростабильностью».

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
3.1 Разрабатываемые методы проектирования и лабораторной технологии изготовления из ПКМ антенных рефлекторов с высокой геометрической стабильностью и долговечностью должны обеспечить снижение массы антенных систем КА при увеличении механических характеристик и надежности.
3.2 Методики расчета, проектирования, изготовления и испытания размеростабильных антенных рефлекторов из ПКМ должны позволять проведение опытно-конструкторских работ по созданию размеростабильных рефлекторов зеркальных космических антенн для систем межспутниковой связи, работающих в диапазоне частот с верхней границей 60 ГГц.
3.3 Созданные в ходе выполнения ПНИ математические модели должны обеспечивать возможность определения температурного состояния конструкции антенного рефлектора в условиях космического пространства, деформаций конструкции и изменения ее радиотехнических характеристик при деформации.

Текущие результаты проекта:
Анализ научно-технической литературы, нормативной-технической и методической документации, затрагивающей научно-техническую проблему ведется по следующим направлениям: виды эластомеров, углеродные волокна (УВ), виды углеродных волокон, методы модификации УВ, способы обеспечения размерной стабильности для межспутниковых систем связи.
Углеродные волокна являются перспективным армирующим компонентом в производстве современных композиционных материалов. Углепластики получили широкое применение в создании размеростабильных конструкций ракетно-космической техники, благодаря низким показателям термического расширения. Достижение высоких показателей размеростабильности обеспечивается оптимальными технологическими параметрами изготовления. Это обусловлено тем, что термомеханические показатели матричных материалов на порядок уступают аналогичным показателям армирующих веществ - углеродных волокон.
В результате проведенного анализа было показано, что наилучшие значения размеростабильности композитных конструкций на основе углеродных армирующих систем достигаются при оптимизации технологического процесса производства с целью обеспечения необходимой массовой доли матричных материалов.