Регистрация / Вход
Прислать материал

Проведение прикладных научных исследований в области проектирования космических аппаратов с крупногабаритными трансформируемыми антенными рефлекторами

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
трансформируемый рефлектор, космический аппарат, параболическая антенна, отражающая поверхность, формообразующая структура

Цель проекта:
1. Реализация проекта направлена разработку методического обеспечения и создания численных моделей перспективного раскрываемого крупногабаритного антенного рефлектора с диаметром апертуры до 100 м. 2. Создание теоретического и технологического задела, а также методического обеспечения для производства крупногабаритных трансформируемых рефлекторов с диаметром апертуры до 100 м, для космических аппаратов с длительным сроком активного существования с целью сокращения сроков и издержек разработки и наземной отработки таких конструкций.

Основные планируемые результаты проекта:
1.1 Разработка Методик
– Комплексного анализа конструкции крупногабаритного рефлектора
– Решения нелинейных задач численного моделирования напряженно-деформированного состояния рефлектора
– Анализа устойчивости отдельных элементов конструкции рефлектора и рефлектора в целом
– Непосредственного измерения натяжений вантовых и мембранных конструкций рефлектора
– Непосредственного измерения коэффициента отражения материала отражающей поверхности рефлектора
– Наземной настройки и регулировки формы отражающей поверхности крупногабаритного рефлектора
– Расчета температурных деформаций системы космический аппарат – рефлектор
– Оценки динамического поведения системы космический аппарат – рефлектор при действии на нее различных возмущающих факторов, в том числе с учетом повреждений отдельных элементов конструкции в результате столкновения с метеоритами и/или космическим мусором
– Проектирования периферийных зон отражающей поверхности вантово-оболочечных конструкций рефлекторов
1.2 Разработка конструктивной схемы и численных моделей прототипа перспективного крупногабаритного рефлектора с диаметром апертуры до 100 м для космического аппарата с длительным сроком активного существования
1.3 Разработка методов орбитальной юстировки путем электронной дофокусировки сигнала, а также путем механической регулировки формы отражающей поверхности в орбитальных условиях

2.
– Методика комплексного анализа конструкции крупногабаритного рефлектора должна предназначаться для решения тепловой задачи, расчета НДС, проведения электродинамического анализа и расчет диаграмм направленности при конструировании перспективных рефлекторов
– Методика решения нелинейных задач численного моделирования напряженно-деформированного состояния рефлектора должна обеспечивать получение результатов повышенной точности по сравнению с существующими методиками.
– Методика анализа устойчивости отдельных элементов конструкции рефлектора и рефлектора в целомдолжна быть предназначена для оценки механической устойчивости конструкции рефлектора в сборе и отдельных ее элементов при воздействии эксплуатационных нагрузок на этапах сборки, наземной настройки и в орбитальных условиях.
– Методика непосредственного измерения натяжений вантовых и мембранных конструкций рефлектора должна быть предназначена для использования при настройке рефлектора в процессе изготовления и обеспечивать заданную точность измерений в условиях его наземной отработки
– Методика наземной настройки и регулировки формы отражающей поверхности крупногабаритного рефлектора должна быть предназначена для использования при настройке рефлектора в процессе изготовления, обеспечивающий требуемую геометрическую точность отражающей поверхности рефлектора при его раскрытии в условиях невесомости.
– Методика расчета температурных деформаций системы космический аппарат – рефлектордолжна предназначаться для анализа искажений формы рефлектора и штанг крепления космического аппарата, вызванных температурными перепадами
– Методика оценки динамического поведения системы космический аппарат – рефлектор при действии на нее различных возмущающих факторов, в том числе с учетом повреждений отдельных элементов конструкции в результате столкновения с метеоритами и/или космическим мусором должна быть предназначена для анализа колебаний крупногабаритного рефлектора при действии на космический аппарат возмущений различной природы
– Методика проектирования периферийных зон отражающей поверхности вантово-оболочечных конструкций рефлекторов должна быть предназначена для выбора и оценки конструктивных решений и эффективности использования жестких элементов формообразующей структуры рефлектора для увеличения площади отражающей поверхности в периферийной области.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
1.
Диаметр рефлектора до 100 м
Диапазон рабочих частот до 10 ГГц
Достижимая точность отражающей поверхности СКО ≤ 0.03λ
Масса рефлектора приведенная к площади апертуры 0,25 кг/м2
Частота первого тона собственных колебаний не менее 0,05 Гц
Система механической регулировки длин вант должна восстанавливать значение ширины диаграммы направленности до 90 % от требуемой.
Система электронной дофокусировки должна не менее чем в 2 раза изменять ширину диаграммы направленности антенны и обеспечивать восстановление коэффициента усиления до уровня не ниже 95 % от начального значения

2.
– Впервые будет разработан новый метод регулировки антенной системы при орбитальной эксплуатации, основанный на электронной дофокусировке принимаемого сигнала в приемной части антенного комплекса.
– Впервые будет проанализирована работоспособность антенной системы КА после столкновения на орбите с объектами различной природы
– Будет разработан новый комплекс методов и устройств механической наземной настройки крупногабаритных рефлекторов.

3.
Разработка методик основана на обобщении опыта анализа вантово-оболочечных конструкций крупногабаритных раскрываемых рефлекторов.
Разработка конструктивной схемы перспективного крупногабаритного рефлектора произведена на основе анализа существующих летных прототипов и результатов патентных исследований. Для обоснования выбора оптимальной конструктивной схемы проведены численные расчеты направленные на определение ключевых характеристик сравниваемых прототипов.
Разработка способов орбитальной юстировки рефлектора производится путем создания новых алгоритмов корректировки параметров антенного рефлектора в орбитальных условиях.

4
Для достижения требуемых массогабаритных параметров перспективного рефлектора может потребоваться создание новых композиционных материалов с повышенными характеристиками.
Компания NorthropGrummanCorporationсообщает ведущейся разработке рефлектора AstroMesh 2 диаметром 50 м. Имеются сообщения о подготовке к разработке за рубежом раскрываемых рефлекторов с диаметром апертуры до 100м, однако подробности данных разработок в настоящий момент не освещены.


Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1
1.1 Широкополосная скоростная спутниковая связь,
1.2 Дистанционное зондирование Земли
1.3 Радиолокационный мониторинг

2. Использование планируемых результатов позволит повысить эффективность проектирования, производства и эксплуатации крупногабаритных раскрываемых антенных рефлекторов с прецизионной отражающей поверхностью для космических аппаратов с длительным сроком активного существования

3.Практическое использование результатов в области производства космических аппаратов позволит повысить конкурентные позиции на мировом рынке отечественных производителей спутниковых систем. Использование спутниковых антенн с крупногабаритными рефлекторами позволит обеспечить качественными услугами связи всю территорию Российской Федерации и прилегающих государств, включая отдаленные районы, используя при этом малое (вплоть до одного) количества спутников.
Также внедрение результатов исследования позволит с высокой эффективностью решать задачи геомониторинга и дистанционного зондирования Земли, а также повысит эффективность ВКС РФ.

4. Планируемые результаты окажут позитивное влияние на международное научное сотрудничество в области геомониторинга, дистанционного зондирования Земли и исследованиях климата.

Текущие результаты проекта:
Разработана комплексная математическая модель крупногабаритного трансформируемого рефлектора.

Разработаны методики:
– Комплексного анализа конструкции крупногабаритного рефлектора
– Решения нелинейных задач численного моделирования напряженно-деформированного состояния рефлектора
– Анализа устойчивости отдельных элементов конструкции рефлектора и рефлектора в целом
– Непосредственного измерения натяжений вантовых и мембранных конструкций рефлектора
– Непосредственного измерения коэффициента отражения материала отражающей поверхности рефлектора
– Наземной настройки и регулировки формы отражающей поверхности крупногабаритного рефлектора
– Расчета температурных деформаций системы космический аппарат – рефлектор
– Оценки динамического поведения системы космический аппарат – рефлектор при действии на нее различных возмущающих факторов, в том числе с учетом повреждений отдельных элементов конструкции в результате столкновения с метеоритами и/или космическим мусором
Проведен сравнительный анализ существующих прототипов и осуществлен выбор оптимальной конструктивной схемы для крупногабаритной антенны космического аппарата длительного функционирования
Для выбранной конструкции произведены:
– Оценка достижимой точности отражающей поверхности
– Расчет диаграммы направленности
– Оценка жесткости рефлектора и системы космический аппарат рефлектор
– Анализ устойчивости отдельных элементов конструкции рефлектора и рефлектора в сборе
– Анализ температурных деформаций системы космический аппарат – рефлектор
Характеристики разработанного на основе выбранной конструктивной схемы прототипа
– Диаметр апертуры 48 м
– Масса 642,8 кг
– Минимальная собственная частота 0,073 Гц
– Среднеквадратичное отклонение (СКО) формы отражающей поверхности от параболоида наилучшего приближения5,63 мм