Регистрация / Вход
Прислать материал

14.577.21.0114

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.577.21.0114
Тематическое направление
Транспортные и космические системы
Исполнитель проекта
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э.Баумана (национальный исследовательский университет)"
Название доклада
Разработка конструкции и технологии изготовления сверхлегких зеркальных космических антенн из композиционных материалов с высокой размерной стабильностью для межспутниковых систем связи.
Докладчик
Чуднов Илья Владимирович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Целью проекта является разработка научно-технических основ для создания зеркальных космических антенн с высокой геометрической стабильностью и долговечностью в условиях космического пространства для обеспечения эффективного функционирования космических аппаратов систем межспутниковой связи сроком более 15 лет.
Актуальность и новизна исследования
Реализация проекта обеспечит задел для проведения опытно-конструкторских работ по созданию размеростабильных рефлекторов зеркальных космических антенн для систем межспутниковой связи, работающих в диапазоне частот с верхней границей 60 ГГц.
Создание систем межспутниковой связи устраняет необходимость использования промежуточных земных станций для связи между космическими аппаратами. Полученные результаты могут быть применены при разработке высокочастотной системы связи, что позволит увеличить скорость передачи информации по сравнению с существующими системами связи, а также обеспечит надежность и защищенность связи в связи с невозможностью создания в данном частотном диапазоне активных преднамеренных радиопомех и перехвата информации с Земли.
Результаты исследования имеют большое значение для создания отечественной системы межспутниковой связи, совершенствования телекоммуникационных космических аппаратов за счет применения более легких размерностабильных антенн со сроком службы не менее 15 лет, работающих в защищенном диапазоне рабочих частот с верхней границей 60 ГГц.
Описание исследования

Сложность разработки и изготовления подобных антенных рефлекторов обусловлена тем фактом, что с увеличением частотного диапазона работы и увеличением габаритов рефлектора существенное негативное влияние на целевую характеристик рефлектора – коэффициент усиления начинает оказывать среднеквадратическое отклонение формы параболического рефлектора, что обусловлено как наследуемой при изготовлении погрешностью формы, так и деформациями вследствие температурных перепадов в процессе эксплуатации рефлектора.

Так, целью ПНИ в целом является 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.

Целью текущего промежуточного этапа прикладного научного исследования и разработки является разработка технологии изготовления, изготовление и термовакуумная отработка экспериментального образца антенного рефлектора из ПКМ в соответствии с разработанными на предыдущих этапах работы проектно-конструкторскими решениями по его конструкции и применяемым материалам. Данная цель промежуточного этапа работ занимает завершающее и существенное место в выполнения ПНИ целом.

Для достижения поставленной цели этапа решались следующие задачи:

  • разработка лабораторного технологического процесс на изготовление экспериментальных образцов антенных рефлекторов из ПКМ;
  • изготовление технологической оснастки для формования экспериментальных образцов антенных рефлекторов из ПКМ;
  • изготовление экспериментальных образцов антенных рефлекторов из ПКМ;
  • разработка Программы и методики проведения термовакуумных испытаний антенного рефлектора из ПКМ;
  • разработка методики измерений технических характеристик антенного рефлектора при термовакуумных испытаниях;
  • проведение термовакуумных испытаний образцов антенных рефлекторов из ПКМ;
  • обработка и интерпретация результатов термовакуумных испытаний экспериментальных образцов антенных рефлекторов из ПКМ.

Органичность задач и решений этапа в общей концепции ПНИ проявляется в их связях не только с целью этапа, но и с конечной целью всего ПНИ. Задачи этапа и их решения образуют последовательность в которой полученные решения последовательно обусловливают друг друга. Работы этапа носят комплексный характер и выполнены методами, включающими информационный обзор и анализ, экспериментальные исследования – термовакуумные испытания, теоретические расчетные исследования с использованием как аналитических моделей, так и компьютерного имитационного моделирования в системах конечно-элементного анализа.

Результаты исследования

Разработан лабораторный технологический процесс на изготовление экспериментальных образцов антенных рефлекторов из ПКМ. Изготовлена технологическая оснастка для формования экспериментальных образцов антенных рефлекторов из ПКМ. Изготовлены экспериментальные образцы антенных рефлекторов из ПКМ.

Разработана Программа и методики проведения термовакуумных испытаний антенного рефлектора из ПКМ. Разработана методика измерений технических характеристик антенного рефлектора при термовакуумных испытаниях.

Проведены термовакуумные испытания образца антенного рефлектора из ПКМ. Проведена обработка и интерпретация результатов термовакуумных испытаний экспериментального образца антенного рефлектора из ПКМ.

В результате проведенной обработки и интерпретации результатов термовакуумных испытаний антенного рефлектора из ПКМ показано, что спроектированный и изготовленный экспериментальный образец антенного рефлектора из ПКМ обладает следующими характеристиками:

  • погрешность изготовления (отклонение реальной формы отражающей поверхности от теоретической) составляет 0,042 ± 0,019 мм;
  • тепловые деформации (максимальные деформации в диапазоне от минус 170 °С до плюс 147 °С) составляют 0,094 ± 0,019 мм;
  • среднеквадратичная сумма отклонений (СКО) реальной формы отражающей поверхности от теоретической составляет 0,077 ± 0,019 мм.

Поверхностная масса образца рефлектора составила 1,887 кг/м2, что также соответствует пункту 4.2.1 Технического задания – поверхностная масса рефлектора должна составлять менее 1,90 кг/м2.

  • испытанный параболический антенный рефлектор с учетом СКО
    из-за погрешности его изготовления, работающий в частотном диапазоне ν от 10 до 60 ГГц, при диаметре D = 1,2 м обеспечивает реальный коэффициент усиления GAReal от 39 до 54 дБ при любых значениях эффективности p, лежащих в диапазоне от 50 % до 80 % при нормальных условиях;
  • испытанный параболический антенный рефлектор с учетом СКО
    из-за термических деформаций при температуре T = -170 °С, работающий в частотном диапазоне ν от 10 до 60 ГГц, при диаметре D = 1,2 м обеспечивает реальный коэффициент усиления GAReal от 39 до 52 дБ при любых значениях эффективности p, лежащих в диапазоне от 50 % до 80 %.

Таким образом, СКО профиля рефлектора как вследствие погрешности изготовления, так и вследствие температурных деформаций при температуре T = -170 °С не ухудшает коэффициент усиления экспериментального антенного рефлектора более чем на 4 %, что проявляется только при высоких (60 ГГц) частотах работы рефлектора.

Также, проведено исследование динамических характеристик антенного рефлектора из ПКМ на основе модального анализ модели антенного рефлектора в программном продукте конечно-элементного расчета на ЭВМ. Результаты динамического анализа показали, что при жесткой фиксации в точках пересечения ребер жесткости, расположенных на тыльной поверхности конструкции антенного рефлектора, собственные частоты всей конструкции варьируются от 62,008 Гц до 62,984 Гц, что соответствует первым шести формам собственных колебаний.

Таким образом, показана работоспособность образца антенного рефлектора из ПКМ в диапазоне температур от минус 170 °С до плюс 150 °С.

Практическая значимость исследования
Основная область применения полученных результатов –размеростабильные рефлекторы зеркальных космических антенн для систем межспутниковой связи, работающих в диапазоне частот с верхней границей 60 ГГц. Результаты исследований и разработок могут быть использованы в составе космических аппаратов связи, навигации и геодезии и должны обеспечивать работу в реальных эксплуатационных условиях.