14.577.21.0130

Создание перспективной технологии изготовления пространственных композитных конструкций для ракетно-космической техники, обладающих высокой весовой эффективностью и термостабильностью.

Актуальность. За рубежом система межспутниковой связи была впервые применена в США на аппаратах Milstar запущенных в 1994-1995 гг. В настоящее время для их замены развертывается сеть спутников связи Advanced Extremely High Frequency (AEHF). Из-за отсутствия возможности приобретения за рубежом соответствующего оборудования актуальной является задача создания отечественной высокочастотной системы межспутниковой связи, не уступающей зарубежным аналогам. Создание такой системы будет соответствовать таким критическим технологиям, как «Технологии создания ракетно-космической и транспортной техники нового поколения», «Технологии информационных, управляющих, навигационных
систем».
Новизна. Традиционно рефлекторы зеркальных космических антенн имеют вид многослойных конструкций, в которых несущие слои оболочки рефлектора из ПКМ для жесткости подкреплены металлическими сотами. Ограничения по массе выводимых на орбиту КА требуют совершенствования конструктивно-технологических решений зеркальных антенн в части придания им более высокой формо-размерной стабильности чем у существующих, имеющих погонную плотность на уровне 3,6 кг/м2. Оценки показывают возможность изготовления антенных рефлекторов в форме системы тонкостенных (толщина менее 1,5 мм) оболочек. Такая конструкция может обладать погонной плотностью около 1,0 кг/м2, что в 3 раза ниже, чем у существующих конструкций. Однако, в связи с тем, что тонкостенная конструкция может охлаждаться на теневом участке орбиты до температуры минус 170°С, необходимо использование новых моделей теплообмена, учитывающих нестационарный и комбинированный характер теплообмена оболочек рефлектора.

Современный этап развития ракетно-космической техники связан с широким применением изделий и сборных конструкций из композиционных материалов. Причиной этого является тот факт, что композиционные материалы обладают уникальным комплексом свойств: низкий удельный вес, высокие прочность и жесткость, регулируемая анизотропия характеристик.

Высокие требования, предъявляемые развитием изделий ракетно-космической и специальной техники, предопределяют необходимость совершенствования целевых эксплуатационных и функциональных характеристик применяемых материалов и конструкций на их основе. Одной из отличительных особенностей конструкций из композитов, является то, что конструкция и материал создаются одновременно, вследствие чего характеристики и материала, и конструкции существенно зависят от применяемых технологий и их режимов. Таким образом актуальным представляется разработка новых и оптимизация применяющихся технологий переработки материалов в изделия.

Так, целью ПНИ в целом является создание перспективной технологии изготовления пространственных композитных конструкций для ракетно-космической техники, обладающих высокой весовой эффективностью и термостабильностью.

Цель работ этапа состоит в испытании (отработке) технологии изготовления пространственных композитных конструкций посредством радиального плетения и трансферного формования, разработке и изготовлении экспериментальных образцов пространственных композитных конструкций ракетно-космической техники по отработанной технологии. Данная цель промежуточного этапа работ занимает существенное место в выполнения ПНИ в целом и предшествует завершению этапу работ, связанному с испытаниями изготовленных по разработанной и отработанной технологии изделий.

Для достижения поставленной цели этапа решались следующие задачи:

• разработка экспериментальных образцов пространственных композитных конструкции ракетно-космической техники;
• разработка Программ и методик исследовательских испытаний технологий изготовления пространственных композитных конструкций ракетно-космической техники посредством радиального плетения и трансферного формования;
• проведение исследовательских испытаний технологий изготовления пространственных композитных конструкций ракетно-космической техники посредством радиального плетения и трансферного формования.
• корректировка Лабораторных технологических регламентов изготовления пространственных композитных конструкций ракетно-космической техники посредством трансферного формования и радиального плетения;
• разработка рекомендации по оптимизации параметров технологических режимов для изготовления типовых пространственных композитных конструкций ракетно-космической техники;
• изготовление экспериментальных образцов пространственных композитных конструкций ракетно-космической техники.

Основная область применения полученных результатов –пространственные композитные конструкции ракетно-космической техники. Результаты исследований и разработок могут быть использованы в составе космических аппаратов связи, навигации и геодезии и должны обеспечивать функционирование ракетно-космической техники в реальных эксплуатационных условиях с сохранением функциональной принадлежности и размеростабильности.

В результате выполнения прикладных научных исследований и разработок по проекту получены следующие результаты.

Разработана компоновочная схема взаимного расположения конструктивных элементов пространственных композитных конструкции ракетно-космической техники. Разработаны экспериментальные образцы пространственных композитных конструкции ракетно-космической техники. Разработанная пространственная композитная конструкция предназначена для работы с рефлектором с диаметром D = 1200 мм, фокусное расстояние которого равно f = 500 мм. Такой жесткий антенный рефлектор, работающий в частотном диапазоне ν от 20 до 40 ГГц, при диаметре D = 1,2 м обеспечивает коэффициент усиления G_A^Ideal не более 50 дБ при любых значениях эффективности p, лежащих в диапазоне от 50 % до 80 %. В составе пространственной композитной конструкции разработан терморазмеростабильный углепластиковый волновод со следующими эксплуатационными характеристиками: рекомендуемый частотный диапазон работы от 26,50 ГГц до 40,00 ГГц; граничные частоты работы от 21,07 ГГц до 42,15 ГГц при следующих размерах волноводного отверстия: ширина a = 7,1 ± 0,05 мм; высота b = 3,6 ± 0,05 мм. Предельная передаваемая мощность такого волновода составляет 64 кВт. Затухание на средней частоте сигнала для такого волновода оценивается в пределах от 0,7 до 1,5 дБ/м.

Разработаны Программы и методики исследовательских испытаний технологий изготовления пространственных композитных конструкций ракетно-космической техники посредством радиального плетения и трансферного формования.

На основании проведенных исследовательских испытаний технологии изготовления пространственных композитных конструкций ракетно-космической техники посредством радиального плетения и трансферного формования были уточнены нормы режимов технологии позволяющие изготавливать изделия надлежащего качества исходя из привязки к конкретным уровню производства и технологическим условиям.

По результатам проведенных исследовательских испытаний произведена необходимая корректировка Лабораторных технологических регламентов изготовления пространственных композитных конструкций ракетно-космической техники посредством трансферного формования и радиального плетения. Разработаны рекомендации по оптимизации параметров технологических режимов для изготовления типовых пространственных композитных конструкций ракетно-космической техники.

В результате проведенных разработок и испытаний технологий изготовления, были изготовлены экспериментальные образцы пространственных композитных конструкций ракетно-космической техники. Изготовленные экспериментальные образцы типовых пространственных композитных конструкций ракетно-космической техники предназначены для проведения исследовательских испытаний термомеханических характеристик на заключительном этапе работы.

В ходе выполнения работ по этапу получен ряд оригинальных научно-технических решений, – в результате поданы две заявки на регистрацию результатов интеллектуальной деятельности:

• заявка на регистрацию программы для ЭВМ «Программное средство для расчета параметров геометрической формы и размеров параболических антенных рефлекторов»;
• заявка на регистрацию полезной модели «Терморазмеростабильный СВЧ-волновод с высокой весовой эффективностью».

Основная область применения полученных результатов –пространственные композитные конструкции ракетно-космической техники. Результаты исследований и разработок могут быть использованы в составе космических аппаратов связи, навигации и геодезии и должны обеспечивать функционирование ракетно-космической техники в реальных эксплуатационных условиях с сохранением функциональной принадлежности и размеростабильности.