Регистрация / Вход
Прислать материал

14.577.21.0201

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.577.21.0201
Тематическое направление
Транспортные и космические системы
Исполнитель проекта
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Балтийский государственный технический университет "ВОЕНМЕХ" им. Д.Ф. Устинова"
Название доклада
Создание высокоэффективной системы беспроводной узконаправленной передачи энергии и информации для управления состоянием объектов космического базирования на основе лазерных и волоконнооптических технологий
Докладчик
Хромихин Дмитрий Андреевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
1. Разработка и экспериментальная апробация эффективных методов дистанционной передачи энергии и информации с использованием лазерных и волоконнооптических технологий на основе применения современных полупроводниковых источников и приемников излучения, согласованных по спектральному диапазону;
2. Создание системы управляемого раскрытия крупногабаритных трансформируемых конструкций космического аппарата на основе рационального комплексирования лазерных и волоконнооптических технологий;
3. Создание научно-технических основ для развития отечественных лазерных и информационных технологий и содействие технологической независимости РФ в части современных электронных компонент космического назначения - энергоэффективных полупроводниковых источников и приемников излучения, программируемых логических интегральных схем, специализированных микроконтроллеров и т.д.
Актуальность и новизна исследования
Актуальность проекта обусловлена необходимостью создания крупногабаритных трансформируемых антенн космического базирования с альтернативными способами передачи энергии и информация к исполнительным устройствам, обеспечивающими минимальную массу, надежность и электромагнитную совместимость антенных устройств.
Новизна предлагаемой технологии и технических решений при ее реализации состоит в следующем:
1. Для передачи энергии и информация предлагается использовать лазерное излучение, передаваемое по открытому каналу и (или) оптическому волокну, с его последующим фотоэлектрическим преобразованием.
2. Предлагается использовать оптимальное сочетание двух способов передачи лазерной энергии – по открытому каналу и по оптическому волокну для решения задач минимизации массы конструкции и одновременно - достижения актуаторов, находящихся в зоне геометрической тени от элементов конструкции.
3. Предлагается объединить с помощью оптического канала передачу энергии и информации, что также позволит облегчить конструкцию трансформируемой антенны.
4. Для упрощения конструкции предполагается введение оптоволокна в силовые стропы сете-полотна антенны.
Описание исследования

Исследование содержит следующие элементы:

1. Разработка энергоэффективной технологии направленной передачи энергии и информации по открытому лазерному каналу и по оптическому волокну к локальным точкам гибких трансформируемых космических конструкций.

2. Разработка технологии рационального комплексирования оптоволоконных, лазерных технологий и технологии ближней радиосвязи для создания системы управления трансформируемыми конструкциями.

3. Разработка математической модели и исследование на ее основе процессов управляемого раскрытия крупногабаритных трансформируемых конструкций (антенн), работающих в условиях открытого космоса и использующих беспроводные и оптико-волоконные каналы передачи энергии и информации к актуаторам.

5. Разработка системы управления для функционирования трансформируемой конструкции на основе применения современной отечественной элементной базы, способной работать в условиях открытого космоса, и соответствующего программного обеспечения.

6. Создание макета системы управляемого раскрытия трансформируемой конструкции космического аппарата на основе рационального комплексирования лазерных и волоконнооптических технологий.

7. Создание научно-технического задела для импортозамещения в области современной элементной базы и программного обеспечения (в частности, разработка фотоэлектрического спектрально-селективного преобразователя в паре с лазерным источником).

Основными методами исследования являются математическое и экспериментальное моделирование с использованием элементов космической антенны и исполнительных устройств.

Базовыми подходами к решению поставленных задач являются:

- обзор имеющихся решений, патентный поиск, анализ существующих методов управления гибкими трансформируемыми конструкциями космического базирования;

- обоснование необходимости применения лазерных, оптоволоконных и радиоэлектронных технологий для обеспечения многоканального энергоинформационного обмена;

- анализ внутренних и внешних воздействий на составные части крупногабаритных трансформируемых конструкции (антенны), работающих в условиях открытого космоса на всех стадиях их эксплуатации;

- разработка обобщенной механической модели крупногабаритных трансформируемых конструкций (антенн), работающих в условиях открытого космоса – с учетом внутренних и внешних воздействий;

- разработка алгоритмов управления сложными процессами с учетом действия возмущений для формирования управления в реальном времени «раскрытием (а также конфигурирования, поддержки конфигурации и реконфигурирования)» антенн, выполнением маневров, связанных с ориентацией антенн»;

- разработка структур и схемных решений модульного принципа построения системы беспроводного и оптоволоконного автономного управления и энергоинформационного обеспечения трансформируемых конструкций космического базирования;

- разработка обобщенной математической модели системы управления раскрытием крупногабаритных трансформируемых конструкций (антенн), работающих в условиях открытого космоса (далее «Система управления раскрытием»);

- обоснование выбора элементной базы для реализации энергоинформационного обмена и распределенной системы управления раскрытия;

- разработка и отладка макета устройства передачи информационных и энергетических сигналов;

- разработка и отладка макета распределенной системы управления раскрытием;

- разработка и изготовление макета управляемой трансформируемой конструкции;

- разработка концепции системы удержания и стабилизации открытого лазерного канала передачи энергии и информации относительно приемника, с учетом высокой податливости структуры гибкой трансформируемой космической конструкции и динамических процессов, возникающих во время функционирования изделия;

- применение новой технологии туннельно-связанных полупроводниковых наноструктур для создания эпитаксиально интегрированных мощных источников излучения.

- разработка методических рекомендаций по созданию системы управляемого раскрытия и конструкции крупногабаритных трансформируемых конструкций (антенн), работающих в условиях открытого космоса.

- подготовка и проведение экспериментальных исследований макета комплексированного устройства беспроводного и оптоволоконного энергоинформационного обеспечения и радиоэлектронного управления, сопряженного с макетом распределенной системы управления раскрытием и макетом трансформируемой конструкции.

 

Результаты исследования

К основным результатам исследования относятся:

1. Эффективная технология дистанционной передачи энергии и информации с использованием лазерных и волоконнооптических технологий на основе применения современных полупроводниковых источников и приемников излучения, согласованных по спектральному диапазону;

2. Экспериментально подтвержденная концепция и макет системы управляемого раскрытия трансформируемой конструкции космического аппарата на основе рационального комплексирования лазерных и волоконнооптических технологий, которая позволяет разработать количественно обоснованное техническое задание на ОКР;

3. Научно-технические основы для развития технологий и импортозамещения в области современных электронных компонент - энергоэффективных полупроводниковых источников и приемников излучения, программируемых логических интегральных схем, специализированных микроконтроллеров и т.д.;

4. Реализованная в рамках ПНИЭР технология обеспечивает следующие преимущества:

- повышение надёжности функционирования системы энергоинформационного обмена и управления крупногабаритной трансформируемой конструкции космического базирования.

- существенное снижение массы системы энергоинформационного обмена за счет перехода к беспроводной технологии.

- снижение вероятности механического воздействия проводов на элементы трансформируемой конструкции в процессе ее реконфигурации и раскрытия.

Следует отметить, что указанные результаты не имеют прямых аналогов, особенно, в части области применения, комплексности подходов, элементной базы и программно-аппаратного обеспечения.

Практическая значимость исследования
Результаты ПНИЭР будут использованы при проектировании и создании крупногабаритных конструкций космического базирования, основанных на беспроводной передаче энергии и информации.
Сходные задачи, связанные с созданием беспроводных линий связи и энергетических потоков, возникают в робототехнике, медицине и других высокотехнологичных областях, где результаты ПНИЭР также имеют важное практическое значение.
Результаты работы применимы в космических системах и системах двойного назначения (лазерных системах, системах передачи информации и управления, системах преобразования и передачи энергии).
Особую значимость предложенные решения имеют для авиастроения, т.к. позволяют существенно снизить общий вес конструкции за счет отказа от металлических проводов.