Описание проекта

В последние годы получили развитие системы межспутниковой связи, задачей которых является обеспечение сообщения между космическими аппаратами и наземными станциями, не находящимися в прямой видимости, что повышает эффективность систем спутниковой связи в целом. Наиболее часто в космических аппаратах межспутниковой связи, используются зеркальные антенны, составной частью которых является рефлектор для отражения и концентрации электромагнитных волн.

Первое поколение космических аппаратов систем межспутниковой связи составляли спутники TDRS (TRW, Boeing, США), антенны которых работали в диапазонах S, Ku, Ka и отечественные спутники серии Луч-5 (АО «ИСС им. М.Ф. Решетнева»), с антеннами, работающими в частотном диапазоне Ku.

По имеющимся данным за рубежом наблюдается тенденция к освоению более высоких частот. Зарубежные аппараты систем межспутниковой связи, такие как AEHG-1 и Milstar (Lockheed Martin, США), уже функционирует в диапазонах от Ka до V (частоты от 40 до 75 ГГц). Информация о конструкции антенных систем этих космических аппаратов ограничена, т.к. они используются в интересах правительственных служб США. С увеличением рабочей частоты антенны требуется и бо́льшая точность отражающей поверхности. Допустимые отклонения формы рефлектора под действием факторов орбитального полета не должны превышать значения Λ/16, а иногда и Λ/50, где Λ – длина волны радиоизлучения. Таким образом, для работы в диапазонах Ka и V необходимы прецизионные конструкции, так как отклонения их поверхности не должны превышать 0,1 мм.

Достигнуть высоких показателей размеростабильности возможно при использовании жестких рефлекторов из полимерных композиционных материалов, таких как углепластики. При этом необходимо повышать весовую эффективность конструкции, которая характеризуется погонной плотностью, т.е. отношением массы конструкции рефлектора к площади апертуры. Для современных бортовых антенн этот параметр составляет 3,0-3,5 кг/м². Одновременное достижение еще более низкой погонной плотности и высокой размеростабильности представляет собой сложную научно-техническую задачу, в которой конструктивно-силовая схема увязана с характеристиками полимерных композиционных материалов.

Углепластики имеют малые значения коэффициента линейного термического расширения, сравнительно малую плотность, высокую жесткость, прочность и теплопроводность. Однако их характеристики могут варьироваться в широких пределах в зависимости от формы и размеров конструкции, состава и структуры компонентов, технологических приемов изготовления. Композиционные материалы отвечают триединству «конструкция-технология-материал», и при определении параметров конструкции невозможно абстрагироваться от одного из трёх компонентов, каждый из которых, при этом, связан друг с другом. Поэтому разработка конструктивно-силовых схем рефлекторов зеркальных космических антенн с высокой размеростабильностью и малой погонной плотностью, учитывающей структурные и технологические особенности композиционных материалов, а также условия работы на геостационарной орбите, является актуальной задачей для создания нового поколения систем межспутниковой связи.

Пульс