Инновация в области опорной платы контррефлектора космической обсерватории Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Инновационные технологии управления и международная кооперация в аэрокосмическом производстве

УДК 608.2

ИННОВАЦИЯ В ОБЛАСТИ ОПОРНОЙ ПЛАТЫ КОНТРРЕФЛЕКТОРА КОСМИЧЕСКОЙ ОБСЕРВАТОРИИ

М. С. Писарев, В. В. Двирный, В. Н. Наговицин, В. М. Лазарев, Ю. С. Кравченко

АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52

E-mail: [email protected]

Рассматривается вариант разработки конструкции опорной платы контррефлектора из композиционного материала для космической обсерватории.

Ключевые слова: инновация, космическая обсерватория, контррефлектор, космический аппарат (КА), прецизионность конструкции.

INNOVATION IN THE FIELD OF THE SUPPORT BOARD OF THE COUNTERREFLECTOR

OF THE SPACE OBSERVATORY

M. S. Pisarev, V. V. Dvirniy, V. N. Nagovitsin, V. M. Lazarev, Yu. S. Kravchenko

JSC Academician M. F. Reshetnev Information Satellite Systems 52, Lenin Str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: [email protected]

The paper demonstrates a version to design a counterreflector support plate made of composite material for a space observatory.

Keywords: innovation, space observatory, counterreflector, spacecraft, precision of design.

Одним из приоритетных направлений развития космических аппаратов является создание космических обсерваторий миллиметровых и инфракрасных длин волн, работающих при криогенных температурах. В состав оборудования космической обсерваторий входят криогенная зеркальная система, включающая в себя опорную ферму рефлектора, на которой расположены рефлектор, контррефлектор с опорами, система раскрытия рефлектора, а также охлаждаемый контейнер с приемной аппаратурой. В состав опорной фермы входит опорная плата, представляющая единую деталь замкнутого контура с постоянным сечением, с тремя интерфейсными точками для установки контррефлектора и шестью точками для установки опорной платы на штанги. В связи с этим актуальной проблемой является разработка конструкции опорной платы контррефлектора, обладающей следующими характеристиками:

- низкий коэффициент линейного теплового расширения;

- высокая прочность;

- высокая жесткость;

- минимальная масса;

- прецизионность.

Выполнен опытный образец опорной платы из титанового сплава ВТ14 (рис. 1), недостатками которой являются высокая масса конструкции (6 кг), низкие показатели размеростабильности (КЛТР ВТ14 -|8,6*10-6| °С-1), а также риск разрушения конструкции при криогенных температурах космического пространства (-269 °С) [2]. Модуль упругости ВТ14 - 112 ГПа.

Рис. 1. Титановая опорная плата

Проведя анализ конструкции исходной металлической (титановой) опорной платы и особенностей проектирования деталей из композиционного материала, в среде CATIA V5 была спроектирована углепласти-ковая опорная плата (рис. 2).

Данная плата представляет собой интегральную конструкцию с инваровыми вставками, выполненную из материала M46J, обладающего следующими характеристиками:

- диапазон рабочих температур от -269 до +100 °С;

- КЛТР вдоль волокон |-3,5х10-6| 1/°C, поперек волокон |46х10-6| 1/°C;

- плотность 1,65 г/мм3.

Интегральная конструкция может быть изготовлена различными методами формования:

- RTM формованием;

- Light RTM формованием;

- инфузией (формованием в вакуумном мешке).

Решетневские чтения. 2017

Рис. 2. Углепластиковая опорная плата

RTM формование используется для изготовления средних и крупных партий изделий методом инжек-ции полиэфирной смолы в закрытую форму. Light RTM отличается тем, что прижим матрицы и пуансона осуществляется с помощью вакуума, а пуансон представляет собой легкий позитивный оттиск матрицы Данные способы позволяет получить оптимальный процент связующего, что повышает физико-механические характеристики готового изделия, а также высокое качество поверхностей и точность размеров. Недостатком данных методов является необходимость разработки матрицы и пуансона, что влечет большие затраты при штучном производстве [1].

Оптимальным методом формования штучного изделия является инфузия, процесс, при котором с применением вакуумной пленки (мешка) создается разряжение в рабочей полости формы и за счет разницы в давлении происходит всасывание смолы и пропитка армирующих материалов. Преимущества данной технологии:

- лучшее соотношение смолы и волокон (повышенная прочность);

- конструкции типа «сэндвич» могут изготавливаться в один прием;

- меньшие затраты на оборудование;

- более широкие возможности варьирования структуры ламината.

Данным метод можно использовать для формования углепластиковой опорной платы. Стоит отметить, что инваровые вставки устанавливаются в посадочные отверстия до полимеризации, а затем закрепляются дополнительными усиливающими слоями.

Таким образом, разработана углепластиковая опорная плата с инваровыми вставками массой 3,42 кг, что на 43 % меньше массы титановой опорной платы. При этом модуль упругости углепластикового материала 245 ГПа, что позволяет получить высокопрочную конструкцию.

Прецизионность конструкции обеспечивается ин-варовыми вставки и малым КЛТР.

Библиографические ссылки

1. Парафесь С. Г. Конструкция космических летательных аппаратов : учеб.-метод. комплекс. М. ; Калуга : Эйдос, 2011. 247 с.

2. Гардымова Г. П., Мешкова Е. В. Композиционные материалы в ракетно-космическом аппарато-строении. СПб. : Спецлит, 1999. 271 с.

References

1. Parafes S. G. Of this year the desing of space flying machines: the aducational-methodical complex. Kaluga ; M. : Eidos, 2011. 247 p.

2. Gardimov G. P., Meshkova E. V. Composicionii materiali v raketno-kosmicheskom apparatostroenii. SPb. : SpecLit, 1999. 271 p.

© Писарев М. С., Двирный В. В., Наговицин В. Н., Лазарев В. М., Кравченко Ю. С., 2017