Технология изготовления рефлекторов антенн для космических аппаратов с повышенными радиотехническими характеристиками Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Решетневскце чтения

УДК 629.78.002.2:621.396.67

Г. Н. Грудинин, В. Е. Чичурин, В. Б. Тайгин

ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева», Россия, Железногорск

ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РЕФЛЕКТОРОВ АНТЕНН ДЛЯ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ С ПОВЫШЕННЫМИ РАДИОТЕХНИЧЕСКИМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ

Кратко приведена технология изготовления рефлекторов антенн, выполненных из углепластика и арами-допластика.

В настоящее время для космической техники, где особенно важен вес, широко применяются трехслойные рефлектора, состоящие из двух параболических обшивок (одна из которых, обычно внутренняя вогнутая, является отражающим-собирающим зеркалом) соединенных сотовым заполнителем [1]. Материалом для обшивок часто служат углепластики и менее распространенные арамидопластики. Эффективность работы данного типа антенны зависит от точности изготовления отражающей поверхности, а также от отражающей способности материала поверхности.

Точность изготовления поверхности рефлектора оценивается как среднеквадратичное отклонение действительной поверхности от теоретической. Для рефлектора размером диаметра до 1,5 м отклонение составляет 0,1-0,2 мм; для рефлектора с диаметром до 2,5 м предел составляет 1,5-0,5 мм. Радиоотражаю-щая способность рефлектора оценивается коэффициентом отражения равному отношению мощности падающего радиолуча к мощности отраженного, для углепластика лежит в пределах 0,8-0,9 в широком диапазоне частот (от 1 до 80 ГГц).

7

Схема отражения радиоволны от углепластиковой сотопанели рефлектора: 1 - облучатель (источник сигнала); 2 - приемник; 3 - исходный радиолуч; 4 - отраженный радиолуч; 5 - Отражающая поверхность рефлектора антенны; 6 - сотовый наполнитель; 7 - прошедший (рассеянный) радиолуч

При отражении радиолуча от отражающей поверхности рефлектора антенны источник сигнала 1 излучает исходный радиолуч 3 интенсивностью 3 = 1, подходит к отражающей поверхности антенны 5 под углом Ф и отражается в радиолуч 4 с интенсивностью где < 3. Часть энергии радиолуча 3 3р, где 3 = 3 - 3\, поглощается в обшивке и проходит через нее, рассеи-

вается, в результате чего происходит нагрев сотона-полнителя, а исходный радиолуч теряет мощность.

Дальнейшее повышение точности изготовления трехслойных рефлекторов сопряжено с многократным увеличением себестоимости изготовления. К примеру, для увеличения точности отражающей поверхности рефлектора необходимо применять высокоточную оснастку, изготовленную из материала, обладающего низким коэффициентом линейного температурного расширения для исключения температурных деформаций при формовании рефлектора. В настоящее время к таким материалам можно отнести такие дорогостоящие и труднообрабатываемые материалы, как инвар, низкопористый изоморфный графит, углеродные пены. Точность изготовления оснастки не может превышать номинальную точность обрабатывающих станков.

Возможным способом повышение радиотехнических характеристик рефлекторов является повышение электропроводности отражающей поверхности. Это возможно путем нанесения на отражающую поверхность электропроводящих материалов. Существующая технология вакуумного нанесения алюминия высокой чистоты предъявляет к технологическому процессу следующие требования: высокий класс шероховатости поверхности предназначенной к нанесению, отсутствие пористости, адгезия слоя напыленного материала к материалу поверхности рефлектора или способ нанесения на поверхность рефлектора слоя, состоящего из смеси, содержащей частицы электропроводящего (алюминия, меди) и полимерного материала (клея). Недостатками данной технологии является неравномерность нанесения покрытия и искажение первоначальной поверхности, наличие пористости.

В тяжелых условиях эксплуатации рефлектора в космическом пространстве возникает проблема адгезионного взаимодействия полимера поверхности углепластика на границе раздела основного материала и нанесенного покрытия, и разности КЛТР двух слоев. Совокупность этих факторов может привести к отслаиванию слоя материала.

В качестве материала для изготовления обшивок рефлектора предлагается использовать углеродный материал (ленту, ткань), предварительно пропитанный смолой, содержащей дисперсные частицы (размером от 10 до 100 мкм) электропроводящего материала, например, меди или алюминия, с последующим формованием трехслойного рефлектора.

1

Перспективные материалы и технологии в аэрокосмической отрасли

Преимуществами данного способа являются: возможность контролировать содержание электропроводного материала; равномерность (однородность) распределения частиц материла, возможность отслоения материала; защищенность частиц металла защищены слоем полимера, которые могут находиться в неокисленном состоянии долгое время; неизменяемость геометрии поверхности.

Кроме того, наличие в полимере нанонаполните-лей приводит к структурированию полимера, повышению механических свойств [2], снижению температуры стеклования (полимеризации) [3]. Введение дисперсного (наноразмерного) металлического наполнителя в полимерную матрицу приведет к повы-

шению теплопроводности материала обшивки, отражению части солнечного излучения и снизит тепловое напряжение, возникающее при работе антенны, так как будут снижаться тепловые деформации и повышаться размеростабильность работающей антенны.

Библиографические ссылки

1. Устройства СВЧ и антенны / под ред. Д. И. Воскресенского. 2-е изд. доп. и перераб. М. : Радиотехника, 2006.

2. Lucas P. Composite materials research progress / Durand. NY : Nova Science Publisher Inc. 2008..

3. Липатов Ю. С. Физико-химические основы наполнения полимеро. М. : Химия, 1991.

G. N. Grudinin, V. E. Chichurin, V. B. Taygin JSC «Academician M. F. Reshetnev «Information Satellite Systems», Russia, Zheleznogorsk

ADVANCE TECHNOLOGY IMPROVE THE RADIO CHARACTERISTICS OF THE REFLECTOR

Satellite communications systems have found wide application-layer parabolic reflector. They have a small weight, high radio and operational properties. The JSC «ISS» developed different technologies to improve radio performance.

© rpyguHHH r. H., ^HHypHH B. E., TafiraH B. E., 2012

УДК 621.924.079

Л. В. Зверинцева, С. В. Степанов, Г. В. Кочкина, В. В. Зверинцев

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

ПРОБЛЕМЫ ВНЕДРЕНИЯ ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ ОБРАБОТКИ НА ПРЕДПРИЯТИИ «ИНФОРМАЦИОННЫЕ СПУТНИКОВЫЕ СИСТЕМЫ»

Проанализированы некоторые аспекты высокоскоростной обработки и обозначены проблемы ее внедрения на предприятии «Информационные спутниковые системы».

Быстрое развитие технологии изготовления оборудования и инструмента предполагает новые решения технологии металлообработки. Высокоскоростная механическая обработка обеспечивает высокую скорость удаления металла и низкую шероховатость поверхности, одновременно устраняя потребность в охлаждающей эмульсии. Несмотря на высокие требования к режущему инструменту и оборудованию, высокоскоростная обработка (ВСО) обладает многочисленными преимуществами: она позволяет сократить время цикла производства и делает лишними некоторые из видов обработки, например, финишную доводку при обеспечении требуемой точности. Технология высокоскоростного фрезерования получает в настоящее время активное развитие на передовых предприятиях России.

В последние годы отмечается устойчивый рост интереса к инновационному процессу, закупке и изучению новых технологий в российской промышленности. Время требует постоянного увеличения производительности, станков с ЧПУ и обрабатывающих

центров. Значительная часть новых станков уже рассчитана на работу со скоростями шпинделя 25 тыс. оборотов в минуту и более. Выгода от перехода к ВСО несомненна - повышение скорости резания на 20-25 % сокращает стоимость конечного изделия на 15 %. Но при высокоскоростном фрезеровании скорости резания и подач в 5-10 раз выше, чем при обычной обработке. Скорости подач также повышаются по сравнению с обычной обработкой в 5-10 раз и тем самым находятся в диапазоне от 2 до 20 м/мин [1]. Высокие скорости вращения шпинделей и высокая динамика механизмов подачи предъявляют жесткие требования к фиксации инструмента в станке по точности, надежности и жесткости. Для этой цели применяют термозажимные втулки и гидравлические зажимы, обеспечивающие минимальное радиальное биение и балансировку. При нагреве втулки в индуктивном магнитном поле расширяется только ее зажимная часть, инструменты могут быть легко вынуты из втулки для заточки, ремонта или замены. Гидравлические зажимные элементы выбирают все зазоры