Тепловой режим трансформируемого сетчатого рефлектора зеркальной космической антенны Текст научной статьи по специальности «Физика»

Решетневскуе чтения. 2017

УДК 629.7

ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ ТРАНСФОРМИРУЕМОГО СЕТЧАТОГО РЕФЛЕКТОРА ЗЕРКАЛЬНОЙ КОСМИЧЕСКОЙ АНТЕННЫ

П. В. Просунцов1*, С. В. Резник1, О. В. Денисов1, В. А. Заваруев2, Н. М. Петров1

Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана Российская Федерация, 105005, г. Москва, ул. 2-я Бауманская, 5 2ООО «Фирма ТРИИНВЕСТ» Российская Федерация, 119071, г. Москва, ул. Малая Калужская, 1 E-mail: pavel.prosuntsov@mail.ru

Разработана конструктивно-компоновочная схема трансформируемого сетчатого рефлектора диаметром 100 м, размещенного на геостационарной орбите, и проведен анализ его температурного состояния. Проведены экспериментальные исследования оптических и теплофизических характеристик материалов рефлектора.

Ключевые слова: системы космической связи, трансформируемые космические рефлекторы, тепловой режим, оптические характеристики.

THERMAL MODE OF A DEPLOYABLE MESH REFLECTOR FOR A SPACE ANTENNA

P. V. Prosuntsov1*, S. V. Reznik1, O. V. Denisov1, V. A. Zavaruev2, N. M. Petrov1

1Bauman Moscow State Technical University 5, Baumanskaya 2-ya Str., Moscow, 105005, Russian Federation

2OOO "Firma TRIINVEST" 1, Malaya Kaluzhskaya Str., Moscow 119071, Russian Federation *E-mail: pavel.prosuntsov@mail.ru

This paper presents the design layout for a deployable mesh reflector 100 m in diameter to be placed in the geostationary orbit. The reflector thermal mode is analyzed. The optical and thermal physical characteristics of the materials are investigated experimentally.

Keywords: space communication systems, deployable space reflectors, thermal mode, optical characteristics.

Введение. Развитие космической связи, исследование природных ресурсов Земли, изучение планет, их спутников и других небесных тел, требует создания развертываемых в космосе зеркальных космических антенн. В США компания «Harris» оснастила спутники «TerreStar», «TDRS», «AСeS», «SDARS» антеннами с трансформируемыми рефлекторами зонтичного типа диаметром до 18 м [1]. Наиболее крупные трансформируемые рефлекторы ободного (мем-бранно-вантового) типа разработаны фирмой AstroMesh для спутников «Thuraya-З», «MBCO», «Inmarsat», «GlobalStar». По оценкам специалистов «AstroМesh» для решения астрофизических задач в ближайшие 10 лет существующая технология позволяет создать зеркальные космические антенны с сетчатыми рефлекторами диаметром до 50 м.

Моделирование температурного состояния рефлектора. Была разработана конструктивно-компоновочная схема трансформируемого рефлектора зонтичного типа диаметром 100 м (рис. 1).

Конструкция рефлектора состоит из силовых стержневых элементов 1 с помощью которых осуществляется развертывание рефлектора в штатную конфигурацию, и которые являются основой для металлического сетеполотна 2, формирующего отражаю-

щую радиоволны поверхность антенны и тросов из полимерных материалов 3, служащих для регулирования и поддержание заданной формы сетчатой поверхности.

Рис. 1. Конструктивная схема рефлектора

Было проведено моделирование температурного состояния трансформируемого рефлектора при его по геостационарной орбите в момент весеннего равноденствия. Результаты показали, что перепады температуры в конструкции рефлектора достигают 190 К (рис. 2). При этом на поверхности металлического

1

3

Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических аппаратов

сетеплотна хорошо видны зоны пониженной температуры, связанные с его затенением силовыми стержневыми элементами.

Mi 00

Рис. 2. Температурные поля рефлектора, когда его угловое положение на орбите, относительно линии Земля-Солнце составляет 3QQ°, град C

С целью обеспечения расчетов исходными данными были проведены экспериментальные исследования оптических характеристик металлических сетеполо-тен и полимерных тросов [2]. Для определения необходимых теплофизических характеристик тонкостенных композитных конструкций в плоскости армирования и теплопроводности тросов использовались специально разработанные методики [3; 4].

Анализ результатов моделирования показал, что влияние коэффициента теплопроводности композиционного материала силового каркаса рефлектора на его температурное состояние весьма значительно. При этом влияние коэффициента теплопроводности сетеполотна на его температурное крайне мало, гораздо важнее наличие надежных данных о его оптических характеристиках [5].

Библиографические ссылки

1. Design, integration, and deployment of the Ter-reStar 18-meter reflector / D. Semler, A. Tulintseff, R. Sorrell and J. Marshburn // Proc. 28th AIAA International Communications Satellite Systems Conference - ICSSC-2Q1Q (3Q August - 2 September 2Q1Q, Anaheim, California, USA). AIAA-2Q1Q-8855. 13 p.

2. Optical characterisation of metallic meshes for space antennas transformable reflectors / R. A. Mironov, S. V. Reznik, R. V. Rukavishnikov et al. // IOP Conf.

Ser.: Mater. Sci. Eng. 2015. 153. 012013. DOI: 10.1088/1757-899X/153/1/012013.

3. Расчетно-экспериментальное определение теплопроводности углепластика в плоскости армирования на основе бесконтактного измерения температуры / С. В. Резник, П. В. Просунцов, О. В. Денисов и др. // Тепловые процессы в технике. 2016. № 12. С. 557-563.

4. Моделирование и идентификация параметров теплопереноса в тросовых элементах космических конструкций. II. Экспериментальные исследования. Определение теплопроводности тросового элемента / С. В. Резник, В. П. Тимошенко, П. В. Просунцов и др. // Тепловые процессы в технике. 2014. № 8. С. 378-383.

5. Material science problems of building space antennas with a transformable reflector 100 m in diameter / S. V. Reznik, P. V. Prosuntsov, K. V. Mikhailovsky et al. // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2016. 153. 012001. D0I:10.1088/1757-899X/153/1/012001.

References

1. Design, integration, and deployment of the Ter-reStar 18-meter reflector / D. Semler, A. Tulintseff, R. Sorrell and J. Marshburn // Proc. 28th AIAA International Communications Satellite Systems Conference - ICSSC-2010 (30 August - 2 September 2010, Anaheim, California, USA). AIAA Paper 2010-8855. 13 p.

2. Optical characterisation of metallic meshes for space antennas transformable reflectors / R. A. Mironov, S. V. Reznik, R. V. Rukavishnikov et al. // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2015. 153. 012013. DOI:10.1088/1757-899X/153/1/012013.

3. Reznik S. V., Prosuntsov P. V., Denisov O. V. [Numerical and experimental estimation of heat conductivity of carbon plastic in a reinforcement plane on the basis of contactless measurement of temperature] // Teplovye process v technike. 2016. Iss. 12. P. 557-563. (In Russ.)

4. Reznik S. V., Timoshenko V. P., Prosuntsov P. V. [Modelling and identification of heat transfer in the space structure cable elements. II Experimental investigation: heat transfer estimation of a cable element] // Teplovye process v technike. 2014. Iss. 8. P. 378-383. (In Russ.)

5. Material science problems of building space antennas with a transformable reflector 100 m in diameter / S. V. Reznik, P. V. Prosuntsov, K. V. Mikhailovsky et al. // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2016. 153. 012001. DOI: 10.1088/1757-899X/153/1/012001.

© Просунцов П. В., Резник С. В., Денисов О. В., Заваруев В. А., Петров Н. М., 2017