Штанга, выполненная из сверхпрочного композиционного материала, для крепления гибкой солнечной батареи космического спутника

Актуальность

Композиты на основе углерода – основной материал для изготовления современных ракетоносителей и тепловых экранов космических кораблей. Они также используются в производстве отражателей антенн, траверсов космических кораблей, переходных модулей и межблочных конструкций. Новые композитные материалы для космической отрасли выдерживают нагрузки космических полётов (высокие температуры и давление, вибрационные нагрузки на этапе выведения, низкие температуры космического пространства, глубокий вакуум, радиационное воздействие, воздействие микрочастиц и т. д.) и имеют достаточно низкую массу.

Цель

1. Обеспечить конструкционную прочность и жёсткость (штанга обладает достаточной жёсткостью для поддержки гибких солнечных панелей).

2. Использовать облегчённые материалы (штанга легче уже существующих металлических, что значительно облегчает массу спутника).

3. Достичь экономической целесообразности (уменьшение массы спутника напрямую влияет на количество топлива и стоимость его вывода на орбиту).

Задачи

1. Изучить теоретический материал.

2. Разработать модель.

3. Разработать прототип.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

• Персональный компьютер с программами Autodesk Inventor 2021 и Autodesk PowerMill 2021
• Циркулярная пила
• Станок ЧПУ с программой PowerMill
• Строительный фен
• Вакуумный насос
• Печь
• Инструмент DREMEL

Описание

1. Выбрали тему. Ознакомились с проектом.

2. Осуществили литературный поиск, разработали 3D-модели.

3. Изготовили оснастку.

4. Изготовили изделие, оформили документацию.

Результаты работы/выводы

В ходе работы была создана оснастка из МДФ по 3D-модели с помощью технологии фрезерования. Затем методом вакуумной инфузии было изготовлено изделие. После извлечения из оснастки края изделия обрабатывались до соответствующего состояния.

В результате проделанной работы было получено гибкое изделие, выполняющее свою функцию: обладая достаточной жёсткостью, изделие сворачивается и разворачивается без механических повреждений.

Был создан прототип космической штанги из композиционных материалов, который соответствует техническому заданию и выполняет поставленные задачи.

1. Штанга в свёрнутом виде помещается в отсек спутника размером 100х100х113мм.

2. Штанга обладает достаточной жёсткостью для поддержки гибких солнечных панелей.

3. Штанга легче уже существующих металлических, что значительно облегчает массу спутника.

4. Штанга уменьшает массу спутника и напрямую влияет на количество топлива и стоимость его вывода на орбиту.

Применение углепластика значительно уменьшает массу изделия и даёт гибкость, которую невозможно достичь, используя материалы-аналоги, что способно значительно уменьшить массу полезного груза, выводимого на орбиту, и снизить стоимость полёта.

Перспективы использования результатов работы

В дальнейшем планируется конструирование готового рабочего изделия штанги с необходимыми конструкционными элементами (медные провода, источник питания с дистанционным управлением, солнечные батареи и крепления к ним).

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

Технопарк «Инжинируим МГТУ им. Н.Э. Баумана» и межотраслевой инжиниринговый центр «Композиты России МГТУ им. Н.Э. Баумана»

Награды/достижения

Открытая городская научно-практическая конференция «Инженеры будущего» – призёр;

Открытая городская научно-практическая конференция «Наука для жизни» – призёр

Мнение автора

«Работа над проектом позволила узнать много нового в области композитных материалов, освоить новые компетенции. Участие в конференциях даёт огромный опыт публичных выступлений, а также повышает мотивацию к дальнейшему развитию в области инженерных наук»