Проекты

Рефлектор зеркальных космических антенн межспутниковой связи из композиционных материалов

Работа призёра конкурса проектов и исследований «Наука для жизни» открытой городской научно-практической конференции «Наука для жизни» в секции «Астрономия и космические технологии»

Направление работы: Космическая инженерия
Авторы работы: ГБОУ Школа № 2005
Предметы: Физика, Математика
Классы: 10 класс
Мероприятия: Конкурс проектов и исследований «Наука для жизни» открытой городской научно-практической конференции «Наука для жизни» 2021 года

Актуальность

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.

Достигнуть высоких показателей размеростабильности возможно при использовании жёстких рефлекторов из полимерных композитных материалов (ПКМ), таких как углепластики.

Углепластики имеют малые значения коэффициента линейного термического расширения, сравнительно малую плотность, высокую жёсткость, прочность и теплопроводность.

Их использование в космической отрасли даёт огромное преимущество. Углепластик позволит улучшить существующие конструкции систем спутниковой связи за счёт высокой размеростабильности и малой погонной плотности.

Создание систем межспутниковой связи нового поколения из композиционных материалов является актуальной задачей.

Цель

Разработка и создание прототипа рефлектора зеркальных космических антенн из композитных материалов.

Задачи

  1. Проведение обзора запросов рынка на разработку систем спутниковой связи.
  2. Определение требуемых параметров рефлектора.
  3. Моделирование рефлектора в САПР.
  4. Проведение прочностных расчётов разработанной конструкции рефлектора.
  5. Проектирование оснастки.
  6. Изготовление оснастки.
  7. Формовка прототипа изделия.
  8. Проведение испытаний полученной конструкции.
  9. Выход на российский рынок спутников связи.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • Фрезерный станок с ЧПУ Росфрезер ARF12STM
  • Печь полимеризации France Etuves
  • Вакуумная установка MSH Techno
  • Ручная мини-дрель Dremel 4000
  • Циркулярная пила Makita

Описание

Сначала авторы сравнили существующие иностранные аналоги, чтобы определить габаритные размеры рефлектора.

После спроектировали модель рефлектора на компьютере и провели расчёты на деформации. Затем выбрали толщину рефлектора.

Авторы решили изготавливать изделие с помощью вакуумной инфузии, чтобы материал полностью пропитался связующим. Изготовили оснастку из МДФ на фрезерном станке.

Далее приступили к изготовлению прототипа. Очистили оснастку; нанесли разделительный состав (чтобы прототип не прилип к оснастке); раскроили углеткань, жертвенную ткань, смолопроводящую сетку и вакуумную плёнку; укладывали армирующие слои, жертвенную ткань и смолопроводящую сетку; собирали вакуумный пакет, подключив трубки подачи связующего и откачки воздуха; дегазировали связующее в вакуумной камере; пропитали изделие; оставили в печи на отверждение при 120° С в течение 240 минут; затем извлекли изделие из оснастки.

Результаты работы/выводы

В результате проектной деятельности был спроектирован и изготовлен рефлектор, который является уникальным с точки зрения использования новых материалов, а также полученных свойств в России.

Перспективы использования результатов работы

В дальнейшем планируется начать поиск инвесторов и запустить массовое производство рефлектора.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

МГТУ им. Н. Э. Баумана

Награды/достижения

Конкурс проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» 2021 года – победитель.