Российские ученые создают "зонтик" для связи с космосом

Российские ученые создают зонтик для связи с космосом

Гигантский вольфрамовый зонт на углеродных спицах, который в научной терминологии именуют трансформируемой антенной-рефлектором, призван покрывать огромные площади, с которых снимается спутниковый сигнал. Он должен обеспечить гораздо большую чувствительность и устойчивость спутниковой связи по сравнению с той, что мы имеем сегодня. Разрабатывают это устройство при поддержке ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014–2020 годы» учёные Национального исследовательского Томского государственного университета. О математике и физике «космического зонтика», а также о его земной пользе рассказывает руководитель проекта, заведующий кафедрой механики деформируемого твёрдого тела ТГУ Владимир Скрипняк.

Владимир Альбертович, вы проектируете космические аппараты с трансформируемыми антеннами-рефлекторами. Расскажите, какие задачи решаете по ходу этого проекта-

– В целом от размеров трансформируемых рефлекторов зависят площади территорий, с которых снимается сигнал. Фактически эти рефлекторы представляют собой систему, обеспечивающую чувствительность спутниковых систем связи, и соответственно отвечающую за устойчивую связь. К сожалению, технически воплотить эти закономерности очень сложно, поскольку с увеличением размеров рефлекторов – антенн у нас возникает целый комплекс новых научных проблем. На сегодняшний день буквально несколько стран в мире подошли к их решению. В их числе и Россия в лице нашей группы, объединяющей учёных из нашего института и специалистов партнерской организации – АО «Информационные спутниковые системы им. академика М.Ф. Решетнева». Мы как раз решаем вопрос повышения чувствительности таких антенных устройств за счёт увеличения размера самого рефлектора.

В идеале должно быть так: при запуске рефлектор находится в сложенном состоянии, а на орбите раскрывается, приобретая соответствующую форму и многократно увеличиваясь в размерах.

Но чтобы обеспечить требуемые параметры в снятии сигнала, необходима очень высокая точность геометрии для параболической части антенны. Это уже проблемы из области механики деформируемого твёрдого тела. Нужно подбирать специальные материалы для каркасов и для вантовой системы развёртывания всей этой конструкции, плюс разрабатывать электронную начинку для обеспечения детекции принимаемых сигналов. Здесь целый комплекс сложных задач.

Какой путь в их решении уже пройден к настоящему моменту- Что вам удалось сделать-

– Мы разработали методику расчётов и проектирований для сложных конструкций с вантовыми элементами с учётом новых возможностей полимерных композитов. Она использована для выработки и проектных решений. На основе проектных решений созданы разноразмерные макеты аппарата с трансформируемыми антеннами-рефлекторами. На этих макетах мы моделируем работу системы, проверяем точность своих расчётов. А наш индустриальный партнер будет создавать макет в натуральную величину.

Как выглядят эти макеты, и какие возможности они должны продемонстрировать-

– Макет трансформируемого рефлектора похож на зонтик, который раскрывается. Но если форму раскрытого зонтика поддерживают спицы, то систему трансформируемого рефлектора – каркас из углеродных композиционных материалов, очень лёгких и одновременно жёстких, не деформируемых под действием нагрева или охлаждения. Всё же рефлектор работает в условиях открытого космоса и может находиться как на солнечной стороне, так и в тени. На этот каркас натягивается специальная ткань из вольфрамовой нити, как правило, с позолотой, для того, чтобы увеличить альбедо – отражение лучей. Это и есть основной элемент, который работает по сигналу. В центре антенны располагается специальное электронное устройство: приёмник сигналов. Лучи, электронные сигналы, попадая на поверхность антенны, отражаются и направляются в центр приёмного устройства. Если геометрия искажена в силу разных причин, то будет нарушена работа всей системы. Также приходится решать вопросы изменения формы конструкции при коррекции ее орбиты. Безусловно, в момент коррекции орбиты всегда будут потери качества сигнала. Но мы специально рассчитываем и прогнозируем затухание колебаний в таких системах для того, чтобы как можно быстрее антенна восстановила свою форму, геометрию и снова перешла в рабочее состояние.

В принципе, такие задачи понятны, и методики для их решения есть. Но сам объект чрезвычайно сложный, приходится каждый раз калибровать модели, чтобы быть уверенным в том, что модельные параметры, которые закладываются в расчёт, соответствуют физическим устройствам. Плюс используются совершенно новые композитные полимеры с углеродным армированием, которые исследованы недостаточно полно.

Как проходят испытания образцов в лаборатории-

– На разработанных моделях мы стараемся определить натяжение вантовой конструкции при перемещении и, таким образом, проверить те математические модели, которые мы собираемся использовать уже в реальной конструкции. Поскольку у нас нет возможности использовать данные о реальных рефлекторах, работающих на орбите, – там сейчас просто нет устройств и технологий, которые позволили бы эти данные получать, – приходится проверять свои модели в условиях гравитации. К сожалению, они не дают стопроцентной точности в силу того, что на каждый элемент этой конструкции действует сила тяжести. Но мы надеемся, что опыт, который мы сейчас приобретаем, поможет нам создать крупногабаритные рефлекторы нового поколения, и решить все поставленные перед нами задачи.

По вашей оценке, когда аппараты с крупногабаритными антеннами-рефлекторами, которые вы сегодня создаете в рамках настоящего проекта, будут летать в космосе-

– Мы занимаемся научным сопровождением методик создания и производства этих устройств. А сами устройства будут созданы по нашим рекомендациям, с нашими решениями в экспериментально-промышленных лабораториях соответствующих структур Роскосмоса.

Newsland.ru

Похожие новости:
Солнечный зонтик будет питать гаджеты
Зонты это отличный способ, чтобы получить тень в солнечный жаркий день, но с зонтиком, который может предоставить вам тенек, а также достаточно мощности для зарядки и питания электронных устройств, таких как ноутбук, мобильный телефон и планшет может быть очень полезным ..
2012-05-22 1666 0 Технология
0
Китай назвал сроки запуска спутника для квантовой телепортации
Китай в середине августа 2016 года запустит спутник, при помощи которого планируется проведение первого в мире эксперимента по осуществлению квантовой телепортации на расстояние более 1,2 тысячи километров. Об этом сообщает издание South China Morning Post.Запуск аппарата будет ..
2016-07-07 2061 0 Технология
0
Сибирь: уникальную методику используют в кардиологии
Видеокамера вместо скальпеля и зонтик вместо таблеток. Сибирские медики первыми в России начали использовать новейшие технологии в борьбе с ишемическим инсультом. Уникальная операция позволяет навсегда вывести пациента из группы риска, с минимальной нагрузкой на организм и всего за пару ..
2012-08-21 1562 0 Технология
0
Технологии будущего для полета на Марс
Планы по развитию технологий связанных с космосом фантастичны и интересны на столько, что хочется надеяться на возможность увидеть своими глазами хотя бы начало реализации идей, которые очень привлекают к себе внимание многочисленных поклонников космоса. Некоторые из представленных идей выглядят ..
2016-01-17 1945 0 Технология
1
Электричество предложили получать с помощью нагревания космоса
Физики из Гарвардского университета предложили получать электрическую энергию за счет инфракрасного излучения тепла Земли в космос. В статье в Proceedings of the National Academy of Sciences ученые рассчитали объем доступной таким образом энергии и предложили два типа устройств, которые смогут ..
2014-03-05 2705 0 Технология
0
Антенны в виде спрея улучшат качество связи
Стартап Chamtech Enterprises представил инновационную антенну в виде спрея, которая поможет улучшить качество приема сигнала у мобильных телефонов. Новая технология была представлена на конференции Solve for X, организованной Google. Антенна распыляется из аэрозольного баллончика, а смартфон или планшет подключаются ..
2012-02-16 1884 0 Технология
0
Квантовые точки стали основой защищенной связи
Немецкие физики собрали квантовый канал связи, передающий сообщения при помощи одиночных фотонов. Работа опубликована в журнале New Journal of Physics краткое содержание статьи приводит BBC News. Квантовыми точками называют микроскопические частицы проводников (обычно - благородных металлов), которые из-за своих размеров ..
2012-08-6 1603 0 Технология
0
Технологию TD-LTE признали бесперспективной
Максимум, на что могут рассчитывать создатели TD-LTE - это 25 процентов рынка. Но к настоящему моменту, у технологии непарного спектра нет и такого уровня проникновения. Об этом сообщили эксперты J&P. А вот сети FDD-LTE сегодня строятся очень быстрыми темпами. Из 175 существующих сетей к TD-LTE относится ..
2013-07-18 1420 0 Технология
0
IP терминал экстренной дуплексной связи.
       В последние годы, различные системы безопасности прочно вошли в нашу жизнь. Они применяются во многих областях нашей жизни, для защиты и безопасности людей, зданий, ценностей.  Одной из ведущих Российских компаний по производству такого оборудования является компания ..
2020-04-13 32327 Технология
42
В МГУ разработали квантовую связь для секретных ключей
Защищённая система квантовой связи для передачи секретных ключей создана в лаборатории квантовых оптических технологий Московского государственного университета, сообщает учредитель лаборатории Фонд перспективных исследований (ФПИ). «Мы решили задачу разработки в нашей стране автоматизированной защищенной системы ..
2016-01-05 1871 0 Технология
0
Состоялся первый сеанс трансконтинентальной спутниковой квантовой связи
29 сентября президенты Австрийской и Китайской академии наук провели первый сеанс трансконтинентальной связи, ключ шифрования для которой был распределен с помощью методов квантовой криптографии. Эксперимент установил новый рекорд дальности квантовой связи — свыше 7400 километров (расстояние ..
2017-10-09 9755 0 Технология
0
Космический интернет задействовали для управления роботом
Астронавт Сунита Уильямс (Sunita Williams), находясь на МКС, осуществила сеанс управления роботом из конструктора "Лего", который в тот момент пребывал на Земле, в Европейском центре космических операций в Дармштадте, сообщается на сайте NASA. Команды роботу отсылались посредством "космического ("межпланетного") ..
2012-11-12 1351 0 Технология
-1
Ученые используют квантовый скачок в системах связи
Ученые утверждают, что разгадали загадку создания сверхбыстрой беспроводной системы связи.Согласно последнему заявлению китайские исследователи смогли телепортировать кубит (стандартная единица данных в квантовых компьютерах) на 97 километров через озеро Цинхай ис-пользуя небольшой набор фотонов без помощи ..
2012-08-15 1736 0 Технология
0
Техносенсорика: от телевизора до телеприсутствия
Все смотрели фантастические фильмы про виртуальные миры. Классикой жанра является фильм «Газонокосильщик», где глазами 1980-х годов описывается наше с вами время, возможность погружения в виртуальный мир, обучения, развития и проблем, связанных с ним. Во многих других фильмах показаны ..
2012-07-27 1348 0 Технология
0
Ученые нашли способ видеть сквозь стены с помощью Wi-Fi
Британские ученые изобрели портативный прибор, который анализирует сигнал Wi-Fi и на основе этого способен обнаружить движение за стенами. Фактически, соглашаются исследователи, их изобретение позволяет шпионить за любым человеком, если он находится в зоне действия беспроводной связи Wi-Fi. Устройство ..
2012-08-4 2391 0 Технология
0