Подробные сведения о проекте

Разработка новых концепций, конструктивно-силовых схем и цифровых моделей несущих композитных конструкций и гибких трансформируемых ободных антенн для перспективных информационных спутниковых систем

1. Дата начала работ: 1 сентября 2017 г.
2. Дата завершения работ: 30 июня 2020 г.
3. Тип проекта: ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 - 2020 годы» – Соглашение о предоставлении субсидии № 14.575.21.0144
4. Отделы-исполнители: Отдел механики деформируемого твердого тела
5. Лаборатории-исполнители: Лаборатория исследования конструкций из композиционных материалов

Объектами исследования в работе являются: силовая конструкция корпуса, адаптер полезной нагрузки, сверхлегкая гибкая антенна для кубсатов c апертурой 1 м, комбинированный рефлектор бортовой антенны с апертурой 4,2 м для перспективного спутника связи гражданского назначения на геостационарной орбите, гибкая ободная крупногабаритная трансформируемая антенна с апертурой 12 м и антенна с плоской отражающей поверхностью (радар).

Целью работы является получение значимых научно-технических результатов, позволяющих переходить к цифровым, интеллектуальным методам проектирования и технологиям создания новых прецизионных и легких композиционных конструкций (адаптеров полезной нагрузки, силовых корпусов и гибких трансформируемых антенн с упругими элементами, геометрически стабильных в условиях дестабилизирующих факторов внешней среды) для новых космических аппаратов связи и телекоммуникаций, выводимых на орбиту с помощью перспективных ракетоносителей.

Методология проведения работы основана на:

- разработке аналитических и численных методик расчета и проектирования композиционных сетчатых элементов конструкций современных КА, в т.ч. с учетом ряда ограничений, накладываемых на критические усилия и частоты продольных и поперечных колебаний конструкции.

- последовательном построении конечно-элементных моделей для обеспечения оптимального проектирования композиционных анизогридных элементов конструкций КА с различной геометрической конфигурацией.

-Создание электронных моделей адаптеров полезной нагрузки различного иаполнения, корпуса КА разных вариантов, параболических и радарных антенн.

В ходе выполнения работы на третьем этапе в 2019 г. в ТГУ совместно с АО «ИСС» выполнен комплекс прикладных научных исследований (ПНИ):

- Разработаны электронные модели макетов: адаптера полезной нагрузки, выполненного в виде композитной конической оболочки; адаптера полезной нагрузки, выполненного в виде композитной многогранной оболочки; корпуса КА, выполненного в виде перфорированной трехслойной цилиндрической оболочки; корпуса КА, выполненного в виде многогранной сетчатой призматической оболочки; гибкой ободной антенны с апертурой 12 м; торового сетчатого обода антенны с плоской отражающей поверхностью.;

- Изготовлен макет сверхлегкой гибкой антенны КА Кубсат (CubeSat) c апертурой 1 м.;

- Проведены экспериментальные исследования макета сверхлегкой гибкой антенны КА Кубсат (CubeSat) с апертурой 1 м.;

- Проведенеа сравнительная оценка научно-технического уровня полученных результатов с современным уровнем аналогичных разработок;

- Осуществлено обобщение полученных результатов и оценка полноты выполнения работ и достижения поставленных целей ПНИ;

- Выполнена технико-экономическая оценка результатов ПНИ;

- Проведение патентных исследований в соответствии ГОСТ Р 15.011-96;

- Проведены численные исследования электронных моделей: адаптера полезной нагрузки, выполненного в виде композитной конической оболочки; адаптера полезной нагрузки, выполненного в виде композитной многогранной оболочки; корпуса КА, выполненного в виде перфорированной трехслойной цилиндрической оболочки; корпуса КА, выполненного в виде многогранной сетчатой призматической оболочки; гибкой ободной антенны с апертурой 12 м; торового сетчатого обода антенны с плоской отражающей поверхностью.

- Разработаны программы и методики экспериментальных исследований макета сверхлегкой гибкой антенны КА Кубсат (CubeSat) с апертурой 1 м.;

- Проанализированы перспективные концепций трансформируемых антенных систем КА с учетом полученных результатов;

- Разработаны рекомендации и предложения по использованию полученных результатов на предприятиях космической отрасли (в том числе на предприятии Индустриального партнера), а также в дальнейших исследованиях и разработках;

- Изготовлен макета рефлектора 4,2 м;

- Проведены экспериментальные исследования макета рефлектора 4,2.;

- Разработан проект ТЗ на проведение перспективного ОКР по созданию композиционных элементов конструкций КА или бортовых антенн КА;

- Исполнители проекта приняли участие в профильных конференциях, семинарах, выставках с целью презентации результатов проекта.

Значительная часть исследований проведена при непосредственном участии молодых ученых и аспирантов. Все полученные результаты являются новыми.

Область применения результатов – проектирование и разработка композиционных конструкций, применяемых в составе автоматических космических аппаратов связи, навигации и геодезии.

Исследования выполняются для индустриального партнера - Отраслевого центра трансформируемых механических систем АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф. Решетнева» (АО «ИСС»), а также для других предприятий космической отрасли при проектировании механических конструкций космических аппаратов связи и телекоммуникаций.

Результаты работы позволят создать принципиально новые конструктивные элементы космических аппаратов из композиционных материалов.

Результаты исследований помогут увеличить экспортный потенциал отечественных космических аппаратов связи и телекоммуникаций за счет конструктивных преимуществ и высокой весовой эффективности, появляющихся при использовании композитных силовых и гибких конструкций и оригинальных технических конструктивных решений.

Экономическая эффективность работы заключается в высоком потенциале коммерциализации (основные потенциальные заказчики – отечественные предприятия космической отрасли), результаты работы адаптированы под условия и потребности целевого рынка: при сопоставимом качестве продукции (по основным техническим характеристикам) и более низкой (расчетной) цене на продукцию по сравнению с зарубежными аналогами.

Полученные научные результаты рекомендованы к внедрению и использованию на предприятиях космической отрасли, прежде всего в АО «ИСС», что позволит содействовать выводу на рынок новых конструктивных решений трансформируемых бортовых конструкций и гибких антенн с высокой весовой эффективностью на основе композиционных материалов, необходимых для создания нового поколения космических аппаратов связи и телекоммуникаций.

Предложения по развитию объекта исследования – проведение перспективных ОКР по созданию композиционных элементов конструкций и бортовых антенн КА. В перспективе также прогнозируется использование и внедрение результатов в АО «ИСС» при создании космических аппаратов серий Экспресс, Луч, Гонец.