Бортовые антенны и элементы антенно-фидерных устройств

Ключевым элементом современных космических аппаратов являются высокоточные антенны на основе композитных конструкций. Проектно-конструкторское подразделение Отраслевого центра выполняет проектирование и разработку следующих бортовых высокоточных антенн и элементов антенно-фидерных устройств:

• крупногабаритных трансформируемых рефлекторов;
• композитных рефлекторов с контурной диаграммой направленности (трехслойных и монооболочечных);
• антенных блоков типа «Башня»;
• облучателей;
• волноводов дюймового и метрического сечений.

Созданное специализированное производство оснащено современным измерительным, испытательным и технологическим оборудованием, которое позволяет изготовить рефлекторы бортовых антенн и  различные элементы антенно-фидерных устройств в соответствии с лучшим мировыми образцами.

Конструкция космических аппаратов

Отраслевой центр крупногабаритных трансформируемых механических систем обладает большим опытом в области создания сотовых конструкций для космических аппаратов. С 2000 года получена летная квалификация данной технологии в составе всех спутников разработки предприятия.

Созданные Отраслевым центром типовые квалифицированные решения в этой области включают в себя типовой ряд сотовых заполнителей и обшивок, закладных элементов (вставок), возможность внутренней и наружной установки тепловых труб или труб жидкостного контура (для размещения теплонагруженного оборудования), монтаж различных элементов, например, ОСО-С, плоских электронагревателей, точек металлизации, застежки типа VELCRO и т.д.

Основные технические параметры сотовых панелей разработки АО «ИСС»:

Для проектирования, механического и теплового расчетов конструкций космических аппаратов используется программное обеспечение CATIA v5, NASTRAN и THERMICA соответственно.

Годовая мощность собственного производства сотовых конструкций составляет 500 м².

Сотовые панели (в составе конструкции космических аппаратов и отдельно) проходят полный цикл квалификационных и приемочных испытаний. Он включают в себя механические испытания (статические, динамические, акустические), обезгаживание и термоциклирование, а также геометрический контроль на автоматических контрольно-измерительных машинах.

Конструкция космических аппаратов на базе платформ «Экспресс-1000» и «Экспресс-2000» выполняется по модульному принципу «полезная нагрузка – платформа». Кроме сотовых панелей она включает в себя силовую конструкцию – центральную трубу и конический адаптер, которые изготовлены из высокомодульного угольного волокна.

Солнечные батареи

В сотрудничестве с российскими предприятиями-изготовителями фотопреобразователей Отраслевой центр крупногабаритных трансформируемых механических систем предлагает к поставке «под ключ» развертываемые солнечные батареи электрической мощностью до 25 кВт для всех типов космических аппаратов.

Разрабатываемые в Отраслевом центре механические устройства батареи солнечной обеспечивают:

• закрепление в стартовом и перевод в рабочее положения от 2 до 7 панелей в одном крыле батареи солнечной;
• размещение и монтаж фотопреобразователей общей площадью от 20 до 100 м².

Конструкция каркасов панелей солнечных батарей имеет оригинальную «полужесткую» схему: силовая рама каркаса выполнена из композитных высокомодульных углепластиковых труб со струнной подложкой из размеростабильных композиционных шнуров, что позволяет получить не только высокие удельные характеристики по массе (до 1,5 кг/м²), но и увеличить КПД фотопреобразователей за счет снижения их температуры, а также повысить их защиту от электростатического пробоя.

Унифицированные конструктивные решения по каркасам панелей батарей солнечных, штангам, шарнирным узлам, замкам зачековки позволяют адаптировать базовый вариант конструкции механических устройств батареи солнечной для любого космического аппарата с учетом особенностей его механических интерфейсов.

В составе сборочного производства механических устройств батарей солнечных находится 4 специализированных стенда раскрытия, позволяющих осуществлять одновременную сборку 4 крыльев солнечных батарей площадью 50 м² каждое.

Создаваемые Отраслевым центром механические устройства батарей солнечных имеют многократную летную квалификацию в составе спутников собственной разработки и нескольких космических аппаратов предприятий космической отрасли России.

Электромеханика

Специализированное подразделение Отраслевого центра занимается разработкой и экспериментальной отработкой различных электромеханических устройств, которые применяются во всех трансформируемых системах космических аппаратов разработки АО «ИСС»

Такими устройствами являются:

• механизмы раскрытия трансформируемых механических систем (рефлекторов, солнечных батарей, крупногабаритных штанг и мачт, радиаторов);
• механические блоки ориентации солнечных батарей на Солнце с передачей электрической энергии на космический аппарат;
• механизмы позиционирования и наведения антенн.

Имеющееся специализированное производство точной механики позволяет изготавливать прецизионные механизмы с высоким классом точности, а созданная экспериментальная база – проводить все необходимые испытания с обеспечением функциональных режимов и воздействием механических и тепловакуумных нагрузок, включая испытания на ресурс.

Пневмоавтоматика и устройства системы терморегулирования

Для различных подсистем космического аппарата Отраслевой центр предлагает оборудование, которое прошло полный цикл наземной квалификации. Успешно функционируя в составе космических аппаратов разработки АО «ИСС», данное оборудование также обладает и летной квалификацией.

Оборудование для системы ориентации/коррекции:

• блок подачи ксенона;
• металлокомпозитный бак для хранения ксенона;
• блок подачи газа;
• двигательный блок ориентации;
• редукционный электроклапан.

Оборудование для системы терморегулирования:

• терморегулятор;
• муфта гидравлическая;
• компенсатор объема;
• тепловые трубы;
• электронасосный агрегат;
• плоские электронагреватели;
• клапан-регулятор;
• экранно-вакуумная теплоизоляция.

Все эти разработки отличаются высокими удельными характеристиками (технические параметры, приведенные к массе). Выполняя требования заказчика, специалисты Отраслевого центра готовы разработать аналогичные устройства с учетом требований конкретной программы. Имеющиеся производственные мощности и комплекс современного испытательного оборудования позволяют качественно изготовить и выполнить всю необходимую автономную экспериментальную отработку данных устройств.

Материалы

Разработкой и квалификационными испытаниями новых материалов, оценкой правильности их применения в конструкциях космических аппаратов занимается материаловедческое подразделение Отраслевого центра.

Деятельность по данному направлению направлена на:

• разработку полимерных композиционных материалов, покрытий внешних поверхностей космических аппаратов, перспективных полимерных, текстильных и металлических материалов;
• определение теплофизических, электрических, физико-механических, оптических свойств, структуры и элементного состава материалов и покрытий;
• определение параметров газовыделения материалов (потери массы и летучих конденсирующихся веществ) по ГОСТ Р 50109-92 и международному стандарту ECSS-Q-70-02A;
• испытания на воздействие факторов хранения и эксплуатации космических аппаратов (коррозионная стойкость, стойкость к циклическому изменению температуры в вакууме, к ионизирующему излучению, стойкость к комплексному воздействию факторов космической среды на околоземной орбите) с выдачей заключения о допустимости использования в составе космических аппаратов с учетом срока и условий эксплуатации.

Наземное оборудование

Каждый проект АО «ИСС» по разработке, изготовлению и поставке заказчику космического аппарата, конструкции или сложных трансформируемых систем и механизмов обеспечивается полным комплексом наземного вспомогательного оборудования собственной разработки и производства.

Отраслевой центр занимается проектированием и изготовлением следующего оборудования:

• средства динамических и статических испытаний квалификационных моделей космических аппаратов;
• оборудование имитации невесомости для проверки развертываемых конструкций космических аппаратов;
• транспортные контейнеры для космических аппаратов и их составных частей;
• грузоподъемное оборудование (траверсы и т.п.);
• оборудование для заправки космических аппаратов компонентами топлива;
• оборудование технического комплекса космодрома.

Устройства отделения

Для всех типов космических аппаратов АО «ИСС»: от малых с массой до 50 кг и до больших с массой свыше 4 т – Отраслевой центр разрабатывает устройства отделения, имеющие многократную летную квалификацию.

Унифицированные конструктивные решения по замкам зачековки, толкателям и пироустройствам позволяют адаптировать базовый вариант устройства отделения для любого космического аппарата с учетом особенностей его массово-центровочных характеристик и механических интерфейсов.

Переходная система в зависимости от схемы выведения космического аппарата: одиночный запуск, групповой запуск (кластерный, тандемный и попутный) – имеет следующее конструктивное исполнение:

• конический адаптер из высокомодульного угольного волокна;
• ферма из бор-алюминиевых труб;
• цилиндрический отсек: тонкая алюминиевая оболочка с силовым набором шпангоутов;
• адаптер из композиционных панелей сэндвичевой структуры.

Все устройства отделения, разработанные Отраслевым центром крупногабаритных трансформируемых механических систем, проходят полный цикл наземных квалификационных испытаний – как автономных, так и в составе инженерно-квалификационных моделей соответствующих космических аппаратов.

Испытательная база

Отраслевой центр крупногабаритных трансформируемых механических систем обладает собственной наземно-экспериментальной базой, что обеспечивает выполнение полного цикла наземных квалификационных испытаний как составных частей, так и космических аппаратов в целом.

Стенды имитации невесомости позволяют имитировать раскрытие всех крупногабаритных трансформируемых механических систем с контролем геометрии раскрываемых конструкций с помощью современных средств измерений.

Оборудование Отраслевого центра позволяет осуществлять следующие виды механических испытаний:

• вибрационные (синусоидальные и случайные вибрации):
  • мощность воздействия от 1,5 до 25 т;
  • одновременная регистрация вибрационных ускорений до 256 каналов;
  • масса объекта испытаний до 8 т;
• акустические (в реверберационной акустической камере):
  • объём камеры – 664 м³,
  • мощность акустического воздействия – до 154 дБ;
  • автоматическая цифровая система управления – 6 управляющих микрофонов;
  • количество одновременной регистрации виброускорений – до 128;
• транспортировочные вибрации (синусоидальная и случайная вибрация, многократные удары в 3 направлениях):
  • все виды транспортных нагрузок (авиационные, железнодорожные, автомобильные);
  • масса объектов испытания до 8 т, длина – до 8 м;
  • регистрация до 128 виброизмерительных каналов цифровой системой регистрации;
• ударные:
  • испытания на многократные и одиночные удары;
  • применение пиротехнических устройств, механических и электродинамических стендов и стенда со свободно падающей платформой с ускорениями до 5000 g;
• статические:
  • сервогидравлический стенд;
  • автоматическая цифровая система управления для одновременного многоосного нагружения по заданной программе;
  • номиналы гидроцилиндров от 0,5 до 16 т;
  • силовая стена высотой 12 м;
• определение модальных характеристик механических систем:
  • диапазон частот от 0,01 до 5000 Гц;
  • контактные и бесконтактные (лазерные) системы измерений.

В состав экспериментальной базы термовакуумных испытаний входят вакуумные камеры объемом 600 м³, 400 м³, 120 м³, 60 м³. Это оборудование позволяет проводить следующие основные виды испытаний:

• термобалансные и электротермовакуумные;
• термоциклирование;
• тепловакуумные испытания с использованием имитатора солнечного излучения;
• огневые испытания ксеноновых двигателей коррекции.