научная статья по теме ВОПРОСЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТОЧНОСТИ КОНСТРУКЦИИ КОСМИЧЕСКОГО РАДИОТЕЛЕСКОПА ПРОЕКТА “РАДИОАСТРОН” Космические исследования

Текст научной статьи на тему «ВОПРОСЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТОЧНОСТИ КОНСТРУКЦИИ КОСМИЧЕСКОГО РАДИОТЕЛЕСКОПА ПРОЕКТА “РАДИОАСТРОН”»

КОСМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, 2014, том 52, № 5, с. 415-417

УДК 629.78

ВОПРОСЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТОЧНОСТИ КОНСТРУКЦИИ КОСМИЧЕСКОГО РАДИОТЕЛЕСКОПА ПРОЕКТА "РАДИОАСТРОН"

© 2014 г. С. Д. Федорчук, М. Ю. Архипов

Астрокосмический центр Физического института им. П.Н. Лебедева РАН, г. Москва

fedorchuk@asc.rssi.ru Поступила в редакцию 16.12.2013 г.

Приведены результаты теоретических расчетов и результаты измерений формы отражающей поверхности космического телескопа, выполненные на этапе изготовления отдельных элементов и сборки изделия в целом.

DOI: 10.7868/S0023420614050057

Космический телескоп "РадиоАстрон" (КРТ) предназначен для работы на четырех длинах волн: 1.35 см, 6.2 см, 18 см, 92 см. Конструкция КРТ разработана исходя из необходимости размещения 10-метровой антенны в грузовом отсеке диаметром 3.8 метра и автоматического раскрытия после выведения на орбиту. Отражающая поверхность формируется центральным зеркалом диаметром 3 метра и 27 лепестками, синхронно раскрывающимися на орбите [1]. Общий вид телескопа в рабочем положении представлен на рис. 1.

Основными несущими элементами конструкции являются: переходная ферма между КРТ и служебным модулем "Навигатор" (обеспечивает крепление проставки и контейнера научной аппаратуры); цилиндрическая проставка (для закрепления центрального зеркала, лепестков и их механизма раскрытия, а также кронштейнов для осей поворота лепестков из транспортного положения в рабочее; ферма рефлектора (обеспечивает крепление фокального модуля); ферма фокального модуля (служит для регулировки положения облучателей в наземных условиях).

В лепестках отражающая поверхность образуется за счет крепления трехслойной сотовой панели на несущем каркасе из цилиндрических труб и П-образных поперечных ребер при помощи 45 юстировочных винтов. Материал труб и панелей — углепластик, соединительные фитинги и поперечные ребра выполнены из титана.

Центральное зеркало выполнено из углепластика в виде параболической оболочки, подкрепленной радиальными и кольцевыми ребрами жесткости. Для повышения коэффициента радиоотражения рабочая поверхность телескопа покрыта тонким слоем алюминия, нанесенным газодинамическим напылением.

Согласно техническому заданию отклонения отражающей поверхности от теоретического па-

раболоида 2 во всех условиях эксплуатации не должны превышать 2 мм. Наибольшее влияние на точность телескопа на орбите оказывает температурный режим элементов несущего каркаса. С целью уменьшения охлаждения конструкции при длительном затенении были разработаны системы обеспечения теплового режима (СОТР) для поддержания температур на каркасах лепестков в диапазоне ±50°С и на проставке от 18 до 22°С. Расчетно-экспериментальные исследования показали, что в условиях орбитального полета температурные нагрузки вызывают максимальные отклонения по нормали к отражающей поверхности порядка 1 мм. Исходя из этого, были сформулированы требования к точности изготовления и сборки элементов, которые формируют отражающую поверхность лепестков и центрального зеркала, требования к точности установки блока антенных облучателей [2]. Основные трудности при выполнении этих требований были связаны с наличием деформаций от действия собственного веса конструкций на этапе наземной отработки и с тем, что после раскрытия рефлектора и фиксации лепестков специальными механизмами в полете не было возможности откорректировать отражающую поверхность.

Среди наиболее значимых факторов, влияющих на итоговую точность отражающей поверхности в наземных условиях, были рассмотрены: точность изготовления центрального зеркала и лепестков, точность их установки на проставке, точность систем весовой разгрузки (обезвешива-ние лепестков при их изготовлении и при сборке рефлектора в целом), точность системы измерения, повторяемость положения после раскрытия лепестков из-за наличия люфтов в подшипниках и узлах фиксации.

Предполагалось, что 27 лепестков, расположенных по окружности с центром на оси сим-

415

5*

416

ФЕДОРЧУК, АРХИПОВ

Малонаправленная антенна

Фокальный контейнер Ферма фокального модуля

Солнцезащитный козырек

о о

Вершина параболоида рефлектора Плоскость стыка переходно фермы с проставкой КРТ

Механизм раскрытия лепестков рефлектора

Проставка

02500

Водородный стандарт чистоты Переходная ферма ■ Контейнер научной аппаратуры

Рис. 1

метрии теоретического параболоида, будут изготовлены и отъюстированы в системе его координат. На этапе сборки рефлектора идентичные лепестки будут устанавливаться на кронштейны с осями поворота, обеспечивающими раскрытие из транспортного положения в рабочее. Для выполнения требований точности установки лепестков на проставке погрешность положения осей поворота не должна превышать 1 угловую минуту. Измерения положения осей кронштейнов после их изготовления и установки на про-ставку показали, что отклонения от теоретического положения составляют 3—4 угловые минуты. Для сокращения затрат и времени на сборку рефлектора было принято решение о проведении индивидуальной юстировки лепестков с учетом положения конкретного кронштейна. Некоторые опасения вызывало уменьшение зазоров между отдельными лепестками в транспортном положении и при раскрытии. Расчет и проведенные затем экспериментальные исследования показали, что эти изменения не повлияли на надежность раскрытия лепестков.

Индивидуальный подход потребовался и при работе с системами весовой разгрузки, которые настраивались для каждого лепестка в зависимо-

сти от его массы, хотя она и отличалась от номинального значения в допустимых пределах 3—4% из-за точности изготовления и различия размещаемого оборудования (датчиков температуры, кабелей и т.п.). Несущественное, на первый взгляд, расхождение могло вызвать отклонения больше 0.1 мм, предписанное в качестве критерия точности системы весовой разгрузки. Изготовленные лепестки размещались на четырехопор-ном стенде, в котором неподвижная опора имитировала кронштейн на проставке, две промежуточные опоры предназначались для приложения вертикальных усилий обезвешивания с помощью контргрузов, а четвертая обеспечивала горизонтальное положение лепестков. Схема расположения опор и точки приложения усилий приведены на рис. 2а. Были проведены расчеты для определения массы обезвешивающих грузов М1 и М2. Их величина варьировалась от 8.5 до 8.8 кг на первой опоре и от 11.9 до 12.9 кг на второй.

По результатам автономной юстировки средне-квадратическое отклонение поверхности отдельных лепестков составило от 0.11 до 0.14 мм. Контроль поверхности каждого лепестка проводился по 149 точкам, из них 45 точек были расположены непосредственно вблизи юстировочных винтов.

ВОПРОСЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТОЧНОСТИ КОНСТРУКЦИИ

417

Установка лепестков в проектное положение на проставке при штатном закреплении проводилась с системой весовой разгрузки, которая обеспечивала обезвешивание в двух точках (рис. 2б). Расчет грузов системы обезвешивания М3 и М4 учитывал массы лепестка, подкосов и верхних крюков системы зачековки для транспортного положения. Масса контргрузов М3 = 20—21.1 кг и М4 = 11.7-12.6 кг.

На этапе общей сборки рефлектора положение лепестков изменялось за счет длины поддерживающего подкоса. Контроль поверхности проводился по тем же точкам, что и при автономной юстировке. Среднеквадратические отклонения поверхностей лепестков получились от 0.13 до 0.21 мм. С учетом измеренных 60 контрольных точек на центральном зеркале среднеквадратиче-ское отклонение поверхности всего рефлектора составило 0.18 мм при максимальных отклонениях ±0.7 мм. Отклонение фазового центра облучателя 1.35 см от теоретического фокуса параболоида не превысило 0.6 мм по всем осям системы координат. Эти величины с запасом удовлетворяют требованиям технического задания на телескоп.

Все измерения проводились при помощи лазерного радара MV260, с точностью определения координат ±0.1 мм. Важным преимуществом при этом являлась возможность работы непосредственно по отражающей поверхности без использования специальных измерительных марок. Для наиболее ответственных измерений повышение надежности и достоверности результатов дости-

галось сканированием поверхности в области контрольных точек и осреднением результатов по десяткам и сотням точек.

Проведенные измерения геометрии элементов КРТ и рефлектора в целом позволили определить вклад различных факторов на итоговую точность отражающей поверхности. Для обеспечения требований технического задания были внесены коррективы в первоначальный план проведения автономной юстировки лепестков и рефлектора. Наземная отработка конструкции показала необходимость иметь многоступенчатую систему регулировки геометрических параметров и возможность их контроля на всех этапах с единой базовой системой координат. Результаты полетных испытаний поставили в ряд первоочередных задач создание адаптивной конструкции в перспективных проектах для работы в сантиметровом и миллиметровом диапазоне радиоволн.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кардашев Н.С. и др. "Радиоастрон" — телескоп размером 300000 км: основные параметры и первые результаты наблюдений // Астрон. журнал. 2013. Т. 90. № 3. С. 179-222.

2. Александров Ю.А., Котик А.Н., Мышонкова Н.В., Федорчук С.Д. Исследование деформации отражающей поверхности космического радиотелескопа коротковолнового диапазона // Труды ФИАН. 2000. Т. 228. Ч. 1. С. 65-69.

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком