ПРЕЦИЗИОННЫЕ ПАНЕЛИ ДЛЯ ОБСЕРВАТОРИИ «МИЛЛИМЕТРОН»
В Физическом институте им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН) разработали технологию изготовления деталей зеркала-рефлектора для новой отечественной космической обсерватории — телескопа «Миллиметрон». Он предназначен для изучения в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах волн объектов дальнего космоса, в том числе планет, черных дыр, звезд разных типов. Федераль-
ное космическое агентство (Роскосмос) — заказчик аппарата — планирует запустить его в 2017—2018 гг. Инновация ученых уменьшает стоимость, но, главное, повышает точность изготовления важнейшего компонента конструкции, и может быть использована в разработках телескопов следующих поколе-
Модель космической обсерватории «Миллиметрон».
Макет прецизионной параболической панели зеркала-рефлектора для телескопа «Миллиметрон».
ний. Некоторые подробности технических решений Агентству научной информации «ФИАН-информ» изложил старший научный сотрудник отдела космических конструкций института, кандидат технических наук Виктор Пышнов.
Спутниковые системы, сообщил он, в значительной степени зависят от точности изготовления отражающих поверхностей зеркал-рефлекторов и их деформаций. Для миллиметрового диапазона волн допуск отклонения от идеала составляет единицы микрон при нескольких метрах диаметра зеркала. Именно эти жесткие условия определяют выбор материала, конструкцию и технологию изготовления данного элемента. При создании подобных устройств исходными служат материалы, имеющие низкий коэффициент теплового расширения. К таковым относят астроситалл (кварцевое стекло) и углепластик — наиболее распространенные у нас для производства телескопических зеркальных систем. Однако у обоих есть свои плюсы и минусы. Например, астроситалл хрупок. К тому же технология изготовления из него облегченных зеркал чрезвычайно трудоемка и затратна: на создание 1м2 конструкции при стоимости 1 млн дол. уходит примерно год.
А углепластик, заметил Пышнов, превосходит астроситалл по ударной прочности, жесткости и массе. Но от внутренних напряжений, вызванных погрешностями траекторий армирования и различ-
ными коэффициентами теплового расширения углеродного волокна и полимерной матрицы, он коробится. Кроме того, материал подвержен влаж-ностным деформациям, а его полимерная матрица может растрескиваться. Однако эти проблемы, по мнению ученого, разрешимы, что доказывают проведенные в отделе космических конструкций исследования, а также успешная миссия криогенного телескопа «Планк» (Европейское космическое агентство, 2009 г.), главное зеркало которого изготовлено из углепластика.
В ФИАНе решили использовать сильные стороны обоих материалов, а их недостатки нивелировать, т.е. предложили создавать конструкцию прецизионных панелей из высокомодульного циан-эфирного углепластика на матрицах из астроситалла — в этом и состоит суть инновации. Причем технологический цикл изготовления такой панели займет не более месяца, а ее 1 м2 будет стоить ~200 тыс. дол. Ученые посчитали: данная конструкция станет вдвое жестче ситалловых (сделанных из кристаллических материалов, полученных объемной кристаллизацией стекол), хотя по массе легче их в 1,7 раза. При этом, как было установлено экспериментом, среднее отклонение поверхности такой панели по отношению к формующей кварцевой матрице не будет превышать 3 мкм (для главного 10-метрового зеркала телескопа «Миллиметрон» допуск составляет 10 мкм).
Схема расположения основных систем телескопа «Миллиметрон».
Словом, подытожил Пышнов, углепластиковые изделия, созданные по технологии ФИАНа, по стоимости, интегральной деформативности, массе, жесткости и трудоемкости будут превосходить конкурентные из астроситалла и других материалов (например, карбида кремния и бериллия). И эти преимущества смогут обеспечить нашей стране лидирующие позиции на рынке сверхточных космических антенн, работающих в миллиметровом диапазоне волн.
В ФИАНе уже действует экспериментальная база, на которой изготовлены первые образцы и технологические макеты прецизионных панелей. По сути здесь готовы к их штатному производству.
По материалам Агентства научной информации «ФИАН-информ», 12 февраля 2013 г.
Иллюстрации с сайта ФИАНа Материал подготовила Марина ХАЛИЗЕВА
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.