Пользователь
0,0
рейтинг
30 марта 2014 в 00:12

Администрирование → В MIT разработали надувную антенну для миниатюрных спутников CubeSat



Спутники формата CubeSat, состоящие из одного, двух или трёх кубических модулей со стороной 10 сантиметров широко используются для экспериментов и любительских космических проектов. Они выводятся на орбиту совместно с большими аппаратами — маленький размер и вес делает их относительно доступными. Однако это создаёт и проблемы — маленький размер сильно ограничивает доступную электрическую мощность из-за недостаточной площади солнечных батарей, и низкую скорость передачи данных на землю по радиоканалу. Мощности миниатюрного передатчика и антенны хватает лишь для работы вблизи Земли — уже на геостационарной орбите скорость падает до 10 бит в секунду.

На больших спутниках применяют раскладные антенны. Проводились и эксперименты по использованию надувных антенн. Но для их надувания использовался газ в баллонах и система клапанов — для крошечных спутников CubeSat это слишком громоздко. В MIT решили пойти по другому пути. Для надувания используются химические вещества, способные к сублимации (фазовому переходу из твёрдого состояния в газообразное, минуя жидкое) в условиях космоса, в частности — бензойной кислоты. Антенна представляет собой «воздушный шарик» одна сторона которого сделана из металлизированного майлара, а другая — из прозрачного. Металлизированная половина при надувании принимает параболическую форму и служит рефлектором. В вакууме достаточно давления примерно в 10-4 атмосферы, чтобы антенна расправилась.

Главная угроза для такой антенны — микрометеориты. Через год пребывания на орбите антенна диаметром 1 метр будет иметь по меньшей мере сотню сквозных отверстий, пробитых микроскопическими метеоритами. Однако их размеры настолько малы, а давление внутри антенны настолько незначительно, что достаточно иметь лишь небольшой избыток реагента, чтобы поддерживать рабочее давление — на год работы хватит всего одного грамма бензойной кислоты.

Ещё одна проблема — управление ориентацией спутника. На самых низких орбитах из-за большой площади и малого веса спутник с антенной будет испытывать слишком большое воздействие чрезвычайно разрежённой, но всё же дающей о себе знать атмосферы. Гиродины, с помощью которых осуществляется управление ориентацией CubeSat, смогут компенсировать этот эффект лишь на орбитах высотой больше 500 км.

Эксперименты и компьютерное моделирование показали, что надувная антенна способна в семь раз увеличить предельное расстояние, на котором сигнал со спутника будет приниматься на Земле — вполне возможна будет передача с орбиты Луны и ещё дальше. На геостационарной орбите скорость передачи данных может достичь вполне приличных 100 килобит в секунду.

Надувная антенна в сложенном виде будет занимать примерно половину модуля CubeSat. Сейчас учёные подбирают оптимальную форму конструкции и реагенты для сублимации. Возможен вариант использования двухкомпонентной смеси — более активный реагент сначала надует антенну в несколько раз сильнее, чем необходимо для поддержания формы — это поможет расправить складки и добиться максимально правильной формы отражателя. Когда первый компонент улетучится, поддерживать форму антенны при гораздо меньшем давлении будет второй. Рассматривается также вариант использования для этой же цели кольца из проволоки с эффектом памяти, расположенной по окружности рефлектора.

Статья с описанием антенны и первыми результатами экспериментов опубликована в журнале Acta Astronautica.

Илья Сименко @ilya42
карма
524,7
рейтинг 0,0
Пользователь
Реклама помогает поддерживать и развивать наши сервисы

Подробнее
Реклама

Самое читаемое Администрирование

Комментарии (20)

  • –4
    что то слабо вериться что сие изобретение будет норм работать на орбите, вот если рассмотреть его станционное использование, тог да. а так посмотрим на испытания.
    • 0
      В чём же вам видятся проблемы? На земле кстати такие используются давно и успешно.
      • 0
        проблема в мусоре разных размеров. в топике это описано…
        • +2
          Ну так решение этой проблемы тоже описано в топике
          • 0
            Пожалуй, мне бы очень хотелось бы посмотреть на реальный пример эксплуатации на орбите.
            Вы правы решение описано, но это все наземная теория, а как там будет "?"
  • +1
    удалил… сообщение.
  • +3
    А возможно сделать антенну, которая после надувания затвердевает? После этого микрометеориты должны быть менее страшны.
    • +4
      Думаю можно. Например, сделать её из материала, который под воздействием УФ отвердеет (т.е. антенна после надувания под лучами Солнца «запекается»).
    • 0
      Как вариант можно делать проволочный каркас из нитинола с памятью формы, который развернется в нужное время.
  • –2
    Все хорошо в посте, одно но. Сублимация (фазовый переход от твердого состояния к газообразному минуя жидкое) в космосе работает для ВСЕХ веществ, включая обычную воду. Внешнего давления-то в вакууме нет.
    • –1
      работает для ВСЕХ веществ

      Тогда все спутники вместе с астронавтами давно бы испарились.
      • 0
        Они и испаряются постепенно. Но медленно. За миллиард лет наверное бы испарились. Но что быстрее успевают сойти с орбиты.
        • 0
          "что" забыл удалить.
  • +1
    Основная проблема для кубсатов — не ориентация, а малое время жизни, из-за торможения об атмосферу (на орбитах МКС — считанные недели и месяцы). Такая антенна в ~10 раз сократит время жизни на орбите, и не ясно, чем лучше банальных разворачивающихся четвертьволновых/полуволновых проволочек.
    • +1
      Так их можно будет теперь дальше забросить, проблем со связью не будет
      • 0
        Площадь всё равно больше, торможение при той же плотности остаточной атмосферы всё равно сильнее. В какой мере падение плотности остаточной атмосферы из-за увеличения высоты скомпенсирует рост лобовой поверхности?
        • 0
          Выше пятисот километров торможением уже можно пренебречь.
  • 0
    Во времена СССР на многих рисунках изображавших космос часто изображалась спиральная антенна (как на луноходе) а сейчас не видать такой конструкции на спутниках, почему?
    • +3
      Емнип, это остронаправленная антенна на метровые волны (вроде что-то около 144МГц). Сейчас и частоты другие, и передача в цифре, и конструкции более совершенные придумали.
  • 0
    Тут когда-то целый надувной спутник уже был…

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.