Космическая связь является неотъемлемой частью современного народного хозяйства и обороны, поскольку космические аппараты обеспечивают быструю передачу данных и коммуникацию на глобальном уровне. Одним из ключевых компонентов космических аппаратов являются рефлекторы зеркальных антенн, которые направляют и фокусируют сигнал. Высокая точность формы поверхности рефлектора позволяет обеспечить высокую рабочую частоту и скорость передачи данных. Таким образом, развитие космической связи требует совершенствования конструкций космических аппаратов и установленных на них рефлекторов. Перспективными в этом плане являются рефлекторы, выполненные из композиционных материалов, в которых отражающая поверхность формируется тонкостенной композитной оболочкой. Такие рефлекторы имеют большой потенциал для обеспечения высокой стабильности формы при сравнительно малой массе.
Сотрудниками Красноярского филиала ФИЦ ИВТ накоплен большой опыт в проведении расчетов на прочность и стабильность формы композитных рефлекторов. Развитие полученных результатов было отражено в концепции цифрового двойника рефлектора зеркальной антенны космического аппарата, которая может открыть новые перспективы в разработке и управлении такими антеннами.
Цифровой двойник – это виртуальная модель реального объекта, которая воспроизводит его характеристики и поведение в реальном времени. В контексте зеркальной антенны, цифровой двойник представляет собой точную компьютерную модель рефлектора и его отражающей поверхности, способную симулировать и анализировать его работу в различных условиях. Применение цифрового двойника рефлектора зеркальной антенны открывает широкие перспективы и возможности.
Во-первых, это позволяет инженерам и конструкторам проводить виртуальные испытания и оптимизировать дизайн антенны еще до физической реализации. Благодаря точному моделированию можно изучить параметры антенны для различных конструктивных вариантов. Это способствует снижению времени и затрат на разработку, а также повышает вероятность создания оптимальной антенной системы.
Во-вторых, цифровой двойник позволяет проводить виртуальное моделирование работы антенны в различных условиях окружающей среды. Можно анализировать влияние факторов, таких как солнечное излучение и температурные деформации, на форму поверхности рефлектора. Это помогает предугадывать и корректировать возможные проблемы эксплуатации, улучшать устойчивость и надежность работы антенны в различных условиях и обеспечивать более эффективную связь.
Тепловая конечно-элементная модель и расчет температурного поля рефлектора
Кроме того, цифровой двойник может использоваться для контроля, диагностики и управления реальной антенной во время ее эксплуатации. Путем сравнения данных, полученных от температурных датчиков с данными, сгенерированными цифровым двойником, можно определить корректирующие воздействия на форму рефлектора. Это позволяет создать эффективную систему управления c учетом производственных и эксплуатационных факторов.
Применение метода Нелдера-Мида для расчета оптимальной коррекции формы с учетом действия температуры (СКО – среднеквадратичное отклонение формы от идеального параболоида)
Отработка методики создания цифрового двойника формирует ряд важных прикладных задач для исследователей в области космических технологий. Эти задачи требуют знаний в области компьютерного моделирования, алгоритмов и механики композиционных материалов. Коллектив научных сотрудников ФИЦ ИВТ вносят свой вклад в эту область, создавая новые методы расчета, улучшая точность и эффективность цифровых моделей.
Научный результат «Концепция цифрового двойника рефлектора зеркальной антенны космического аппарата», полученный к.т.н. Егором Владимировичем Москвичевым, был утвержден Ученым советом ФИЦ ИВТ как один из важнейших результатов за 2022 год.
