Алгоритм развернет космические телескопы без повреждений

Ученые разработали алгоритм, который поможет контролировать форму рефлекторов — «отражателей» радиосигналов, — устанавливаемых на спутниках и космических телескопах. Программа изменяет длину тросов, которые держат сетку, собирающую и «концентрирующую» радиосигналы. Это важно, поскольку рефлекторы большого диаметра — около 60 метров — доставляются в космос в сложенном виде и только там принимают свою рабочую форму. Авторы на экспериментальной модели определили, что предложенный алгоритм позволяет на 13% снизить энергозатраты при «развертке» рефлектора и на 10% повышает точность сборки элементов конструкции в космосе, что необходимо для стабильного получения сигналов. Результаты исследования, поддержанного грантом Президентской программы Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Acta Astronautica.

На спутниках и космических телескопах для радиосвязи с Землей, а также исследования космоса находятся рефлекторы — изогнутые отражатели, диаметр которых может достигать 60 метров. Такие устройства собирают радиосигналы, концентрируют их и передают на антенны. Это позволяет поддерживать глобальную радиосвязь. Рефлектор состоит из центрального корпуса и радиоотражающих сеток U-образной формы, которые направляют сигналы к центральной точке устройства. Проблема использования рефлекторов больших размеров в космосе заключается в том, что такие конструкции необходимо доставлять на орбиту с помощью ракет, в которые изделие не поместится в исходном виде. Поэтому рефлектор складывают так, что его диаметр не превышает двух метров, а затем уже в космосе разворачивают в рабочее состояние. При такой «развертке» устройства сетки колеблются, поскольку они не имеют жесткой структуры, и это может привести к тому, что рефлектор примет неправильную форму.

Ученые из Балтийского государственного технического университета «ВОЕНМЕХ» имени Д.Ф. Устинова (Санкт-Петербург) разработали алгоритм, позволяющий задать требуемую форму рефлектора, сократить энергозатраты на его раскрытие и уменьшить колебания радиоотражающей сетки. Авторы рассмотрели небольшой макет трансформируемого рефлектора. Он состоит из фронтальной и задней радиоотражающих сетей, с двух сторон натянутых на каркас, который обеспечивает жесткость и устойчивость конструкции. Принять правильную форму сеткам рефлектора помогают тросы — ванты, — подтягивающие их друг к другу. Новый алгоритм регулирует длину тросов, помогая тем самым добиться необходимой формы сетки. Так, после раскрытия рефлектора оператор подает сигнал об изменении длины тросов через программу. Алгоритм выбирает нужную ванту и передает сигнал на двигатель, который начинает вращать катушку, обеспечивающую сматывание и разматывание ванты.

На примере макета авторы сравнили, как происходит сборка рефлектора с новым алгоритмом и без него. Оказалось, что при использовании этой программы затраты на электроэнергию при развертке снизились на 13%. Кроме того, с помощью математического моделирования удалось определить, что колебания сетки уменьшились на 10%. Снижение колебаний сети повышает надежность элементов конструкции, а также сокращает риски возникновения неисправностей, а именно поломки корпуса устройства из-за неправильного раскрытия.

«Мы создали алгоритм, позволяющий устанавливать необходимую форму радиоотражающей сетки при минимальных затратах энергии. Чем точнее будет установленная форма, тем сильнее будет сигнал с рефлектора. Это повысит точность получаемых радиосигналов, что поможет быстро и правильно определить местоположение объекта, если речь идет о телескопе, или среагировать на сигналы с Земли в случае спутников. В дальнейшем мы планируем провести испытания нашего алгоритма на макете рефлектора в натуральную величину», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Федор Митин, кандидат технических наук, доцент кафедры систем управления и вычислительной техники Балтийского государственного технического университета «ВОЕНМЕХ» имени Д.Ф. Устинова.