Антенна

Антенна представляет собой 2х зеркальную оптическую систему, построенную по схеме Кассегрена. Она состоит из главного параболического, и вторичного гиперболического зеркал.

Диаметр главного зеркала составляет 10 метров, что слишком велико для существующих обтекателей ракетоносителей, поэтому конструкция зеркала будет раскладывающейся.

Оно состоит из не раскладываемой центральной части, диаметром 3 метра, и раскрываемой части, состоящей из 24 лепестков.

Ключевые параметры антенны «Миллиметрона» достигаются за счет нескольких оригинальных конструктивных решений:

  • Материал для отражающей поверхности панелей и основной конструкции лепестков – углеродное волокно, армированное пластиком (CFRP). Данный материал обеспечивает высокий удельный модуль и низкий коэффициент теплового расширения
  • Каждый лепесток главного зеркала состоит из каркаса и трех независимых отражающих панелей
  • Каждая панель устанавливается на каркас лепестка с помощью трех линейных актюаторов
  • Регулировка панелей будет осуществляться бортовой активной системой контроля поверхности.

Данные решения позволят корректировать отклонения положения панелей, связанные с процессом раскрытия, а также искажения поверхности, связанное с температурными и гигроскопическими эффектами.

 

Параметры

  • Главное зеркало диаметром 10 метров;
  • СКО поверхности всей антенны – 6 μм (целевое значение);
  • Рабочий диапазон длин волн от 70 μм до 10 мм (целевое значение);
  • Эквивалентное значение фокусного расстояния около 70 м, поле зрения около 7 угловых минут;
  • Масса антенны (включая систему контроля поверхности) около 1700 кг;
  • Рабочая температура <10 K (целевое значение – 4,5 K)

Конфигурация антенны в сложенном состоянии

В сложенном состоянии главное зеркало удерживается двумя фиксирующими кольцами: внутренним и внешним. Кольцо внутренней фиксации расположено на опорной ферме вторичного зеркала. Это кольцо образуется 24мя сферическими наконечниками. В свою очередь на каждом каркасе лепестка имеется коническое крепление, на которое опирается соответствующий сферический наконечник. Внешний фиксирующий пояс крепится к каркасу лепестка на том же уровне, что и внутренний. Фиксация выполняется предварительно натянутым тросом, который удерживает все замки между лепестками в закрытом состоянии. После активации пиротехнического заряда трос освобождает лепестки для раскрытия.

Процесс раскрытия главного зеркала

Концепция раскрытия главного зеркала обсерватории Миллиметрон основана на опыте, полученном от успешной реализации проекта Радиоастрон. Раскрытие лепестков осуществляется путём – вращения вдоль одной оси через синхронную систему. Такой подход снижает сложность и повышает точность механизма развертывания. В раскрытом состоянии специальные защелки фиксируют друг с другом лепестки по краям. Одновременно каждый лепесток фиксируется с помощью замка на его конце специальной распоркой. Ошибка отклонения положения лепестков главного зеркала после раскрытия составит менее 1 мм от заранее определенной поверхности.

Процесс раскрытия полноразмерного макета конструкции главного зеркала

В ходе программы испытаний полномасштабного инженерного макета главного зеркала была проверена возможность реализации ряда технических решений, оценена производительность системы раскрытия с точки зрения точности и повторяемости, опробована система фиксации лепестков в рабочем и сложенном положении, а также уникальная система обезвешивания.

 

Панели главного зеркала

Главное зеркало состоит из 24 панелей центральной части и 72 панелей лепестков раскрываемой части. Панели имеют параболическую форму с фокусным расстояние 2400 мм.

Панели имеют многослойную структуру и состоят из параболического листа лицевой и тыльной поверхности, ребер жесткости, а также креплений актуаторов и интерфейсов для тепловых мостов. Они изготовлены из углеродного волокна, армированного пластиком (M55J/NIIKAM) на основе высокомодульного углеродного волокна и смолы на основе цианатного эфира. Для лицевой и задней поверхностей панелей выбрана квазиизотропная укладка, тогда как для ребер она ортогональна. Материал обладает низкой удельной плотностью в сочетании с высокой удельной жесткостью, низким коэффициентом теплового расширения, низким поглощением влаги и повышенной устойчивостью к микротрещинам. Для улучшения продольной теплопроводности панелей используется теплопроводящий слой из чистой медной фольги (6 мкм) на задней поверхности. Все это позволяет создать термостойкий и точный дизайн с минимальной массой.

Части панелей приклеены термостойким клеем, который также обладает уникальными физико-механическими свойствами, поскольку он должен быть устойчивым как к высоким (≈ 100˚С, из-за технологии изготовления), так и крайне низким (менее чем -263˚С, из-за условий эксплуатации) температурам.

Структура панелей (в качестве примера – панель центральной части главного зеркала)
Фото панели центральной части главного зеркала

Изготовление панелей основано на технике реплики. Для демонстрации производственного процесса был изготовлен образец панели центральной части главного зеркала. Измеренная точность поверхности изготовленных панелей составляет 4,2 мкм (СКО). Сравнение точности поверхности панелей с пресс-формой показало возможность изготовления панелей с точностью поверхности лучше 1 мкм (СКО) и с повторяемостью около 1 мкм.

Образец пресс-формы из стекла ULE и карта измеренной поверхности
Панель центральной части главного зеркала (длина 1,3 м) и карта измеренной поверхности