Ученые Самарского университета рассчитали влияние температурного удара на малые космические аппараты (МКА) с симметрично расположенными гибкими элементами (солнечными панелями). По словам авторов работы, в исследовании проведена оценка основных возмущающих факторов, возникающих при температурном ударе. Полученные результаты опубликованы в журнале Symmetry. Они могут быть использованы при решении задач дистанционного зондирования Земли и реализации гравитационно-чувствительных процессов на борту МКА.
Как рассказали ученые Самарского университета им. академика С.П. Королева, малые космические аппараты активно применяются для постоянного дистанционного зондирования Земли. Благодаря данным, которые они предоставляют, можно отслеживать в реальном времени изменения по всей планете.
При движении по орбите такой космический аппарат периодически входит и выходит из тени, получая температурный удар, на «солнечной стороне» устройство находится при температуре +121°С, а в тени остывает до -157°С. На малые космические аппараты таким перепады температур оказывают значительное влияние, например, провоцируют потерю управляемости аппарата.
«Управляемое движение малых космических аппаратов имеет ряд особенностей, обусловленных существенным влиянием на него гибких элементов (например, солнечных панелей). Поэтому, помимо традиционных помех от солнечных батарей, связанных с их собственными колебаниями, необходимо учитывать и другие факторы, одним их которых является температурный шок, влияющий на управляемость и ориентацию аппарата», – рассказал ассистент Кафедры космического машиностроения им. генерального конструктора Д.И. Козлова Самарского университета Денис Орлов.
По его словам, это обусловлено тем, что массовая доля гибких элементов в общей массе таких спутников выше, чем у другой космической техники.
Ученые отметили, что при текущем уровне научного знания, вхождение спутника в тень точно скажется на его способности выполнения целевой задачи: может снизиться качество снимков поверхности или не получится реализовать технологический эксперимент (вырастить кристалл, изучить влияние на живой организм или растение). Поэтому исследование явления температурного шока и разработка эффективных алгоритмов нейтрализации его воздействия на малые космические аппараты могут обеспечить прогресс в области космического материаловедения.
«Теоретические исследования по этой теме проводятся в основном из того, что на аппарате установлен один гибкий элемент. Это делается для того, чтобы расчеты были не слишком сложными и в тоже время оставались репрезентативными. Но чаще всего гибкие элементы располагаются симметрично. В рамках этого исследования мы уделили внимание взаимной компенсации влияния температурного удара при симметричном расположении гибких элементов, в частности, проведено моделирование для двух и четырех гибких элементов», – рассказал Орлов.
В результате проведенных исследований получены оценки возмущающего воздействия температурного удара на малый космический аппарат. Это воздействие в случае симметричной схемы расположения гибких элементов представляется в виде силы инерции от ускоренного движения точек гибких элементов. Остальные возмущающие факторы взаимно компенсируются за счет симметрии.
«На данном этапе практическая значимость ограничена необходимостью реализации аппаратов «в железе» для проверки полученных расчетных результатов. Дальнейшее уточнение модели позволит повысить эффективность проектирования и эксплуатации малых космических аппаратов», – объяснил Орлов.
В дальнейшем коллектив планирует усложнять и детализировать модель, а также сравнивать полученные результаты математического моделирования с результатами эксплуатации малых космических аппаратов. Отдельным направлением исследований станет формирование рекомендации по проектированию космического аппарата для минимизации негативного влияния возникающих факторов.
Исследование проводилось в рамках реализации государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации и развития передовой инженерной аэрокосмической школы, созданной на базе Самарского университета (федеральный проект «Передовые инженерные школы»).