В мире космического машиностроения, где каждый грамм и каждый микрон имеют значение, контроль геометрии конструкций выходит на первый план.
Современные спутники и космические аппараты состоят из крупногабаритных, но при этом невероятно точных элементов: развертываемых антенн-рефлекторов, длинных штанг и ферменных конструкций. Любая, даже минимальная деформация таких элементов под воздействием внешних сил или перепадов температуры может повлиять на работу аппарата на орбите. Традиционные контактные методы измерений зачастую не могут обеспечить необходимую точность для таких хрупких и ответственных деталей, а иногда и сами становятся источником механического воздействия. Решением этой сложной задачи стала новая технология бесконтактных высокоточных измерений, разработанная и внедренная специалистами компании «Решетнёв», входящей в структуру Роскосмоса.
Суть инновации заключается в синергии двух современных методов: лазерной локации и фотограмметрии. Лазерный радар, или лидар, работает по принципу активного зондирования. Он испускает лазерный луч, который, отражаясь от поверхности объекта, возвращается обратно. Измеряя время прохождения сигнала, система с высокой точностью вычисляет расстояние до каждой точки. Этот метод идеально подходит для построения пространственной карты объекта. Фотограмметрическая система дополняет его, работая как высокоточное стереоскопическое зрение. Специальная камера делает серию снимков объекта с разных ракурсов, а мощное программное обеспечение, анализируя параллакс — смещение точек на разных кадрах, — преобразует набор двухмерных фотографий в детализированную трехмерную модель. Ранее подобные фотограмметрические комплексы широко применялись для обработки данных дистанционного зондирования Земли, но теперь их возможности адаптированы для задач космического приборостроения.
Ключевое преимущество комбинированного подхода — беспрецедентная точность при полном отсутствии физического контакта с измеряемым изделием. Система способна фиксировать изменения геометрической формы, такие как термоупругие деформации, с точностью до нескольких десятков микрон, что сравнимо с толщиной человеческого волоса. При этом технология остается эффективной в экстремальных температурных условиях, имитирующих космические: измерения можно проводить в диапазоне от –150 до +150 °C. Это особенно важно для контроля поведения конструкций, которые в космосе будут подвергаться резким перепадам температуры при выходе из тени Земли.
Практическая ценность этой разработки для космической отрасли огромна. Повышение точности контроля напрямую влияет на качество изготовления критически важных компонентов. При производстве антенных рефлекторов, от геометрии которых зависит качество сигнала, или несущих ферменных конструкций, отвечающих за жесткость всего аппарата, новая технология позволяет выявить малейшие отклонения от заданных параметров. Это значит, что инженеры могут точнее отслеживать, как ведет себя крупная конструкция в сборе при вибрационных или термических испытаниях, и вовремя вносить коррективы в проект или технологию сборки. В конечном счете, такой скрупулезный контроль на земле ведет к повышению надежности и продлению срока активного существования космических аппаратов на орбите.
Внедрение подобных технологий знаменует новый этап в космическом машиностроении, где цифровые двойники и сверхточная метрология становятся неотъемлемой частью производственного цикла. Разработка, выполненная при партнерстве с Сибирским государственным университетом науки и технологий, показывает, как адаптация смежных технологий — в данном случае, методов дистанционного зондирования — открывает новые возможности в конструировании и испытаниях космической техники. Бесконтактный контроль, обеспечивающий высочайшую точность в широком температурном диапазоне, постепенно превращается из узкоспециализированного инструмента в стандарт для создания космических аппаратов следующего поколения.