Влияние типа орбиты на параметры конструктивно-силовой схемы рефлектора зеркальной космической антенны при использовании методов топологической оптимизации

Размеростабильность и весовая эффективной конструкции являются важными требованиями к зеркальным антеннам космических аппаратов дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) и ретрансляторах [1-2]. Применяемые в настоящий момент методики выбора параметров композитных подкреплённых антенн в основном базируются на методе перебора большого количества вариантов и не дают гарантии нахождения оптимального решения [3].
Топологическая оптимизация является перспективным методом для построения конструктивных схем рефлекторов космических антенн с оптимальным видом оребрения. Ранее топологическая оптимизация уже применялась при проектировании рефлекторов зеркальных космических антенн, но в качестве определяющего расчётного случая считались инерционные нагрузки, тогда как радиационно-кондуктивный теплообмен использовался лишь в качестве проверки [4-7].
Предложенный новый подход к созданию конструктивных схем рефлекторов космических антенн основан на попеременном итерационном решении задач топологической оптимизации и радиационно-кондуктивного теплообмена. Методика состоит из трёх этапов: выбор модели и определение характеристик материалов, анализ квазиизотропной объёмной модели, анализ ортотропной объёмной модели и поверочный расчёт полученной модели в 2D-постановке [8].
Космические аппараты ДЗЗ применяются на различных орбитах, каждая из которых обладает характерным сочетанием воздействующих на космический аппарат внешних факторов. Для подтверждения применимости разработанной методики к рефлекторам различных габаритных размеров и осуществляющих работу на разных орбитах, определяется размерный ряд рефлекторов и ряд их рабочих орбит.
Рассмотрены рефлекторы с диаметрами 1200 мм, 2500 мм и 4000 мм. В работе анализировались геостационарная орбита, низкая околоземная орбита высотой 450 км и солнечно-синхронная орбита высотой 900 км и наклонением 99,0°.
В результате для разных диаметров и орбит были получены различные конструктивно-силовые схемы, максимальные перемещения рабочих поверхностей рефлекторов не превышают 0,11 мм.
Максимальные перемещения рабочей поверхности наблюдаются при полете по солнечно-синхронной орбите, так как для неё характерен односторонний нагрев рефлектора.
Продемонстрирована применимость нового подхода к рефлекторам зеркальных космических антенн на различных орбитах и повышение их размеростабильности при снижении массы конструкции. Дополнительным преимуществом является возможность получать однозначный набор параметров схемы оребрения на начальных этапах разработки конструкции.