Мероприятие 1.2, очередь 08, Лот №1
Тема проекта: Разработка беспроводной системы управления формой крупногабаритных трансформируемых наземных и космических конструкций с применением прецизионных приводов
Сроки проведения работ: 2017-2019 гг
Соглашение № 14.574.21.0165 от «26» сентября 2017 г. на период 2017 - 2020 гг.
ПНИ осуществляется при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации
Общий объем бюджетного финансирования: 45 млн. руб.
Уникальный идентификатор ПНИ: RFMEFI57417X0165
Цели и задачи проекта: Разработка технологии беспроводной передачи энергии и информации для прецизионных микромеханических приводов, позволяющих создавать крупногабаритные трансформируемые конструкции космического базирования с высоким качеством формообразующей поверхности повышающие эффективность космических систем связи и навигации для обеспечения связанности территории Российской Федерации и обеспечивает коммерческую привлекательность на внешних рынках широкополосных услуг связи.
Ожидаемые результаты проекта:
- Будут разработаны малогабаритные легкие энергосберегающие электромеханические исполнительные устройства, обеспечивающие необходимые линейные перемещения управляющих шнуров для управления формой крупногабаритных трансформируемых механических конструкций космического и наземного базирования
- Будут разработаны промежуточные накопители энергии полевого или космического исполнения с длительным хранением запасенной энергии.
- Будет создана беспроводная система управления формой крупногабаритных космических и наземных конструкций.
Перспективы практического использования:
- Создание активной системы поддержания формы конструкции при парировании основных возмущающих воздействий и/или ликвидации их последствий с минимальными энергозатратами.
- Успешное решение задачи поддержания заданной формы сетеполотна может привести:
• к качественному улучшению параметров рефлектора при передаче и приеме сигнала.
• для наземных конструкций – и к радикальному снижению массы вследствие исключения пассивной жесткости за счет большого количества вспомогательных конструкций, применяемых для обеспечения необходимой жесткости и сопротивления деформациям.
Индустриальный партнер: Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева
Проект поддержан технологической платформой: «Национальная информационная спутниковая система»
Проект поддержан предприятиями промышленности: АО «Сибирские приборы и системы»
Научно-исследовательская часть при БГТУ «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова, коллективом НИЛ РИУС (Научно-исследовательская лаборатория Радиоэлектронных Информационных Управляющих Систем) и ОКБ (Опытное Конструкторское Бюро) в 2018 году провела работу по созданию макетного образца беспроводной системы управления формой крупногабаритных трансформируемых конструкций. Перечень проведенных работ:
- Разработана циклограмма работы, структура, состав и алгоритм функционирования БСУФ КТК;
- Проведены патентные исследования в области беспроводных систем управления в соответствии с ГОСТ 15.011-96;
- Исследованы вопросы износа электромеханических передач с повышенным передаточным отношением, предназначенных для работы:
а) в условиях вакуума;
б) в условиях вакуума и расширенного диапазона температур. - Исследованы возможности достижения необходимой плотности энергии лазерного луча для выбора оптимальных способов последующего фотоэлектрического преобразования энергии лазерного луча при беспроводной передаче:
а) в нормальных условиях;
б) в вакууме и в условиях космического пространства. - Исследованы вопросы применения и разработки электромеханических и микромеханических устройств в составе исполнительных устройств, предназначенных для работы:
а) в условиях вакуума;
б) в условиях вакуума и расширенного диапазона температур. - Разработана конструкции макетного образца БСУФ КТК;
- Изготовлен макетный образец БСУФ КТК;
- Изготовлено стендовое оборудование для проведения ЛОИ макетного образца БСУФ КТК;
- Проведено математическое моделирование КТК и СУФ КТК, проведен анализ результатов математического моделирования;
- Доработана математическая модель СУФ КТК до математической модели БСУФ КТК;
- Проведено математическое моделирование БСУФ КТК, проведен анализ результатов математического моделирования, уточнены математические модели БСУФ КТК;
- Разработана конструкции стендового оборудования для проведения ЛОИ макетного образца БСУФ КТК;
- Проведены ЛОИ макетного образца БСУФ КТК и осуществлен анализ их результатов для изготовления экспериментальных образцов;
- Разработана конструкция макетного образца БСУФ КТК в части выбора промежуточных накопителей энергии для электромеханических исполнительных устройств и исполнительных электромеханических устройств БСУФ КТК;
- Разработано программно-методическое обеспечение ЛОИ макетного образца БСУФ КТК;
- Разработан и изготовлен измерительно- испытательный стенд (рабочее место) для исследования и испытаний макетного и экспериментального образцов БСУФ КТК;
- Разработаны требования на БСУФ КТК;
- Разработаны технические решения БСУФ КТК для макетирования;
- Разработан фрагмента КТК (фасеты) космического или наземного базирования;
- Изготовлен и предоставлен Получателю субсидии фрагмента КТК (фасеты) для испытаний.
Общий итог работ
Макетный образец функционирует исправно, реализована передача энергии и информации через лазер на актуаторы, управляющие формой сетеполотна антенны. Реализован алгоритм поиска актуатора в пространстве и наведения лазерного луча на фотопреобразователь актуатора. Настроен прием и обработка полученной актуатором информации и ее преобразование в управляющий сигнал для исполнительного устройства корректировки формы.
Основные цели на 2019 год
- Отладка и оптимизация разработанных алгоритмов
- Минимизация массогабаритных характеристик актуаторов
- Применение лазера с высокой оптической мощностью
- Создание более мощного фотопреобразователя
- Реализация системы накопления и хранения энергии
- Проведение мероприятий с целью популяризации результатов работы
- Публикация в международных журналах
- Патентование разработанных алгоритмов и полезных моделей
Результаты третьего этапа реализации проекта (2019 г.)
- Разработана и отлажена система определения установившейся геометрии сети фасеты, способствующая дальнейшему управлению и выстраиванию ее корректной формы;
- Разработана система наведения и фокусировки лазерного излучения, обеспечивающая передачу энергии и информации исполнительным устройствам;
- Разработана система контроля и мониторинга электронных систем, являющаяся инструментом диагностики при проведении испытаний, позволяющая отслеживать корректность функционирования составных частей системы в реальном времени с возможностью воздействия на их работу в случае необходимости;
- Проведены исследования различных типов фотопреобразователей;
- Спроектирован и изготовлен фотопреобразователь для устройства точечной регулировки формы БСУФ КТК, обладающий достаточным КПД и оптимальными массогабаритными характеристиками с целью применения в составе опытного образца;
- Проведены исследования накопителей энергии, возможных к применению с целью питания устройства точечной регулировки формы БСУФ КТК;
- Разработан комбинированный накопитель электроэнергии, сочетающий преимущества различных накопительных элементов, и имеющий перспективы на применение в космическом пространстве;
- Проведены исследования микроэлектромеханических исполнительных устройств разного типа возможных к применению в опытном образце;
- Разработано устройство точечной регулировки формы БСУФ КТК, подтвердившее эффективность и работоспособность в ходе проведения испытаний на вибростенде и в вакуумной камере;
- На основе спроектированного и изготовленного ранее (второй этап) макетного образца, прошедшего лабораторно-отработочные испытания, был проработан и изготовлен опытный образец БСУФ КТК (фасеты), также испытанный и подтвердивший работоспособность и эффективность применяемых принципов энергоснабжения и приема-передачи информации;
По итогу работ были получены следующие результаты:
- Разработаны и испытаны алгоритмы сканирования установившейся формы сетеполотна рефлектора;
- Разработана и испытана система наведения и фокусировки лазерного излучения с целью передачи энергии и информации исполнительным устройствам по открытому оптическому каналу; Разработан и запатентован один из вариантов исполнения комбинированной системы накопления электроэнергии, имеющий перспективы на применение в космическом пространстве;
- Разработан и испытан модуль фотопреобразователя, обладающий достаточным КПД;
- Разработано и испытано устройство точечной регулировки формы сети рефлектора;
- Опытный образец беспроводной системы управления фасетой был испытан в комплексе;
- Полученные результаты апробированы публикациями в журналах и сборниках конференций международного уровня.