Модальный анализ криоэкрана телескопа космической обсерватории «Миллиметрон» Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Секция

«ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ПРОИЗВОДСТВО ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ, КОСМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И ПРОЕКТЫ»

УДК 621.29.03

МОДАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ КРИОЭКРАНА ТЕЛЕСКОПА КОСМИЧЕСКОЙ ОБСЕРВАТОРИИ «МИЛЛИМЕТРОН»

П. О. Агеев, Д. И. Агеева Научный руководитель - Д. Б. Усманов

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева

Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: [email protected]

Для конструкции криоэкрана телескопа обсерватории «Миллиметром» проведен модальный анализ для оценки жесткости конструкции в терминах собственных частот.

Ключевые слова: модальный анализ, жесткостные характеристики, криоэкран, створки, защитная пленка, обсерватория.

MODAL ANALYSIS OF THE TELESCOPE SUNSHIELD OF SPACE OBSERVATORY

"MILLIMETRON"

P. O. Ageev, D. I. Ageeva Scientific Supervisor - D. B. Usmanov

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]

Stiffness properties of the sunshield structure of space observatory "Millimetron" based on the modal analysis results are provided.

Keywords: modal analysis, stiffness properties, sunshield, sandwich panels, membrane, space observatory.

Обсерватория «Миллиметрон» с 10-метровым космическим телескопом предназначена для исследования различных объектов Вселенной в миллиметровом и инфракрасном диапазонах на длинах волн от 0.02 до 17 мм. Предусмотрены два режима работы обсерватории - режим одиночного телескопа и режим интерферометра Космос-Земля. В первом режиме наблюдения проводятся с максимальной чувствительностью, достижимой с приемниками излучения космических объектов на борту обсерватории. Во втором режиме решаются научные задачи, требующие сверхвысокого разрешения, до десятков миллиардных долей угловой секунды [1].

Высокая чувствительность достигается за счет глубокого охлаждения зеркальной системы телескопа и приемной аппаратуры. Высокое угловое разрешение обеспечивается благодаря расположению обсерватории в районе точки Лагранжа L2, находящейся на 1,5 миллионов км от Земли в антисолнечном направлении.

Криоэкран входит в состав системы активного охлаждения. Его задачей является минимизация теплопритоков от теплозащитных экранов к зеркальной системе телескопа и приборам приемного комплекса, расположенным в охлаждаемом контейнере [2]. По принятой тепловой схеме телескопа на криоэкране задается температура эксплуатации 20К, обеспечиваемая криомашинами замкнутого цикла уровня 20 К.

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2016. Том 1

В транспортировочной конфигурации обсерватории криоэкран находится в сложенном положении (рис. 1). Конструктивно криоэкран состоит из 24-х углепластиковых трехслойных панелей с сотовым заполнителем (створок), обклеенных фольгой из особо чистого алюминия для повышения тепловых характеристик. Створки соединены между собой треугольными элементами из металлизированной пленки. Раскрой пленки обеспечивает заданную форму криоэкрана в рабочем положении [3]. При раскрытии криоэкрана все створки одновременно поворачиваются в узлах крепления с использованием одного привода (рис. 2).

Для обеспечения нормального функционирования криоэкрана в рабочем положении в составе космической обсерватории частота собственных колебаний конструкции криоэкрана должна быть не менее 0,12 Гц.

Для анализа частот собственных колебаний криоэкрана была разработана конечно-элементная модель (КЭМ) конструкции криоэкрана в пакете FEMAP для проведения расчетов в пакете NASTRAN [4]. Конечно-элементная модель жестко закреплена по всем шести степеням свободы в местах крепления криоэкрана к корпусу бортового комплекса научной аппаратуры (БКНА-М). На основе КЭМ масса криоэкрана составляет 265 кг. КЭМ криоэкрана в целом включает в себя 3672 узлов и состоит из 3336 элементов. Общий вид КЭМ криоэкрана в рабочем положении показан на рис. 3.

Рис. 1. Криоэкран в сложенном положении

Рис. 2. Криоэкран в раскрытом положении

КЭ MEMBRANE (пленка)

КЭ BEAM (Система раскрытия)

Рис. 3. КЭМ криоэкрана в рабочем положении

Секция «Проектирование и производство летательньк аппаратов»

Проведенный модальный анализ криоэкрана в рабочем положении показал, что частота первого тона собственных колебаний криоэкрана в рабочем положении (рис. 4) составляет 1,20 Гц, что превышает требуемое значение 0,12 Гц.

Рис. 4. Первый тон собственных колебаний криоэкрана с частотой 1,20 Гц

Библиографические ссылки

1. Астрономический центр ФИАН Миллиметрон [Электронный ресурс]. URL: http://millimetron.ru/ (дата обращения: 25.03.2016).

2. Пастушенко О. В., Михалкин В. М., Шаров А. К. Определение оптимальной методики создания криогенных температур на элементах научной аппаратуры обсерватории «Миллиметрон» // Ре-шетневские чтения : материалы XIX Междунар. науч.-практ. конф. : в 2 ч. / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2015. Ч. 1. С. 122-124.

3. Старицын А. В., Старицына Н. Н., Пухтина Е. В. Панель криоэкрана космической обсерватории «Миллиметрон», выполненная из композитных материалов со складчатым заполнителем // Ре-шетневские чтения : материалы XIX Междунар. науч.-практ. конф. : в 2 ч. / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2015. Ч. 1. С. 136-138.

4. Рудаков К.Н. FEMAP 10.2.0. Геометрическое и конечно-элементное моделирование конструкций. К. : КПИ, 2011. 317 с., ил.

© Агеев П. О., Агеева Д. И., 2016