В Физическом институте им. П. Н. Лебедева РАН (ФИАН) разработали технологию изготовления деталей зеркала-рефлектора для новой отечественной космической обсерватории - телескопа "Миллиметрон". Он предназначен для изучения в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах волн объектов дальнего космоса, в том числе планет, черных дыр, звезд разных типов. Федеральное космическое агентство (Роскосмос) - заказчик аппарата - планирует запустить его в 2017 - 2018 гг. Инновация ученых уменьшает стоимость, но, главное, повышает точность изготовления важнейшего компонента конструкции, и может быть использована в разработках телескопов следующих поколе-

ний. Некоторые подробности технических решений Агентству научной информации "ФИАН-информ" изложил старший научный сотрудник отдела космических конструкций института, кандидат технических наук Виктор Пышнов.

Спутниковые системы, сообщил он, в значительной степени зависят от точности изготовления отражающих поверхностей зеркал-рефлекторов и их деформаций. Для миллиметрового диапазона волн допуск отклонения от идеала составляет единицы микрон при нескольких метрах диаметра зеркала. Именно эти жесткие условия определяют выбор материала, конструкцию и технологию изготовления данного элемента. При создании подобных устройств исходными служат материалы, имеющие низкий коэффициент теплового расширения. К таковым относят астроситалл (кварцевое стекло) и углепластик - наиболее распространенные у нас для производства телескопических зеркальных систем. Однако у обоих есть свои плюсы и минусы. Например, астроситалл хрупок. К тому же технология изготовления из него облегченных зеркал чрезвычайно трудоемка и затратна: на создание 1м^: конструкции при стоимости 1 млн. дол. уходит примерно год.

А углепластик, заметил Пышнов, превосходит астроситалл по ударной прочности, жесткости и массе. Но от внутренних напряжений, вызванных погрешностями траекторий армирования и различными коэффициентами теплового расширения углеродного волокна и полимерной матрицы, он коробится. Кроме того, материал подвержен влажностным деформациям, а его полимерная матрица может растрескиваться. Однако эти проблемы, по мнению ученого, разрешимы, что доказывают проведенные в отделе космических конструкций исследования, а также успешная миссия криогенного телескопа "Планк" (Европейское космическое агентство, 2009 г.), главное зеркало которого изготовлено из углепластика.

В ФИАНе решили использовать сильные стороны обоих материалов, а их недостатки нивелировать, т.е. предложили создавать конструкцию прецизионных панелей из высокомодульного циан-эфирного углепластика на матрицах из астроситалла - в этом и состоит суть инновации. Причем технологический цикл изготовления такой панели займет не более месяца, а ее 1 м² будет стоить -200 тыс. дол. Ученые посчитали: данная конструкция станет вдвое жестче ситалловых (сделанных из кристаллических материалов, полученных объемной кристаллизацией стекол), хотя по массе легче их в 1,7 раза. При этом, как было установлено экспериментом, среднее отклонение поверхности такой панели по отношению к формующей кварцевой матрице не будет превышать 3 мкм (для главного 10-метрового зеркала телескопа "Миллиметрон" допуск составляет 10 мкм).

Схема расположения основных систем телескопа "Миллиметрон".

Один из вариантов орбитального построения обсерватории "Миллиметрон".

Словом, подытожил Пышнов, углепластиковые изделия, созданные по технологии ФИАНа, по стоимости, интегральной деформативности, массе, жесткости и трудоемкости будут превосходить конкурентные из астроситалла и других материалов (например, карбида кремния и бериллия). И эти преимущества смогут обеспечить нашей стране лидирующие позиции на рынке сверхточных космических антенн, работающих в миллиметровом диапазоне волн.

В ФИАНе уже действует экспериментальная база, на которой изготовлены первые образцы и технологические макеты прецизионных панелей. По сути здесь готовы к их штатному производству.

По материалам Агентства научной информации "ФИАН-информ", 12 февраля 2013 г.

Материал подготовила Марина ХАЛИЗЕВА

Permanent link to this publication: