Методика разработки схемы оребрения рефлектора зеркальной космической антенны с использованием топологической оптимизации
Опубликовано: 26.10.2026
Авторы: Казаринов М.Ю., Просунцов П.В.
Опубликовано в выпуске: #10(178)/2026
Раздел: Авиационная и ракетно-космическая техника | Рубрика: Прочность и тепловые режимы летательных аппаратов
Приведен обзор существующих конструктивных решений, применяемых при проектировании рефлекторов зеркальных космических антенн, и изложены предъявляемые к ним требования. Отмечено, что в настоящее время отсутствуют методики проектирования такой конструкции рефлектора, которая позволяет выбрать рациональную схему подкрепления его оболочки при минимальных временных затратах. Представлена новая методика разработки конструктивно-силовой схемы рефлектора на основе применения методов топологической оптимизации. Основное отличие такой методики — совместное решение задач оптимизации и радиационно-кондуктивного теплообмена. Эта методика позволяет учесть, что рефлектор изготовляется из анизотропных материалов. Представленный подход основан на итерационном решении задач топологической оптимизации и радиационно-кондуктивного теплообмена. Данный метод опробован при разработке оребрения рефлектора, предназначенного для работы на геостационарной орбите. Приведено сравнение полученной конструктивно-силовой схемы рефлектора с конструкциями, имеющими аналогичные размеры и параметры орбиты. Показано, что предложенный подход позволяет снизить вес конструкции рефлектора при повышении ее жесткости.
EDN THNCLX
Литература
[1] Резник С.В. Актуальные проблемы проектирования, производства и испытания ракетно-космических композитных конструкций. Инженерный журнал: наука и инновации, 2013, вып. 3. URL: http://engjournal.ru/catalog/machin/rocket/638.html
[2] Тайгин В.Б., Лопатин А.В. Обзор конструкций зеркальных антенн космических аппаратов с твердотельными прецизионными размеростабильными рефлекторами. Космические аппараты и технологии, 2021, № 1, с. 14–26. https://doi.org/10.26732/j.st.2021.1.02
[3] Шатров А.К., Михалкин В.М., Двирный Г.В. Построение математической модели размеростабильных рефлекторов КА-диапазона по определению величины температурных деформаций. Решетневские чтения, 2009, т. 1, № 13, с. 93–96.
[4] Тестоедов Н.А., Двирный Г.В., Пермяков М.Ю. Определение величины температурной деформации размеростабильных рефлекторов. Сибирский аэрокосмический журнал, 2011, № 2 (35), с. 67–71.
[5] Жирнова Е.А., Банщикова М.Н. Робастное проектирование при изготовлении прецизионных антенных рефлекторов из полимерных композиционных материалов. Решетневские чтения, 2013, т. 1, № 17, с. 411–413.
[6] Reznik S. Thermal regimes of space composite structures. Part I. MATEC Web of Conferences. EDP Sciences, 2018, vol. 194, paper 01048. https://doi.org/10.1051/matecconf/201819401048
[7] Денисова Л.В., Калинин Д.Ю., Резник С.В. Теоретические и экспериментальные исследования тепловых режимов сетчатых рефлекторов космических антенн. Вестник Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Серия Машиностроение, 2011, № 1, с. 92–105.
[8] Резник С.В., Денисов О.В., Чуднов И.В. Основные подходы к формированию программы термовакуумных испытаний прецизионных рефлекторов зеркальных космических антенн. Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2013, № 08, с. 167–184.
[9] Матлак И.В., Додорин И.С. Параметрическая модель как средство снижения трудоемкости проектирования моделей рефлекторов антенн космического аппарата. Решетневские чтения, 2015, т. 1, № 19, с. 32–33.
[10] Бабкина Л.А., Сорокин Д.В. Параметрический анализ параболической антенны космического аппарата с многовариантной схемой подкрепления. Инженерный журнал: наука и инновации, 2017, вып. 4. http://dx.doi.org/10.18698/2308-6033-2017-4-1611 URL: https://engjournal.bmstu.ru/eng/catalog/pmce/hmhu/1611.html
[11] Резник С.В., Просунцов П.В., Новиков А.Д. Перспективы повышения размерной стабильности и весовой эффективности рефлекторов зеркальных космических антенн из композиционных материалов. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2018, № 1 (694), с. 71–83.
[12] Тайгин В.Б., Лопатин А.В. Метод обеспечения высокой точности формы рефлекторов зеркальных антенн космических аппаратов. Космические аппараты и технологии, 2019, № 4 (30), с. 200–208.
[13] Новиков А.Д., Просунцов П.В., Резник С.В. Определение конструктивного облика рефлектора зеркальной космической антенны из композиционного материала. Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Инженерные исследования, 2017, т. 18, № 3, с. 308–317.
[14] Reznik S.V., Novikov A.D. Comparative analysis of the honeycomb and thin-shell space antenna reflectors. MATEC Web of Conferences. EDP Sciences, 2017, vol. 92, paper 01012. DOI: 10.1051/ matecconf/201 79201012
[15] Prosuntsov P.V., et al. Study variants of hard CFRP reflector for intersatellite communication. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. IOP Publishing, 2016, vol. 153, no. 1, paper 012012.
[16] Тайгин В.Б., Лопатин А.В. Разработка зеркальной антенны космического аппарата с ультралегким высокоточным размеростабильным рефлектором. Космические аппараты и технологии, 2019, № 3 (29), с. 121–131.
[17] Сорокин Д.В., Бабкина Л.А., Бразговка О.В. Проектирование элементов конструкций различного назначения на основе топологической оптимизации. Космические аппараты и технологии, 2022, т. 6, № 2 (40), с. 61–82.
[18] Сысоева В.В., Чедрик В.В. Алгоритмы оптимизации топологии силовых конструкций. Ученые записки ЦАГИ, 2011, т. 42, № 2, с. 91–102.
[19] Башин К.А., Торсунов Р.А., Семенов С.В. Методы топологической оптимизации конструкций, применяющиеся в аэрокосмической отрасли. Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника, 2017, № 4 (51), с. 51–61.
[20] Baldzhiev R. S., Alekseyev A. A., Azarov A. V. Topology optimization of the lattice payload adapter for carrier rocket. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. IOP Publishing, 2019, vol. 683, no. 1, paper 012061.
[21] Филина Е.К. [и др.]. Разработка схемы подкрепления отражающей обшивки рефлектора методами параметрической и топологической оптимизации. Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Инженерные исследования, 2019, т. 20, № 4, с. 276–284.
[22] Qu Y., et al. Topology optimization design of space rectangular mirror. In: Advanced Optical Design and Manufacturing Technology and Astronomical Telescopes and Instrumentation. SPIE, 2016, vol. 10154, pp. 529–535.
[23] Liu J., Jiang B. Topology optimization design of a space mirror. In: Selected Papers of the Photoelectronic Technology Committee Conferences held June–July 2015. SPIE, 2015, vol. 9795, pp. 665–674.
[24] Park K.S., Lee J.H., Youn S.K. Lightweight mirror design method using topology optimization. Optical engineering, 2005, vol. 44, no. 5, paper 053002–053002–6.
[25] Liu G., et al. Topology and parametric optimization based lightweight design of a space reflective mirror. Optical engineering, 2018, vol. 57, no. 7, paper 075101–075101.
[26] Liu S., et al. Topology optimization-based lightweight primary mirror design of a large-aperture space telescope. Applied optics, 2014, vol. 53, no. 35, paper 8318–8325.
[27] Lee D., Lee J. Structural optimization design for large mirror. Optics and lasers in engineering, 2004, vol. 42, no. 1, pp. 109–117.
[28] Новиков А.Д. Разработка методики определения параметров конструктивно-силовых схем прецизионных и легких рефлекторов зеркальных космических антенн межспутниковой связи: Дис. … канд. техн. наук. Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2020, 152 с.