Сложнейшая задача

Разрешающая способность - ключевая характеристика аппаратуры для дистанционного зондирования Земли и для наблюдения за космическими объектами. За качество изображения, за повышение разрешающей способности космических фотокамер и телескопов идет постоянная, тяжелая борьба.

На этом направлении одной из сложнейших является задача обеспечения высокого качества изображения в условиях больших перепадов температур при входе в земную тень и выходе из нее, при неравномерном нагреве космического аппарата Солнцем. Эта задача стояла и перед конструкторами РКЦ "Прогресс", и ракетно-космический центр привлек к ее решению ученых Самарского государственного технического университета (СамГТУ).

Заведующий кафедрой механики СамГТУ профессор Я.М. Клебанов собрал вокруг себя небольшой, но многодисциплинарный и очень квалифицированный коллектив. Из 12 сотрудников в нем четыре кандидата и четыре доктора наук. Есть теплофизики, механики, оптики, специалисты по теории управления.

"Сначала мы шли традиционным путем. Отдельно занимались термостабильностью, отдельно - анализом температурных деформаций конструкции, отдельно - аберрациями и искажениями изображения, - рассказывает профессор Клебанов. - Получалось, что для решения каждой из этих трех задач нужно "загонять" конструкторов в чрезмерно жесткие рамки технических требований. Исследования показали: если подойти к проблеме в комплексе, достичь нужного результата значительно проще".

Комплексное решение

В итоге появился "Центр компьютерного моделирования и комплексного анализа средств обеспечения термомеханической стабильности и качества изображения перспективных оптико-электронных телескопических систем космических аппаратов". Соучредителями выступили СамГТУ и РКЦ "Прогресс". То, что длинное название центра сложно запомнить - не беда. Зато оно точно определяет суть самого короткого и многообещающего пути к высокому качеству изображения.

"От разрозненного решения трех задач мы перешли к интегрированному термооптикомеханическому анализу, - говорит научный руководитель Центра профессор Я.М. Клебанов. - И теперь требования к каждому узлу электронно-оптической системы формируются исходя из конечной характеристики качества изображения".

В рамках программы развития аэрокосмического кластера приобретены лицензионный программный комплекс ANSYS и лицензионный программный пакет Zemax. На их базе в Центре созданы конечноэлементные модели для моделирования теромомеханических процессов и оптических систем, делаются расчеты деформированного состояния конкретных конструкций и получающихся оптических искажений.

Математическое моделирование в рамках комплексного термо-оптикомеханического анализа уже позволило оптимизировать характеристики ряда космических аппаратов, разработанных в РКЦ "Прогресс".

А ученые Центра идут дальше. Они занялись разработкой элементов так называемой активной оптики - тонкостенных зеркал, форму которых можно изменять в пределах нескольких микрон, например, с помощью пьезоактуаторов. Это позволяет корректировать свойства оптических систем прямо на орбите, подстраивать их под условия невесомости и изменяющихся температур.

"В этой области мы нашли технические решения, которые позволят нашим разработкам превзойти мировой уровень, - говорит Я.М. Клебанов. - В Центре уже завершена подготовка заявки на получение первого патента".

Для проверки разработанных методик расчета и инновационных технических решений в области активной оптики специалисты Центра собирают специальный испытательный стенд. Планируется запустить его в начале 2016 года. Это существенно расширит возможности для создания активных оптических элементов. По словам Клебанова, после экспериментальной проверки уже сформулированных новых идей и предложений ученые планируют подготовить заявку, как минимум, еще на один патент.