| Разработчики: | Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана МГТУ |
| Дата премьеры системы: | 2023/01/20 |
| Отрасли: | Космическая отрасль |
2023: Создание топливного бака повышенной вместимости для кубсатов
Учёные кафедры СМ2 «Аэрокосмические системы» 20 января 2023 года МГТУ им. Н.Э. Баумана представили на Королёвских чтениях проект топливного бака повышенной вместимости для кубсатов.
Наноспутники форм-фактора CubeSat активно используются для решения множества целевых задач на низких околоземных орбитах. Особенно эффективны большие группировки таких аппаратов, однако фазирование наноспутников требует установки на них сверхмалых двигательных установок. Для их работы на борту космического аппарата должно хранится рабочее тело в некотором баке. Причем он должен вписываться в формат CubeSat, а также запасать в себе как можно больше топлива, для запаса большей характеристической скорости.
Обычно используются тонкостенные конструкции в виде сферы, цилиндра или тора, однако, в случае кубсата необходимо вписать данные формы так, чтобы бак умещался во внутренние габариты космического аппарата, которые сильно ограничены. Наноспутник такого типа имеет квадратное сечение, поэтому баки, выполненные в виде тела вращения, занимают не весь предоставленный внутренний объем. Именно по этой причине и была выбрана форма куба, которая способна запасти большее количество топлива.
Форма требует дополнительных внутренних подкреплений, из-за чего конструкция является несколько перетяжеленной по отношению к тонкостенному сферическому баку. Однако, несмотря на прирост массы, запас характеристической скорости (скорость космического аппарата, которая необходима для выполнения орбитального манёвра) оказался больше, чем у возможных вариантов тонкостенных баков, вписанных во внутренний объём космического аппарата.
Учёные провели анализ возможных подкрепляющих элементов конструкции бака и добавили внутренние ребра, влияние положения и формы которых на прочность и жёсткость бака также было оценено. Отдельно бауманцы произвели численный расчёт топологической оптимизации кубического бака для предельного уменьшения его массы с заданным запасом прочности. Таким образом, в ходе численного расчета удалялся материал внутри куба, вследствие чего увеличивался внутренний объем бака с сохранением заданной прочности В конечном итоге получилась конструкция, имеющая на 10-30% больше запаса рабочего тела по сравнению с имеющимися аналогами.
Подобные разработки могут быть внедрены как в серию кубсатов «Ярило» [[Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана МГТУ им. Н.Э. Баумана, так и в другие коммерческие проекты. В начале января 2023 года заместитель председателя Правительства — министр промышленности и торговли Денис Мантуров осмотрел малые космические аппараты серии «Ярило» и «Хорс», а также компоненты служебных систем данных аппаратов, разработанные бауманцами.
В задачи малых космических аппаратов входит исследование Солнца и солнечно-земных связей, мониторинг и оценка выбросов парниковых газов, мониторинг галактического космического излучения, а также получение научных данных о космической погоде для научно-исследовательских организаций: ФИАН РАН, НИИЯФ МГУ, ИПГ Росгидромета.
