Новое слово в испытаниях спутников

Важнейший этап создания спутников — приемо-сдаточные испытания, которые нужны для ответа на вопрос, сможет ли каждая деталь перенести суровые условия запуска. Благодаря имеющемуся у Siemens Digital Industries Software многолетнему опыту разработки специализированных методов проверки изделий на устойчивость к внешним динамическим воздействиям все больше предприятий космической отрасли отдают компании предпочтение при поиске партнера в этой сфере. Возможности программной платформы Simcenter Testlab™ и аппаратной платформы Simcenter SCADAS™, входящих в портфолио решений Simcenter™, гарантируют безопасное и эффективное проведение таких испытаний.

В поиске экономии и удобства

Thales Alenia Space — ведущий европейский производитель спутников и космических аппаратов, в его арсенале есть высокотехнологичные решения для телекоммуникации, навигации, дистанционного зондирования Земли, экологического мониторинга, проведения научных исследований и строительства орбитальной инфраструктуры. Государственные учреждения и частные компании полагаются на большой опыт Thales Alenia Space в области проектирования, изготовления и эксплуатации спутниковых систем, обеспечивающих связь и оптимизацию использования ресурсов планеты.

Проведение акустических испытаний в реверберационных камерах — надежный, безопасный и точный метод, но длительный и дорогостоящий. Аналогичным способом осуществляются испытания антенн и рефлекторов, для чего используются камеры среднего размера.

Последние пятнадцать лет космическая отрасль работает над поиском альтернативных подходов к испытаниям. Исследовательские проекты направлены на оценку экономичных способов, позволяющих проводить испытания без использования уникальных и дорогих в эксплуатации испытательных стендов. В частности, разработан метод прямого возбуждения акустическим полем (Direct Field Acoustic eXcitation, или DFAX, в США также используется сокращение DFAT — Direct Field Acoustic Test). По сравнению с методом реверберационной камеры он требует более низких начальных инвестиций и последующих эксплуатационных расходов. Среди технических преимуществ метода DFAX — существенное сокращение времени, необходимого для выхода на заданный уровень нагрузки, и лучшее управление спектром в низкочастотном диапазоне (от 20 до 60 герц). В 2016 году был опубликован Справочник НАСА 7010 — работа, заложившая основу нового подхода к акустическим испытаниям.

Метод DFAX снижает общие затраты: испытания можно проводить практически везде. Помимо очевидного удобства сокращается продолжительность испытаний. Тем не менее нельзя забывать о вопросах безопасности, надежности и точности. Природа звукового поля при испытаниях методом DFAX отличается от природы поля в камерах реверберации, и эту разницу необходимо учитывать для получения реалистичных результатов. Инженеры компании Thales Alenia Space постоянно работают над совершенствованием и оценкой метода DFAX.

Полное воссоздание условий космоса

Инженеры Thales Alenia Space в Тулузе разрабатывают компоненты спутников, из которых затем собирается полноценный космический аппарат. У компании есть своя реверберационная камера, которая находится в Каннах, в пятистах километрах от Тулузы. На практике это означает, что каждый новый разработанный компонент необходимо перевозить в Канны для проведения акустических приемо-сдаточных испытаний, что приводит к дополнительным расходам и задержкам. При поддержке специалистов Siemens сотрудники Thales Alenia Space изучили методику DFAX, позволяющую проводить приемо-сдаточные испытания прямо на месте. Проект был назван «Гром» — весьма подходящее имя для установки, создающей уровень громкости 147 децибел в чистой комнате и отвечающей требованиям стандарта ISO 9. Это уникальный по своим техническим характеристикам стенд, где воссоздаются высокие уровни акустического давления, соответствующие тем, что воздействуют на космический аппарат на участке выведения.

Стенд включает 96 динамиков, установленных по кругу в 12 стойках, и 96 усилителей, выдающих на выходе мощность 4 х 5 киловатт. В рамках серии испытаний было воспроизведено такое же поле акустического давления, которое воздействует на телекоммуникационный спутник под головным обтекателем ракеты-носителя. Объект испытаний поместили в центре цилиндра высотой пять метров, образованного стойками с динамиками. Основная трудность состояла в воссоздании равномерного диффузного акустического поля вокруг объекта испытаний. В ходе испытаний инженеры должны были убедиться, что поведение объекта аналогично тому, что наблюдалось в реверберационной камере.

— Мы использовали системы Simcenter SCADAS с программным обеспечением Simcenter Testlab в режиме управления многокомпонентным случайным возбуждением с обратной связью, — пояснил руководитель проекта со стороны Thales Alenia Space Кристоф Фабрие. — В систему поступают сигналы от 16 микрофонов, размещенных вокруг объекта испытаний. Эти сигналы обрабатываются, и система выдает скорректированный сигнал управления нагружением. Скорректированные сигналы управления подаются на динамики, что и позволяет получить равномерное поле давления.

Аппаратные модули Simcenter SCADAS выдают сигналы в нужном диапазоне напряжений. Алгоритм с обратной связью гарантирует, что выходной сигнал соответствует заданному профилю нагружения. Новый подход позволил успешно провести приемо-сдаточные испытания динамического макета рефлектора антенны. На втором этапе приемо-сдаточные испытания прошла среднеразмерная платформа макета спутника Global Star второго поколения (GB2), их последовательность полностью соответствовала условиям запуска согласно спецификациям ракеты-носителя.

— На втором этапе мы проверяли пригодность новой методики для проведения последующей серии приемо-сдаточных испытаний целой группы космических аппаратов, — отметил Кристоф Фабрие. — Методика позволяет проводить до двадцати пяти испытаний за одну смену. Это очень эффективный способ проверки новых конструкций спутников. Он позволит нам исследовать большее число вариантов с мгновенной оценкой результатов непосредственно в нашей лаборатории.