Спутники формата CubeSat, состоящие из одного, двух или трёх кубических модулей со стороной 10 сантиметров широко используются для экспериментов и любительских космических проектов. Они выводятся на орбиту совместно с большими аппаратами — маленький размер и вес делает их относительно доступными. Однако это создаёт и проблемы — маленький размер сильно ограничивает доступную электрическую мощность из-за недостаточной площади солнечных батарей, и низкую скорость передачи данных на землю по радиоканалу. Мощности миниатюрного передатчика и антенны хватает лишь для работы вблизи Земли — уже на геостационарной орбите скорость падает до 10 бит в секунду.
На больших спутниках применяют раскладные антенны. Проводились и эксперименты по использованию надувных антенн. Но для их надувания использовался газ в баллонах и система клапанов — для крошечных спутников CubeSat это слишком громоздко. В MIT решили пойти по другому пути. Для надувания используются химические вещества, способные к сублимации (фазовому переходу из твёрдого состояния в газообразное, минуя жидкое) в условиях космоса, в частности — бензойной кислоты. Антенна представляет собой «воздушный шарик» одна сторона которого сделана из металлизированного майлара, а другая — из прозрачного. Металлизированная половина при надувании принимает параболическую форму и служит рефлектором. В вакууме достаточно давления примерно в 10-4 атмосферы, чтобы антенна расправилась.
Главная угроза для такой антенны — микрометеориты. Через год пребывания на орбите антенна диаметром 1 метр будет иметь по меньшей мере сотню сквозных отверстий, пробитых микроскопическими метеоритами. Однако их размеры настолько малы, а давление внутри антенны настолько незначительно, что достаточно иметь лишь небольшой избыток реагента, чтобы поддерживать рабочее давление — на год работы хватит всего одного грамма бензойной кислоты.
Ещё одна проблема — управление ориентацией спутника. На самых низких орбитах из-за большой площади и малого веса спутник с антенной будет испытывать слишком большое воздействие чрезвычайно разрежённой, но всё же дающей о себе знать атмосферы. Гиродины, с помощью которых осуществляется управление ориентацией CubeSat, смогут компенсировать этот эффект лишь на орбитах высотой больше 500 км.
Эксперименты и компьютерное моделирование показали, что надувная антенна способна в семь раз увеличить предельное расстояние, на котором сигнал со спутника будет приниматься на Земле — вполне возможна будет передача с орбиты Луны и ещё дальше. На геостационарной орбите скорость передачи данных может достичь вполне приличных 100 килобит в секунду.
Надувная антенна в сложенном виде будет занимать примерно половину модуля CubeSat. Сейчас учёные подбирают оптимальную форму конструкции и реагенты для сублимации. Возможен вариант использования двухкомпонентной смеси — более активный реагент сначала надует антенну в несколько раз сильнее, чем необходимо для поддержания формы — это поможет расправить складки и добиться максимально правильной формы отражателя. Когда первый компонент улетучится, поддерживать форму антенны при гораздо меньшем давлении будет второй. Рассматривается также вариант использования для этой же цели кольца из проволоки с эффектом памяти, расположенной по окружности рефлектора.
Статья с описанием антенны и первыми результатами экспериментов опубликована в журнале Acta Astronautica.
Автор: ilya42
