Изучено световое давление на спутниковые антенны
Как сообщает «Наука в Сибири», учёные хотели выяснить, какое давление солнечного света действует на сетчатые антенны диаметром в десяток метров на спутниках связи. В относительных величинах оно довольно слабое, порядка сотых долей миллиграмма на квадратный метр, однако спутник остаётся на орбите годами и за такой период даже от малого давления на антенны накапливается существенный вращательный момент, который влияет на ориентацию летательного аппарата.
Чтобы компенсировать этот момент и предотвратить вращение спутника, требуется дополнительный запас топлива, но из-за большой стоимости вывода любого груза на орбиту лучше брать минимально необходимое количество горючего. Для определения нужного объёма необходимо знать величину давления солнечного света на материал антенных сеток — именно эту задачу ученые решали экспериментально.
В работе не исследовалось давление света на материал образца антенны (металлическая сетка из волокна диаметром около 20 микрометров), но были задействованы приборы для измерения световых потоков в широком спектральном диапазоне, с высокой чувствительностью и спектральным разрешением. Главной задачей была проверка, как сетка антенны пропускает и рассеивает свет на разных длинах волн в разных направлениях при разных углах падения луча света.
В первую очередь учёные изготовили устройство для поворота фрагмента антенной сетки под разными углами к падающему лучу света по двум осям вращения. Для получения точной индикатрисы рассеяния исследователи провели несколько тысяч замеров: десятки углов рассеяния по обе стороны от сетки для десятков углов падения луча в разных спектральных диапазонах. Для ускорения измерительного процесса систему поворота пришлось делать автоматической.
Кроме того, из-за особенностей сетки измерения для больших углов падения луча не могли быть выполнены, поэтому учёным пришлось сконструировать также численную модель сетки. Некоторые параметры этой модели определялись на основе выполненных измерений для небольших углов падения луча на образец. Далее проводились численные эксперименты для больших углов падения света.
Спектр лампы в спектрометре нормировался на спектр Солнца в околоземном пространстве и проводились окончательные расчёты светового давления на основе полученных индикатрис рассеяния. В итоге давление оказалось на уровне лишь около 3% от давления на сплошную, полностью отражающую поверхность. Результаты работ, считают учёные, окажут влияние на развитие космической индустрии.
В первую очередь исследование ограничено спутниковой тематикой и большими антеннами, то есть областью, где давление света может быть существенным на длительных промежутках времени. Другое практическое применение может иметь созданная в рамках работы установка для измерения индикатрисы рассеяния макроскопических объектов размером от миллиметров до десятка сантиметров: её можно использовать для проверки модели рассеяния света кристаллами разных форм или других более сложных оптических объектов.
