В работе специалистами АО «ЦИФРА» по заказу АО «ЛОМО» выполнено исследование динамической прочности системы формирования и наведения лазерного пучка космического назначения.

В космической технике в последние годы определился ряд новых направлений, основанных на использовании лазерного излучения. Среди них весьма перспективным направлением следует считать передачу энергии космическим аппаратам с помощью лазерных систем передачи энергии, с последующим преобразованием в электроэнергию в приемниках-преобразователях. По сравнению с другими источниками излучения лазеры обладают высокой степенью когерентности. Это свойство лазеров используется в оптических системах для передачи и приема информации и в других случаях. Применение лазеров как источников излучения требует разработки специальных оптических систем, служащих для преобразования лазерного излучения. Для успешной реализации передачи лазерного излучения на объект-потребитель необходимо создать оптическую систему, эффективно собирающую единичные лазерные пучки и формирующую суммарный малорасходящийся пучок.

Объектом исследования в настоящей работе является система формирования и наведения лазерного пучка. Анализируется соблюдение требований по динамической прочности изделия. Конструкция изделия должна соответствовать требованиям к аппаратуре космического назначения по ОСТ 92-5100-2002. В частности, изделия данной подгруппы должны удовлетворять требованию в части отсутствия резонансных частот в диапазоне до 40 Гц.

Для подтверждения отсутствия резонансных частот в диапазоне до 40 Гц выполняется анализ собственных частот и форм колебаний конструкции. Результатом расчетов является первая (младшая) частота, значение которой более 60 Гц. 

Изделие должно сохранять механическую целостность после воздействия линейного ускорения, действующего в любом из трех взаимно перпендикулярных направлений с амплитудой 10g, а также после воздействия случайной вибрации в диапазоне от 20 Гц до 2000 Гц. В результате выполненного расчета показано, что области со значениями эквивалентных напряжений, превышающими допускаемые, отсутствуют, а пиковое значение эквивалентных напряжений не превышает 130 МПа. Конструкция обладает достаточной прочностью к воздействию линейного ускорения в направлении трех осей и случайной вибрации. 

Изделие также должно сохранять свои показатели назначения и механическую целостность после воздействия механического удара одиночного действия. Форма ударного импульса полусинусоидальная, длительностью 4 мс. По итогам выполненных расчетов подтверждена прочность конструкции при воздействии механического удара.

По итогам выполненной работы сделаны выводы по стойкости и прочности изделия к механическим внешним факторам:

- Изделие обладает достаточной жесткостью.

- В изделии отсутствуют собственные частоты в диапазоне до 40 Гц.

- Изделие обладает достаточной ударо- и вибростойкостью к внешним факторам.

- Линейные и угловые перемещения оптических элементов не превышают предельные ограничения при эксплуатационных нагрузках.

- Изделие в части стойкости к воздействию внешних механических факторов соответствует подгруппе 5.3.2 ОСТ 92-5100-2002.