Спутники на геостационарных орбитах, находящиеся всегда над одной точкой Земли, незаменимы в современном мире для обеспечения качественной связи. Такие спутники-ретрансляторы получают сигнал из одной точки, с помощью полосно-пропускающего фильтра разбивают его по частотам разных каналов и далее ретранслируют потребителям. Так работает, например, спутниковое телевидение и спутниковая связь. Важный компонент такого спутника — мультиплексор, устройство частотной селекции сигналов. Создание мультиплексора для конкретного спутника — это, по сути, штучная задача.
Изготовление и проверка входных мультиплексоров.
Фото Анастасии Тамаровской / ФИЦ КНЦ СО РАН
Красноярские ученые по заказу АО «РЕШЕТНЁВ» разработали и изготовили канальный полосно-пропускающий фильтр, который совместно с тремя другими формирует входной мультиплексор для космического аппарата «Экспресс-АМУ4». Разработка опубликована в журнале «Письма в Журнал технической физики». Для того чтобы выполнить требования технического задания, ученые предложили оригинальный подход. Они изменили характеристики фильтра, пожертвовав уровнем обратных потерь, чтобы канал мультиплексора хорошо работал только на его основных частотах. Тем самым исследователи повысили добротность устройства до 25 тысяч единиц.
Добротность – это мера того, как устройство умеет запасать энергию. Собственная добротность для волноводных конструкций находится в диапазоне нескольких тысяч единиц. Применённая теория позволила специалистам перепрыгнуть с семи тысяч в требуемые двадцать пять тысяч. Когда подтвердилось, что, жертвуя одними параметрами, можно добиться требуемой избирательности, ученые подтвердили это экспериментально и далее реализовали в изделии.
«Мы показали, что за счёт предыскажений мы можем увеличить значение добротности почти в четыре раза. При этом, если измерить добротность, ее значение останется прежним. Сравнивая с фотокамерой и оптическим увеличением, можно сказать, что мы сделали зум для добротности», — поясняет доктор технических наук старший научный сотрудник Института физики им. Л.В. Киренского СО РАН Андрей Лексиков.
Это не первое устройство селекции сигналов, разработанное коллективом красноярских ученых. Ранее специалисты обеспечили мультиплексорами космические аппараты «Экспресс АМУ-4», «Ямал-501» и «Экспресс-РВ». Мультиплексор — это устройство, которое должно проработать на орбите не менее 15 лет, выдержать все нагрузки, например, на старте ракеты-носителя. Это индивидуальное изготовление под конкретный спутник. Каждый раз это новое изделие с новыми характеристиками.
«Мы сделали мультиплексоры для спутника «Экспресс-АМУ4». Сначала мы прошли этап проектирования, где показали, каких характеристик достигнем. После этого был этап наземной отработки, где на макете было показано достижение требуемых характеристик. После этого на этапе квалификации на полноценных изделиях-аналогах было показано, что эти изделия выдерживают вибрационные и ударные нагрузки, которые возникают при отделении спутника от ракеты-носителя, и доказано, что они работают при различных температурах, которые будут в спутнике. На создание мультиплексора – от теории для практической реализации – ушло полтора года», — рассказывает Андрей Лексиков.
Материал подготовлен при поддержке гранта Минобрнауки России в рамках федерального проекта «Популяризация науки и технологий».
Информация и фото предоставлены Федеральным исследовательским центром «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук»