Введение к работе
Актуальность темы диссертации. В настоящее время задача обеспечения устойчивой радиосвязи со спускаемыми космическими аппаратами стоит весьма остро. В обозримом будущем эта ситуация никак не ослабнет, а наоборот- станет ещё более ощутимой в связи с тем, что требования к эффективности работы бортовых радиосистем связи возрастают, а условия эксплуатации системы бортовая антенна- её теплозащита- плазма становятся все более жесткими. Вследствие этого суммарная мощность потерь электромагнитной энергии и радиошумовое излучение практически полностью определяющие уменьшение энергетического потенциала радиоканала связи в целом, существенно возрастают и предопределяют потерю радиосвязи на траектории спуска.
Поэтому актуальность темы работы и состоит в том, чтобы и радиотехническими способами и средствами решить задачу обеспечения устойчивой радиосвязи со спускаемыми космическими аппаратами и как результат этого- максимально повысить эффективность функционирования и применения бортовых радиотехнических систем связи. Именно этим и определяется актуальность темы диссертации и её фактическое содержание.
Цель работы. Повысить эффективность функционирования бортовых радиотехнических систем связи на основе разработки и реализации новых способов и радиотехнических средств, снижающих в условиях аэродинамического нагрева потери электромагнитной энергии в канале связи борт космического аппарата- Земля.
Для достижения указанной цели представляется необходимым решить следующие задачи.
1. Разработка оценки энергетического потенциала радиоканала связи борт возвращаемого космического аппарата- Земля на основании разработки математических моделей бортовых антенн с теплозащитой, программного обеспечения их расчета и результатов численных расчетов.
2. Анализ способов повышения эффективности функционирования бортовых радиотехнических систем связи.
3. Исследование бортовых антенн с теплозащитой с улучшенными характеристиками в условия высокотемпературного аэродинамического нагрева.
Научная новизна работы.
1. Для технической электродинамики и теории СВЧ антенн- разработаны и исследованы новые математические модели, адекватно описывающие физические процессы и формирование собственных характеристик излучения слабонаправленных СВЧ излучателей- бортовых антенн с разогретой теплозащитой и расплавом материала на теплозащите.
2. Для теории и практики СВЧ антенн- разработаны новые методики и принципы исследования бортовых антенн с теплозащитой, оригинальные конструкции которых обладают пониженной чувствительностью своей радиопрозрачности к воздействию высокотемпературного аэродинамического нагрева.
3. Для теории радиосвязи- разработаны методики анализа энергетического потенциала каналов радиосвязи и эффективности функционирования бортовых радиотехнических систем связи.
4. Для вычислительной техники- разработан комплекс программного обеспечения, позволяющий обрабатывать математические модели и оценивать поведение различных комбинаций материалов диэлектрика и излучающего волновода, частоты СВЧ- излучения и температурного режима.
Практическая значимость работы.
1. Исследованы бортовые антенны с теплозащитой, обладающие улучшенными характеристиками излучения в условиях высокотемпературного нагрева даже при расплаве теплозащиты.
2. Получены новые данные об электрофизических свойствах термостойких радиопрозрачных диэлектриков в области высоких температур.
3. Решена задача повышения эффективности функционирования бортовых радиотехнических систем связи (уменьшение времени перерыва радиосвязи) в условиях высокотемпературного аэродинамического нагрева.
4. Программное обеспечение, разработанное в процессе выполнения диссертационной работы, используется в ГУАП в учебном процессе при подготовке инженеров по специальности “Средства связи с подвижными объектами” и магистров по направлению “Телекоммуникации”
На защиту выносятся следующие положения.
-
Математические модели бортовых антенн с теплозащитой возвращаемых космических аппаратов, учитывающие высокотемпературный аэродинамический нагрев теплозащиты.
2. Анализ способов уменьшения влияния плазмы, окружающей бортовую антенну, на эффективность функционирования канала связи борт КА-земля.
3. Анализ способов радиопросветления антенного окна(АО) для условий аэродинамического нагрева, обеспечивающих уменьшение потерь в нагретом АО.
4. Результаты исследования различных бортовых антенн с теплозащитой в условиях высокотемпературного аэродинамического нагрева, показывающие, что разработанные на основе теоретических рекомендации и их реализация обеспечивают снижение потерь на 20 дБ и более и тем самым повышение эффективности функционирования бортовых радиотехнических систем связи.
Достоверность результатов. Все теоретические результаты, защищаемые научные положения и рекомендации диссертационной работы получены на основе фундаментальных наук: высшей математики, теории электромагнитного поля, теории антенн, метрологии, специальных разделов материаловедения и отдельных разделов радиофизики.
Все теоретические результаты подтверждены численными расчетами на ЭВМ и экспериментами, проведенными при корректном использовании современных методов измерения характеристик антенн и электрофизических характеристик теплозащитных материалов, высокой степенью воспроизводимости результатов, их соответствием фундаментальным представлениям.
Личный вклад автора определяется участием в постановке задачи исследования и в решении поставленных задач с использованием разработанного математического аппарата и созданного программного обеспечения. Он также состоит в участии в экспериментальных исследованиях, в обработке, обобщении и анализе полученных результатов. Все приведенные в работе результаты получены лично автором, либо при его непосредственном участии.
Апробация работы.
Результаты диссертационной работы были представлены на следующих научных семинарах:
-
Научная сессия ГУАП. 7-14 апреля 2008, Санкт-Петербург. 2 доклада.
-
Научная сессия ГУАП. Апрель 2009, Санкт-Петербург. 1 доклад.
-
Научные семинары кафедры “Телекоммуникаций” ГУАП. Октябрь 2008- октябрь 2010, Санкт-Петербург. 6 докладов.
Публикации.
Опубликовано 5 печатных работ
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из списка основных сокращений и обозначений, введения, 4 разделов, заключения, списка литературы из 76 наименований и 4 приложений на 17 страницах. Работа выполнена на 121 странице текста, содержит 39 рисунков и 5 таблиц.
Похожие диссертации на Повышение эффективности функционирования бортовых радиотехнических систем связи спускаемых космических аппаратов
