Сотрудники Института оптики атмосферы им. В. Е. Зуева СО РАН (Томск) совместно с коллегами из АО «"Информационные спутниковые системы" им. ак. М. Ф. Решетнёва» (Железногорск) провели эксперименты по определению светового давления на конструкционные материалы спутниковых антенн при разных углах падения света. Статья была опубликована в журнале Applied Optics

Ученые хотели выяснить, каково давление солнечного света на огромные, диаметром в десяток метров, сетчатые антенны на спутниках связи. «Давление на эти, хоть и большие, но сильно разреженные поверхности относительное слабое — сотые доли миллиграмма на квадратный метр», — говорит директор ИОА СО РАН доктор физико-математических наук Игорь Васильевич Пташник. Однако спутник остается на орбите годами, за такой период даже от малого давления на эти 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 туда лучше брать оптимальное количество горючего. Для определения нужного объема необходимо знать величину давления солнечного света на материал антенных сеток — именно эту задачу ученые решали экспериментально.

«Мы не исследовали непосредственно давление света на материал образца антенны (металлическая сетка из волокна диаметром около 20 микрометров), поскольку у нас нет соответствующего оборудования. Однако в ИОА СО РАН имеются точные приборы для измерения световых потоков в широком спектральном диапазоне, с высокой чувствительностью и спектральным разрешением. Таким образом, задача была — проверить, как сетка антенны пропускает и рассеивает свет на разных длинах волн в разных направлениях при разных углах падения луча света. Говоря научным языком, нужно было получить из измерений индикатрису рассеяния света образцом. Зная эту индикатрису, пропускание и поглощение света, а также формулы давления света при "элементарном" падении луча под заданным углом, можно уже посчитать световое давление. Прибор для измерения слабых потоков света у нас есть — это современный Фурье-спектрометр IFS-125. Тем не менее нужно было решить несколько сложных технических задач для получения конечного результата», — рассказывает об эксперименте Игорь Пташник. 

В первую очередь ученые изготовили прецизионное устройство для поворота фрагмента антенной сетки под разными углами к падающему лучу света по двум осям вращения. Для получения достаточно 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 ученым 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 расчеты светового давления на основе полученных индикатрис рассеяния.

«В итоге давление оказалось всего на уровне около 3 % от давления на сплошную, полностью отражающую поверхность. Сетка все-таки очень разреженная, и это, кстати, было дополнительной трудностью, поскольку приходилось детектировать крайне слабый рассеянный сигнал. Но мы справились со всеми трудностями, и в итоге на нашем счету теперь есть выполнение этой красивой и технически сложной задачи», — отмечает Игорь Пташник.

Результаты работ, прежде всего, окажут влияние на развитие космической индустрии. «Я думаю, что в первую очередь данное исследование все-таки ограничено спутниковой тематикой и большими антеннами, то есть областью, где давление света может быть существенным на длительных промежутках времени. В этом смысле это все-таки разовое, узконаправленное исследование. Другое практическое применение может иметь созданная в рамках работы установка для измерения индикатрисы рассеяния макроскопических объектов размером от миллиметров до десятка сантиметров. Ее можно использовать, например, для проверки модели рассеяния света кристаллами разных форм или других более сложных оптических объектов», — подводит итоги Игорь Пташник.

Алёна Деревнина, студентка отделения журналистики ГИ НГУ

Похожие новости

  • 06/02/2020

    Новое слово в теории лесных пожаров

    ​В свет вышла монография о новых способах прогнозирования и мониторинга лесных пожаров и их последствий, опубликованная международной академической издательской компанией IGI Global. В сборник, редактором которого стал доцент Научно-образовательного центра И.
    533
  • 06/08/2020

    Николай Юркевич: экспедиция — хороший задел для проведения мониторинговых работ в будущем

    ​В июле сибирские ученые получили приглашение от компании «Норильский никель» принять участие в работах на полуострове Таймыр. Задачи, стоящие перед экспедицией — оценка текущего экологического состояния этого района и разработка концепции хозяйствования на арктических территориях.
    522
  • 31/07/2020

    Лидары космического, наземного и мобильного размещения

    В прошлом номере «Томские новости» писали о молодом ученом из Института оптики атмосферы, руководителе лаборатории атмосферной радиации Александре Коношонкине, который рассчитал математическую модель для исследования перистых облаков.
    555
  • 16/07/2020

    ИФП СО РАН: подробности о деятельности подразделений и перспективах для молодых сотрудников

    ​Принять новых сотрудников готовы двадцать семь научных подразделений института, среди которых две молодежные лаборатории ― ближнепольной оптической спектроскопии и наносенсорики и нанотехнологий и наноматериалов.
    720
  • 12/01/2017

    ТНЦ СО РАН: Как ракушка материаловедам помогла?

    В течение одиннадцати лет успешно развивается международное сотрудничество между отделом структурной макрокинетики ТНЦ СО РАН и Харбинским инженерным университетом по направлению, связанному с разработкой многослойных металло-интерметаллидных композиционных материалов и моделированию процессов их разрушения.
    2587
  • 16/09/2020

    Космический лидар, искусственный интеллект и парниковые газы

    ​В Институте оптики атмосферы им. В. Е. Зуева СО РАН группой ученых созданы алгоритмы и программы, позволяющие с помощью нейронных сетей эффективно решать задачи дистанционного определения концентраций парниковых газов с космических платформ.
    318
  • 03/09/2017

    Дмитрий Маркович: Масштабы молодёжи нас устраивают

    ​2017 год стал для Института теплофизики СО РАН годом перемен — здесь впервые за 20 лет сменился директор. Коллектив одного из крупнейших академических институтов энергетического профиля России возглавил доктор физико-математических наук, член-корреспондент РАН Дмитрий Маркович.
    2508
  • 10/03/2017

    Институт оптики атмосферы им. В.Е.Зуева СО РАН в числе победителей конкурса Лазерной ассоциации

    ​На 12-й международной специализированной выставке лазерной, оптической и оптоэлектронной техники «Фотоника. Мир лазеров и оптики-2017» подведены итоги традиционного конкурса Лазерной ассоциации на лучшую отечественную разработку в области лазерной аппаратуры и лазерно-оптических технологий.
    3116
  • 11/08/2020

    Надежность деталей международного реактора ITER проверят томские специалисты

    ​Специалисты по неразрушающему контролю Томского политехнического университета разработают методики и программы для проверки сварных соединений с помощью ультразвука на значимых элементах термоядерного реактора ИТЭР.
    2028
  • 19/07/2019

    В ИЯФ СО РАН создают установку для щадящего избавления пациентов от рака

    Иногда путь перспективных, казалось бы, технологий в повседневную реальность тернист. Достаточно вспомнить управляемый термоядерный синтез. Особенно обидно, когда речь идет о спасении человеческих жизней, а методика лечения многие десятилетия остается экспериментальной.
    823