АНАЛИЗ МЕХАНИЧЕСКОЙ КОНСТРУКЦИИ НАНОСПУТНИКА МОДЕЛИ 12U CUBESAT И ОЦЕНКА ЕГО МЕХАНИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ

Аннотация

В статье рассматривается механическая устойчивость конструкции наноспутника формата 12U CubeSat. Платформы CubeSat широко применяются для дистанционного зондирования Земли, связи, а также проведения научных и технологических экспериментов. Надежность таких аппаратов определяется не только функционированием бортовых систем, но и жесткостью несущей конструкции, корректным размещением полезной нагрузки и способностью корпуса воспринимать механические воздействия, возникающие при запуске. Цель исследования заключалась в расчетном определении модальных и прочностных характеристик конструкции 12U CubeSat, а также в оценке надежности основных крепежных элементов. В работе использовано численное моделирование на основе метода конечных элементов. Геометрия корпуса была сформирована с учетом габаритов 232 × 245 × 363 мм, а в качестве основного конструкционного материала выбран алюминиевый сплав Al 7075. Расчеты выполнялись в программных средах MSC Apex и MSC Nastran/Patran. В расчетной модели панели корпуса были представлены оболочечными элементами, а подсистемы аппарата - в виде сосредоточенных масс. Анализ проводился с учетом спецификации Cal Poly, требований ECSS и рекомендаций NASA GEVS. В рамках исследования выполнены модальный анализ, расчет прочности при квазистатических нагрузках уровня 100 g, а также проверка болтовых соединений на сдвиг, растяжение и раскрытие зазора. По результатам расчетов первая собственная частота конструкции составила 365 Гц, что значительно превышает нижний предел 100 Гц, применяемый для аппаратов CubeSat, и подтверждает достаточную жесткость конструкции. Минимальный коэффициент запаса составил 1,36 по пределу текучести и 1,66 по пределу прочности. Анализ крепежных элементов также подтвердил наличие достаточного запаса прочности при рассматриваемых условиях нагружения. Таким образом, предложенная конструкция 12U CubeSat способна выдерживать расчетные механические нагрузки, возникающие при запуске. Полученные результаты могут быть использованы в качестве практической основы для интеграции полезной нагрузки, дальнейшего совершенствования конструкции и подготовки к последующим вибрационным испытаниям.