pimiПриборы и методы измеренийDevices and Methods of Measurements2220-95062414-0473BNTU10.21122/2220-9506-2016-7-2-176-185pimi-255Research ArticleМетоды измерений, контроля, диагностикиMethods of measurements, monitoring, diagnosticsВЛИЯНИЕ ДЕТАЛЕЙ ИЗ УГЛЕПЛАСТИКА НА СВЕТОРАССЕЯНИЕ В ОБЪЕКТИВЕ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОГО МОДУЛЯ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТАCARBON-FIBRE-REINFORCED POLYMER PARTS EFFECT ON SPACECRAFT OPTOELECTRONIC MODULE LENS SCATTERINGКолашаС. С.KolashaS. S.ФёдорцевР. В.FiodortсevR. V.

Адрес для переписки: Фёдорцев Р.В. - Белорусский национальный технический университет, пр. Независимости, 65, 220013, г. Минск, Беларусь e-mail: fedortsev@bntu.by

fedortsev@bntu.byСтаровойтовА. В.StarovoitovA. V.Пеленг, ОАО, МинскБеларусьPeleng JSC, MinskBelarusБелорусский национальный технический университетБеларусьBelarusian National Technical UniversityBelarus20161209201672176185Copyright © Колаша С.С., Фёдорцев Р.В., Старовойтов А.В., 20162016Колаша С.С., Фёдорцев Р.В., Старовойтов А.В.Kolasha S.S., Fiodortсev R.V., Starovoitov A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://pimi.bntu.by/jour/article/view/255

Традиционно корпуса оптико-электронных модулей космических аппаратов изготавливают из алюминия или титановых сплавов, обладающих значительной массой, что способствует значительному расходу объемов топлива при выводе на орбиту и, как следствие, увеличивает общие финансовые затраты проекта. Эффективным является применение композиционных конструкционных материалов на основе углепластика, которые позволяют в 1,5–3 раза уменьшить массогабаритные характеристики крупногабаритных оптико-электронных модулей и в 15–20 раз снизить коэффициент линейного температурного расширения в сравнении с металлическими корпусами. Важной характеристикой углепластиков являются их оптические свойства, которые обуславливают взаимодействие композиционного материала с электромагнитным излучением оптического диапазона. Цель настоящей работы заключалась в разработке методики оценки влияния корпуса оптико-электронных модулей из углепластика на светорассеяния в объективе оптико-электронных модулей посредством компьютерного моделирования в пакете прикладных программ Zemax. Рассматривается степень влияния рассеянного, отраженного и поглощенного потока излучения на качество построения изображения. Проведены экспериментальные исследования по определению двулучевой функции отражательной способности гониометрическим методом для образцов-свидетелей из углеродной ткани ЛУП-0,1 эпоксидного связующего ЭДТ-69У с клеевым слоем ЭПОФЛЕКС-0,4 и алюминиевым сотовым заполнителем 5056-3,5-23-A. Рассеянное излучение регистрировалось в пределах пространства полусферы над поверхностью образца-свидетеля. Направление приема оптического излучения задавалось зенитным (0º < θ < 90º) и азимутальным (0º < φ < 180º) углами с шагом 10º. Установлено, что поверхность образца-свидетеля рассеивает излучение в малом диапазоне углов (около 20º) с ярко выраженной направленностью. Выявлено, что углепластики характеризуются интегральным коэффициентом отражения, в 3–4 раза большим по сравнению со специальными покрытиями. 

Spacecraft optoelectronic modules traditionally have aluminum alloy or titanium alloy casing which substantial weight increases fuel consumption required to put them into orbit and, consequently, total cost of the project. Carbon fiber reinforced polymer based composite constructive materials is an efficient solution that allows reducing weight and dimensions of large optoelectronic modules 1,5–3 times and the coefficient of linear thermal expansion 15–20 times if compared with metals. Optical characteristic is a crucial feature of carbon-fibre-reinforced polymer that determines composite material interaction with electromagnetic emission within the optical range. This work was intended to develop a method to evaluate Carbon fiber reinforced polymer optoelectronic modules casing effect on lens scattering by computer simulation with Zemax application software package. Degrees of scattered, reflected and absorbed radiant flux effect on imaging quality are described here. The work included experimental study in order to determine bidirectional reflectance distribution function by goniometric method for LUP-0.1 carbon fabric check test pieces of EDT-69U epoxy binder with EPOFLEX-0.4 glue layer and 5056-3.5-23-A aluminium honeycomb filler. The scattered emission was registered within a hemisphere above the check test piece surface. Optical detection direction was determined with zenith (0º < θ < 90º) and azimuth (0º < φ < 180º) angles with 10° increment. The check test piece surface was proved to scatter emission within a narrow angle range (approximately 20°) with clear directivity. Carbon fiber reinforced polymers was found to feature integrated reflectance coefficient 3 to 4 times greater than special coatings do. 

углепластикоптико-электронный модульсветорассеяниекоэффициент отраженияcarbon-fibre-reinforced polymer (CFRP)optoelectronic modulelens scatteringreflectance coefficientReferencesКонструктивно-технологические решения создания корпусных элементов из композиционных материалов блока оптико-электронного модуля автоматического космического аппарата [Текст] / И.Л. Аккуратов, А.И. Алямовский, Д.Я. Давыдов [и др.] // Эффективность сотовых конструкций в изделиях авиационно-космической техники: Укр. НИИ технологии машиностроения. – Днепропетровск, 2013. – С. 28–33.I.L. Akkuratov, A.I. Alyamovskiy, D.Ya. Davyidov. Konstruktivno-tekhnologicheskiye resheniya sozdaniya korpusnykh elementov iz kompozitsionnykh materialov bloka optiko-elektronnogo modulia avtomaticheskogo kosmicheskogo apparata [Structurally-technological solutions create a housing elements made of composite materials automatic spacecraft optoelectronic module unit]. Dnepropetrovsk, Ukraine, 2013, pp. 28–33 (in Russian).Анурьев, В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: в 3 т. Т.1. – 8-е изд., перераб. и доп. / под ред. И.Н. Жестковой. – М.: Машиностроение, 2001. – 920 с.Anurev V.I. Spravochnik konstruktora-mashinostroitelia [Mechanical engineer’s handbook]: in 3 vol. Vol. 1, 8-th ed., Мoscow, Mechanical engineering Publ., 2001, 920 p. (in Russian).Бобович, Б.Б. Неметаллические конструкционные материалы / Б.Б. Бобович. – М.: МГИУ. – 2009. – 383 с.Bobovich B.B. Nemetallicheskiye konstruktsionnye materialy [Nonmetalic structural materials]. Moscow, Moscow State Industrial University Publ., 2009, 383 p. (in Russian).Spectrecology – Spectroscopy & Optical Sensing Solutions. Sampling Optics Define the Measurement. Salmonberry St. Wesley Chapel [Electronic resource]. – Mode of access: http://www.spectrecology.com/sampling-optics/. – Data of access: 05.11.2015.Spectrecology – Spectroscopy & Optical Sensing Solutions. Sampling Optics Define the Measurement. Salmonberry St. Wesley Chapel [Electronic resource]. – Mode of access: http://www.spectrecology.com/sampling-optics/. – Data of access: 05.11.2015.Nicodemus, F.E. Geometrical Considerations and nomenclature for reflectance / F.E. Nicodemus [et al.] // Radiometry. Jones and Bartlett Publishers, Inc., USA. – 1992. – P. 94–145.Nicodemus F.E., Richmond J.C., Hsia J.J., Ginsberg I.W., Limperis T. Geometrical Considerations and nomenclature for reflectance. Radiometry, Jones and Bartlett Publishers, Inc., USA, 1992, pp. 94–145.Sing Choong Foo. A Gonioreflectometer for measuring the bidirectional reflectance of material for use in illumination computation: a thesis for the degree of master of science: august 1997 / Sing Choong Foo. – New York, 1997. – 130 p.Sing Choong Foo. A Gonioreflectometer for measuring the bidirectional reflectance of material for use in illumination computation: a thesis for the degree of master of science: august 1997, New York, 1997, 130 p.Креопалова, Г.В. Оптические измерения / Г.В. Креопалова, Н.Л. Лазарева, Д.Т. Пуряева ; под. общ. ред. Д.Т. Пуряева. – М. : Машиностроение, 1987. – 264 с.Kreopalova G.V., Lazareva N.L., Puryaeva D.T. Opticheskiye izmereniya [Optical measurements], Мoscow, Mechanical engineering Publ., 1987, 264 p. (in Russian).How to Compile a User-Defined Surface [Electronic resource] / Mark Nicholson. – Zemax Knowledge Base., 2008. – Mode of access: http://www.zemax.com/ support/knowledge base/how-to-compile-a-user-definedsurface. – Data of access: 05.11.2015.Mark Nicholson. How to Compile a User-Defined Surface [Electronic resource]. Zemax Knowledge Base., 2008, mode of access: http://www.zemax.com/support/ knowledge base/how-to-compile-a-user-defined-surface, data of access: 05.11.2015.Zhang, W.J. Experimental study of the effective BRDF of a copper foam sheet / W.J. Zhang, J.M. Zhao, L.H. Liu// RAD-13. Proceedings of the 7th International Symposium on Radiative Transfer, Begellhouse. 7-th International Symposium on Radiative Transfer, 2–8 Jun. 2013, Kusadasi, Turkey.Zhang W.J., Zhao J.M., Liu L.H.. Experimental study of the effective BRDF of a copper foam sheet. RAD13. Proceedings of the 7th International Symposium on Radiative Transfer, Begellhouse. 7-th International Symposium on Radiative Transfer, 2-8 Jun. 2013, Kusadasi, TurkeyI.L. Akkuratov, A.I. Alyamovskiy, D.Ya. Davyidov. Konstruktivno-tekhnologicheskiye resheniya sozdaniya korpusnykh elementov iz kompozitsionnykh materialov bloka optiko-elektronnogo modulia avtomaticheskogo kosmicheskogo apparata [Structurally-technological solutions create a housing elements made of composite materials automatic spacecraft optoelectronic module unit]. Dnepropetrovsk, Ukraine, 2013, pp. 28–33 (in Russian).I.L. Akkuratov, A.I. Alyamovskiy, D.Ya. Davyidov. Konstruktivno-tekhnologicheskiye resheniya sozdaniya korpusnykh elementov iz kompozitsionnykh materialov bloka optiko-elektronnogo modulia avtomaticheskogo kosmicheskogo apparata [Structurally-technological solutions create a housing elements made of composite materials automatic spacecraft optoelectronic module unit]. Dnepropetrovsk, Ukraine, 2013, pp. 28–33 (in Russian).Anurev V.I. Spravochnik konstruktora-mashinostroitelia [Mechanical engineer’s handbook]: in 3 vol. Vol. 1, 8-th ed., Мoscow, Mechanical engineering Publ., 2001, 920 p. (in Russian).Anurev V.I. Spravochnik konstruktora-mashinostroitelia [Mechanical engineer’s handbook]: in 3 vol. Vol. 1, 8-th ed., Мoscow, Mechanical engineering Publ., 2001, 920 p. (in Russian).Bobovich B.B. Nemetallicheskiye konstruktsionnye materialy [Nonmetalic structural materials]. Moscow, Moscow State Industrial University Publ., 2009, 383 p. (in Russian).Bobovich B.B. Nemetallicheskiye konstruktsionnye materialy [Nonmetalic structural materials]. Moscow, Moscow State Industrial University Publ., 2009, 383 p. (in Russian).Spectrecology – Spectroscopy & Optical Sensing Solutions. Sampling Optics Define the Measurement. Salmonberry St. Wesley Chapel [Electronic resource]. – Mode of access: http://www.spectrecology.com/sampling-optics/. – Data of access: 05.11.2015.Spectrecology – Spectroscopy & Optical Sensing Solutions. Sampling Optics Define the Measurement. Salmonberry St. Wesley Chapel [Electronic resource]. – Mode of access: http://www.spectrecology.com/sampling-optics/. – Data of access: 05.11.2015.Nicodemus F.E., Richmond J.C., Hsia J.J., Ginsberg I.W., Limperis T. Geometrical Considerations and nomenclature for reflectance. Radiometry, Jones and Bartlett Publishers, Inc., USA, 1992, pp. 94–145.Nicodemus F.E., Richmond J.C., Hsia J.J., Ginsberg I.W., Limperis T. Geometrical Considerations and nomenclature for reflectance. Radiometry, Jones and Bartlett Publishers, Inc., USA, 1992, pp. 94–145.Sing Choong Foo. A Gonioreflectometer for measuring the bidirectional reflectance of material for use in illumination computation: a thesis for the degree of master of science: august 1997, New York, 1997, 130 p.Sing Choong Foo. A Gonioreflectometer for measuring the bidirectional reflectance of material for use in illumination computation: a thesis for the degree of master of science: august 1997, New York, 1997, 130 p.Kreopalova G.V., Lazareva N.L., Puryaeva D.T. Opticheskiye izmereniya [Optical measurements], Мoscow, Mechanical engineering Publ., 1987, 264 p. (in Russian).Kreopalova G.V., Lazareva N.L., Puryaeva D.T. Opticheskiye izmereniya [Optical measurements], Мoscow, Mechanical engineering Publ., 1987, 264 p. (in Russian).Mark Nicholson. How to Compile a User-Defined Surface [Electronic resource]. Zemax Knowledge Base., 2008, mode of access: http://www.zemax.com/support/ knowledge base/how-to-compile-a-user-defined-surface, data of access: 05.11.2015.Mark Nicholson. How to Compile a User-Defined Surface [Electronic resource]. Zemax Knowledge Base., 2008, mode of access: http://www.zemax.com/support/ knowledge base/how-to-compile-a-user-defined-surface, data of access: 05.11.2015.Zhang W.J., Zhao J.M., Liu L.H.. Experimental study of the effective BRDF of a copper foam sheet. RAD13. Proceedings of the 7th International Symposium on Radiative Transfer, Begellhouse. 7-th International Symposium on Radiative Transfer, 2-8 Jun. 2013, Kusadasi, TurkeyZhang W.J., Zhao J.M., Liu L.H.. Experimental study of the effective BRDF of a copper foam sheet. RAD13. Proceedings of the 7th International Symposium on Radiative Transfer, Begellhouse. 7-th International Symposium on Radiative Transfer, 2-8 Jun. 2013, Kusadasi, Turkey

The authors declare that there are no conflicts of interest present.