Reflektor berbasis ruang angkasa berukuran besar yang dapat diubah ukurannya menjanjikan untuk penjelajahan ruang angkasa dan memperluas pemahaman kita tentang alam semesta. Reflektor/pemantul ini memiliki berbagai tujuan:
- Menangkap dan memusatkan energi matahari untuk memberi daya pada pesawat ruang angkasa dan stasiun.
- Memantulkan atau memfokuskan cahaya untuk menghasilkan sinar laser berdaya tinggi untuk komunikasi jarak jauh atau penelitian ilmiah.
- Menciptakan cermin raksasa untuk teleskop, meningkatkan resolusi dan kemampuan pengamatan.
- Menghasilkan gravitasi buatan dengan mengubah lintasan pesawat ruang angkasa.
- Melindungi pesawat ruang angkasa dari mikro meteorit dan puing-puing ruang angkasa.
- Mengubah energi matahari menjadi listrik.
Namun, penerapan reflektor ini menimbulkan tantangan teknis yang signifikan. Memastikan stabilitas dalam gravitasi nol dan radiasi kosmik adalah yang terpenting. Mengembangkan sistem yang efisien dan dapat diandalkan untuk transformasi sangat penting, dengan mempertimbangkan faktor-faktor seperti suhu dan dampaknya terhadap bentuk permukaan reflektif.
Di luar angkasa, perlu mempertimbangkan banyak faktor yang berbeda, seperti perbedaan suhu yang besar, radiasi, kurangnya gravitasi, dll. Semua ini mengarah pada pemecahan masalah teknis yang kompleks.
Fedor Mitin
Penampilan reflektor berukuran besar yang dapat diubah ukurannya
Terdapat berbagai macam reflektor ruang angkasa, yang secara umum dikategorikan ke dalam desain kabel-tetap, payung, rangka, dan tiup. Masing-masing jenis memiliki karakteristik yang unik dalam produksi, penyebaran, transportasi ke orbit, pengoperasian, dan kontrol.
Untuk memenuhi kebutuhan akan bukaan yang besar sekaligus menjaga berat struktur tetap terbatas dan volume minimal selama peluncuran, antena yang dapat diubah telah dikembangkan. Contohnya termasuk antena cincin AstroMesh, antena JAXA Engineering Test Satellite, dan antena TerreStar dan Skyterra.
Reflektor yang dapat ditransformasikan berbasis ruang angkasa ukuran besar (LSTR) (lihat Gambar 1) yang menggunakan sistem kabel-tetap terdiri dari beberapa komponen: pesawat ruang angkasa (1) yang berfungsi sebagai referensi penyebaran, susunan surya (2) yang memasok energi ke pengaturan, dan sistem (3) untuk menerangi permukaan reflektif. Selain itu, reflektor mencakup batang (4) yang memperpanjang reflektor (5) ke jarak yang diperlukan dan jaring (6) yang membentuk pola radiasi yang diperlukan. Mesin (7) yang diposisikan pada titik A, B, dan C memfasilitasi transisi LSTR dari konfigurasi pengangkutan terlipat ke posisi standar yang digunakan.
Kredit. Penulis
Secara umum, tugas penyebaran LSTR pada setiap tahap diselesaikan dengan mempengaruhi desain aktuator.
Tantangan dalam mengoptimalkan jaring dari proses pengaturan reflektor
Kebaruan pengembangan terletak pada pemilihan algoritma kontrol optimal dan optimalisasi proses konfigurasi. Elemen struktural pesawat ruang angkasa berukuran besar dilemahkan untuk waktu yang lama. Misalnya, reflektor dengan diameter yang signifikan mengalami osilasi redaman jangka panjang bahkan enam bulan setelah penempatan di orbit, sehingga membuat satelit tidak dapat dioperasikan. Batang, jari-jari, dan jaring berosilasi karena gaya disipatif internal, sehingga memerlukan jeda penggunaan hingga enam bulan.
Satelit rentan terhadap gangguan eksternal, khususnya radiasi dan perubahan suhu. Pengoperasian reflektor yang diatur memerlukan waktu hingga 15 tahun. Oleh karena itu, fluktuasi selama enam bulan merupakan interval waktu yang signifikan yang perlu dikurangi.
Hal ini mendorong pertimbangan penerapan algoritma kontrol optimal secara real-time. Kriteria utamanya adalah meminimalkan fluktuasi. Model dan algoritma matematika khusus telah dikembangkan untuk memfasilitasi penerapan waktu nyata dengan osilasi minimal, yang mengurangi transisi ke posisi operasi dari enam bulan menjadi satu bulan. Hasilnya, reflektor dapat mulai berfungsi enam kali lebih cepat.
Antena besar tidak bisa dibuat kaku. Jaring reflektif, yang sangat penting untuk memfokuskan sinyal, berbasis jaring. Benturan pada satu titik akan menimbulkan osilasi di seluruh gelombang yang seperti jaring, sehingga memerlukan retensi bentuk.
Meminimalkan biaya energi sangat penting. Beroperasi di luar angkasa di mana panel surya hanya memasok energi, sumber dayanya terbatas. Selain pengurangan getaran, meminimalkan pengeluaran energi sangatlah penting.
Kredit. Penulis
Perumusan masalah dalam menyesuaikan bentuk permukaan pemantul radio
Memastikan karakteristik antena yang ditentukan, seperti pola radiasi, dan lebar lobus utama, secara langsung berkaitan dengan mempertahankan bentuk jaring pemantul radio yang ditentukan. Bahkan sedikit penyimpangan dari permukaan aktif dari bentuk yang diinginkan akan mempengaruhi kinerja antena secara signifikan.
Tugas mengendalikan bentuk bagian aktif reflektor secara real-time sangat penting untuk memastikan karakteristik antena pesawat ruang angkasa yang diperlukan dalam kondisi ketidakpastian selama pengoperasian. Pada saat yang sama, desain sistem kendali dan algoritma kendali harus memastikan minimalisasi osilasi jaring dan efisiensi energi karena terbatasnya cadangan energi pada pesawat ruang angkasa.
Gambar 3 mengilustrasikan jari-jari (1), dua kabel radial utama jaring depan (2) dan belakang (3), dan kabel (4) yang menghubungkannya. Pada ujung kanan jari-jari, jari-jari tersebut terbagi menjadi dua bagian untuk menentukan bentuk permukaan pemantul radio yang diinginkan. Setiap kabel (4) berisi aktuator (5), biasanya motor DC, untuk tujuan ini.
Panjang kabel (4) perlu disesuaikan dengan bantuan aktuator (5) dan mengatur bentuk kain jaring pemantul radio yang ditentukan oleh jaringan depan (2) sekaligus meminimalkan konsumsi energi.
Kredit. Penulis
Mengoptimalkan proses kontrol secara real-time pada motor DC menimbulkan tantangan, terutama yang berasal dari kerumitan dalam memastikan konvergensi solusi yang timbul dari prinsip maksimum masalah nilai batas dua titik. Oleh karena itu, mengembangkan beragam algoritma kontrol optimal sangat penting untuk mencapai solusi yang dapat diandalkan.
Pengujian algoritma yang diusulkan pada prototipe
Untuk memvalidasi semua algoritma dan solusi desain, prototipe (lihat Gbr. 4, 5) sangat penting untuk menyempurnakan solusi yang diusulkan.
Kredit. Penulis
Kredit. Penulis
Penggunaan algoritma kontrol optimal yang dikembangkan memungkinkan untuk memastikan keberhasilan penyelesaian tugas tanpa kesulitan dalam konvergensi, tidak seperti metode klasik.
Dalam hal ini, penggunaan regulator optimal mengurangi biaya listrik sekitar 13% dibandingkan dengan pendekatan saat ini. Hal ini memastikan akurasi dan kualitas regulasi sistem yang diperlukan di seluruh spektrum kondisi terminal yang luas.
Memperhitungkan gangguan dan kebisingan sensor yang mempengaruhi sistem yang diteliti menghadirkan tantangan dalam memproses hasil pengukuran dan perencanaan. Algoritma yang dieksplorasi dapat diintegrasikan ke dalam solusi yang lebih rumit yang melibatkan pemrosesan pengukuran dan optimalisasi interval pengamatan.
Temuan penelitian ini memiliki arti penting dalam menghitung biaya energi dan memilih aktuator dan sistem tenaga untuk reflektor/pemantul berbasis ruang angkasa.
Penelitian yang sedang berlangsung dalam bidang ini terus berlanjut.
Mengembangkan reflektor berukuran besar yang dapat diubah ukurannya merupakan produksi yang sangat maju secara teknologi dan sangat mahal. Menciptakan struktur ini dimungkinkan untuk perusahaan besar seperti NASA, Roscosmos, CNSA, ESA. Persaingan menciptakan kecenderungan yang baik untuk perkembangan industri. Namun, untuk terobosan yang signifikan, perlu untuk menyelenggarakan pertukaran pengalaman dan konferensi internasional dengan partisipasi semua perusahaan terkemuka. Hal ini akan memungkinkan kita untuk memecahkan lebih banyak masalah global dalam eksplorasi ruang angkasa. Contoh kerja sama semacam itu adalah Stasiun Luar Angkasa Internasional. Eksplorasi ruang angkasa adalah tugas seluruh umat manusia.
🔬🧫🧪🔍🤓👩🔬🦠🔭📚
Referensi jurnal
Mitin, F. V., & Krivushov, A. I. (2023). Improving the efficiency of DC motor control to adjust the reflective surface of the space-based reflector. Russian Aeronautics, 66(1), 162-169. https://doi.org/10.3103/S1068799823010221
