Експеримент із надувною антеною (, скорочено IAE) — технологічний експеримент НАСА з розгортання великогабаритної надувної конструкції в космосі, проведений 20 травня 1996 року під час місії STS-77 космічного шатла «Індевор». Експериментальна установка була закріплена на автономній платформі Spartan 207 і складалася з 14-метрового позаосьового параболічного антенного рефлектора, опорного тора та трьох надувних розпірок завдовжки 28 метрів. Метою експерименту було перевірити розгортання конструкції, виміряти точність поверхні рефлектора та дослідити її динамічні характеристики в умовах космічного польоту.
Під час польоту надувний опорний каркас повністю розгорнувся й утримував розрахунковий тиск, однак розгортання мембранної оболонки рефлектора відбулося нештатно: вона не набула необхідної форми, через що виміряти точність її поверхні не вдалося. Попри це експеримент продемонстрував можливість розгортання великих надувних конструкцій у космосі та дав інженерні дані для подальшого розвитку легких розгортних космічних систем.
Конструкція антени та платформа Spartan 207 Льотна конструкція IAE являла собою 14-метровий позаосьовий параболічний рефлектор. Його відбивальну поверхню виготовили з тонкої алюмінізованої поліестерової плівки — майлару. Відбивальна мембрана та прозора мембрана-оболонка, з'єднані по периметру, утворювали герметичну лінзоподібну конструкцію, форма якої мала підтримуватися внутрішнім тиском. Її край був закріплений на надувному опорному торі, сполученому з контейнером трьома надувними розпірками завдовжки 28 м. Розпірки виготовили з кевлару, вкритого неопреном. Маса надувної антенної конструкції становила близько 60 кг.
У складеному стані тор, мембранний рефлектор і розпірки розміщувалися всередині контейнера, який з'єднував обладнання експерименту з платформою Spartan 207. Контейнер мав розсувні дверцята та підпружинену виштовхувальну панель, призначену для відведення складеної конструкції перед її надуванням. Система подавання газу мала послідовно наповнювати азотом розпірки, опорний тор і лінзоподібну оболонку рефлектора. У контейнері також розміщувалися електроніка керування та прилади для вимірювання форми поверхні, зокрема телевізійні камери високої роздільної здатності й цифровий візуалізаційний радіометр.
IAE призначався передусім для випробування механічного розгортання та геометричної точності конструкції, а не для перевірки її радіотехнічних характеристик. Розпірки могли бути використані для встановлення опромінювача або вторинного рефлектора в майбутніх антенних системах, однак у льотному експерименті такого обладнання не встановлювали, а розпірки закінчувалися біля контейнера.
Spartan 207 був автономною багаторазовою платформою-носієм, а не складовою самого рефлектора. Він забезпечував механічне кріплення експерименту, електроживлення, передавання команд контролеру IAE, керування орієнтацією та запис телеметричних даних. Платформа також мала відокремити надувну конструкцію після завершення одного витка спостережень, зберігши записані дані для повернення на борт шатла.
Хід експерименту під час місії STS-77 20 травня 1996 року, другого дня польоту STS-77, екіпаж «Індевора» за допомогою дистанційного маніпулятора вивів платформу Spartan 207 із вантажного відсіку шатла та відпустив її у вільний політ. Після віддалення шатла на безпечну відстань і стабілізації платформи системою керування орієнтацією було розпочато автоматичну програму експерименту. Надування антени почалося приблизно через півтора витка після відокремлення платформи, невдовзі після орбітального сходу Сонця.
Дверцята контейнера відкрилися, а виштовхувальна панель спрацювала в передбаченій послідовності. Однак залишкове повітря всередині складеної конструкції та вивільнення накопиченої пружної енергії тора спричинили передчасний початок розгортання. Через це виштовхувальна панель не змогла належним чином відвести конструкцію від контейнера, а розпірки почали розкриватися ще до повного випрямлення. Вони зазнали більшого вигину, ніж очікувалося, і наповнювалися газом послідовно, а не одночасно.
У процесі подальшого надування рефлектор відійшов від контейнера, а опорний каркас — тор і три розпірки — повністю розгорнувся та підтримував номінальний тиск 3 psi (близько 21 кПа). Водночас лінзоподібна мембранна оболонка самого рефлектора не набула розрахункової форми. Спочатку залишкове повітря частково розправило її, проте потім вийшло крізь вентиляційні отвори, передбачені для запуску, внаслідок чого оболонка стала майже пласкою.
Система вимірювання поверхні працювала штатно, однак через неповне надування мембрани визначити точність форми рефлектора не вдалося. Встановлені на його краю світлоповертачі залишалися видимими, тому записи їхнього руху використали для оцінювання жорсткості розгорнутої конструкції. Екіпаж шатла документував розгортання та подальшу динаміку IAE за допомогою відеозапису, кінознімання і фотографування з високою роздільною здатністю.
Після розгортання комплекс Spartan 207/IAE почав неочікувано обертатися. Протягом приблизно першої половини витка швидкість обертання зростала майже з постійним кутовим прискоренням, після чого стабілізувалася. Система керування орієнтацією платформи та бортові реєстратори продовжували працювати й записували дані про кутові швидкості, роботу двигунів орієнтації, тиск і температуру конструкції.
Після завершення одного витка спостережень надувну конструкцію відокремили від Spartan 207. Наступного дня платформу захопили дистанційним маніпулятором «Індевора», повернули до вантажного відсіку та доправили на Землю разом із записаними даними експерименту. Результати та значення Експеримент частково досяг поставлених цілей. Надувний опорний тор і три 28-метрові розпірки повністю розгорнулися, витримали значні нештатні деформації та після завершення надування підтримували розрахунковий тиск. Це продемонструвало, що великогабаритну конструкцію з малою масою та малим об'ємом у складеному стані можна доставити на орбіту й розгорнути в умовах мікрогравітації. Неконтрольований характер початкового розгортання водночас показав механічну стійкість конструкції до навантажень, які не були передбачені під час її проєктування.
Головної мети, пов'язаної з перевіркою геометричної точності відбивальної поверхні, досягти не вдалося. Лінзоподібна мембранна оболонка рефлектора не наповнилася належним чином і не набула розрахункової параболічної форми, тому заплановані вимірювання точності поверхні не дали результату. Відповідно, політ не підтвердив можливості безпосереднього використання такої конструкції як високоточної антени. У пізнішому огляді технологій Лабораторії реактивного руху зазначалося, що відхилення поверхні значно перевищувало допустиме, а забезпечення й тривале збереження точної форми великого тонкоплівкового параболічного рефлектора залишалося основною перешкодою для практичного застосування цієї концепції.
Попри неповне виконання програми вимірювань, IAE став першою льотною демонстрацією розгортання в космосі великої конструкції такого типу. Експеримент дав дані про вплив залишкового газу, запасеної пружної енергії, послідовності надування та взаємодії великої гнучкої конструкції із системою орієнтації космічного апарата. Отриманий досвід використали в подальших дослідженнях надувних і жорсткіших після розгортання космічних конструкцій, зокрема антен, сонячних батарей та інших великогабаритних систем. Примітки
Зовнішні посилання STS-77 — опис місії на сайті НАСА Фотогалерея місії STS-77 на сайті НАСА The Shuttle Launches an Inflatable Antenna — матеріал Astronomy Picture of the Day про розгортання антени IN-STEP Inflatable Antenna Experiment у базі NASA Technical Reports Server