Чего боятся зонтики и спутниковые антенны или Антенна «наизнанку»: чего по-настоящему боится спутниковая связь?

Бывает всё на свете хорошо… а потом вдруг дождь дополняется мощным порывом ветра — и ваш зонтик улетает. Или, что хуже, выворачивается наизнанку, теряя спицы и работоспособность. Кто в этом виноват? Частично — производитель, плохо рассчитавший нагрузку или сэкономивший на материале. А глобально — законы физики. Точнее, закон, открытый в XVIII веке швейцарцем Даниилом Бернулли, который заметил, что с увеличением скорости потока воздуха давление внутри него уменьшается.
Купол зонта защищает нас от ветра. Скорость воздушного потока под ним меньше, чем снаружи, давление, соответственно, выше. И когда разница становится слишком большой, возникшая подъёмная сила преодолевает сопротивление спиц и выворачивает их наружу. В целом это неприятно, но не очень страшно: самое серьёзное, что нам грозит, — это вымокнуть и отдать испорченную вещь в починку. А вот в случае очень похожих по форме на зонты спутниковых антенн последствия куда плачевнее: устройство полностью теряет работоспособность и подлежит замене, что далеко не так просто. В металлоремонт его вряд ли отнесёшь, да и добраться до места аварии часто бывает сложно.
«Я своими глазами видел, как под Магаданом большую спутниковую антенну буквально вывернуло наизнанку порывом ветра, — рассказывает Павел Зубенко, генеральный конструктор компании «ТрилайнСистемс», первого в России коммерческого производителя антенн спутниковой связи. — В ветровом районе 5, к которому относится Магаданская область, ветровая нагрузка достигает 60 кгс/м2. То есть на антенну диаметром 5 м, условно говоря, при сильном порыве „падает“ тонна, что сопоставимо с весом устройства. А ведь значительная часть страны относится и к более ветреным регионам. Например, Краснодарский край — это ветровой район 6, а Камчатка — 7, где нагрузка доходит до 85 кгс/м2. И именно там спутниковая связь крайне важна, а её обрыв чреват серьёзными проблемами».

 
Карта ветровых районов территорий бывшего СССР

Поскольку антенна не зонтик, хотя и устроена похоже, приходится адаптировать её к экстремальным ветровым нагрузкам. Но это не так просто. Можно, конечно, механически усилить «зеркало», однако тогда устройство станет слишком тяжёлым. Это потребует более сложного и мощного поворотного механизма и, соответственно, сделает всю систему «золотой» и нерентабельной.
Поэтому российским инженерам приходится выкручиваться и противостоять неумолимому закону Бернулли техническими хитростями — добавлять зеркалу жёсткости, приспосабливая его к сильным перепадам давления при даже очень мощных порывах ветра.

«Мы разработали особое решение high wind, которое позволяет антенне противостоять даже среднему (до F3) торнадо, который может, например, сорвать с рельсов поезд, — говорит Павел Зубенко. — Более того, она будет исправно работать при ураганной скорости ветра — до 120 км/ч. Это весьма непросто. Например, у антенны диаметром 7,5 м ширина угла, где она обеспечивает устойчивую связь, всего 0,15 градуса. То есть, если устройство отклонится от центра вполовину больше, чем этот сектор, сигнал пропадёт. Поэтому достигнутая нашей конструкцией устойчивость гарантирует, что связь останется качественной практически всегда. Причём даже в ветровом регионе 7, где подобные ветры не так часто бывают».
Антенна диаметром 5 м этой конструкции установлена, например, в Охотске (Хабаровский край). В том районе скорость ветра достигает 100 км/ч. Причём устройство работает со старым спутником, который движется со значительной амплитудой, выписывая огромную «восьмёрку» по небосводу. Даже при очень сильном ветре антенна продолжает следить за ним, гарантируя устойчивую связь пользователям. А обеспечивается это высокоточным математическим моделированием: все ветроустойчивые устройства виртуально «продуваются» в специальной компьютерной среде моделирования, где можно имитировать ураганы, которые на Земле даже не встречаются. И помогает в этом уже знакомый нам закон Бернулли…

Пресс-служба «ТрилайнСистемс»