Разработка учёных из Сибири поможет защитить летательные аппараты от космического мусора

В Томске разработали модель, которая поможет защитить аппараты от мусора в космосе.

Влияние космического мусора на поверхность летательных аппаратов на орбите изучили с помощью компьютерной модели ученые Института физики прочности и материаловедения СО РАН (Томск). Такая модель может не только предугадать реакцию материалов на удары мусора, но и подсказать, как можно оптимизировать конструкции аппаратов, сообщило в среду официальное издание СО РАН «Наука в Сибири».

Отмечается, что на орбите очень много космического мусора. И если о приближении больших объектов можно узнать заранее, то о мелких — далеко не всегда. При этом даже песчинка кварца или кусок алюминия, летящие со скоростью несколько тысяч метров в секунду, могут нанести весьма серьезный урон, поэтому летательные аппараты требуют защиты. Но проведение экспериментов в лаборатории очень дорого стоит, поэтому ученые создали компьютерную модель.

«Ученые создали модели, дающие представление о том, что происходит при столкновении космического мусора со специальными защитными экранами и иллюминаторами космических летательных аппаратов. Крошечная песчинка летит в разы быстрее пули, со скоростью 7-8 км/с, и при столкновении с незащищенной поверхностью может оставить на ней след или даже сделать пробоину. Однако использование экрана небольшой толщины позволяет избежать этого», — говорится в сообщении.

На рисунках, иллюстрирующих процесс взаимодействия, видно, как мелкая частица встречается с поверхностью экрана, которая, в свою очередь, тормозит ее, и космический мусор начинает разрушаться. Даже если в экране образуется отверстие, то главная задача выполнена — важный модуль или конструкция летательного аппарата не пострадали, что позволяет продлить срок их эксплуатации на орбите.

Что же касается иллюминаторов, то стекло, из которого они выполнены, — материал очень капризный. С одной стороны, он очень хрупкий, с другой — стекло обладает устойчивостью к ударным нагрузкам. Исследователи моделировали ситуации взаимодействия иллюминатора с космическим мусором разной массы, летящим с разной скоростью. Это позволило им описать, что именно в таких ситуациях происходит с иллюминатором: могут образовывать трещины, сколы или даже отколоться целые куски стекла, а образовавшаяся трещина может привести к разрушению всего иллюминатора.

Данные на перспективу

При этом ученые анализируют воздействие космического мусора не только на уже применяемые материалы, но и на новые — с заранее заданными свойствами, перспективные для использования в аэрокосмической отрасли. Экспериментаторы, в свою очередь, выявляют характеристики материалов или конструкций, а специалисты по компьютерному моделированию имитируют разные варианты развития событий в условиях открытого космоса.

«Полученные результаты могут лечь в основу конструкторских решений, таких как изменение геометрии отдельных элементов конструкций и их оптимизация. Например, применение специальных защитных экранов позволит уменьшить массу основных модулей: в космосе не должно быть ничего лишнего, каждый дополнительный килограмм на орбите стоит космических денег, поэтому летательный аппарат должен быть сконструирован идеально», — отмечается в сообщении.

В дальнейшем исследователи намерены изучить, каким образом удары космического мусора влияют на сварные швы конструкций и околосварные зоны, а также исследовать физические свойства материалов и поведение всей конструкции. Исследования ведутся в рамках госзадания и нескольких грантов Российского научного фонда на уникальных программных комплексах, разработанных учеными ИФПМ СО РАН.